Расчет фотоэлектростанции - Физика и энергетика курсовая работа

Главная

Физика и энергетика
Расчет фотоэлектростанции

Разработка моделей составных частей системы. Подбор оборудования и определение параметров составных частей: аккумулятора, солнечной панели, инвертора, контроллера заряда, управляемого выпрямителя. Разработка системы управления и комплексной модели.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


аккумулятор инвертор контроллер выпрямитель
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов жизнодеятельности биоцентров растительного и животного происхождения. ВИЭ включает следующие формы энергии: солнечная, геотремальная, ветровая, энергия морских волн, приливов океана, энергия биомассы древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчанников, гидроэнергия [1].
В данном курсовом проекте будет рассматриваться солнечная форма энергии(лучистая) - солничная электростанция. Тип слоничной электростанции - фотоэлектростанция.
Фотоэлектрические станции использует эффект прямого пробразования солнечного излучения в эелктроэнергию, открытый в 1839 году французким физиком Беккерелем. Фотоэлементы в большинстве случаев представляют собой кремниевые полупроводниковые фотодиоды. При поглащении света полупроводниковой структурой энергия фотонов передается электронам материяла, что называется появление свободных носителей заряда. Носители заряда создают потенциальный градиент в области p-n перехода, под воздействием которого возникает электрически ток через электроприёмники. Типичная величина разности потенциалов - 0,5 В, плотность фототока - 200 А/ при удельной мощности солнечного излучения 1 кВт/.
Фотоэлектрическая станция, кроме собственного фотопреобразователя - солнечной панели, содержит аккумуляторную батарею с зарядным устройством, инвертор для преобразования постоянного напряжения в переменное стандартной частоты и другие вспомогательные элементы [2].
1 . Ра зработка моделей составных частей системы
Основу СЭ составляет полупроводниковый прибор на основе pn-перехода (рис. 1). Фотоэлемент представляет собой «сэндвич» из двух слоев кремния разной проводимости, сетки из металлических контактов и антибликового покрытия.
Области p и n кремниевого СЭ состоят из кремния с собственной проводимостью. Проводимость p - типа создается в процессе выращивания кристалла кремния добавлением небольшого количества акцепторных примесей в расплав. Проводимость n - типа образуется в процессе формирования перехода диффузионным способом. При диффузии пластинки материала p - типа помещают при повышенной температуре в среду, содержащую акцепторный элемент. Изменение проводимости материала с p - типа на n - тип происходит в области перехода толщиной менее 1 мкм.
Таким образом, фотоэлектрический элемент представляет собой pn-переход и для него будут справедливы все свойства такой полупроводниковой структуры. Неосвещенный СЭ проводит электрический ток, поступающий от внешнего источника, только в одном направлении.
Работа СЭ заключается в использовании явления фотоэффекта. Суть фотоэффекта заключается в том, что фотоны света, как основа солнечного излучения (СИ), могут выбивать электроны или с поверхности тел (внешний фотоэффект) или только из кристаллической решетки внутри полупроводника (внутренний фотоэффект), а также в возникновении под действием СИ, падающего на границе пары металл-полупроводник некоторой ЭДС, вызывающей появление или изменение тока во внешней цепи, соединяющей указанную пару (фотоэффект, запирающего слоя или вентильный фотоэффект)
Схема замещения СЭ выглядит так как представлено на рисунке 2.
Рис. 2. Схема замещения солнечного элемента
Важной характеристикой СЭ является его вольт-амперная характеристика (ВАХ), т.е. зависимость напряжения на клеммах элемента от выдаваемого им тока (рис. 3). Важными параметрами, определяющими ВАХ СЭ являются: напряжение холостого хода и ток короткого замыкания при заданных уровнях облученности.
В ходе выполнения была построена имитационную модель солнечного модуля, состоящего из элементов.
С помощью использования определяемых пользователем функций «F(u)» библиотеки Simulink/User-Defined Functions, были описаны основные уравнения СЭ. В именах функций (рисунок 4) указаны номера выражений[2], по которым они вычисляются.
Для моделирования ВАХ солнечного модуля на выходе модели установлены управляемые источники ЭДС и тока (режим работы DC) из библиотеки SimPowerSystems, соединенные последовательно. Резисторы Ом и Ом имитируют внутренние сопротивления солнечного модуля. Наличие логических блоков в левом нижнем углу схемы обусловлено исключением ситуации работы солнечного модуля при, т.е. когда рабочая точка ВАХ смещается в другой квадрант. [2]
Рисунок 5 - Основные технические параметры СЭ
2. Подбор оборудования и определение параметров составных частей
2.1 Ак кумуляторная батарея на основе суперконденсаторов
Суперконденсатор (СК) - новый тип энергоемких конденсаторов с плотностью энергии в 10 раз выше, чем в традиционных конденсаторах, а мощность импульсного разряда до 10 раз выше мощности аккумуляторных батарей.
СК представляет собой молекулярный накопитель энергии (накопитель энергии), накопление заряда в котором осуществляется в двойном электрическом слое в объеме сверхпористого углерода. Металлический корпус СК состоит из обечайки и крышек, сваренных друг с другом аргонодуговой сваркой. Токовыводы располагаются на торцевых сторонах цилиндра (по центру крышек). Внутри корпуса находятся блоки накопительных элементов, представляющих собой многослойную тонкопленочную конструкцию, состоящую из пористых углеродных электродов, сепаратора и токосъемных пластин. Полости (свободные объемы) между корпусом и блоками накопительных элементов заполнены эпоксидным компаундом.
Рисунок 6. Эквивалентная схема замещения
Единственным отличием от конденсаторов является наличие сопротивления EDR-называемым эквивалентным распределённым сопротивлением.
Существует 3 параметра, существенно влияющих на электрические характеристики СК:
где -сопротивление потерь (как у обычных конденсаторов)
- эквивалентное распределительно сопротивление, определенное ионными токами, поэтому падает со временем;
Так как EDR со временем падает, то при моделировании учтено не было. Также не была учтена индуктивность потерь.
Рисунок 8 - Основные технические параметры АКБ
В качестве аккумулятора можно использовать модуль суперконденсаторов фирмы KAPower на 500 фарад. Рабочее напряжение 12 Вольт - 48 Вольт.
Рисунок 9 - модуль суперконденсаторов KAPower
Рисунок 10 - солнечный модуль HH-POLI230W
· Пиковая мощность: 220 Вт, положительный толеранс
· Количество солнечных элементов в модуле: 72
· Напряжение в точке максимальной мощности - 37.6 В
· Ток в точке максимальной мощности: около 8,51 А
· Напряжение холостого хода: около 45,8 В
· Коннекторы: MC4 совместимые, длина провода 800 мм
С учётом температуры окружающей среды и инсоляции 500 Вт/м 2 необходимо 2 блока по 22 модуля данной солнечной панели для энергоснабжения потребителя с расчётной мощностью нагрузки 5 кВт.
Оптимальное рабочее напряжение панелей - 27,6 В. Устанавливаем панели в ряды по 8 штук и соединяем параллельно. Выходное напряжение каскада:
Рисунок 11 - Схема соединения солнечных панелей.
Был реализован инвертор напряжения с Неlp приложения Matlab
Для уменьшения помех был установлен фильтр.
Инвертор производит преобразование постоянного напряжения в переменное.
DC-AC Полный Мостовой преобразователь представляет собой электрическое устройство, которое используется для преобразования питания постоянного тока в переменное питание.
PWM Generstor служит в качестве контроллера. Он производит PWM импульсы и эти импульсы подаются на IGBT-транзисторы переключатели так, что IGBT ключи могут быть ВКЛ и ВЫКЛ. PWM Generstor отвечает за генерацию колебательных сигналов, которые контролирует действие включения и выключения IGBT - переключателей.
Полный мост (однофазный) инвертор построен из двух половиной схемы моста, связанные чтобы сформировать, полный мост или инверторы Н-моста. Его расположение показано на рисунке 10. Он состоит из источника постоянного напряжения, 4 мощных выключателей (обычно биполярный транзисторы-BJTs), металл-оксид-полупроводник полевые транзисторы-
МОSFETS-транзисторы, с изолированным затвором биполярные транзисторы-IGBTS и нагрузка(Load).
Выберем для установки IGBT инвертор серии INV 220, мощность - 240 кВт.
- допустимое отклонение напряжения 180 - 300 В;
- перегрузочная способность - 125% в течении 10 минут, 150% в течении 1 минуты;
Отбор мощности для заряда АКБ может осуществляется по следующей схеме.
Блок Divide производит вычисление значения тока на АКБ по следующей формуле:
2.5 Уп равляемый выпрямитель (конвертор)
Был использован для отбора мощности АКБ.
Преобразователи Повышения по существу это повышающий преобразователь питания, в котором взятое на входе низкое напряжение повышается до гораздо более высокого напряжения.
Отношение входного и выходого напряжения управляется переключателем рабочего цикла, D, соответствии с приведенным ниже уравнением.
Внутренние операции в повышающего преобразователя можно рассматривать как накопление заряда и передача устройством.
Чтобы установить желаемую частоту для этого преобразователя был разработан широтно-импульсный модулятор(ШИМ) для управления повышающим преобразователем.
Импульсные регуляторы имеют три основных преимущества по сравнению с линейных регуляторов. Во-первых, переход эффективность может быть намного лучше. Во-вторых, потому, что меньше энергии теряется при передаче, мелкие компоненты и меньше термальное управление не требуется. В-третьих, энергия, накопленная в индуктивности импульсного стабилизатора могут быть преобразованы в выходных напряжений, которые могут быть больше, чем на входе (повышающее преобразование), отрицательного (инвертор), или может даже быть переданы через трансформатор, чтобы обеспечить электрическую изоляцию по отношению к вход.
Рисунок 15. Простой повышающий преобразователь
Рисунок 16. Осциллограмма напряжения на АКБ
Как мы видим на осциллограмме напряжение на АКБ соответствует необходимому при соединении 10 АКБ последовательно (24 Вольта каждая).
Рисунок 17. Система управления конвертором
Система у правления конвертора выглядит следующим образом. С помощью блока U мы снимаем напряжение на выходе и сравниваем его с эталоным U1. Опытным путем было установлено что для получения напряжения на выходе в районе 310В нам необходимо подавать U управление равное 0,3. Регулирование осуществляется блоками Trasfer Fcn и Gain.
Рисунок 18. Осциллограмма тока и напряжения на нагрузке
Согласно осциллограмме при работе схемы напряжение на нагрузке соответствует норме.
4 . Ра зработка комплексной модели системы
Комплексная модель системы энергоснабжения состоит из: солнечных панелей, управляемого выпрямителя, блока заряда-разряда АКБ, Блок аккумуляторных батарей (суперконденсаторы), системы управления инвертора напряжения и самого инвертора напряжения.
Разработанная математическая модель выполнят имитацию работы солнечной панели. В данной работе были применены реальные статистические данные по работе СЭ.
В ходе выполнения была разработана система управления инвертором напряжения для получения стандартного напряжения на нагрузке 220 В.
При имитации АКБ емкость батареи была принята очень малого значения в связи с тем, что при установлении 100 Ф схема выходила из строя.
1. Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова, Е.Б. Шандарова. Возобновляемая энергия в децентрализованном электроснабжении. 2008. - 5 с.
2. Технологии и оборудование возобновляемой энергетики. Каталог технологий и изделий, разработанных и пройзводимых в системе ГНУ ВИЭСХ. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. - 32с
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯ (СОЛНЕЧНОЙ ПАНЕЛИ).
3. DC-DC Converter [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/2031, свободный.
Анализ применяемых методов и средств контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров. Выбор и обоснование микропроцессорного контроллера. Разработка функциональной схемы электропривода. Передаточная функция управляемого выпрямителя. дипломная работа [1,7 M], добавлен 31.12.2015
Ориентировочный расчет светотехических установок, их основных элементов и составных частей. Определение числа светильников и принципы их размещения. Расчет питающей сети, необходимой для необходимого количества светильников. Порядок заземления системы. контрольная работа [166,8 K], добавлен 04.01.2011
Расчет неуправляемого выпрямителя с активной нагрузкой и с емкостным фильтром. Расчет управляемого выпрямителя с ответвляющим диодом. Подбор трансформатора для двухфазной однотактовой схемы выпрямления. Разработка электрической схемы и печатной платы. курсовая работа [1,3 M], добавлен 05.12.2010
Выбор измерительного прибора для допускового контроля параметров. Определение доверительных границ неисключенной доверительной погрешности результата измерения. Назначение и принцип действия цифровых универсальных вольтметров и их составных частей. курсовая работа [1,7 M], добавлен 14.04.2019
Выбор основного оборудования и разработка вариантов схем выдачи энергии. Расчет токов короткого замыкания для выбора аппаратов и токоведущих частей (выключателей, разъединителей, разрядников, токопроводов). Подбор измерительных приборов и трансформаторов. курсовая работа [467,3 K], добавлен 04.04.2012
Разработка тиристорного преобразователя на основе унифицированного электропривода серии ЭТ6; состав и принцип работы составных частей. Сборка лабораторного стенда автоматизированного электропривода постоянного тока; технические данные и условия работы. дипломная работа [5,5 M], добавлен 08.06.2011
Определение тепловой мощности объекта. Построение годового графика теплопотребления. Интенсивность прямой и рассеянной солнечной радиации. Площадь солнечных коллекторов. Годовой график теплопоступления. Подбор бака-аккумулятора и котла-дублера. курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.01.2012
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Расчет фотоэлектростанции курсовая работа. Физика и энергетика.
Реферат На Тему Медицинская Служба Полка
Художественный Перевод Реферат
Реферат На Тему Художники Виктор И Аполлинарий Васнецовы
Дипломная работа: Реформы Ивана Грозного 4
Список Литературы Для Реферата По Экологии
Требования К Написанию Магистерской Диссертации
Реферат по теме Искусство Италии времён фашизма
Әсем Қалай Жұмыс Жасайды Эссе
Реферат: Проблемы развития малого бизнеса в России
Контрольная Работа Орфоэпические Нормы 11 Класс
Контрольная Работа 2 Тема Треугольники
Курсовая работа по теме Мембраны и их назначение
Доклад по теме Утрехтские Караваджисты
Магистерская Диссертация Шаблон
Дипломная работа по теме Разработка кадровой политики
Проблемы развития информационных технологий в республике Беларусь
Реферат: Irony Of Lord Jim Essay Research Paper
Какие Основные Идеи Диссертации Чернышевского
Машиностроительный Комплекс России Реферат
Лекция На Тему Методы Поисковой Оптимизации
Присоединение одного юридического лица к другому - Государство и право курсовая работа
Приспособленность организмов к условиям внешней среды как результат действия естественного отбора - Биология и естествознание презентация
Развитие гелиоцентрической системы мира от её появления до её признания - Биология и естествознание реферат