Автономное электроснабжение жилого дома

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
      высшего образования
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
      
      
Факультет электротехнический
Направление  13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,		
профиль подготовки «Электроснабжение»					
Кафедра микропроцессорных средств автоматизации
      
      
                                                   Зав. кафедрой МСА
                                                   _____________ А.Б. Петроченков
                                                   «____»_____________20__г.
      
      
ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

На тему «Автономное электроснабжение жилого дома по адресу: 
с. Плеханово Кунгурский район Пермского края»

Студент 							Белобородова Ю.В.
		(подпись студента)			(Фамилия И.О.)
 
Состав дипломного проекта:
1. Пояснительная записка на 40стр.
      



Руководитель дипломного проекта

______________________(Ромодин А.В.)
		 (подпись)		(Фамилия И.О.)

Консультант

_________________(__________________)
		 (подпись)		(Фамилия И.О.)







Пермь 2018 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

      Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
      высшего образования
     Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра микропроцессорных средств автоматизации

	
                                                    УТВЕРЖДАЮ
                                               Зав. кафедрой МСА
                                               _____________А.Б.Петроченков
                                               «____» ______________20__г.


ЗАДАНИЕ
на выполнение выпускной квалификационной работы бакалавра

Фамилия И.О. Белобородова Юлия Владимировна	
Факультет электротехническийГруппаЭС-13-1бз	
Начало выполнения работы28.05.2018	
Контрольные сроки просмотра работы кафедрой18.06.2018. 	
Сроки представления на рецензию		
Защита работы на заседании ГЭК	
1. Наименование темы: Автономное электроснабжение жилого дома по адресу: 	
с. Плеханово Кунгурский район Пермский край	
	
	
2. Исходные данные к работе:	
	
	
3. Содержание пояснительной записки	
1. Описание объекта и задача проектирования	
2.Обзор и выбор модели частотного преобразователя	
3.Обзор и выбор УКРМ	
	
	
	



4. Перечень графического материала 
1. Однолинейная схема КТП		
	
	
4. Выбор оборудования	
	
5. Дополнительные указания 	
	
	
	
	
	
6. Основная литература
1Кабышев А.В. Электроснабжение объектов. Ч.1. Расчет электрических нагрузок, нагрев проводников и электрооборудования: Учебное пособие / А.В. Кабышев. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007.– 185 с.	
2. Гужов Н.П. Системы электроснабжения: учебник / Н.П. Гужов, В.Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко. – Ростов н/Д : Феникс, 2011.	






Руководитель выпускной квалификационной работы бакалавра
__________Доцент кафедры МСА______		__________________(Ромодин А.В.)
       (должность)			   (подпись)		(Фамилия И.О.)

Консультант
___________________________________________    _____________   (________________)
       (должность)				   (подпись)	(Фамилия И.О.)


Задание получил _________________________________________(Белобородова Ю.В.)
          (дата)					   (подпись)	(Фамилия И.О.)






КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ
ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ

№
п/п

Объем
этапа в
%
Сроки выполнения
Примечание



начало
конец

1.
Анализ исходных данных, выбор схемы и основных параметров
10
28.05.2018
30.05.2018

2.
Разработка основной части 
50
01.06.2018
09.06.2018

3.
Разработка графической части 
30
10.06.2018
11.06.018

4.
Разработка раздела по экономике 
и организации производства
–
–
–

5.
Разработка раздела по охране труда 
и безопасности жизнедеятельности
–
–
–

6.
Оформление пояснительной записки
2
12.06.2018
12.06.2018

7.
Представление работы на проверку 
и отзыв руководителя выпускной квалификационной работы
5



8.
Представление работы заведующему кафедрой
3



9.
Представление на рецензию
–
–
–

10.
Защита на заседании ГЭК






 Руководитель 
 выпускной квалификационной работы ___________________   (Ромодин А.В.)
 							(подпись)		(Фамилия И.О.)
  
 «____»___________________ 20__г.








АННОТАЦИЯ

Дипломный проект с., рис., ______ табл., _______ источников.СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ (СП), АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ (АБ), ДИЗЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ДЭС), ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ (ВИЭ), КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДА/РАЗРЯДА,ФЭУ.
Объектом разработки является пиковая фотоэлектростанция для автономной СЭС.
Цель работы – разработка автономного электроснабжения с помощью ВИЭ для загородного дома.
В процессе работы производился расчет и выбор оборудования по средним суточным потреблением электроэнергии в жилом доме. Определялись достоинства, недостатки оборудования и выбирались решения для устранения недостатков в разрабатываемой автономной фотоэлектростанции.
В результате проведенной работы принципиальная схема с выбранным конкретным оборудованием, которое удовлетворяет заданным параметрам электроснабжения.
Дипломная работа выполнена в текстовом редакторе MS Word 2010, с применением MS Excel

ВКР посвящена вопросам повышения энергофэффектиновности функционирования системы электроснабжения КТП солемельницы. Структура работы представлена на 40 листах и включает в себе 6 рисунков, 15 таблиц, 14 формул, 15 источников информации и … листа графической части.
    
    
    СОДЕРЖАНИЕ
    


    ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ, ТЕРМИНОВ
    


    ВВЕДЕНИЕ
    
    Технологии возобновляемых источников энергии могут найти широкое применение на российских дачах (летних загородных домах). Около 70-80 % российского населения вовлечено виндивидуальноесадоводствоифермерство.Пооценкам,22миллионасемей имеют собственные сельские дома с участками земли, 16 миллионов семей и 10миллионовиндивидуальныхгражданимеютнебольшиеземельныеучастки, на которых они выращивают овощи и фрукты для себя и на продажу. Для многих семей с низким доходом их загородные дома являются единственным местом для отпуска. Многие семьи проводят на своих дачах практически все выходные с апреля по октябрь. По приблизительным оценкам, 5 миллионов индивидуальных ферм и овощеводческих хозяйств не подключено к электрической сети и представляют собой потенциальный рынок сбыта технологий децентрализованного производстваэлектроэнергии. [1]
    В данном проекте разрабатывается гибридная электростанция в селе Плехановов Кунгурскомрайоне Пермского края.
    Населенные пункты, промышленность и домашние хозяйства во всем мире все чаще нуждаются в надежной, доступной по цене и экологичной энергии для удовлетворения спроса на электричество, тепло, холод и мобильность. Возобновляемая энергия может внести существенный вклад в развитие этой области и удовлетворить данную потребность населения, как в частных домашних хозяйствах, так и в сфере промышленности, транспорта и снабжения целых населенных пунктов.
   
   

    ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВЭНЕРГИИ
    
     ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИЗАДАЧИ
    
    Таккакэнергетиканасегодняшнийдень,являетсяактивноразвивающейся отраслью электроэнергетики. В связи с парниковым эффектом, постоянно ухудшающимся экологическим состоянием в мире, сокращением и недостаткомископаемыхресурсов.Необходимостивдецентрализациисистем электроснабжения, как на международных, так и на государственныхуровнях принимается ряд законодательных и техническихрешений.
    Отмечается, что в настоящее время доля новых и возобновляемых источников энергии в мировом энергетическом балансе по–прежнему невелика в силу высокой стоимости соответствующих технологий и отсутствия доступа к ним. 
    В настоящее время большое количество потребителей электрической энергии расположены вдали от источников централизованного электроснабжения, что требует построения протяженных линий электропередач,аэтовсвоюочередьувеличиваетпотери.Всвязисразвитием альтернативной энергетики появилась возможность дополнить существующую инфраструктуру децентрализованными системами генерации электричества и тепла, которые помогут существенно снизить потери вследствие передачи и преобразованияэлектричества.
   

     РАЗВИТИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ВМИРЕ
    
    КитайиЯпониясейчасзанимают50%мировогорынкасолнечнойэнергетики. Китайобъявилонамеренииполучить35ГВтэнергииотсолнечныхустановок в 2016 году. Такое намерении стимулируется необходимостью снизить загрязнения окружающей среды вследствие сжигания ископаемого топлива при все увеличивающихся потребностях вэнергии.
    Японская Ассоциация фотоэлектрической энергии (Photovoltaic Energy Association) предсказывает, что к 2030 году мощность солнечных станций в стране достигнет 100 ГВт. Индия планирует увеличить мощность солнечных установок с 2 ГВт до 20 ГВт в среднесрочной перспективе. Последние тенденции в Индии показывают, что стоимость солнечной энергии достигла уровня 100 долларов за Мегаватт, что сравнимо с энергией, получаемой из импортного угля или газа. [2]
    Автономные солнечные установки и микро-сети развиваются в Африке, где только 30 процентов территории, расположенной южнее Сахары, имеют доступ к источникам энергии. Африка, как и другие регионы с мощной добывающей промышленностью, развивают солнечную энергетику как альтернативу дизельным электростанциям либо как резервный источник для ненадежных электросетей. Нужно иметь в виду, что цена киловатта солнечной энергии уменьшается вдвое каждые 2,5 года и уменьшилась в 100 раз с 1977 года, причем не видно каких-либо причин для изменения этого тренда в будущем.
    Расчеты показывают, что 1% имеющихся в мире пустынь могут обеспечить выработку всей энергии, какую сейчас использует мир, а 25% мировых пустыньмогутпоставлятьв25разбольшеэнергии,чеммысейчасиспользуем.


     ПОТЕНЦИАЛ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИРОССИИ
    
    В силу протяженности территории России уровни солнечной радиации в различных регионах существенно варьируются. Так, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт-час/м2 в год, тогда как в южных районах она превышает 1400 кВт-час/м2 в год. Ее значениядемонстрируюттакжебольшиесезонныеколебания.Например,нашироте55° (Москва) солнечная радиация составляет в январе 4.69 кВт-час/м2 в день, а в июле — 11.41 кВт-час/м2 в день.[3]
    Существенное значение имеет также количество часов в сутках, в течение которого в данном месте светит солнце. Эта величина очень различна для разных регионов. Причем на нее влияет не только географическая широта местности, но и другие факторы, например, расположение в гористой местности или просто наличие неподалеку горной гряды, которая закрывает солнце в утренние или вечерние часы.
    
    
    Рисунок 1- Солнечные энергоресурсы России
    
    На приведенной карте хорошо видно, что во многих труднодоступных регионах нашей страны (даже за полярным кругом), куда проводить линии электроснабжения экономически нецелесообразно, солнечная энергия может обеспечить потребности населения в электричестве, свете и тепле.
    


     ОСНОВНЫЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХСИСТЕМ
    
    К основным достоинствам фотоэлектрических систем можно отнести, неисчерпаемость энергетического ресурса, простоту установки, отсутствие движущих частей, минимальная потребность в уходе, отсутствие шумов и вибраций. По сравнению с другими видами энергетики солнечная энергетика вцеломявляетсяоднимизнаиболеечистыхвэкологическомотношениивидов энергии:
 Свободное применение в местах отсутствия централизованных электрораспределительных сетей.
 Быстрая окупаемость солнечной батареи. На протяжении всего срока эксплуатации генерируется значительно больше энергии, чем было затрачено для производстваэлектростанции.
 Фотоэлектрические элементы солнечной электростанции можно разместить на любой пустующей площади, в том числе и на крышах и стенах зданий, что, безусловно, существенно снижает еесебестоимость.
 Нет необходимости использовать какого-либо видтоплива.
 В составе электростанции присутствует только небольшая часть движущихся частей, поэтому эффект износа практически отсутствует. Вследствие этого солнечная электростанция способна без сколько-нибудь значимого ремонта движущихся частей проработать несколько десятилетий, кроме конечно периодической очистки поверхности солнечных панелей.
 Солнечная электростанция не требует трудоемкого технического обслуживания для поддержания ее в рабочем состоянии.
    
    
    Однако избежать полностью вредного воздействия солнечной энергетики на человека и окружающую среду практически не удается, если учесть всю технологическую цепочку от получения требующихся материалов до производства электроэнергии.
    Наиболее характерны в этом аспекте солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ), эксплуатация которых наносит минимальный вред окружающей среде. В то же время производство полупроводниковых материалов является весьма экологически и социально опасным. В связи с этим в ряде стран мира (например, в США) существуют весьма жесткие требования к производству полупроводников для СФЭУ, а также к хранению, транспортировке и ликвидации вредных веществ от производства СФЭУ.
    К основным недостаткам, ограничивающим применение возобновляемых источников энергии, следует отнести относительно низкую энергетическую плотность и крайнюю изменчивость. Низкая удельная мощность потока энергоносителя приводит к увеличению массогабаритных показателей энергоустановок, а изменчивость первичного энергоресурса, вплоть до периодов его полного отсутствия, вызывает необходимость в устройствах аккумулирования энергии или резервных энергоисточников. В результате, стоимость производимой энергии оказывается высока даже при отсутствии топливной составляющей в совокупной цене энергии.
    Солнечная электростанция (СЭС, или фотоэлектростанция, ФЭС) — это сооружение, которое осуществляет преобразование энергии солнечных фотонов, т.е. энергии световой составляющей солнечного излучения, в пригодную для бытового и промышленного использования электрической энергии. 
    Как ясно из определения выработка электроэнергии СЭС зависима от наличиясолнечногоизлучения,т.е.наличиесолнечнойибезоблачнойпогоды. Это откладывает отпечаток на особенности ихиспользования. 


    1.5 ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
    
    Рассмотрим основные конструктивные типы солнечных электростанций и их возможности.
    Характеристики основных СЭС:
   
   1.5.1 Сетевые СЭС
    Простейшая схема сетевой солнечной электростанции (и простейшей СЭС) представлена на рисунке 2.
    
    Рисунок 2 - Схема сетевой СЭС.
    
    Для нормальной её работы необходимо подключение к внешней электросети.Наличиеикачествовнешнейэлектросети(помимосолнца)имеет критическое значение для работы СЭС. При её отсутствии, или несоответствии нормам такая СЭС становится бесполезной даже в самую солнечную и безоблачную погоду. Эта зависимость от центрального электроснабжения является главным недостатком такихСЭС.
    К достоинствам следует отнести относительную, но существенную дешевизну СЭС и более высокий общий КПД системы (90—95%) по сравнению с другими типами СЭС. Эти два качества делают этот тип СЭС несомненно более привлекательным для выработки электроэнергии и для её продажи.
   
   1.5.2 Гибридные СЭС (автономные, соединенные с сетью)
    Представляет собой базовую схему сетевой СЭС с добавлением банка аккумуляторных батарей (АКБ), контроллера заряда и заменой сетевого инверторанагибридный.Отличительнойособенностьюявляетсявозможность запасать часть выработанной в солнечный период электроэнергии в АКБ (рисунок 3).
    
    Рисунок 3 - Схема автономной, соединённой с сетью (гибридной) СЭС.
    
    Благодаря наличию банка АКБ они менее зависимы от источника центрального электроснабжения. Такие СЭС применяют преимущественно как часть системы бесперебойного питания там, где центральное электроснабжение недостаточно или нестабильно.
    К недостаткам следует отнести высокую цену системы, за счёт банкаАКБ и мощности инвертора, которые должны быть тем больше, чем больше требуется времени бесперебойной работы и подключаемых нагрузок соответственно.
    
    
   1.5.3 Автономные СЭС
    СЭС, работающие без подключения к внешней электросети называются автономные (рисунок 4).
    
    
    Рисунок 4 - Схема автономной, не соединённой с сетью (автономной) СЭС.
    
    Автономная фотоэлектростанция, кроме солнечных панелей, как правило содержит аккумуляторные батареи и контроллер заряда. При необходимости электроснабжения потребителей, требующих стандартного напряжения 220/380В переменного тока, в состав фотоэлектростанции необходимо включить инвертор.
    Единственный недостаток фотоэлектростанции является потеря энергии при малых нагрузках. [4]
    Также можно использовать модульные инверторы
    В такой конфигурации средняя номинальная мощность обычно достигает уровня 10 кВт. Также возможны следующие вариации:
    Каждая панель обслуживается небольшим интегрированным инвертором, обеспечивая сотни Втмощности;
    Отдельные DC/DC-преобразователи используются в каждой секции фотогальванических элементов, выходы DC/DC-преобразователей подключаются параллельно к одному DC/AC-инвертору. Эта топология является самой эффективной, номинальная мощность достигает100кВт. 
   Основная функция инвертора заключается в преобразовании постоянных токов от фотогальванических панелей или батареи с различным уровнем напряжений в переменный ток с определенным уровнем напряжения и частотой для питания устройств или передачи в энергетическую систему. Частота и напряжение зависит от региона, в Европе это 50 Гц и 220 В, в США- 60 Гц и 110 В. В зависимости от приложения возникают требования к фазе, таким образом, инверторы бывают одно-, двух- и трехфазные. DC/DC- преобразователь повышает или понижает уровень входного напряжения, подстраивает свой выход для получения максимальной эффективности на этапе DC/AC-преобразования;
    В некоторых случаях уровень напряжения на входе DC/AC- преобразователя должен быть выше, чем на выходе DC/DC-преобразователя. Для этого используется трансформатор после индуктивностей. Несмотря на то, что трансформатор увеличивает вес, габариты и стоимость устройства, а также уменьшает КПД в среднем на 2%, он увеличивает защиту устройства и безопасностьпользователя,осуществляягальваническуюразвязкумеждуDC- и AC-частями схемы. Эту же функцию может выполнять DC/DC- преобразователь с нулевым напряжением переключения (эквивалент трансформатора).
   
   

    ГЛАВА 2. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ АВТОНОМНОЙ ФОТОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
    
     ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТАВЛЕННОЙЗАДАЧИ
    
   Цель: Энергосбережение коттеджа в селе Плеханово Пермского края с координатами: Широта N57°26'00?, Долгота E56°56'00.
    Оценим актуальность применения солнечных панелей для автономного электроснабжения коттеджа.Для начала необходимо выявить потенциал солнечной энергии в год в данной области проектирования. На рисунке 5 можно увидеть, что средний потенциал за год в селе Плеханово, Кунгурского района Пермского края составляет 1200-1400 кВт?ч/м2.
    
    Рис. 5 - Средний потенциал солнечной энергии в год в России.
    
    Проанализируем суточное потребление дома за каждый час для автономной фотоэлектрической установки для жилого дома, в котором проживает 2 человека расчеты приведены в таблице 1.
    
    Таблица 1 – Суточное потребление электроэнергии в жилом доме
Наименование оборудования
Кол-во, шт.
Мощность, Вт
Сумм. Мощность, Вт
Время работы в течении суток, ч
Потребление за сутки, кВт*ч
Насос
1
1300
1300
8
10,40
Холодильник
1
500
500
24
12,00
Водонагревательный тэн
1
1800
1800
8
14,40
Микроволновая печь
1
1600
1600
2
3,20
Светильник 
10
100
1000
4
4,00
Утюг
1
800
800
0,5
0,40
Стиральная машина
1
2400
2400
2
4,80
Пылесос
1
800
800
0,2
0,16
Фен
1
1200
1200
0,1
0,12
Газовый котел
1
800
800
24
19,20
Компрессор
1
1300
1300
24
31,20
Телевизор
1
200
200
4
0,80
Суммарная установленная мощность, кВт
13,7
Суммарное потребление за сутки
100,68
    
    Проанализировав полученные данные можно спроектировать электроустановку в Кунгурском районе Пермского края, поскольку имеем данные солнечной инсоляции в этом регионе и потребление загородного дома, для которого и будут произведены расчеты.
    Поскольку задачей проектирования является разработка гибридной солнечной электростанции будут произведены расчёты и выбор оборудования для электростанции, которая будет работать параллельно с сетью.
    
    


     ОПИСАНИЕ И ВЫБОР СОЛНЕЧНОЙПАНЕЛИ
    
    Для того чтобы определиться с выбором солнечных панелей, рассмотрим все видыСП.Взависимостиоттого,какимобразоморганизованыатомыкремния в кристалле, солнечные элементы делятся на виды:[6]
 Солнечные элементы из монокристаллическогокремния
 Солнечные элементы из поликристаллическогокремния
 Солнечные элементы из аморфного кремния
    
   2.2.1 Солнечные модули из монокристаллического кремния
    КПД солнечной батареи на основе монокристаллического кремниясоставляет 15-20%. Монокристаллические элементы имеют наивысшую эффективность преобразования энергии. Основной материал - крайне чистый кремний, из которого изготовлены монокристаллические солнечные панели, хорошо освоен в области производства полупроводников. Кремниевый монокристалл растет на семени, которое медленно вытягивается из кремниевого расплава. Стержни, полученные таким путем, режутся на части толщиной от 0,2 до 0,4 мм.
    Затем эти диски подвергаются ряду производственных операций, таких как:
 обтачивание, шлифовка иочистка;
 наложение защитных покрытий;
 металлизация;
 антирефлексионноепокрытие.
    


   2.2.2 Солнечные модули из поликристаллического кремния
   
   КПД солнечной батареи на основе поликристаллического кремния составляет 10-14%. Поликристаллический кремний развивается, когда кремниевый расплавохлаждаетсямедленноинаходитсяподконтролем.Припроизводстве поликристаллических панелей операция вытягивания опускается, оно менее энергоемкое и значительно дешевле. Однако внутри кристалла поликристаллического кремния имеются области, отделенные зернистыми границами, вызывающие меньшую эффективность элементов.
   
   2.2.3 Солнечные модули из аморфного кремния
   
    КПД солнечной батареи на основе аморфного кремния составляет 5-6%. Аморфный кремний получается при помощи «техники испарительной фазы», когда тонкая пленка кремния осаждается на несущий материал и защищается покрытием. Эта технология имеет ряд недостатков и преимуществ:
 процесспроизводствасолнечныхпанелейнаосновеаморфногокремния относительно простой инедорогой;
 возможно производство элементов большойплощади;
 низкоеэнергопотребление.
    
    В связи с этим выбираем солнечную панель на основе монокристаллического кремния поскольку их КПД составляет порядка 20%, а именно SDM-360. Сравнительные характеристики солнечных панелей представлены в приложении Б.
    
    Рисунок 6 - Солнечная панель SDM-360.

Номинальная мощность, макс. Ватт - 360 
Оптимальное рабочее напряжение, Вольт – 39,74 
Напряжение холостого хода, Вольт – 47,16 
Оптимальный рабочий ток, Ампер – 9,06 
Ток короткого замыкания, А - 9,67
Максимальное напряжение системы, Вольт - 1500
Габаритные размеры, мм - 1950х992х40 
Вес модуля, кг - 22
Срок службы: 25 лет
Цена, руб: 16 700
    По данным о суммарной солнечной радиации и мощности выбранной солнечной панели, рассчитаем, какое количество энергии будет вырабатываться подобныммодулемвнашемрегионезакаждыймесяцпоследующейформуле:
    Wм  = Sм? E? k? ?, кВт ? ч,
гдеSм–площадьсолнечной панели,
Е–значениеинсоляциизавыбранныйпериод, кВт?ч/м2;
?– КПД солнечной панели; 
k – коэффициент, учитывающий поправку на потери мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также наклонное падение лучей на поверхность модулей в течениигода.Величина k принимается за 0,5 летом и 0,7 в зимний период. Разница в его значении летом и зимой обусловлена меньшим нагревом элементов в зимний период.
    Требуемое количество солнечных панелей для покрытия потребности в электрической энергии за месяц находится по следующей формуле:
   N=W_мес/W_м , шт
    Результаты всех вышеприведенных расчетов сведены в таблицу 2.
    
    Таблица 2 – Выбор количества солнечных панелей
Месяц
Wпотр, кВт?ч
Е, кВт?ч/м2
Wм, кВт?ч
N, шт
Январь
5040
0,64
161,28
31
Февраль
5040
1,5
378,00
13
Март
5040
2,94
740,88
7
Апрель
5040
4,11
739,80
7
Май
5040
5,11
919,80
5
Июнь
5040
5,72
1029,60
5
Июль
5040
5,22
939,60
5
Август
5040
4,06
730,80
7
Сентябрь
5040
2,56
460,80
11
Октябрь
5040
1,36
342,72
15
Ноябрь
5040
0,72
181,44
28
Декабрь
5040
0,44
110,88
45
    
    Wпотр – среднее потребление энергии в году
    
    Количество выбранных солнечных панелей в таблице 2 округляется до ближайшего большего целого значения.
    При анализе таблицы 2 видно, что наибольшее количество панелей для полного электроснабжения дома круглогодично составляет 45шт. Однако, для полного круглогодичного электроснабжения коттеджа с экономической точки зрения целесообразнее установка 8панелей и питание от сети.
    
   


     РАСЧЕТ И ВЫБОР КОНТРОЛЛЕРОВЗАРЯДА/РАЗРЯДА
    
    Солнечный контроллер заряда является важным элементом солнечной электростанции, без которого невозможна корректная работа остального оборудования, в частности правильный заряд аккумуляторных батарей. Поэтомуприподбореконтроллерадлянашейсистемынеобходимоубедиться, что технические данные изделия соответствуют потребностям выбранных солнечных элементов. В первую очередь следует обратить внимание на вид контроллеров и их существенные различия.[8]
    Выделяют два самых популярных вида контроллеров:
 MPPT контроллер заряда. Это серьезное изделие, которое значительно влияет на количество аккумулируемой энергии, увеличивая ее на 25- 30% по сравнению с другими контроллерами заряда. Принцип работы этого изделия основан на алгоритме слежения за точкой максимальной мощности солнечного модуля. Несмотря на большую первоначальную стоимость этого изделия, срок окупаемости солнечной электростанции с ним значительно короче.
 PWM (ШИМ) контроллер заряда рекомендуют использовать исключительноврегионахсоченьвысокойсолнечнойактивностью.Это "экономичная"версиясоченьпростымалгоритмом.Врегионахснизкой солнечной активностью их применение не целесообразно и не экономично.
    Посколькунашрегионобладаетнизкойсолнечнойактивностью,целесообразней будет использоватьMPPT-контролеры.
    При выборе контроллера нужно учесть тока заряда и исходить из уровня мощности 4-х панелей по 300Вт и их напряжения.
    
    
    
    Поскольку панели соединены последовательно, тоIзаряа рассчитывается по формуле:
    I_заряда=Р_сп/U_номСП =(4*360)/(4*24)= 15 А
    гдеPСП- мощность солнечной панели, 
    Uном.СП- номинальное напряжениесолнечной панели.
    Выбираем контроллер заряда ФОТОН-150-50, у которого, согласно параметрам: токзарядасоставляет50Аимаксимальноевходноенапряжение150В,т.к. 4 СП будут подключены к одному контроллеру и где у них напряжение 24В у каждой панели в сумме при последовательном соединении даст напряжение 96В. Сравнительные характеристики представлены в приложении Б.
    
    
    Рисунок 9 - Контроллер заряда ФОТОН-150-50, 50A, 12/24/48/96В
    
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Напряжение системы, Вольт - 12/24/48/96
Максимальный ток заряда АБ, Ампер - 50 
Максимальное напряжение на входе, Вольт - 150  
Максимальное напряжение аккумуляторных батарей, Вольт - 32 
Собственное потребление, Вт – 0,12 
Максимальная эффективность преобразования, % - 97
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Габаритные размеры, мм - 180 х 145 х 115 
Вес, кг – 1,5
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Температура эксплуатации, C - -40 ~+40 
Влажность (без образования конденсата), % - 95 
Цена: 8 500 руб.
    
    Посколькувыбрано8солнечных панелейипохарактеристикаммыможемподключить лишь 4 СП к одному контроллеру, на рисунке 10 изображена схема подключения.
   
    
    
    Рисунок 10 - Схема подключения контроллера к солнечным панелям


     ВЫБОРИНВЕРТОРА
    
    Инвертор выбирается с учетом напряжения выбранных солнечных панелей, напряжения аккумуляторов и возможность сглаженной работы при пиковых нагрузках.
    Среди всех инверторов на рынке выбираем инвертор ПРОГРЕСС-48-6000-HYBRID с учетом их долговечности и качества исполнения. сравнительная характеристика представлена в приложении В.
    
    
    Рисунок 10 - Инвертора ПРОГРЕСС-48-6000-HYBRID.
    

    Таблица 3 - Характеристики инвертора
Долговременная мощность нагрузки
5000 Вт 
Пусковая мощность
7000 Вт 
Диапазон входного напряжения от сети
100 - 270 Вольт , 50 Гц 
Напряжение АКБ рабочее
от 38 - 67 Вольт 
Ток заряда АКБ
от 1 - 80 Ампер, настраивается в меню
Ток потребления в спящем режиме
10 мА 
КПД
92%
Масса
4,6 кг 
Защиты выхода от перегрузки
Есть 
Защиты выхода от КЗ
Есть 
Предохранитель на входе
Плавкий предохранитель в цепи аккумулятора - 200 Ампер 
Гальваническая развязка
Есть 
Цена
29 500
   


     ВЫБОР И РАСЧЁТ АККУМУЛЯТОРНЫХБАТАРЕЙ
    
    В приложении Г приведены расширенные матричные (табличные)характеристики аккумуляторов, позволяющие обосновано, на основе статического анализа, выбрать типыаккумуляторных батарей.
    Из известных типов аккумуляторных батарей для ФЭУ чаще всего используются свинцово- кислотные и гелиевые аккумуляторные батареи. Выбор гелиевых аккумуляторов зависит отуникальных характеристик: отсутствие регулятора зарядного тока, большое количество циклов заряда-разряда, допустимость длительного нахождения в разряженном состоянии, низкий саморазряд, возможность эксплуатации в любом положении в жилом помещении. Установлена возможность использования нового типа батарей (гелиевый аккумулятор).
    На сегодняшний день подобные аккумуляторы широко используются в домашних мощных системах бесперебойного питания, в альтернативной энергетике. Гелиевые аккумуляторные батареи требуют только защиты от перезаряда и должны иметь ограничитель напряжения при заряде, что обеспечиваетихмаксимальныйсрокслужбысвыше700цикловзаряд-разряда.
    Преимущества гелиевых батарей:
 Абсолютно не требуютобслуживания;
 Защищены отпроливания/протечек;
 Имеют высокие показатели при глубокомразряде;
 Могут устанавливаться боком (возможна потеря 10% мощности);
 Отсутствиегазовыделения;
 Возможность использования рядом с чувствительным электронным оборудованием;
 Длительный срокхранения;
 Быстрая перезарядка (с 0% до 90% за 3,5 часа) - в 7 раз быстрее аналогичного кислотногоаккумулятора;
 Нет ограничения по току при подзарядке до13,8В;
 Устойчивость квибрации;
 Работа во влажных средах, даже на глубине 10 метров подводой;
 При полном заряде не замерзает при температуре-30°С;
 Оптимальнаяудельнаястоимость(цена/количествомесяцевв эксплуатации);
 Самая низкая удельная стоимость (цена/количествоциклов).
   
    Особенности гелиевых батарей:
 Высокая начальнаястоимость
 Больший вес по сравнению с другимиаккумуляторами
 Невозможность долить воду при продолжительномперезаряде
    
    Для системы автономного электроснабжения нельзя использовать автомобильные (свинцовые) аккумуляторы или аккумуляторы, не имеющие глубокого цикла.
    Срок службы гелевых аккумуляторов в циклическом режиме работы зависит от целого ряда факторов:
 рабочая температура окружающейсреды
 скоростьразряда
 способ заряда
 глубинаразряда
    Наиболее существенными из них являются глубина разряда, так как этот фактор влияет на срок службы АБ. На рисунке 11 ниже показано влияние глубины разряда на количество циклов работы гелевых аккумуляторов при циклическом режиме.
    
    Рисунок 11 - Влияние глубины разряда на количество циклов работы гелевых АБ.
    
    Гелевые аккумуляторы не требуют уравнительного заряда, поэтому буферного напряжения достаточно, чтобы поддерживать моноблоки в полностью заряженном состоянии.
    Выбираем гелиевый аккумуляторVRLA RITAR DG12-260
    
    Рисунок 12 - Аккумулятор RITAR DG12-260

    Модель RITAR DG12-260 - это не обслуживаемый аккумулятор высокой ёмкости 260 Ач с номинальным напряжением 12 Вольт. Ресурс работы изделия - более 15 лет. 
    ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
    Номинальное напряжение, Вольт - 12 
    Срок службы, лет - 15
    Номинальная емкость (25°С), Ач - 260
    Саморязряд - 3% месяц при 25°С 
    ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
    Разряд,С - -40~+60 
    Заряд,С - 20~+50 
    Хранение,С - -40~+60 
    ГАБАРИТЫ И ВЕС
    Габаритные размеры, мм - 520х268х220
    Вес, кг – 74
    Цена: 32 000
    


 ВЫБОР ПРОВОДНИКОВ.
   
    Кабели, как известно, бывают разного сечения, материала и с разным количеством жил. Какой из них надо выбрать, чтобы не переплачивать, и одновременно обеспечить безопасную стабильную работу всех электроприборов в доме? Для этого необходимо произвести расчет кабеля. Расчет сечения проводят, зная мощность приборов, питающихся от сети, и ток, который будет проходить по кабелю. Необходимо также знать несколько других параметров проводки.
   Основные правила: При прокладке электросетей в жилых домах, гаражах, квартирах чаще всего используют кабель с резиновой или ПВХ изоляцией, рассчитанный на напряжение не более 1 кВ. Существуют марки, которые можно применять на открытом воздухе, в помещениях, в стенах (штробах) и трубах. Обычно это кабель ВВГ или АВВГ с разной площадью сечения и количеством жил.Применяют также провода ПВС и шнуры ШВВП для подсоединения электрических приборов.
   Чтобы подобрать сечение провода по нагрузке, складываете мощности приборов, которые будут подключаться к данному проводнику. При этом важно, чтобы все мощности были выражены в одинаковых единицах измерения — или в ваттах (Вт), или в киловаттах (кВт). Если есть разные значения, приводим их к единому результату.
   Далее, в приложении Д выбираем сечения кабеля по таблице.
   Чтобы найти нужное сечение кабеля в соответствующем столбике — 220 В или 380 В — находим цифру, которая равна или чуть больше посчитанной нами ранее мощности. Столбик выбираем исходя из того, сколько фаз в вашей сети. Однофазная — 220 В, трехфазная 380 В.
   В найденной строчке смотрим значение в первом столбце. Это и будет требуемое сечение кабеля для данной нагрузки (потребляемой мощности приборов). Кабель с жилами такого сечения и надо будет искать.
   В большинстве случаев, при прокладке проводки в доме или квартире, используют кабели с медными жилами. Такие кабели дороже алюминиевых, но они более гибкие, имеют меньшее сечение, работать с ними проще. Но, медные кабели большого сечения, ничуть не более гибкие чем алюминиевые. И при больших нагрузках — на вводе в дом, в квартиру при большой планируемой мощности (от 10 кВт и больше) целесообразнее использовать кабель с алюминиевыми проводниками — можно немного сэкономить.
   Выбираем кабель 6 мм.кв с коннектором МС4 - 8 метров (от солнечной батареи до контроллера) 2 шт. Кабель 6 мм.кв. с наконечниками под болт М8 - 2 метра (от контроллера до аккумулятора) 2 шт. Межаккумуляторная перемычка 3 шт.

 ВЫБОР АВТО.......................