Разработка лабораторного стенда по исследованию характеристик солнечного модуля и солнечной электростанции

АННОТАЦИЯ

В статье приводится описание изготовленного совместно с Кулаковым Н.В. лабораторного стенда по «Исследованию характеристик солнечного модуля и солнечной электростанции». Стенд содержит источник света, солнечный модуль, контроллер, аккумулятор, нагрузку и приборы.

ABSTRACT

The article describes the laboratory stand made together with Kulakov N. V. on "research of characteristics of a solar module and a solar power plant". The stand contains a light source, solar module, controller, battery, load and devices.

Ключевые слова: фотоэлектрическая солнечная электростанция, солнечный модуль, пиранометр, контроллер, аккумулятор.

Keywords: photovoltaic solar power plant, solar module, pyranometer, controller, battery.

Развитие ВИЭ на данный момент являются актуальным направлением развития энергетики в мире. Солнечная энергия является наиболее распространенной среди других видов ВИЭ, она является экологически чистой, при выработки электрической энергии не производит вредных выбросов в окружающую среду.

На сегодняшний день солнечная энергетика подходит к стадии, когда создание электрической энергии с помощью Солнца начинает окупаться простым, не завышенным тарифом, цена материалов и размер необходимых вложений быстро падают, так как технологии не стоят на месте [1].

Важное место в обучении сельскохозяйственных инженеров рациональному использованию возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве занимает лабораторный практикум, в котором можно закрепить теоретические знания и получить практические навыки обращения с электрическими приборами, например, являются ли они существующими моделями. Солнечные фотоэлектрические электростанции (ФСЭС) [2,3].

Спроектированный и изготовленный совместно со старшим преподавателем Кулаковым Н.В. лабораторный стенд «Исследование характеристик солнечного модуля и солнечной электростанции» предназначен для проведения лабораторных работ по дисциплине «Основы возобновляемых источников энергии», а также при проведении лабораторных работ по дисциплине «Энергообеспечение с использованием возобновляемых источников энергии» при подготовке бакалавров и магистров по направлению Агроинженерия, направленность (профиль) Электрооборудование и электротехнологии в АПК.

Работа началась с разработки электросхемы проекта. На рисунке 1 представлена ​​схема, которая станет основой для изучения процессов, происходящих при преобразовании световой энергии в электрическую.

Рисунок 1. Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда

При разработке схемы, было принято решение, собственно, что будет применена одна солнечная панель.

Источником света будет использована лампа ДНаТ 250, имеет высокий световой КПД (рисунок 2). Источник света питается от внешней сети 220 В.

Рисунок 2. Общий вид лампы ДНаТ 250

Измерение мощности излучения (Вт/м²), производимого облучателем с лампой ДНаТ на поверхности СМ, осуществляется пиранометром KIMO SL 100 (рисунок 3).

Рисунок 3. Внешний вид пиранометра KIMO SL 100

Напряжение на лампе регулируется с помощью ЛАТРа (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема регулирования светового потока лампы ДНаТ-250

Контроллер ФСЭС позволяет заряжать аккумулятор от СМ, а также запитать регулируемую нагрузку R_н (рисунок 5) либо от СМ, либо от аккумулятора, в зависимости от их режима работы.

В цепь также включены вольтметр (V) и амперметр (A) для снятия вольт-амперной характеристики (ВАХ).

Общий вид стенда, с нанесенной на лицевую его панель принципиальной электрической схемой (рисунок 5).

а)                                                                                              б)

Рисунок 5. Общий вид лабораторного стенда;

а) вид спереди; б) вид сбоку

Конструкция держателя также позволяет изменять угол наклона солнечного модуля (СМ), что позволяет изменять угол падения световых лучей (рисунок 5, б). Таким образом, можно проверить работу солнечной панели по углу падения световых лучей.

Вывод: Лабораторный стенд «Исследование характеристик солнечного модуля и солнечной электростанции», разработанный и изготовленный в Красноярском государственном аграрном университете, функционально не уступает зарубежным и российским аналогам промышленных предприятий и позволяет проводить качественные исследования по характеристикам СМ и ФСЭС, при этом стоимость стенда на порядок ниже заводских аналогов.

Благодаря тому, что этот проект войдет в образовательную программу, студенты смогут управлять мини-солнечной электростанцией, снимать показания с приборов и определять зависимость выработки электроэнергии от угла падения световых лучей. На сегодняшний день произведена большая часть расчетов, разработана электрическая схема подключения стенда, проведены работы по созданию основы для установки необходимых комплектующих с возможностью дальнейшей модернизации.

Список литературы:

1. Безбородов А.В., Турутин С.Ю., Разработка стенда «Исследование характеристик солнечных панелей» [Электронный ресурс]. – Режим доступа http://science.kuzstu.ru/wpcontent/Events/Conference/RM/2017/RM17/pages/Articles/0201008-.pdf.
2. Бастрон А.В. Энергообеспечение потребителей с использованием возобновляемых источников энергии: учеб. пособие / А.В. Бастрон, С.К. Шерьязов; Краснояр. гос. аграр. ун-т. – Красноярск, 2019. – 118 с.
3. Бастрон А.В. Подготовка магистров по вопросам эффективного использования ВИЭ в условиях Красноярского края // В сборнике: Наука и образование: опыт, проблемы, перспективы развития. Материалы международной научно-практической конференции. Краснояр. гос. аграр. ун-т. 2019. С. 204 – 207.