РАСЧЕТ ЧИСЛА И МОЩНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ “МИКРО” СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ МАЛЫХ ГЭС

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена расчету числа и мощности солнечных панелей для возбуждения “микро” синхронных генераторов малых гидроэлектростанций, а также рекомендовано использовать солнечные панели как резервного источника для системы возбуждения синхронных генераторов “микро” ГЭС и приведён пример расчета выбора числа и мощности солнечных панелей.

ABSTRACT

The article is devoted to the calculation of the number and power of solar panels for excitation of  “micro” synchronous generators of small hydroelectric power plants, and it is also recommended to use solar panels as a backup source for the excitation system of synchronous generators of “micro” HPPs and an example of calculating the choice of the number and power of solar panels is given.

Ключевые слова: микро, синхронный, генератор, расчет, обмотка, ротор, статор, панель, источник, постоянный ток, гидроэнергетика.

Keywords: micro, synchronous, generator, calculation, winding, rotor, stator, panel, source, direct current, hydropower.

Малая гидроэлектростанция – это гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность. Объекты малой гидроэнергетики условно делят на два типа: “мини” обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и “микро”, работающие в диапазоне от 3 до 100 кВт [3].

Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитное возбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения [1]. В настоящее время для синхронных машин малой и средней мощности в качестве возбудителя применяются постоянные магниты или полупроводниковые вентильные преобразователи [1].

По правилам эксплуатации синхронных генераторов для аварийных режимов предусматривается резервный источник. Солнечные панели могут служить резервным источником для обмотки возбуждения генератора. Солнечные панели являются преобразователями солнечной энергии в электрическую энергию постоянного тока, которую можно использовать для возбуждения автономных “микро” синхронных генераторов. Технический результат состоит в обеспечении прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока с последующим суммированием полученной энергии и механической энергии вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию переменного тока [4].

Расчет числа и мощности солнечных панелей для возбуждения микро синхронных генераторов мощности от 10 до 100 кВт ведем по следующему порядку:

1. Мощность, затрачиваемая на обмотку возбуждения синхронных генераторов, составляет от 0.2 до 5 % полезной мощности генератора Р_г [2].

2. Для расчета берём средний  процент мощности 2.5 % затрачиваемая на обмотку возбуждения.

3. Определяем мощность, затрачиваемую на обмотку возбуждения для “микро” синхронных генераторов Р_г равную от 10 до 100 кВт, коэффициент затрачиваемой энергии на систему возбуждения генератора (К_в = 0).

Р_в = Р_г ∙ К_в, кВт                                                                                  (1)

Расчеты заносим в таблицу 1.1.

4. Для расчета числа и мощности солнечных панелей используем следующую упрошенную формулу [5].

где P_с.п. – сумма мощности солнечных модулей, Вт; Р_в – необходимое суточное количество энергии для возбуждения мини синхронного генератора, кВт; К – сезонный коэффициент (летом 0.55, зимой 0.7, весной и осенью - 0,63);

E – значение солнечной радиации (значения выбираем из таблицы 1.2).

Таблица 1.1. 

Номинальные мощности мини синхронных генераторов Р_г и расчетная средняя потребляемая мощности обмотки возбуждения Р_в.

Расчетную мощность панели надо увеличить примерно на 20% (коэффициент 1.2) для компенсации потерь на заряд-разряд Аккумуляторной батареи (АБ) и потери в соединительных проводах [5].

Таблица 1.2

Среднедневная солнечная радиация Ташкентской области

5. Расчет мощности солнечных панелей для летного сезона с учетом сезонного коэффициента К = 0.55 и значения солнечной радиации E = 8.08 кВт∙час/м² (из табл. 1.2). Пользуясь формулой (2), рассчитываем мощность солнечных панелей для возбуждения микро синхронных генераторов и заносим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3.

Расчетная мощность солнечных панелей для летного сезона

6. Расчет мощности солнечных панелей для осеннего и весеннего сезонов с учетом сезонного коэффициент К = 0.63 и значения солнечной радиации E = 5.08 кВт∙час/м². Пользуясь формулой (2), рассчитываем мощность солнечных панелей для возбуждения микро синхронных генераторов и заносим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4.

Мощность солнечных панелей для осеннего и весеннего сезона

7. Расчет мощности солнечных панелей для зимнего сезона с учетом сезонного коэффициент К = 0.7 и значения солнечной радиации E = 2.45 кВт∙час/м². Пользуясь формулой (2), рассчитываем мощность солнечных панелей для возбуждения микро синхронных генераторов и заносим в таблицу 1.5.

Таблица 1.5

Мощность солнечной панели для зимнего сезона.

8. Рассчитываем число солнечных панелей исходя из расчетных мощностей таблицы 1.3, 1.4, 1.5. Приведем условный пример расчета количества солнечных панелей N мощностью 100 Вт, необходимых для суточного электропотребления [5].

Используя формулу (3) рассчитываем требуемое число солнечных панелей для возбуждения синхронных генераторов от 10 до 100 кВт и результаты расчетов заносим в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

Число солнечных модулей для возбуждения синхронного генератора мощности от 10 до 100 кВт.

Список литературы:

1. Баходиров А., Муминов М.У., Ан А.Д. Разработка модели синхронного генератора Г-273А, возбуждаемой от солнечной батареи // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2021. 4(85).
2. Кацман М.М. Электрические машины: Учебник / М.: Издательство Высшая школа, 1990. - 461 c.
3. Муминов М.У., Сотиболдиев А.Ю. Разработка бесщёточного мини  гидро-солнечного синхронного генератора // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2022. (94).
4. Синхронизированный аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор // Патент России № 2655379.2018.
5. Четошникова Л.М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии:  учебное пособие / Л.М. Четошникова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010.– 69 с.