Расчет системы электропитания с использованием фотоэлектрических преобразователей электроэнергии, страница 2

где Р_Н – полезная мощность, потребляемая от СЭП;

η_РУ – КПД разрядного устройства.

Для рассматриваемой СЭП (рисунок 1) имеем: ; ; ;

Согласно (1.5):

 .

Время разряда АБ соответствует требуемому суточному времени работы потребителей электроэнергии.

.

Тогда, количество параллельно включенных цепей (n_Q,Р), состоящих из n_U последовательно соединенных элементов, исходя из обеспечения условий разряда определим как:

,                                 (1.6)

где Q_ЭЛ – номинальная емкость одного элемента АБ.

Кроме того, при определении необходимого количества n_Q параллельно включенных цепей необходимо учитывать возможность восстановления величины Q_{АБ Р} за светлое время суток.

Характерная особенность солнечного излучения как источника энергии на Земле – отсутствие непрерывности поступления излучения к системе преобразования энергии вследствие смены времени суток и пасмурной погоды. Поэтому при проектировании систем электропитания с использованием СБ необходимо учитывать тот факт, что в течение периода тени энергию для функционирования автономного объекта должен вырабатывать другой источник или накопитель энергии. Месячные и годовые данные по суммарной солнечной радиации для различных областей РФ приведены в таблице 1.2.

При наземном (атмосферном) использовании солнечных батарей солнечную постоянную принимают равной 1000 Вт/м² (соответствует ясной погоде). Зная абсолютное значение солнечной постоянной, можно найти энергию, которая поступила на поверхность СБ, работающую в атмосферных условиях, и определить количество генерируемой ей электрической энергии.

Использование солнечной энергетической установки планируется на широте 55,7, вертикальная панель. Расчет проводим для наихудшего периода солнечной активности – декабрь месяц.

Для требуемой широты и месяца значение солнечной радиации составляет 25,8 кВтч/м². Это значит, что среднестатистически солнце светит в декабре 22 часа (0,7 часа в день) с интенсивностью 1000 Вт/м².

Следовательно, АБ будет работать в режиме разряда следующее количество времени:

,

где - значение солнечной радиации в наихудший период солнечной активности (декабрь месяц);

 - количество дней в декабре месяце.

Следовательно, необходимо обеспечить полный заряд АБ за время t_З=0,8ч. Исходя из этого, ток заряда составит:

.                                                    (1.7)

где I_3max – максимально допустимый ток заряда АБ.

Выбранные никель-кадмиевые аккумуляторы допускают заряд током равным максимальному току разряда I_{Р max}, т.е . Для расчетов примем аккумулятор НГГП-18С, имеющий номинальную емкость Q_ЭЛ=18Ач и . Согласно (1.7):

 .

В этом случае необходимо увеличить n_Q,Р на величину:

                                             (1.8)

Тогда,

Согласно (1.6):

 элементов.

Количество элементов АБ n_Q выбираем путем округления в большую сторону, т.е. n_Q =10. Следовательно, емкость АБ составит:

            (1.9)

Q_АБ =18*10=180Ач.

Общее количество n_A элементов в АБ составит:

.

Определение суммарной мощности и количества солнечных модулей

Для обеспечения заряда аккумуляторной батареи необходимо обеспечить ток заряда 146,1А.

Взяв за основу фотоэлектрический модуль ФСМ50, ток в точке максимальной мощности которого составляет 2,9А найдем требуемое количество модулей, соединенных параллельно:

,                                 (1.10)

где  - ток заряда АБ;

 - КПД зарядного устройства;

  – ток модуля ФСМ50 в точке максимальной мощности.

Из (1.10) получим:

.

Количество модулей, соединенных последовательно (n_ПОС) зависит от величины напряжения АБ в режиме заряда и условий устойчивой работы ЗУ. При использовании в качестве ЗУ импульсного преобразователя напряжения (ИПН) понижающего типа минимальное напряжение на входе ЗУ, а значит и на выходе СБ, можно определить аналогично РУ, путем замены в (1.2) параметра U_H на напряжение АБ в режиме заряда, т.е.:

,

где U_{ЭЛ max} – максимальное напряжение элемента АБ, соответствующее окончанию режима заряда; n_U – количество последовательно включенных элементов в АБ.

Тогда количество модулей, соединенных последовательно определим из выражения:

,                              (1.11)

где – номинальное напряжение модуля ФСМ50=12 В, для аккумуляторов U_{ЭЛ max}=1,45В, . Согласно (1.11) получим:

Суммарная мощность СБ составит:

.

Общее количество модулей: .