Расчет системы электропитания с использованием фотоэлектрических преобразователей электроэнергии

Расчет системы электропитания с использованием фотоэлектрических преобразователей электроэнергии

Цель занятия: Изучить принципы расчета систем электропитания на основе фотоэлектрических преобразователей.

Расчет системы электропитания с использованием фотоэлектрических преобразователей электроэнергии будем проводить согласно схеме, представленной на рисунке 1.1.

В состав СЭП входят: солнечная батарея (СБ); аккумуляторная батарея (АБ); автомат освещения (АО); зарядное устройство (ЗУ); разрядное устройство (РУ); нагрузка (Р_Н).

Рисунок 1.1 - Структурная схема системы электропитания (СЭП) с использованием фотоэлектрических преобразователей (ФЭП)

Основными и наиболее дорогостоящими элементами системы, представленной на рисунке 1.1 будут являться солнечная батарея и аккумуляторная батарея. Дальнейшую задачу сведем к определению параметров СБ и АБ.

Таблица 1.1- Исходные данные

Кол-во потребителей (светильников)	Мощность одного светильника, Вт	Номинальное напряжение светильника, В	Тип АБ	Глубина разряда АБ, %	Время разряда АБ, час	Тип фотоэлектрического модуля	Широта и условия использования СД
10	34	27	НМГГП-18С	60	16	ФСМ50	Москва, широта 55,7 (вертикальная панель). Температура эксплуатации 21,2 ºС

В качестве потребителей электроэнергии примем светоизлучающие устройства в количестве 10 штук. Мощность, потребляемая одним светильником (P_СВ) составляет 34 Вт при рабочем напряжении (U_H) 27 В. Считаем, что КПД зарядного устройства (ЗУ) составляет , КПД  разрядного устройства (РУ) - .

Полезная мощность, потребляемая от СЭП зависит от количества светильников и определяется выражением:

,                                               (1.1)

где  - мощность одного светильника;

 - количество светильников.

                                       Вт

Определение параметров аккумуляторной батареи

Для расчета системы электропитания примем тип аккумуляторных батарей – никель-металлгидридные (НМ). Технические характеристики аккумуляторов марки НМ приведены ниже.

	НМГГП-18С
Номинальная емкость, А*ч	18
Номинальное напряжение, В	1,2
Габаритные размеры, мм
по корпусу	46,5*30,5*114,5
по борному	46,5*30,5*129
Масса, кг	0,5
Токи разряда, А
номинальный	3,6
максимальный	36
Температура разряда, С	-30…+40
Технологический ресурс, циклы	до 1000
Срок службы, годы	5

Напряжение АБ (U_АБ) определяется из условия обеспечения устойчивой работы РУ. Для ИПН понижающего типа минимально допустимое значение разности напряжений между входом и выходом составляет не менее 3В, т.е.

,                              (1.2)

где U_H = 27В – напряжение на выходе РУ.

Напряжение аккумулятора изменяется в процессе разряда и заряда, так для элемента аккумулятора напряжение U_ЭЛ может изменятся в пределах от U_{ЭЛ min}=1В, соответствующее окончанию режима разряда, до   U_{ЭЛ max}=1,45В, соответствующее окончанию режима заряда. Количество последовательно включенных элементов (n_U) в АБ определяется выражением:

                                            (1.3)

Согласно (1.3) необходимое количество последовательно включенных элементов в АБ, с учетом (1.2) и при U_{ЛЭ min}=1В, U_H = 27В, составит:

.

Емкость (Q_АБ) АБ выбирается из стандартного ряда емкостей с округлением в сторону, большую расчетной. А расчетная емкость (Q_АБ,Р) определяется:

,                      (1.4)

где k_P – допустимая глубина разряда в долях, допустимая глубина разряда для НМ АБ составляет 60%, т.е k_P=0,6; k_Т – температурный коэффициент, учитывающий изменение емкости АБ при изменении температуры =1,04; t_AP – время разряда АБ = 16 ч.; Р_АБ – мощность, потребляемая от АБ в режиме разряда; U_ЭЛ – номинальное напряжение элемента АБ, для НМГГП- 18С U_ЭЛ=1,2В; n_U – количество последовательно включенных элементов в АБ=30. Величину Р_АБ можно определить из выражения:

,                                             (1.5)