Розробка системи моніторингу та управління сонячною станцією для підвищення її ефективності

Abstract

В наш час все більшого значення набувають проблеми охорони природного середовища та його поновлення одночасно із надійним забезпеченням людства паливом і енергією. Ця глобальна проблема пов'язана насамперед із обмеженістю найважливіших органічних та мінерально-сировинних ресурсів планети та негативним впливом традиційних способів отримання паливно-енергетичних ресурсів на навколишнє середовище. Використання альтернативних джерел енергії розглядається на сучасному етапі розвитку людства як один із головних шляхів вирішення енергетичної проблеми. Зміни в структурі використання енергетичних ресурсів та зростання виробництва електроенергії від поновлюваних джерел енергії (ПДЕ), які розпочалися на початку 2000-х років, переконливо підтверджують той факт, що світова енергетика знаходиться на порозі глобальних змін. Незворотність переходу до наступного технологічного укладу обумовлена ще і тим, що одночасно із наростаючим зносом основних фондів у енергетичній галузі динамічно розвивається розподілена та локальна енергетика, попит на енергію зростає, а модель поведінки споживачів поступово змінюється. Як вважають експерти, у найближчі роки передові енергетичні та інформаційні технології, у результаті конвергенції, будуть повністю домінувати на ринку енергетичного обладнання, інжинірингу, програмних та інших технічних систем. У перспективі це дозволить не тільки вирішити проблеми розвитку та ефективного функціонування енергетики України, але і забезпечити національну безпеку у цій сфері. Аналіз стану і динаміки розвитку існуючих нових і перспективних енергетичних технологій дозволяє зробити висновок про те, що найбільш динамічно в останні роки розвивається сонячна енергетика [2,3]. Згідно з даними Міжнародної агенції з поновлюваної енергії (IRENA), сонячна енергетика продемонструвала надзвичайну динаміку зростання, збільшивши виробництво електроенергії за 2008-2017 р.р. у 25,7 рази. Знижуються ціни на обладнання для сонячних електростанцій (СЕС), що веде до зниження вартості електроенергії, яка вже до 2025 р., згідно з очікуваннями IRENA, здешевіє на 57% [4]. До конкурентних переваг фотоелектричних технологій відносять тривалий строк служби основних енергетичних компонентів, мінімальні експлуатаційні витрати, можливість створення генеруючих установок на широкий діапазон потужностей із максимальним наближенням до об'єктів електроспоживання. Однак, незважаючи на наочні переваги, стримуючими факторами впровадження фотоелектричних станцій (ФЕС) залишається висока вартість обладнання та низька ефективність перетворення енергії у порівнянні з іншими типами енергетичних установок. Це змушує розробників фотоелектричних систем шукати нові та удосконалювати існуючі технічні рішення, що забезпечують підвищення ефективності, продуктивності та зниження собівартості генерованої енергії. Одним з таких рішень є використання систем слідкування за положенням сонця –сонячних трекерів. Досвід експлуатації систем стеження за сонцем (ССС) у різних країнах світу показав, що їх використання забезпечує підвищення продуктивності ФЕС в середньому від 15 до 72% в залежності від типу трекера, географічного положення електростанції, кліматичних умов та пори року [5]. Графік (рис. В1) наочно показує, що трекер при точності ± 5° надає панелі вловлення більше 99% енергії прямо падаючих променів та 100% розсіяного світла. Об’єктом дослідження є процес отримання електроенергії при використанні фотоелектричних станцій. Предметом дослідження є підвищення ефективності процесів та удосконалення алгоритмів отримання електроенергії фотоелектричними станціями. Метою кваліфікаційної магістерської роботи є розробка системи автоматичного керування орієнтацією сонячних панелей, яка у режимі реального часу за значенням зенітного кута і азимуту здатна забезпечити максимальну продуктивність роботи сонячної батареї. Задачі кваліфікаційної магістерської роботи: 1. Розробка функціональної схеми автоматизації системи керування орієнтацією сонячних панелей. 2. Розробка електричних принципових схем системи керування сонячним трекером. 3. Вибір елементної бази для технічної реалізації системи керування. 4. Розробка алгоритму керування сонячним трекером.