Разработка автоматизированной системы выбора оборудования для электроснабжения жилого помещения

Содержание
Введение………………………………………………………………..………...
1. Аналитический обзор оборудования для электроснабжения жилого
помещения ……………………………………………………………………
1.1 Постановка задачи………………………………………………………..
1.2 Актуальность использования возобновляемых источников энергии в
Казахстане………………………………………………………………...
1.3 Схема электроснабжения жилого помещения…………………………
1.4 Программное обеспечение HOMER Energy……………………………
2. Разработка автоматизированной системы выбора оборудования для
электроснабжения жилого помещения……………………………………..
2.1 Расчет параметров оборудования для электроснабжения жилого
помещения………………………………………………………………..
2.2 Разработка алгоритмов автоматизированной системы выбора
оборудования……………………………………………………………..
2.3 Разработка и реализация базы данных оборудования для
автоматизированной системы выбора оборудования………………….
2.4 Разработка программного обеспечения в среде Delphi………………..
3. Безопасность жизнедеятельности…………………………………………...
3.1 Анализ условий труда сотрудника учебно-научной лаборатории
«Энергосбережение и нетрадиционные возобновляемые
источники энергии »……………………………………………………..
3.2 Расчет искусственного и естественного освещения
помещения………………………………………………………………..
3.3 Пожарная безопасность………………………………………………….
3.4 Вывод по разделу безопасность жизнедеятельности………………….
4. Технико-экономическое обоснование………………………………………
4.1 Технологическое описание процесса…………………………………...
4.2 Определение себестоимости выработки электрической энергии от
автономной системы электроснабжения, состоящей из
фотоэлектрической станции и дизель генератора……………………...
4.3 Вывод технико-экономического обоснования…………………………
Заключение……………………………………………………………………...
Перечень сокращений………………………………………………………….
Список литературы……………………………………………………………..
Постановка задачи

Тема дипломного проекта: Разработка автоматизированной системы
выбора оборудования для электроснабжения жилого помещения.
Цель дипломного проекта заключается в разработке автоматизированной системы выбора оборудования для электроснабжения
жилого помещения с применением ВИЭ в среде программирования Delphi.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- Аналитический обзор оборудования для электроснабжения жилого
помещения.
- Обзор существующих экспертных систем по подбору оборудования
для электроснабжения помещения.
- Разработка автоматизированной системы выбора оборудования для
электроснабжения жилого помещения:

a) разработка алгоритма поиска состава оборудования
электроснабжения помещения;
b) разработка Базы Данных оборудования;
c) разработка ПО в среде программирования Delphi.
- Решение вопросов по безопасности жизнедеятельности.
- Решение вопросов технико-экономического обоснования.

Актуальность использование возобновляемых источников

энергии в Казахстане
Солнечная энергетика признана одним из наиболее перспективных
видов альтернативной энергетики в мире. Огромное значение для будущего
играет строительство домов полностью снабжаемых альтернативными
источниками энергии или установка таких станций в уже построенных
зданиях.
Казахстан обладает значительными ресурсами солнечной энергии.
Потенциально возможная выработка солнечной энергии в Казахстане
оценивается в 2,5 млрд. кВт/ч в год. Около 70% территории относятся к
районам с преобладанием солнечных дней в году. Годовая длительность
солнечного света составляет 2200—3000 часов в год, а оцениваемая мощность
1300—1800 кВт на 1 м² в год.
Несмотря на очень выгодные условия, ресурс солнечной энергетики
почти не используется. В настоящее время, возобновляемые источники
энергии представляют лишь 1 процент в энергетическом балансе Казахстана.
Правительство Республики Казахстан намеревается значительно
увеличить долю электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых
источников энергии. В соответствии с национальными программами для
перехода к устойчивому развитию, предусмотрено увеличение доли
возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе Казахстана до
5 процентов к 2024 году.
Кроме того, постановлением Правительства РК от 25 января 2013 года
№ 43 принят План мероприятий по развитию альтернативной и
возобновляемой энергетики в Казахстане на 2013-2020 годы.
25 декабря 2012 года в Астане запущен завод по производству
фотоэлектрических модулей. Запуск производственной линии дочернего
предприятия Казатомпрома — ТОО «Astana Solar» произвел Президент
Нурсултан Назарбаев. На новом заводе будут выпускаться солнечные батареи
на основе 100-процентного казахстанского кремния. Завод оснащен
автоматизированным оборудованием последнего поколения. Проектная
мощность планируемых к выпуску фотоэлектрических пластин составит 50
Мвт с расширением в перспективе до 100 Мвт.
В целях успешного развития ВИЭ в Казахстане, Министерством с
учетом лучших мировых практик и существующего положения в Республике,
разработан и внесен в Мажилис Парламента РК проект Закона «О внесении
изменений и дополнений в некоторые законодательные акты Республики
Казахстан по вопросам поддержки использования возобновляемых
источников энергии».
Схема электроснабжения жилого помещения

В рамках поставленной в дипломном проекте задачи разработана схема
электроснабжения жилого помещения (см. рисунок 1.1), которая включает в
себя солнечную фотоэлектрическую станцию и дизельный генератор.

Рисунок 1.1 - Схема электроснабжения жилого помещения

Солнечная фотоэлектрическая станция (ФЭС) - один из видов
электростанций, генерирующий электричество путем непосредственного
преобразования энергии солнечного излучения в электроэнергию.
Солнечная фотоэлектрическая станция состоит из четырех основных
компонентов:
- солнечные панели;
- аккумуляторная батарея;
- контроллер заряда-разряда аккумуляторной батареи;
- инвертор
1.3.1 Солнечные панели
Главным элементом фотоэлектрических станций являются солнечные
панели. Их назначение – прямое преобразование солнечной энергии в
электрическую.
Сегодня на рынке солнечных панелей представлено несколько
различных образцов. Отличаются они друг от друга технологией изготовления
и материалами, из которых их производят. На рисунке 1.2 приведена
классификация солнечных батарей.
Рисунок 1.2 – Виды солнечных панелей

Кремниевые солнечные батареи
Батареи, основой которым служит кремний, на сегодняшний день
являются самыми популярными. Объясняется это широким распространением
кремния в земной коре, его относительной дешевизной и высоким
показателем производительности, в сравнении с другими видами солнечных
батарей. Как видно из рисунка выше кремниевые батареи производят из моно-
и поликристаллов Si и аморфного кремния.
Монокристаллическая панель

Монокристаллические кремниевые батареи (см.рисунок 1.3)
представляют собой силиконовые ячейки, объединенные между собой. Для их
изготовления используют максимально чистый кремний, получаемый по
методу Чохральского. После затвердевания готовый монокристалл разрезают
на тонкие пластины толщиной 250-300 мкм, которые пронизывают сеткой из
металлических электродов. Используемая технология является сравнительно
дорогостоящей, поэтому и стоят монокристаллические батареи дороже, чем
поликристаллические или аморфные.
Системы, созданные из монокристаллов, обладают надежным и крепким
стеклопластиковым корпусом. Именно его использование предотвращает
проникновение влаги и пыли внутрь. Это свойство предоставляет
возможность эксплуатировать такие солнечные батареи на кораблях при
длительных дальних плаваниях. Эти батареи отличаются от иных своей
легкостью и компактностью, а такая способность как незначительный их
изгиб, не препятствующий нормальной работоспособности, позволяет
устанавливать солнечные панели на неровных поверхностях, где нет
возможности получить оптимальный угол наклона [6].
Рисунок 1.3 - Монокристаллическая панель

Не стоит забывать и о том, что это оборудование не обладает
подвижными деталями, что делает их максимально долговечными и
надежными. Срок их непрерывной службы у хороших производителей
составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет
службы постепенно снижается примерно на 20%. Сфера применения
монокристаллических солнечных батарей довольно широка, это может быть и
зарядка аккумуляторов, электропитание для садовых насосов, обеспечение
питания бортового оборудования корабля, освещение садовых и
приусадебных участков , питания сигнализации и средств связи, и так далее.
Но есть и минусы этих устройств. При небольшой облачности существенно
снижается мощность установок (до 70%), а сильное их затемнение, при
большой облачности, почти полностью блокирует их работу (до 94%). Для
получения идеальной мощности диапазон рабочих температур находится в
пределах от 16 до 26 градусов. Выбирают данный вид солнечных батарей за
высокий показатель КПД (порядка 15-18%).
Поликристаллическая панель
Для получения поликристаллов кремниевый расплав подвергается
медленному охлаждению. Такая технология требует меньше энергозатрат,
следовательно, и себестоимость кремния, полученного с ее помощью меньше.
Единственный минус: поликристаллические солнечные батареи (см. рисунок
1.4) имеют более низкий КПД (13-16%), чем монокристаллические панели.
Причина заключается в том, что внутри поликристалла образуются области с
зернистыми границами, которые и приводят к уменьшению эффективности
элементов. В связи в высоким содержанием примесей и неоднородной
структурой, деградация поликристаллических пластин происходит быстрее,
чем у монокристаллических. Срок эксплуатации поликристаллических
солнечных батарей в пределах 30 лет.
Рисунок 1.4 – Поликристаллическая панель

Батареи из аморфного кремния
Если проводить деление в зависимости от используемого материала, то
аморфные батареи относятся к кремниевым, а если в зависимости от
технологии производства – к пленочным. В случае изготовления аморфных
панелей (см. рисунок 1.5), используется не кристаллический кремний, а силан
или кремневодород, который тонким слоем наносится на материал подложки
(пластик, стекло или металл). КПД таких батарей составляет всего 5-7%, у них
очень низкий показатель эффективности. Этот тип является наиболее дешевым
в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают
на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение
производительности на 20% может произойти уже через два месяца. Но,
несмотря на эти недостатки, они имеют и ряд достоинств:
- Показатель оптического поглощения в 20 раз выше, чем у поли- и
монокристаллов.
- Толщина элементов меньше 1 мкм.
- В сравнении с поли- и монокристаллами имеет более высокую
производительность при пасмурной погоде.
- Повышенная гибкость.
Срок службы может составлять 10-15 и более лет, но за это время
мощность значительно падает.
Рисунок 1.5 – Батарея из аморфного кремния

Помимо описанных выше видов кремниевых солнечных батарей,
существуют и их гибриды. Так для большей стабильности элементов
используют двухфазный материал, представляющий собой аморфный кремний
с включениями нано- или микрокристаллов. По свойствам полученный
материал сходен с поликристаллическим кремнием.
Тонкопленочные солнечные батареи
Тонкопленочные солнечные батареи считаются наиболее дешевым
вариантом из всех существующих видов батарей. Для обеспечения
нормальной работы нет необходимости в их установке с идеальным углом
попадания солнечных лучей на рабочую поверхность.
Они могут монтироваться в различных местах, удобных для потребителя (на земельных
участках, крышах зданий и т. д.). В отличие от монокристаллических батарей,
тонкопленочным солнечным батареям не нужны прямые лучи солнца. Эти
устройства неприхотливы в обслуживании и потеря мощности при большой
облачности и запыленности составляет лишь 10 – 15%. Но и тонкопленочные
солнечные батареи имеют свой минус. Большая площадь рабочей поверхности
(они в 2,5 раза больше, чем монокристаллические и поликристаллические
блоки) усложняет их применение в бытовых условиях. Эти солнечные
батареи, как правило, используются для более масштабных систем
энергообеспечения. Срок их службы у хороших производителей составляет
обычно 10-15 лет. Тонкопленочные солнечные фотоэлектрические элементы
могут производиться из разных веществ. Чаще всего из аморфного кремния.
Но также могут быть из медно-галлиевые, теллур-кадмиевые и другие.
Тонкопленочная батарея на основе теллурида кадмия CdTe
Исследования теллурида кадмия, как светопоглощающего материала
для солнечных батарей начались еще в 70-х годах. В то время его
рассматривали как один из оптимальных вариантов для использования в
космосе, сегодня же батареи на основе CdTe (см. рисунок 1.6) являются
одними из самых перспективных в земной солнечной энергетике.
Эффективность элементов из теллурида кадмия невелика, КПД около 11%.
Однако, в сравнении с кремниевыми панелями, ватт мощности этих батарей
обходится на 20-30% дешевле. По себестоимости эти элементы не намного
дешевле моно- и поли- кристаллических кремниевых и обладают проблемой
использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее
5% общего рынка [5].

Рисунок 1.6 – Тонкопленочная батарея на основе теллурида кадмия

Тонкопленочная батарея на основе селенида меди-индия CIGS
Как понятно из названия, в качестве полупроводников используются
медь, индий и селен, иногда некоторые элементы индия замещают галлием.
Такая практика объясняется тем, что большая часть производящегося на
сегодня индия требуется для производства плоских мониторов. Именно
поэтому с целью экономии индий замещают на галлий, который обладает
схожими свойствами. Пленочные солнечные батареи на основе селенида
меди-индия (см. рисунок 1.7) имеют КПД равный 15-20%. Следует иметь в
виду, что без использования галлия эффективность солнечных батарей
возрастает примерно на 14% [4].....