«В.П. Пантелеев, И.А. Аккозиев, И.И. Галанина, Д. Сулайманова ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ЖИЛИЩНОГО КОМПЛЕКСА ОТ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Справочно-методическое пособие Бишкек 2009 УДК 620.9:644.1:502.174.3 (075) ...»

8. Разделить номинальное напряжение постоянного тока системы (12, 24, 36 или 48 В) на номинальное напряжение выбранной аккумуляторной батареи (обычно 2, 6 или 12 В). Округлить полученное значение до ближайшего большего целого и получить значение последовательно соединенных батарей.

9. Умножить значение п. 7 на значение п. 8 для того, чтобы подсчитать требуемое количество аккумуляторных батарей.

1.1.8. Определение количества пиковых солнце – часов в день для точки А(,) места установки ФЭС Факторы, влияющие на то, как много солнечной энергии будет принимать ФЭС:

когда будет использоваться ФЭС? Летом? Зимой? Круглый год?

типичные погодные условия данной местности;

будет ли ФЭС ориентироваться постоянно на Солнце;

расположение и угол наклона фотоэлектрических модулей.

Для определения среднемесячного прихода солнечной радиации можно воспользоваться данными табл. 1 прихода солнечной радиации для г. Бишкек. Выработка электроэнергии солнечной фотоэлектрической батареей (СБ) зависит от угла падения солнечных лучей на СБ.

Максимум бывает при угле 90. При отклонении от этого угла все большее количество лучей отражается, а не поглощается СБ.

Зимой приход радиации значительно меньше из-за того, что дни короче, облачных дней больше, Солнце стоит ниже на небосклоне.

Если использовать ФЭС только летом – принять в расчетах летние значения, если круглый год – принять значения для зимы. Для надежного электроснабжения выбирать из среднемесячных значений наименьшее для периода, в течение которого будет использоваться ФЭС (табл. 8).

Выбранное среднемесячное значение для текущего месяца нужно разделить на число дней в месяце и получить дневное число «пиковых»

солнце-часов, которое будет использоваться для расчета ФЭС.

1.1.9. Расчет солнечной фотоэлектрической батареи Выберите модуль из каталога табл. 6 или 7.

Солнечный модуль выполнен в виде панели, заключенной в каркас из алюминиевого профиля. Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой, между двумя слоями герметизирующей (ламинирующей) пленки, размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. К внутренней стороне корпуса модуля прикреплен блок терминалов, под крышкой которого размещены электрические контакты, предназначенные для подключения модуля.

Модули производятся из псевдоквадратных монокремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), покрытых антиотражающим покрытием. Оригинальная технология обеспечивает оптимальный режим зарядки при высоких температурах, а также при низком уровне освещенности.

Данные модули выпускаются в 2-х вариантах исполнения с обычным стеклом и со специальным текстурированным закаленным стеклом (серия MSW). При использовании специального стекла практически отсутствуют потери в стекле, которые составляют около 15% при использовании обычного стекла. При этом мощность модулей одинакового размера отличается примерно на 15–20%. Цена модулей с закаленным стеклом выше за счет более дорогого стекла, а также за счет того, что обычно для таких модулей используются солнечные элементы с более высоким КПД.

Рабочее напряжение фотоэлектрических модулей обычно 12 В или 24 В. На заказ возможно изготовление маломощных модулей (примерно до 50 Вт) с рабочим напряжением 6 В. Модули имеют невысокую стоимость по сравнению с аналогичными модулями других производителей. Ресурс каркасных солнечных модулей составляет более 20 лет. Гарантийный срок 10 лет.

В настоящее время выпускаются также солнечные батареи с обычным стеклом мощностью от 5 до 80Вт. Текущий ассортимент модулей представлен в табл. 6. Там же приведены их параметры. Такие модули обычно поставляются для внутрироссийского рынка, так как они дешевле в расчете за пиковый ватт мощности. По эксплуатационным параметрам (срок службы, надежность) эти солнечные батареи не отличаются от модулей серии MSW. Выберите эти модули из табл. или 7а.

Солнечные фотоэлектрические модули в алюминиевой рамке Модули на закаленном стекле с рамкой из анодированного алюминия высотой 38 или 42 мм. В основном такие модули экспортируются. Параметры этих модулей приведены ниже. Такие солнечные батареи производства «Солнечного ветра» обычно бывают двусторонними.

Многие позиции всегда бывают в наличии, некоторые нужно изготавливать под заказ. К заказным позициям относятся модули MSW мощностью менее 40 Вт и более 150 Вт. Информация по этим модулям дана в табл. 7.

Двусторонние солнечные элементы ламинируются в стекло с низким содержанием железа при помощи этиленвинилацетатной (EVA) пленки на передней поверхности и полиэтиленэтерофтолата (PET) на задней поверхности. Каркас изготавливается из анодированного алюминиевого сплава.

Далее необходимо определить общее количество модулей, необходимых для ФЭС.

Ток в точке максимальной мощности Impp может быть определен из спецификаций модулей, а также можно определить Impp поделив номинальную мощность модуля на напряжение в точке максимальной мощности Umpp (обычно 17–17,5 В для 12-вольтового модуля).

1. Умножить значение п.8 (разд. 1.1.5) на коэффициент 1,2 для учета потерь на заряд–разряд АБ.

2. Разделить полученное значение на среднее число «пиковых»

солнце-часов в местности установки ФЭС, получится ток, который должна генерировать СБ.

3. Для определения числа модулей, соединенных параллельно разделить значение п.2 на Impp модуля. Округлить полученное число до ближайшего большего целого.

4. Для определения числа модулей, соединенных последовательно, разделить напряжение постоянного тока системы (обычно 12, 24, или 48 В) на номинальное напряжение модуля (обычно 12 или 24 В).

5. Общее количество требуемых фотоэлектрических модулей равно произведению значений п.3 и п.4.

1.1.10. Расчет стоимости ФЭС Для расчета стоимости фотоэлектрической системы электроснабжения нужно сложить стоимости СБ, АБ, инвертора, контроллера заряда АБ и соединительной арматуры (провода, выключатели, предохранители и т.п.) Стоимость СБ равна произведению значения п. 5 (разд. 1.1.9) на стоимость одного модуля. Стоимость АБ равна произведению значения п. 9 (разд. 1.1.7) на стоимость одной аккумуляторной батареи. Стоимость инвертора зависит от его мощности и типа. В Перечне 1 предлагаются инверторы мощностью 1 и 2 кВт с синусоидальной формой выходного напряжения и инверторы мощностью от 1 до 6кВт со ступенчатой формой выходного напряжения. Стоимость соединительной арматуры можно принять примерно равной 0,1–1% от стоимости ФЭС.

1.1.11. Пример расчета ФЭС на базе готовых фотоэлектрических систем Примерный суточный график и блок-схема ФЭС представлены на рис. 2.

Система электроснабжения автономного дома на базе фотоэлектрической солнечной системы состоит из следующих компонентов:

1. Солнечной батареи необходимой мощности;

2. Контроллера заряда аккумуляторной батареи, который предотвращает губительные для батареи глубокий разряд и перезаряд;

3. Батареи аккумуляторов (АБ);

4. Инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный;

5. Энергоэффективной нагрузки постоянного и переменного тока (суточный график энергообеспечения жилого дома приведен в табл. 8).

Чтобы чувствовать себя уверенно и комфортно семье из 3-х человек, проживающих в жилом загородном доме, расход электроэнергии должен быть не менее 2-х кВтч в сутки (по данным ЮНЕСКО).

Ниже приведено реальное потребление электроэнергии в сутки семьей из трех человек. Как видно из данных табл. 8 количество электроэнергии, вырабатываемой ФЭС за сутки, вполне хватает для обеспечения потребностей семьи из трех человек в освещении и других бытовых нуждах.

Электропотреби- Часы использова- Подключенная Всего в сутки, Освещение:

Рис. 2: а – примерный график суточного потребления электроэнергии в жилом доме; б – блок-схема фотоэлектрической системы.

Суточное потребление электрической энергии жилым домом определяется по формуле:

где Рi – мощность, потребляемая приемниками электроэнергии жилого дома за i-тый час суток, кВт; ti – время потребления i-той мощности приемниками электроэнергии жилого дома, час. На рис. 2а приведен примерный график суточного потребления электроэнергии в Для обеспечения надежного электроснабжения необходим резервный источник электропитания (на рис. 2б не показан). В качестве такого источника может быть небольшой (2–6 кВт) бензо- или дизельэлектрогенератор. Введение такого резервного источника электроэнергии резко сокращает стоимость солнечной батареи из-за отсутствия необходимости рассчитывать ее на худшие возможные условия (несколько дней без солнца, эксплуатация зимой и т.п.). Кроме того, этот источник обес-печит повышение надежности функционирования системы теплоснабжения и горячего водоснабжения жилого дома от солнечных водонагревательных установок (СВНУ), рассматриваемых ниже.

В этом случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого заряда (в течение нескольких часов) АБ от жидкотопливного электрогенератора (ЖТЭГ). Возможно применение инвертора – блока бесперебойного питания, в котором возможность заряда АБ уже встроена.

На рис. 2б приведен вариант такой системы ФЭС для электроснабжения загородного жилого дома. Принимаются следующие исходные данные:

суточное потребление энергии – 3,1 кВтч;

приход солнечной радиации – 6,31 кВтч/м2 в день (см. табл. средний приход солнечной радиации для Кыргызстана летом);

максимальная пиковая мощность нагрузки – 3 кВт (можно одновременно включить насос, стиральную машину и холодильник);

для освещения используются только компактные люминесцентные лампы переменного тока;

в пиковые часы (максимальная нагрузка, например, когда включены стиральная машина, электрокипятильник, утюг и т.п.) для предотвращения быстрого разряда АБ включается ЖТЭГ;

ЖТЭГ также будет включаться при пасмурной погоде, если АБ разряжается до нижнего допустимого напряжения.

Если необходимо минимизировать время работы жидкотопливного электрогенератора с целью сохранения топлива, солнечная фотоэлектрическая система электроснабжения будет состоять из элементов со следующими параметрами:

пиковая мощность солнечной батареи равна 1000 Вт;

минимальная номинальная мощность инвертора (ББП) – 2 кВт с возможностью кратковременной нагрузки до 3 кВт, входное напряжение 24 или 48 В;

аккумуляторная батарея общей емкостью 1000 Ач (при напряжении 12 В);

контроллер заряда на ток до 40–50 А (при напряжении 24 В);

бензогенератор мощностью 3–4 кВт;

зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.).

Стоимость такой системы, при существующих ценах на комплектующие, будет около 7800 USD.

Если допустить увеличение времени работы ЖТЭГ, стоимость системы можно снизить за счет его более частого включения. В этом случае энергия от солнечной батареи будет использоваться для электроснабжения минимальной нагрузки – освещение, радио, телевизор, а ЖТЭГ будет включаться несколько раз в день (от 2 и более, в зависимости от выбранной емкости АБ). При этом начальная стоимость системы снижается как за счет уменьшения пиковой мощности солнечной батареи, так и за счет снижения емкости АБ. Такая оптимальная система для электроснабжения жилого дома может состоять из следующих компонентов:

солнечной батареи с пиковой мощностью 300–320 Вт;

инвертора (ББП) мощностью 2 кВт с возможностью кратковременной нагрузки до 3 кВт, входное напряжение 24 или 48 В;

аккумуляторная батарея общей емкостью 400 Ач (при напряжении 12 В);

контроллер заряда на ток до 40–50 А (при напряжении 24 В);

дизельгенератор мощностью 4–6 кВт;

зарядное устройство для заряда АБ от бензогенератора на ток кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т.п.) Стоимость такой системы (при существующих ценах на комплектующие) будет около 5500–6000 USD. При этом необходимо учитывать, что возрастут эксплуатационные расходы за счет большего расхода топлива для ЖТЭГ.

На основании приведенных суточных графиков электрических нагрузок, а также исходя из влияния продолжительности дня на электрическую нагрузку, определяется электрическая энергия за каждый месяц года, исходя из среднего значения за сутки и за целый год. Данные расчета сведены в табл. 9.

Количество дней в Суточная энергия, Энергия, потребляемая Месяц Для заряда и обслуживания аккумуляторной батареи можно выбрать блок бесперебойного питания нагрузки из приведенного ниже перечня 1.

В этот БПП встроен контроллер заряда – разряда АБ и инвертор.

Перечень 1 инверторов – блоков бесперебойного питания электрических нагрузок от аккумуляторных батарей приводится ниже. В этот перечень включены БПП с чистой синусоидой переменного напряжения на выходе блока. БПП обеспечивают минимальное искажение синусоидального напряжения на нагрузке, что уменьшает дополнительный нагрев электроприемников вредными гармониками.

Элементы электрооборудования ФЭС. Инверторы (ББП) Блок бесперебойного питания «Синус-М» 3000 ВА Блок бесперебойного питания «Синус-Т» 3000 ВА Блок бесперебойного питания «Синусоида» 1700 ВА Блок бесперебойного питания «Синусоида» 3000 ВА Блок бесперебойного питания «Синусоида» 5000 ВА Блок бесперебойного питания «Синусоида» 7000 ВА Блок бесперебойного питания «OutBack FX2012ET»

Блок бесперебойного питания «OutBack FX2024ET»

Блок бесперебойного питания «OutBack FX2348ET»

Блок бесперебойного питания «OutBack VFX 3024E-СE»

Блок бесперебойного питания «OutBack VFX 3048E-СE»

Блок бесперебойного питания Блок бесперебойного питания Если по условиям расчета подойдет комплектная ФЭС, приведенная ниже в перечне 2, то можно выбрать ее из этого перечня.

Примерный перечень 2 фотоэлектрических систем (ФЭС), предлагаемых для реализации построения блок схем фотоэлектрических систем, изображенных на рис. 2б, приведен ниже (цены указаны по состоянию на 01.01.08 г.):

ФЭС 440–24/ (108.500 руб.) Данная система предназначена для обеспечения электроснабжением небольшого загородного дома.

Фотоэлектрическая система состоит из:

4-х фотоэлектрических модулей мощностью 110 Вт каждый;

2-х аккумуляторных батарей емкостью по 200 Ач;

инвертора «Синус-1,2» со встроенным контроллером заряда аккумулятора (см. Перечень 1).

Технические характеристики:

мощность фотоэлектрических модулей – 480 Вт;

напряжение постоянного тока – 24 В;

напряжение переменного тока – 220В 50 Гц;

форма выходного напряжения – чистый синус;

максимальный ток заряда – 20 А (опция – 40 А).

Инвертор позволяет запускать холодильник и питать любую нагрузку переменного тока мощностью до 1200 Вт. Для сохранения энергии АБ инвертор имеет «спящий» режим. Указанная цена учитывает 5% скидку на фотоэлектрические модули в системе. Возможна комплектация фотоэлектрическими модулями другой мощности (до 150 Вт).

ФЭС 600–24/ (140.500 руб.) Данная система предназначена для обеспечения электроснабжением небольшого загородного дома. Система состоит из:

4-х фотоэлектрических модулей мощностью 150 Вт каждый;

4-х аккумуляторных батарей емкостью по 200 Ач;

инвертора «Синус-2» со встроенным контроллером заряда.

Технические характеристики:

мощность фотоэлектрических модулей – 480 Вт;

напряжение постоянного тока – 48 В;

напряжение переменного тока – 220 В 50 Гц;

форма выходного напряжения – чистый синус;

максимальный ток заряда – 20 А (опция – 40 А).

Инвертор позволяет запускать холодильник и питать любую нагрузку переменного тока мощностью до 3000 ВA. Для сохранения энергии АБ инвертор имеет «спящий» режим.

Указанная цена учитывает 5% скидку на фотоэлектрические модули в системе. Возможна комплектация фотоэлектрическими модулями другой мощности (100–150 Вт) и АБ меньшей емкости.

ФЭС 600–48/ (173.500 руб.) Данная система предназначена для обеспечения электроснабжением небольшого загородного дома. Система состоит из:

4-х фотоэлектрических модулей мощностью 150 Вт каждый;

4-х аккумуляторных батарей емкостью по 200 Ач;

инвертора «Синус-2» со встроенным контроллером заряда.

Технические характеристики:

мощность фотоэлектрических модулей – 480 Вт;

напряжение постоянного тока – 48 В;

напряжение переменного тока – 220В 50 Гц;

форма выходного напряжения – чистый синус;

максимальный ток заряда – 20А (опция – 40 А).

Инвертор позволяет запускать холодильник и питать любую нагрузку переменного тока мощностью до 3000 ВA. Для сохранения энергии АБ инвертор имеет «спящий» режим. Указанная цена учитывает 5% скидку на фотоэлектрические модули в системе. Возможна комплектация фотоэлектрическими модулями другой мощности (100–150 Вт) и АБ меньшей емкости.

Солнечные коллекторы (СК) – это технические устройства, предназначенные для прямого преобразования СИ в тепловую энергию в системах теплоснабжения (СТС) для нагрева воздуха, воды или других жидкостей. СТС обычно принято разделять на пассивные и активные.

Самыми простыми и дешевыми являются пассивные СТС, которые для сбора и распределения солнечной энергии используют специальным образом сконструированные архитектурные или строительные элементы здания или сооружения и не требуют дополнительного оборудования. В настоящем задании рассматриваются только активные СТС, которые используются в виде различного рода СВНУ.

1.2.1. Расчет и выбор элементов солнечной системы теплоснабжения (ССТ) Солнечная система теплоснабжения включает в себя следующее основное оборудование:

коллектор солнечной энергии;

аккумулятор теплоты;

теплообменники;

насосы или вентиляторы;

дополнительный (резервный) источник теплоты (топливный или электрический);

устройства для управления работой системы.

Вследствие нестабильности поступления солнечной энергии системы солнечного отопления должны работать с дублером – резервным источником теплоты (котельная, теплосеть и т.п.), обеспечивающим 100% тепловой нагрузки.

В то же время солнечные водонагревательные установки сезонного действия могут быть запроектированы без дублера, если не предъявляются жесткие требования по бесперебойному снабжению горячей водой (пансионаты, летние душевые и т.п.).

При проектировании систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии необходимо исходить из того, что экономически целесообразно покрывать за счет солнечной энергии лишь определенную долю fГОД годовой тепловой нагрузки QНГОД, а остальную ее часть, а именно (1 – fГОД) QНГОД, должен обеспечивать резервный (дополнительный) источник энергии.

Величина fГОД зависит от характеристик гелиосистемы и климатических данных, а также от стоимости системы и топлива, но обычно она не превышает 0,5, а для сезонных установок может достигать 0,75 и более (за сезон).

Месячная доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки теплоснабжения или степень замещения топлива определяется как где QHM – месячная величина тепловой нагрузки;

QCM – месячное количество теплоты, обеспечиваемое солнечной установкой;

QДM – месячное количество теплоты, обеспечиваемое дополнительным источником энергии.

Годовая доля солнечной энергии (степень замещения топлива) в покрытии нагрузки имеет вид:

Экономия топлива (кг) за расчетный период где QТ – теплота сгорания топлива, МДж ; ТГ – КПД теплогенератора, равный 0,45–0,6 для индивидуальных установок и 0,6–0,8 для котлов на твердом, жидком и газообразном топливе.

Исходными данными для расчета гелиосистемы являются характеристики географического положения местности – широта, долгота l и высота Н местности над уровнем моря, климатические данные – среднемесячное дневное количество суммарной R, и диффузной (рассеянной) R Д солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность и температура окружающего наружного воздуха, принимаемые по книге «Справочник по климату СССР».

Кроме того, по данным испытаний или по данным заводаизготовителя коллектора солнечной энергии, принимаются его характеристики – эффективный оптический КПД 0 и коэффициент тепловых потерь К К, а также геометрические размеры одного модуля коллектора, число слоев остекления, вид теплоносителя. Для расчета гелиосистемы необходимо знать среднемесячные суточные значения тепловой нагрузки отопления или иметь данные для их расчета, знать температуры холодной ТХВ и горячей ТГВ воды и суточное потребление горячей воды.

При проектировании систем солнечного теплоснабжения расход теплоносителя и объем аккумулятора теплоты выбирают в зависимости от вида теплоносителя в контуре солнечного коллектора (жидкость или воздух) и типа теплового аккумулятора (водяного).

Удельный расход (м3/с) теплоносителя в СК на 1 м2 площади его поверхности для жидкостных систем равен 0,01 – 0,02.

Удельный объем ( ) аккумулятора теплоты СК равен соответм ственно 0,05–0,15.

Удельная площадь поверхности СК в зависимости от назначения системы принимается ориентировочно равной:

для систем отопления отапливаемого помещения 0,33 – 0,5 ;

для систем горячего водоснабжения 1 – 2.

Оптимальный угол наклона СК опт к горизонту принимается для систем отопления – широте +15;

для систем горячего водоснабжения круглогодичного действия – для СК сезонного действия – широте –15.

Экономия топлива, которая может быть достигнута в результате эксплуатации солнечной системы теплоснабжения, ориентировочно составляет 0,1–0,2 т у. т. на 1 м2 площади поверхности солнечного коллектора.

Ориентировочные значения отношения площади А, поверхности плоского СК, к площади АПОЛ пола отапливаемых помещений здания в зависимости от средней температуры наружного воздуха ТВ в зимние месяцы (декабрь – январь) приведены в табл. 10.

При применении СК большой площади в летний период возникает значительный избыток неиспользуемой солнечной энергии, а это крайне нежелательно. Поэтому лучше принять в предварительных расчетах площадь СК по второму пределу, а затем уточнить ее значение расчетом.

Тепловая мощность (Вт) плоского СК равна:

где А – площадь поверхности СК, м2;

IK – плотность потока солнечного излучения, поступающего на поверхность СК, Вт/м2;

0 – эффективный оптический КПД солнечного коллектора;

K K – общий коэффициент тепловых потерь СК, Вт/(м2 К);

TT и TT – температура теплоносителя на входе в СК и на выходе из ТВ – температура наружного воздуха в зоне СК, С;

G – массовый расход теплоносителя в СК, кг/сек;

ср – удельная изобарная теплоемкость теплоносителя, кДж/кг (для воды ср=4,19 кДж/кг).

Удельная среднемесячная дневная тепловая производительность СК, МДж/(м2день):

где EK = R E – среднемесячное дневное количество солнечной энергии, поступающей на 1 м2 площади поверхности СК, МДж/(м2день);

Е – среднемесячное дневное суммарное количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность, {МДж/ (м2дни)};

– отношение среднемесячных дневных количеств солнечR= ной энергии (СЭ), поступающей на наклонную (коллекторную) и горизонтальную поверхности.

Данные по поступлению суммарной Е и рассеянной ЕР солнечной энергии на горизонтальную поверхность для основных городов приведены в [3], а более подробные данные содержатся в Справочнике по климату СССР.

Данные по поступлению СЭ [МДж/(м2день)] по г. Бишкек приведены в табл. 11.

Поз. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

VГ.В =0,154 чел.=0,6 м3/день, плотность воды =1000 кг/м3 при наклоне поверхности СК, равном широте местности, т.е. =43, с южной ориентацией СК. Температура ТГ.В=45С, холодной ТХ.В=10С.

Система солнечного нагрева воды с пассивной циркуляцией (рис.3) включает в себя:

солнечные коллекторы;

бак-аккумулятор (бойлер) с теплообменником;

расширительный бак с мембраной;

запорную арматуру (краны, вентили, клапаны);

циркуляционные трубопроводы.

При круглогодичном действии системы выбирается двухконтурная система циркуляции горячей воды (в баке аккумуляторе расположен дополнительный теплообменник).

Подпитка системы холодной водой производится из водопроводной сети в бак-аккумулятор горячей воды.

Тепловая нагрузка системы за год составит:

(1 МДж=0,278 кВтч; 1 ГДж=103 МДж=278 кВтч).

Принимаем fгод = 0,5 (годовая доля солнечной энергии в замещении топлива). По табл. 1 определяется годовой приход солнечной энергии (МДж/м2год) на СВНУ (сумма Е по месяцам и году).

Рис. 3. Схема получения горячей воды от СК с пассивной циркуляцией.

Поз. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Коэффициент пересчета R=1,14, тогда приход солнечной энергии на поверхность коллектора ЕК=1,145,6=6,38 ГДж/(м2год). По кривой =f(fгод) [4] находится =0,843, при fгод = 0,5 и тогда площадь поверхности солнечных коллекторов будет равна:

При использовании солнечных коллекторов типа СВНУ–150 (площадь солнечной панели 1,6 м2) необходимо:

объем бака-аккумулятора горячей воды будет равен:

Возможно использование солнечных коллекторов другого типа российского или китайского производства, либо производства Германии. Ниже (табл. 13) приведены технические данные и геометрические характеристики СК высокой производительности и качества с высоким КПД типа TopSun F3/F3-Q:

высокоэффективные коллекторы, протестированы на соответствие EN 12975;

коллекторы пригодны для применения в любых погодных условиях;

коллекторы изготовлены методом термоформ, с вмонтированным алюминиевым коллектором;

имеют изоляцию Rockwool толщиной 60 мм, что обеспечивает отсутствие потерь тепла;

коллекторы снабжены медным коллектором с особо чувствительным покрытием, обеспечивающим оптимальную производительность;

коллекторы снабжены расширительными компенсаторами, позволяющими равномерно распределять нагрузку между несколькими коллекторами;

защитное стекло имеет толщину 3,2 мм и соответствует всем существующим стандартам;

одна система может состоять из 5 коллекторов, для этого предусмотрена сторона соединения и необходимые принадлежности;

позволяют легко изменять угол наклона;

легко монтируются в параллельную работу нескольких коллекторов;

все коллекторы имеют гарантию 5 лет.

1.2.3. Общий вид солнечных коллекторов Технические характеристики солнечных коллекторов приведены в табл. 13 с указанием геометрических размеров абсорберов в мм.

Рис. 4. Геометрические размеры солнечных коллекторов.

1.2.4. Технические характеристики солнечных коллекторов Тип солнечного коллектора TopSun F3-1 TopSun F3-Q CFK Расстояние между патрубками, Оптический КПД относительно площадит поглотителя, % Коэффициент тепловых потерь К1, Вт/(м2 К2) Коэффициент тепловых потерь К2, Вт/(м2 К2) Поглощение теплового излучения, % Рекомендованная пропускная способность (одного коллектора), л/час 1.2.5. Расчет систем солнечного теплоснабжения Расчет систем солнечного теплоснабжения (ССТ) хорошо и подробно изложен в [4], где даны также рекомендации по расчету и выбору тепловых аккумулирующих материалов (ТАМ).

Относительная площадь солнцеулавливающих поверхностей в различных климатических зонах может составлять от 10 до 100% площади отапливаемых помещений. При этом за счет использования солнечной энергии обеспечивается определенная доля f от 10 до 80% тепловой нагрузки отопления и соответственно уменьшается расход теплоты от теплового источника (котла). В случае же использования подвижной тепловой изоляции, закрывающей в ночное время лучепрозрачные поверхности солнечных коллекторов, теплопотери здания дома значительно снижаются, и эффективность гелиосистемы возрастает в 1,5– раза.

Наилучшая ориентация здания дома с солнечными коллекторами на крыше – южная, однако допускается отклонение фасада здания до 30 к востоку или западу.

Расчет солнечных установок включает в себя определение располагаемого количества солнечной энергии (см. выше расчет поступления солнечной энергии на поверхность СК).

1.2.6. Пример расчета системы солнечного теплоснабжения жилого дома Для расчета системы солнечного теплоснабжения жилого дома используется схема системы теплоснабжения от солнечных коллекторов с активной циркуляцией теплоносителя в первичном контуре СК (рис.

4). Во вторичном контуре выход горячей воды из бака аккумулятора соединяется трубой с системой отопления жилого дома от резервного источника тепловой энергии (котельная или теплосеть) – прямая подача горячей воды в систему отопления. Труба слива из бака-аккумулятора СК соединяется с системой отопления жилого дома через трубу обратной подачи горячей воды из системы отопления в котел или теплосеть, чтобы обеспечить замкнутый цикл ССТ. Нагретая вода в СК поступает в систему отопления с помощью рециркуляционного насоса, тем самым, сокращая или полностью замещая топливную составляющую котельной установки дома.

Расчет теплового баланса жилого дома приводится ниже по укрупненным показателям расчета тепловых потерь (рис. 5).

Рис. 5. Схема системы теплоснабжения от СК с активной циркуляцией.

1.2.7. Расчет тепловых потерь в жилом доме Потери тепла в жилом доме происходят:

за счет воздухообмена, включая инфильтрацию – 45% (поз.1);

через наружные стены – 27% (поз.2);

через оконные проемы – 22% (поз.3);

Рис. 6. Примерная структура теплового баланса жилого дома в холодный период.

Поступление тепла в жилой дом происходит:

от системы отопления;

от работающих электроприборов в доме;

в процессе приготовления пищи;

за счет солнечной радиации.

Расчет отопления жилого дома необходим для компенсации тепловых потерь, перечисленных выше.

Отопление следует проектировать для обеспечения в помещениях расчетной температуры воздуха, учитывая тепловой поток, регулярно поступающий от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, коммуникаций, материалов, людей и других источников. При этом тепловой поток, поступающий в комнаты и кухни жилых домов, следует принимать не менее чем 10 Вт на 1 м2 пола.

Потери теплоты через внутренние ограждающие конструкции помещений допускается не учитывать, если разность температур в этих помещениях равна 3С и менее (СНиП 2.04.05–91).

Приближённый расчёт теплопотерь дома Коэффициенты (К), учитывающие утечку тепла в доме приведены в табл. 14–20.

Величина теплопотерь определяется по эмпирической формуле:

где QT – теплопотери дома; Вт/м2 – удельная величина тепловых потерь (65–80 Вт/м2), которая состоит из теплового потока через материалы окон, стен и потолка, вентиляция и т.п.; м2 – площадь помещения; К – коэффициенты теплопотерь конструкций дома.

Температура снаружи помещения Тип помещения Исходные данные для расчета:

Окна – Обычное (двойное) остекление (К1=1,2).

Стены – Хорошая теплоизоляция (К2=0,85).

Соотношение площадей окон и пола – 10% (К3=0,8).

Температура снаружи помещения – 10С (К4=0,7).

Число стен, выходящих наружу – Четыре (К5=1,33).

Тип помещения над рассчитываемым – Обогреваемое помещение (К6=0,82).

Высота помещения – 2,5 м (К7=1,00).

Площадь помещения – 100 м2.

QT=801001,20,850,80,71,330,821,00=4983,6 Bт.

1.2.8. Тепловая производительность котла для отопления дома Тепловая производительность (мощность NK) котла подбирается в зависимости от значения тепловых потерь здания, исходя из следующих расчетов:

где NK – тепловая производительность (мощность) отопительного котла (кВт).

Коэффициент запаса 15–20% дается для того, чтобы перекрыть незапланированные тепловые потери и возможное отклонение от расчетного количества солнечных дней в холодные периоды отопительного сезона.

Таким образом, тепловая производительность отопительного котла окончательно будет равна:

Вследствие нестабильности поступления солнечной энергии, система солнечного отопления должна работать с дополнительным (резервным) источником энергии (котельная, теплосеть и т.п.), обеспечивающим 100% требуемой тепловой мощности.

Для систем солнечного отопления тепловой расчет рекомендуется выполнять для марта месяца при =43 северной широты (г. Бишкек). В этом месяце вся тепловая нагрузка должна обеспечиваться за счет солнечной энергии. В остальные месяцы отопительного сезона система солнечного теплоснабжения будет только долей основного отопления.

Таким образом, по данным табл. 1, в марте месяце величина солнечной энергии равна 103,5 кВтч/(м2месяц).

Величина месячной тепловой нагрузки, необходимой на компенсацию тепловых потерь жилого дома в марте будет равна:

Величина годовой тепловой нагрузки при 6-ти месячном отопительном сезоне составит:

Площадь солнечных коллекторов, необходимых для 100% покрытия тепловых потерь жилого дома в марте месяце будет равна:

Объем аккумуляторного бака принимаем равным:

При использовании солнечных коллекторов типа СВНУ–150 (площадь солнечной панели 1,6 м2) необходимо Вместе с системой горячего водоснабжения жилого дома потребуется 30 панелей СК при цене 1 м2 солнечного коллектора вместе с монтажно-наладочными работами – 10800 сом., стоимость отопления и горячего водоснабжения от солнечных коллекторов составит:

без стоимости резервного источника тепла – генератора тепла на жидком или газообразном топливе.

1.2.9. Солнечные коллекторы для отопления жилого дома Солнечные коллекторы с вакуумными трубками коллектор Рабочая станция с блоком управления, насосом, расширительным баком Тип системы Вид компонентов Расшир. бак Модель Цена Для отопления жилого дома можно использовать солнечные коллекторы с вакуумными трубками, приведенные в табл. 21. Эти коллекторы обладают более высоким КПД, и температурой нагрева воды. Кроме того, эти СК имеют в своем составе солярные регуляторы типа SWS, с помощью которых можно контролировать весь технологический процесс нагрева и распределения нагретой воды к потребителю.

Рабочие станции для систем водонагревания Солнечная рабочая станция – сердце солярной системы, действующей для нагрева воды. Станция служит для обеспечения циркуляции и регуляции протекания теплообменной жидкости. С ее помощью контролируется температура и давление в системе, присоединяется расширительный бак и легко доливается или заменяется теплообменная жидкость.

Перечень насосных узлов:

Солнечная рабочая станция SWS–1.

Солнечная рабочая станция SWS–2.

Солнечная рабочая станция SWS–3.

Солнечная рабочая станция SWS–4.

Солярный регулятор SWS– Двухтрубный солярный насосный узел, конструкция которого сочетается со всеми типами регуляторов DeltaSol. В него главным образом встроены наиболее важные гидравлические компоненты, необходимые для эксплуатации солярной системы. Монтаж и установка несложная и быстрая.

11. Соединение с расширительным баком вместе с автоматическим обратным вентилем.

Солнечная рабочая станция SWS– Однотрубный солярный насосный узел с встроенным регулятором Deltasol BS3. Содержит гидравлические компоненты, необходимые для эксплуатации солярной системы. Включается просто вставлением в штепсельную розетку. Установка солярной системы очень проста и не трудоемка – достаточно выбрать расширительный бак и соединить коллекторами с водогрейным резервуаром.

Рис. 8. Общий вид солнечной рабочей станции для СК.

Солнечная рабочая станция SWS– Однотрубный насосный узел вместе с насосом (насос поставляется отдельно).

2. Встроенный регулятор контроллер Solar Pro.

10. Выход для присоединения расширительного бака.

Солнечная рабочая станция SWS– Двухтрубный насосный узел вместе с воздухоохладителем и насосом (насос поставляется отдельно).

Рис. 10. Общий вид двухтрубного насосного узла станции.

Закрытый активный солнечный водонагреватель высокого давления Данные системы выгодно отличаются саморегулируемостью и наибольшей эффективностью использования солнечной энергии.

Контроллеры обеспечивают оптимальные параметры циркуляции энергии в системе и позволяют поддерживать комфортную заданную температуру. При отсутствии достаточной солнечной активности контроллер включает дополнительный электро- или газонагреватель, установленный в теплоаккумуляторе.

На рис. 11 приведена схема внешних соединений и компоновки СВНУ закрытого (без сообщения с атмосферой) исполнения с вакуумными коллекторами. СВНУ работает в автоматическом режиме и управляется с помощью контроллера (рабочей станции) с встроенным микропроцессором.

Рис. 11. Общий вид системы СВНУ с вакуумными коллекторами высокого давления.

Рис. 12.Схема внешних соединений СВНУ высокого давления 1. Направление солнечной радиации с южной ориентацией солнечных 2. Вакуумные трубки солнечного вакуумного коллектора высокого давления.

3. Коллектор сбора теплообменной жидкости из вакуумных трубок.

4. Расширительный бачок рабочей станции.

5. Рабочая станция с насосом циркуляции теплообменной жидкости 6. Контроллер с микропроцессором для управления технологическим процессом работы СВНУ.

7. Термопара для контроля температуры горячей вода в бакеаккумуляторе.

8. Встроенный в резервуар электрический нагреватель (ТЭН).

9. Аварийный клапан сброса избыточного давления горячей воды в бакеаккумуляторе СВНУ.

10. Трубопровод подачи холодной воды из водопровода в бак-аккумулятор 11. Трубопровод подачи горячей воды к потребителю для горячего водоснабжения.

12. Система слива и опорожнения бака-аккумулятора при регламентных 13. Система теплоснабжения (отопления жилого дома с рабочей станцией и контроллером) показана в верхней части установки на схеме рис. 12.

Особенности:

наиболее эффективные СВНУ для умеренного и холодного климата, выдерживают температуры до –50°С и низкую интенсивность потока солнечной радиации;

имеют большое количество схем подключения;

легко встраиваются в существующие системы горячего водоснабжения и отопления;

расположение бака не требует строгого размещения, поэтому системы легче модифицируются, чем пассивные;

большая производительность за счёт активной циркуляции жидкости.

Направление использования: горячее водоснабжение и отопление помещений.

Одним из перспективных направлений развития возобновляемой энергетики является ветроэнергетика.

Использование энергии ветра не только помогает решить многие проблемы энергоснабжения удаленных объектов и загородных домов, но и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций.

Поставив на своём участке хотя бы небольшой ветрогенератор вместо дизель- или бензоэлектростанции, вы внесете свой вклад в дело сохранения природы, сокращения выбросов вредных и парниковых газов и предотвращения изменения климата. Даже если вы подключены к сети централизованного электроснабжения, использование энергии ветра для ваших нужд тоже будет полезно природе, потому что сети получают электроэнергию, сжигая уголь, мазут или газ, или даже на атомных станциях.

Принцип использования ветровой энергии известен и используется человеком очень давно, начиная с ветряных мельниц. Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую энергию происходит с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ), которые можно квалифицировать по следующим признакам:

по мощности – малые (до 10 кВт), средние (от 10 до100 кВт), крупные (от 100 до 1000 кВт), сверхкрупные (более 1000 кВт);

по числу лопастей рабочего колеса – одно-, двух-, трех- и многолопастные;

по отношению рабочего колеса к направлению воздушного потока – с горизонтальной осью вращения, параллельной или перпендикулярной вектору скорости ветра (ротор Дарье).

Для каждой ВЭУ можно выделить следующие три характерные значения рабочей скорости ветра:

P – расчетная скорость ветра по мощности для P < P, при этом мощность ВЭУ меняется в зависимости от скорости ветра и частоты вращения ротора;

P – для > P, при этом мощность ВЭУ равняется нулю за счет принудительного торможения ротора при развороте его лопастей параллельно вектору скоростей ветра.

Обычно в ветроэнергетике используется рабочий диапазон скоростей ветра, не превышающих скорость, равную 25 м/сек. Эта скорость соответствует 9-бальному ветру (шторму) по 12-бальной шкале Бофорта.

Существует определенная расчетная зависимость удельной мощности (Вт) ветрового потока N уд Вт/м2 от его скорости (м/сек), выраженная табл. 23.

, м/сек N, Вт/м2 4,9 16,55 39,2 76,6 613 1682 3575 4904 Для 1 м2 ометаемой поверхности ветровым потоком значение удельной мощности ветрового потока определяется выражением:

где – плотность воздуха, кг/м3.

Для ориентировочных расчетов в диапазоне скоростей от р до p полезная мощность ВЭУ – N ВЭУ (кВт) для заданной скорости ветра (м/с) на высоте башни H б (м) и диаметре ротора ВЭУ D (м) рассчитывается по известной формуле:

где FВЭУ (м2) – ометаемая площадь ВЭУ с горизонтальной осью вращения, определяемая из выражения:

– коэффициент мощности, обычно принимаемый = 0,45 в пракгде тических расчетах, отн. ед.; p – КПД ротора (порядка 0,9, если не задан), отн. ед.; Г – КПД генератора (порядка 0,95, если не задан), После подстановки данных всех указанных значений получаем для ориентировочных расчетов:

Энергию кВт · ч, вырабатываемую ВЭУ за период времени Т (час), определяют по выражению:

где 1 = 0, 7 1, 0 – коэффициент взаимного влияния ВЭУ (если их несколько); 2 = 0,95 технический простой ВЭУ (ремонт, поломка);

3 = 0,97 – потребление энергии на собственные нужды.

Среднемесячная скорость ветра в Чуйской долине (при высоте флюгера Нф=6,0 м) приведена в табл. 24 (по данным метеостанции г.

Бишкек):

Поз. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

1.3.1. Ветроэнергетические установки для электроснабжения жилого дома Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки (ВЭУ) мощностью:

около 500 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии – освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагрузка;

от 1,5 до 4 кВт для электроснабжения почти полностью потребителей в типовом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т.п.

В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.

В настоящее время предлагаются следующие ветроэлектрические установки:

ВЭУ мощностью 500 Вт;

ВЭУ мощностью 2000 Вт;

ВЭУ мощностью 5000 Вт;

ВЭУ мощностью 10000 Вт;

ветровая солнечная гибридная установка.

Производятся также ветроэнергетические установки (ВЭУ) для включения в состав системы электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии.

В состав системы с ВЭУ включаются аккумуляторные батареи и инверторы.

В инверторе предусмотрена электронная защита от:

перегрузки;

короткого замыкания;

ошибки подключения полярности аккумулятора;

полного разряда аккумулятора.

Ветроэнергетическая установка предназначена для работы с трехфазной трехпроводной сетью 220 В с изолированной нейтралью.

Кроме того, для резервирования, в моменты отсутствия ветра, в состав электрооборудования включается дизельная электрическая станция (ДЭС) или другой ЖТЭГ и другие элементы, обеспечивающие нормальное функционирование всей системы электроснабжения жилого загородного дома.

При наличии избытка ветровой энергии используются теплоэлектронагреватели (ТЭН).

Блок управления обеспечивает контроль режимов работы ВЭУ.

Рис. 13. Блок-схема электрооборудования ветроэнергетической установки.

1.3.2. Технические характеристики ВЭУ Ветроэлектрическая установка на 500 Вт Область применения Малогабаритная, переносная ветроустановка на 500 Вт. Легко разбирается и транспортируется, что перспективно для использования в полевых, связанных с частой сменой местонахождения, условиях. Данная установка, имея меньшую цену, превосходит известные аналоги по компактности, степени разборности и надежности.

По своим технико-экономическим показателям эта установка вне конкуренции там, где нужен небольшой и недорогой ветряк, который легко установить и демонтировать (например, на даче).

На ветроустановке предусмотрена ориентация лопастей на ветер и защита от урагана буферный – с аккумуляторной батареей напряжением 24 В для питания электроприборов постоянного тока;

Рис. 14. Ветроэнергетическая установка мощностью 500 Вт.

Диапазон выходного напряжения генератора при номинальной нагрузке, В 24– Допустимая мощность нагрузки по постоянному току при емкости аккумуля торной батареи 300 Ач, Вт, макс.

Габаритные размеры, м высота (в зависимости от длины мачты) диа- 5,4–6, Рекомендуемая емкость аккумуляторной батареи, А/ч Ветроэлектрическая установка на 2000 Вт предназначена для автономного снабжения электроэнергией потребителей в районах со среднегодовой скоростью ветра не менее 4,5 м/с.

Рис. 15. Ветроэнергетическая установка мощностью 2000 Вт.

Отличительные особенности Выработка полезной энергии начинается при скорости ветра 2,5 м/с;

В конструкции применен высокоточный центробежный, аэродинамический регулятор, управляющий углом установки лопастей и обеспечивающий буревую защиту.

В конструкции ВЭУ применен прямоприводной малогабаритный генератор с магнитами из Nd-Fe-Br.

Имеется электронная адаптивная система отбора мощности, что позволяет получить коэффициент использования ветра 0,41.

В конструкции лопастей и корпуса применены высокомодульные композиционные материалы на основе эпоксидных смол горячего отвердения.

Монтаж ВЭУ производится путем самоподъёма.

Во всем диапазоне ветров ВЭУ сохраняет низкий уровень собственных аэродинамических шумов.

Современный дизайн, минимальные габаритно-весовые ВЭУ (42 кг) и электронного блока управления (вес 3,5 кг, габариты 26518595 мм), компактная упаковка для транспортировки.

Установка положительно зарекомендовала себя в качестве автономного источника электропитания, не требующего технического обслуживания.

Скорость ветра, при которой начинается работа, м/с 3, Управление скоростью вращения - центробежно-аэродинамический регулятор Материал лопастей высокомодульный углестеклопластик на эпоксидном связующем Тип генератора на постоянных магнитах из Fe - Nd - Br, 17 пар полюсов Системы безопасности эксплуатации Ограничение скорости вращения ротора - аэродинамическое, во всем рабочем диапазоне Механизм торможения – электрический, замыканием обмоток генератора Молниезащита - защитное заземление Регламентное обслуживание по техническому состоянию агрегатов Вышка В состав системы также необходимо будет включить аккумуляторные батареи и, если планируется, подключать нагрузку переменного тока – инвертор. Также очень рекомендуется использовать в системах электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии энергоэффективную нагрузку.

Ветроэнергетический комплекс (ВЭК) мощностью 5000 Вт В состав ВЭК входит дизельная электрическая станция соответствующей мощности.

Ветроэнергетический комплекс предназначен для электроснабжения объектов, расположенных в зонах с любыми, в т.ч. низкими, ветрами – от 3 м/с. Может работать и как дополнение к уже имеющейся электрической сети.

Все комплектации служат для автономного электроснабжения потребителей, не имеющих доступа к сетям централизованного электроснабжения:

загородные дома, фермерские хозяйства, объекты телекоммуникаций, станций сотовой связи, других объектов, страдающих от перебоев в электроснабжении.

Рис. 15. Ветроэнергетическая установка мощностью 5000 Вт.

Параметры ветроэнергетической установки Максимальная мощность при скорости ветра 9 м/с Среднемесячная выработка эл.энергии 600–800 кВтч Буревая защита (ветер от 13 м/с) Поворот ветроколеса до 90° к потоку Соединение ветроколеса с генератором Прямое Входное напр. U постоянного тока 80–125 В Выходное напряжение U Однофазное, 220 В, 50 Гц Форма выходного напряжения U чистая синусоида *Ёмкость может быть и меньше, но запрещается выходить за «максимально допустимую».

Не важно, какое реализовано подключение аккумуляторов (например, последовательное для 24 В варианта). Указанная в табл. 47 общая емкость является простой суммой емкостей всех подключенных.

3.2.2. Инструкция по безопасности Меры предосторожности:

Запрещается соединять выходную розетку МАП-а (рис. 33 поз. 1) с промышленной сетью 220 В, или выходные розетки разных МАП-ов между собой. Нельзя также соединять входной шнур МАП-а 220 В с выходной розеткой МАП-а 220 В (замыкать его вход с выходом).

Запрещается подключать МАП «Энергию», рассчитанный на входное напряжение 12 В, к электропроводке транспортного средства, имеющей напряжение 24 В, и наоборот. Также, нельзя подключать к МАП-у вместо аккумуляторов блоки питания (подключать последние можно, но только вместе с аккумулятором).

Запрещается закорачивать перегоревшие предохранители проводом или заменять их на несоответствующие, т.к. в этом случае при повторном замыкании выйдут из строя мощные электронные вентили и МАП «Энергия» перестанет функционировать во всех режимах.

Запрещается оставлять прибор не укрытым от дождя.

Запрещается подсоединять к МАП-у холодильники старых отечественных моделей (их легко отличить по высокому уровню шума).

Запрещается подключать к МАП-у неисправное электрооборудование, особенно насосы и холодильники.

Если МАП находился в условиях с низкой температурой воздуха и его принесли в тёплое помещение – включение следует производить не ранее чем через час (время необходимое для испарения образующегося конденсата).

При строительных работах следует предохранять МАП от сильной взвешенной пыли (особенно цементной), т.к. при подключении к нему мощных потребителей электроэнергии автоматически включаются встроенные вентиляторы охлаждения, а сильная пыль может забить их подшипники.

При работе с прибором необходимо соблюдать меры электробезопасности.

Если на сетевой вход МАП-а подключается 220 В от бензо-дизель генератора, то после последнего весьма желательно установить сетевой фильтр 220 В, например, типа «Пилот» (во избежание порчи МАП-а от случайных выбросов напряжения). То же относится и к стандартной сети 220 В, если в вашем регионе она низкого качества.

3.2.3. Инструкция по эксплуатации Режимы работы преобразователя 12 / 24 В / 48 – 22 В С помощью зажимов, соблюдая полярность (красный зажим на «+»

батареи, черный на «–») подключите МАП «Энергия» к автомобильному аккумулятору (без аккумулятора МАП не включается). Если аккумулятор соединён с бортовой сетью автомобиля, то отсоединять его не обязательно. При подключении клемм МАП-а к аккумулятору, светодиод (рис. 33 поз. 3) будет мигать, а при надевании клеммы на аккумулятор, должна проскочить небольшая искра (от аккумулятора зарядится встроенный в МАП конденсатор).

Примечание: нельзя подключать МАП «Энергию», расчитанный на входное напряжение 12 В, к электропроводке транспортного средства, имеющей напряжение 24В/48 В, и наоборот; нельзя соединять (запараллеливать) выходы (розетка на рис. 33, поз.) двух или более устройств МАП «Энергия».

Подключите к розетке (рис. 33, поз. 1) нужные вам устройства, рассчитанные на питание 220 В. При необходимости используйте удлинитель (до 50 м).

Включите прибор кнопкой (рис. 33, поз. 2) (одно КОРОТКОЕ нажатие). При этом загорится светодиод (рис. 33, поз. 3) (зелёный). Светодиод (рис. 33, поз. 4) при этом станет зелёным или оранжевым, если напряжение на аккумуляторе находится в допустимых пределах.

Дополнительная кнопка-переключатель (с фиксацией) (рис. 33, поз.

5) предназначена для повышения выходной мощности МАП-а при условии, что не подключены асинхронные двигатели (насосы, холодильники, кондиционеры). Так, например, если к 2 кВт МАП-у необходимо подключить 2 кВт «болгарку», можно нажать на кнопку-переключатель так, чтобы погасла встроенная в неё лампочка. В этом случае, указанный выше инструмент будет работать с большей мощностью (сильнее раскручиваться) – при этом, форма выходного напряжения 220 В будет прямоугольная. Для инструментов, лампочек, телевизоров и т.п., суммарной мощностью, не превышающей номинальную мощность МАП-а, разницы – нажата кнопка или нет – не будет.

Однако, если подключены насосы, холодильники, кондиционеры, а также, если подключённая нагрузка не превышает номинальную мощность МАП-а, кнопка должна обязательно находиться в положении включено (встроенная в неё лампочка ГОРИТ) – форма выходного напряжения – модифицированный синус.

Если суммарная мощность подключенных устройств превысит максимально допустимую за интервал времени, равный 8 секундам, МАП автоматически отключится на 8 секунд.

После этого МАП опять включится на 8 секунд, и так далее до истечения 5 попыток, после чего отключится окончательно. Если перегрузка (превышение максимальной мощности) длится менее 8 секунд – МАП не отключится. Тем самым обеспечивается возможность запуска устройств с огромными пусковыми токами.

Отметим, что при подключении нагрузки максимальной мощности (согласно паспорту на МАП «Энергия»), выходное напряжение составит 185 В (а в некоторых случаях и ниже, в зависимости от типа нагрузки). Это является допустимым, т. к. по существующим нормам (ГОСТ), пределы напряжения в российских электросетях составляют 185–242 В, то есть 220 В (+10%; –15%).

Если напряжение на аккумуляторе (в процессе работы МАП-а на нагрузку) упадёт ниже 10,5 В (21 В/42 В) и будет таким в течение 1 минуты – МАП автоматически отключится. Этим обеспечивается защита от полного разряда аккумулятора и, следовательно, от его порчи. Такая степень разряда аккумулятора позволяет сделать еще примерно три попытки запуска двигателя (до полного разряда аккумулятора) в летних условиях. Если просадка напряжения на аккумуляторе ниже 10, В будет кратковременной (менее 1 минуты) – МАП не отключится, что опять-таки позволит запуститься устройствам с большими пусковыми токами. Кратковременное падение напряжения на аккумуляторе (ниже 10,5 В) является допустимым и не приводит к его порче, т.к. за такой короткий интервал времени сульфитация пластин аккумулятора просто не успеет произойти. Например, обычно в момент пуска двигателя в зимних условиях, напряжение на аккумуляторе может падать до 7 В (в течение нескольких секунд).

Здесь отметим, что зарубежные автомобильные преобразователи напряжения (по крайней мере, поставляемые в Россию), обычно не имеют подобной автоматики, как впрочем, и встроенного зарядного устройства.

Учтите также, что время автономной работы от аккумулятора, при подключении потребителей большой мощности, уменьшается неравномерно. Такова особенность аккумуляторов – при больших нагрузках время работы будет несколько меньше расчётного (подробнее см. далее, в рекомендациях по выбору аккумуляторной батареи).

Приборы, потребляющие сетевое напряжение 220 В, можно условно разделить на три основные категории:

1. Лампы, нагреватели, утюги, телевизоры, компьютеры и т.д., потребляющие постоянную мощность, равную обозначенной на них. Пусковые токи, превышающие номинальный ток, практически отсутствуют. Время их работы от энергии аккумулятора легко посчитать по формуле, приведенной выше.

расчета времени работы Т(ч) устройства мощностью Р(Вт) от аккумулятора емкостью С(Ач) выглядит так:

2. Дрели, болгарки, рубанки, бетономешалки, триммеры (газонокосилки) и другой электроинструмент (двигатели коллекторного типа) потребляют мощность, равную указанной на них номинальной, только в момент прикладывания нагрузки (когда дрель сверлит, болгарка пилит и т.д.). На «холостом» ходу аккумулятора автомобиля.

секунды). Посчитать время их реальной работы от аккумуляторной батареи сложнее, т.к. обычно процессы собственно сверления, распиливания и т.д. довольно кратковременны. Т.е. реально энергии только аккумулятора, как правило, хватает на весь день работы.

3. Насосы (обычно на основе двигателей асинхронного типа) и оборудование на их основе (холодильники, кондиционеры и т.п.) потребляют мощность примерно в полтора раза выше своей номинальной мощности (это связано с тем, что обычно указывается полезная мощность, без учёта потерь (cos = 0,6 – 0,7)). Для подъема воды на большую высоту следует обеспечить запас мощности применяемого МАП «Энергия» (например, для насоса 1 кВт необходим вариант 2 кВт). Эти устройства характеризуются особенно большими пусковыми токами в момент включения. Наиболее сложный случай – холодильник, изготовленный 7–10 лет назад и ранее. В нашей стране для них не существовало жестких норм по уровню шума, обеспечению меньших пусковых токов (у холодильников мощностью 100 Вт пусковая мощность может достигать 1,5 и более кВт), ограничению паразитных выбросов энергии, накопленной в индуктивности мотора (компрессора) обратно в сеть (а, при применении МАПа – обратно в МАП). Поэтому работа таких холодильников совместно с МАП «Энергия» не гарантируется. Более того, есть определенный риск поломки МАП-а. Со всеми современными (их можно отличить по уровню шума) холодильниками, например такими как «Стинол», МАП «Энергия» работает. Отдельно отметим СВЧ-печь, магнитрон которой, требует двухкратного запаса мощности по отношению к максимальной мощности МАП-а (1 кВт печь работает с МАП максимальной мощностью не менее 2 кВт).

Подключение потребителей мощностью более 1000 Вт на длительный срок (более часа) можно осуществлять к аккумулятору, работающему совместно с автомобильным генератором (последний лучше заводить после исчерпания заряда аккумулятора).

В каждом конкретном случае пользователь сам определяет время работы только от энергии батареи, исходя из её ёмкости и мощности нагрузки. Например, опыт показывает, что при подключении телевизора (цветного, 14 дюймового, 90 Вт) и лампы (60 Вт) можно не включать двигатель примерно 4–6 часов (в зависимости от мощности и состояния аккумулятора). Отметим, что для более длительной работы освещения лучше применять люминесцентные лампы (светимость 20 Вт-ной лампы такая же, как у обычной 100 Вт-ной). Отметим также, что телевизор в режиме ожидания потребляет до 25 Вт, поэтому его лучше выключать полностью (не с пульта, а кнопкой на самом ТВ), если, конечно, не выключать МАП.

Если в состав потребителей электроэнергии входит индуктивная нагрузка на основе насосов (холодильник, насос или кондиционер), например, холодильник + телевизор освещение, то общая мощность такой нагрузки не должна превышать половины от максимальной мощности МАП-а. Так, например, для одновременного подключения холодильника (100 Вт) + телевизора (90 Вт) + освещения (400 Вт) + насос «Малыш»

(400 Вт) = 990 Вт, необходим МАП «Энергия» мощностью 2 кВт.

На «холостом» ходу и при малых нагрузках потребление энергии относительно невелико из-за меньших потерь на нагрев проводов и активных элементов. В этих режимах МАП также автоматически выключает установленные внутри корпуса вентиляторы системы охлаждения, что приводит к ещё меньшим потерям электроэнергии.

При запущенном двигателе (и, соответственно, генераторе) время работы потребителей не ограничено, если мощность генератора больше или равна мощности подключённой нагрузки. Автомобильный генератор развивает свою номинальную мощность при соответствующих оборотах (обычно 2000 об/мин).

Автомобили типа «Джип» зарубежного производства идеальны в качестве источника энергии (часто в них устанавливается два аккумулятора (дизельный – бортовая сеть 24 В) и мощный генератор (3 и более кВт)).

Если на вашем дачном участке электричества пока нет - удобно использовать МАП совместно с аккумулятором 90–100 Ач, последний можно менять местами с аналогичным, установленным в автомобиле (в дороге он будет заряжаться). При замене аккумулятора один раз в неделю (ёмкости 90–100 Ач, как правило, в летних условиях, хватает на вечернее подключение телевизора и двух люминесцентных ламп в течение указанного срока) можно обеспечить дом электроэнергией.

Отметим, что в режиме преобразователя напряжения МАП «Энергия» работает и как источник бесперебойного питания (подробнее об этом см. далее) и как зарядное устройство, если он соединен при этом с сетью 220В. На заряд аккумулятора из этого режима он автоматически перейдет при двух условиях:

а) при соединении с сетью 220 В (как уже отмечалось выше);

б) при напряжении на аккумуляторе меньшем или равном 12,5 В.

Особенностью МАП «Энергия» является то, что для включения и начала его работы только сетевого напряжения 220 В недостаточно (это сделано для обеспечения надежности и безопасности). Необходимым условием включения МАП-а является подключение его клемм к аккумулятору (тоже почти к полностью разряженному – минимальное напряжение 7 В) или к аналогичному источнику напряжения. Если напряжение на аккумуляторе (без нагрузки) ниже 7 В – то, скорее всего, он уже не будет работоспособен и его следует заменить.

Но попробовать его зарядить (а затем и восстановить) все же можно, как, впрочем, и запустить двигатель. Для этого необходимо запустить МАП, подсоединив его к сети 220 В, а клеммами, например, к батарейке «Крона» (9 В). После включения он автоматически перейдет в режим заряда (т.к. есть подключение к сети 220 В и напряжение (9 В) меньше 12,5 В). После этого у вас есть несколько минут на то, чтобы снять клеммы с батарейки и надеть их на аккумулятор. Дело в том, что как только вы снимите клеммы, напряжение на них превысит 14,5 В, загорится красный светодиод и МАП «Энергия» решит, что зарядку пора заканчивать, и начнет отсчет времени до ее отключения (3–5 минут). По истечении нескольких минут, необходимых для первичной зарядки аккумулятора, можете попытаться запустить двигатель (естественно, не отключая МАП).

Если необходимо удлинить провода МАП-а, подключаемые к аккумулятору (например, для установки преобразователя в салоне транспортного средства), их следует наращивать/заменять проводом большего сечения. Например, 2 кВт МАП укомплектован двумя проводами площадью сечения по 10 мм2. (длиной 70 – 80 см) каждый. Увеличить длину проводов к аккумулятору до 2 м можно при условии, что сечение каждого из них будет не менее 16 мм2, до 3 м – не менее 25 мм2. На выходе МАП-а (220 В) можно использовать катушки-удлинители до 50 м.

Выключение МАП осуществляется нажатием на ту же кнопку включения (рис. 33, поз. 2). Если просто снять клеммы с аккумулятора, не выключая прибор, то он запомнит своё состояние на этот момент и, при последующем соединении, с аккумулятором окажется сразу включённым.

Режим зарядного и пуско-зарядного устройства Подключите зажимы к аккумулятору соблюдая полярность (красный к «+», черный к «–»). С помощью входящего в комплект шнура подключите МАП к электросети 220 В (при необходимости используйте удлинитель). Входящий в комплект шнур является стандартным и обычно используется для подключения (к сети 220 В) компьютера, поэтому, при отсутствии шнура, можно воспользоваться аналогичным от компьютера.

Включите МАП в режим принудительного заряда долговременным нажатием на кнопку (рис. 33, поз. 2). Этот режим целесообразно использовать, если вы хотите дозарядить аккумулятор с 12,6 В до 14,5 В.

Если напряжение на аккумуляторе меньше 12,6 В – МАП сможет сам включить режим зарядки из режима преобразователя, при условии соединения с сетью 220 В (см. выше).

Рис. 35. Задняя панель инвертора МАП.

На задней панели МАП «Энергия» находится выход для соединения с компьютером (разъём RS-232). Соединять с компьютером МАП можно только специальным шнуром, в разъём которого установлена соответствующая микросхема. Этот шнур и лазерный диск с программой для управления МАП-ом и изменения пользователем некоторых его настроек (например, напряжений порогов срабатывания), в стандартный комплект поставки не входит, а заказываются, при необходимости, отдельно.

При зарядке аккумуляторов мигает светодиод (рис. 33, поз. 3) и слышен шум от внутренних вентиляторов охлаждения, которые в данном режиме включены постоянно.

О напряжении на аккумуляторе можно судить по цвету светодиода (рис. 33, поз. 4). Зарядка автоматически прекратится при его красном свечении (14,5 В), по истечении 3–5 минут (после того как он станет красным).

В процессе зарядки сетевое напряжение 220В МАП «Энергия» будет коммутировать на розетку выхода 220 В (рис. 33, поз. 1).

После окончания принудительной зарядки МАП автоматически выключится.

Подрежим пуско-зарядного устройства ничем не отличается от вышеописанного. Подключение МАП-а производится в автомашине к клеммам массы (минус) и +12В, надетым на аккумуляторную батарею.

Сеть 220В подводится с помощью удлинителя. Если возникла необходимость использовать данный подрежим – значит, аккумуляторная батарея разряжена. Для облегчения пуска (например, зимой), после включения МАП-а в режим заряда (длительное нажатие пусковой кнопки 1–2 сек) желательно выждать 5–10 минут, чтобы разряженный аккумулятор хоть чуть-чуть подзарядился и не отнимал на себя часть энергии.

Каждая попытка пуска двигателя не должна превышать нескольких секунд, а интервал между ними не менее 15 секунд (в соответствии с правилами технической эксплуатации вашего автомобиля, во избежание перегрева и порчи стартера). После успешного пуска выключите (короткое нажатие кнопки (на рис. 33, поз. 2) и отсоедините МАП от бортовой сети автомобиля.

Примечание: если ваш аккумулятор не является полностью необслуживаемым (герметичным), зарядку следует производить с соблюдением соответствующих норм безопасности (помещение должно проветриваться, не следует курить и т. д.).

Режим источника бесперебойного питания (ИБП) В этом режиме устройство работает аналогично режиму преобразователя (включается так же, по короткому нажатию пусковой кнопки (рис. 33, поз. 2), при условии соединения МАП «Энергия» с помощью шнура к сетевому напряжению 220В). Если это напряжение в сети отсутствует, то МАП будет генерировать 220 В от энергии аккумулятора и подавать его на свою выходную розетку (рис.

33, поз. 1). В случае появления в сети 220 В, генерация 220 В от аккумулятора автоматически прекратится и сетевое 220 В будет подано на выходную розетку. При этом МАП «Энергия» будет отслеживать состояние аккумулятора – при его напряжении ниже 12,5 В он будет подзаряжаться до 14,5 В с последующим автоматическим отключением зарядки. Если напряжение на аккумуляторе снова упадет до 12,5 В (например, в результате саморазряда, через несколько недель эксплуатации, или в результате использования энергии аккумулятора во время исчезновения сетевого 220 В), процесс подзарядки повторится.

Примечание: в этом режиме, при напряжении на аккумуляторе ниже 10,5 В и наличии сетевого 220 В, МАП пойдёт на заряд даже если он выключен.

При неожиданном исчезновении сетевого напряжения 220, МАП «Энергия» автоматически переключится в режим преобразования энергии аккумуляторной батареи в 220 В и подаст его на свою выходную розетку (рис. 33, поз. 1). В случае, если сетевое напряжение 220 В пропадёт во время зарядки аккумулятора - зарядка прекратится и МАП также перейдёт в режим генерации 220 В.

Время автономной работы аккумуляторной батареи рассчитывается в соответствии с описанием, приведенным в разделе 1 (Режим преобразователя) и в разделе выбора аккумуляторных батарей. При падении напряжения на аккумуляторе до 10,5В и отсутствующем сетевом напряжении МАП даст предупредительный звуковой сигнал, светодиод (рис.

33, поз. 4) при этом погаснет, и через минуту МАП отключит генерацию 220 В (во избежание порчи аккумуляторной батареи) и перейдет в режим ожидания появления сетевого 220 В. Как только оно появится – тут же будет передано на выходную розетку 220 В (рис. 33, поз. 1), а аккумулятор начнет заряжаться.

В подрежиме наличия сетевого напряжения 220В оно проходит через МАП на его выходную розетку (рис. 33, поз. 1). Мощность, которую МАП может пропустить сквозь себя, ограничена мощностью силовых элементов МАП-а и соответствующим сетевым предохранителем (рис. 34, поз. 7). Если используется предохранитель на 10 А (модели 0, и 1,5 кВт), то соответственно пропускаемая от сети мощность не превысит 2,2 кВт; если же применяется предохранитель на 15 А (модели 2 и кВт) – не более 3,3 кВт.

Примечание: при проверке работоспособности прибора в режиме ИБП некоторые пользователи втыкают и вытыкают сетевой шнур, подключенный к МАП-у, в сеть, тем самым имитируя появление и исчезновение сетевого напряжения 220 В. Злоупотреблять этим не следует, т.к.

штепсель в розетке может искрить, а с учетом его близкого расположения к МАП-у это может, в конце концов, привести даже к порче прибора. При подобной проверке следует делать интервал между попытками не менее 5 секунд.

Если для режима ИБП используется маломощный аккумулятор (например, отслуживший свой срок на автомобиле, с реальной ёмкостью 10% от номинальной и ниже), то, например, компьютер будет работать всего несколько минут и, самое главное, при исчезновении сетевого 220 В будет велика вероятность «сброса» компьютера. Использовать такие аккумуляторы не рекомендуется.

3.2.4. Преимущества и недостатки по сравнению с UPS Для многих пользователей первое знакомство с источником бесперебойного питания (ИБП) или, по-другому UPS (Uninterruptible Power Supplies), может произойти при работе с компьютером. UPS защищает информацию при скачках (или полном исчезновении) напряжения в электрической сети, автоматически переводя питание компьютера на свою встроенную аккумуляторную батарею. Принцип работы UPS – преобразование низкого постоянного напряжения батареи (в UPS чаще всего устанавливают батареи на 36, 42, 60 В, или даже 80 В, иногда на 12 или 24 В) в высокое (220 В) переменное (50 Гц) напряжение. В электротехнике такие преобразователи принято называть инверторами. Емкости встроенной батареи обычно хватает на 10–15 минут работы, что достаточно для корректного закрытия программ и сохранения данных.

Инверторы же для автономного энергоснабжения (к коим и относится МАП «Энергия») специально ориентированы для питания разнообразной электрической нагрузки. По сравнению с UPS, они обладают рядом технических преимуществ:

не боятся пусковых токов при включении болгарок, компрессоров, насосов и других приводов;

коэффициент мощности cos (power factor) не ограничен и обычно имеет крайние значения от –1 до +1;

предусмотрена необходимая защита от перегрузок, коротких замыканий, подключения аккумулятора неправильной полярностью;

наличие мощного зарядного устройства позволяет гибко и быстрее восстанавливать емкость батареи;