Одиночные солнечные и ветровые системы электроснабжения

где - КПД солнечного элемента (СЭ); - коэффициенты, учитывающие различные потери (коммутацию, частичное затенение фотоактивной поверхности установки элементами конструкции, схемные потери, потери в линзовом блоке и т.д.).

Значение КПД солнечного элемента в формуле () принимается постоянным (пиковым), измеренным при стандартных условиях – АМ1.5, 25 , 1000 или 850 Вт/м² в зависимости от типа солнечного модуля.

Полученное при этом расчетное значение мощности, вырабатываемой СФЭУ, может отличаться от действительного значения, прежде всего из-за вариации плотности потока и спектрального состава падающего СИ, а также температуру солнечных элементов и линзовых концентраторов [67, 80, 109,114, 122].

Солнечная радиация, поступающая на фотоэлектрические модули, определяется следующим образом [75, 76]:

где

- прямая солнечная радиация, Вт/м²;

- диффузная солнечная радиация, Вт/м²;

- отношение косинуса угла падения луча на наклонной поверхности к косинусу угла падения на горизонтальной поверхности;

- индекс анизотропии ();

– средняя солнечная радиация, поступающего вне атмосферы земли, Вт/ м²;

- наклон поверхности;

- коэффициент,();

- Суммарная солнечная радиация, (G = ),Вт/м²

Расчет коэффициента снижения выработки электроэнергии СФЭУ при производстве электроэнергии при нормальных условиях [73,74]

Выработка электроэнергии от СФЭУ выражается следующем образом:

,

где

- среднесуточные солнечные часы (ч/сутки), которые определяются:

Основным параметром,характеризующем систему на основе ВЭУ, также как и в случае с СФЭУ, является требуемая для обеспечения потребностей автономного потребителя в электроэнергии расчетная мощность ВЭУ
На практике, при определении параметров ВЭУ для электроснабжения потребителявозникает необходимость установления связи между величиной суточного потребления энергии и требуемой мощностью ВЭУ. В этом случае предлагается сначала определить требуемую площадь обметаемой поверхности ВЭУ, а затем в соответствии с полученным значением установить минимальную среднюю мощность ВЭУ. С одной стороны, средняя мощность на валу ВЭУ может быть определена из выражения [87,101]:

,

где

- КПД преобразования энергии ветра ветроагрегатом в полезную (отн.ед.);

F – площадь поверхности, ометаемой ветроколесом(м²);

– средняя удельная мощность ветра на уровне ступицы ветроколеса (Вт/м²), которая равна [101]:

,

где

– коэффициент распределения скорости ветра;

– плотность воздуха на уровне ступицы ветроколеса (кг/м³);

среднемесячная скорость ветра на уровне ступицы ветроколеса (м/с), минимальная в пределах выбранного промежутка времени;

С другой стороны:

где

– число часов в сутки, в течение которых эксплуатируются ВЭУ (ч);

общий коэффициент (отн.ед.),учитывающий все потери при передаче энергии от ветроагрегата к потребителю, который определяется по формуле:

где

– коэффициент, учитывающий ухудшение номинальных характеристик ветроагрегата из-за влияния погодных условий (снег, дождь, обледнение) (отн.ед.);

– КПД регулятора заряда АБ (отн.ед.);

- КПД АБ (отн.ед.);

Приравнивая выражения ()и () учитывая (), получим следующую формулу для определения минимальной требуемой площади поверхности, ометаемой ветроколесом:

где
- коэффициент (кг.ч/м³), который определяется выражением:

Пологая, что для современных моделей КПД преобразования энергии ветра ветроагрегатом в полезную составляет около 25%[102]; число часов в сутки, в течение которых эксплуатируется ВЭУ – 24 часа и плотность воздуха – 1,225 кг/м³ , величина составит 7 кг.ч/м³ .

Согласно значению ометаемой поверхности ветроагрегата, полученному из выражения (), можно по формулам () и () определить мощность ветроагрегата, которую должна вырабатывать ВЭУ при минимальной в пределах расчетного периода года среднемесячной скорости ветра. Затем в соответствии с кривыми мощностей различных моделей ВЭУ выбирается установка, способная выдавать требуемое значение мощности при характерной скорости ветра.