ОЦЕНКА ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОЙ СТАНЦИИ 3 МВТ НА ЮГЕ КАЗАХСТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАЗЫ ДАННЫХ ПО СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ NASA

ESTIMATION OF THE ELECTRIC ENERGY OF THE 3 MW SOLAR STATION IN THE SOUTH OF KAZAKHSTAN WITH USING THE BASIS OF DATA ON THE SOLAR RADIATION OF NASA

Temirkhan Koishiev

doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electroengineering,

International Kazakh-Turkish University named after H.A. Yassawi,

Kazakhstan, Turkestan

Ulzhalgas Bakhtiyarova

master of 2-nd year of the department "Electroengineering"

International Kazakh-Turkish University named after H.A. Yassawi,

Kazakhstan, Turkestan

АННОТАЦИЯ

В работе проведены расчетные работы по определению интенсивности солнечной радиации, падающей на территорию южных регионов Казахстана, по данным базы солнечных ресурсов NASA, и на основе полученных результатов, расчитана  энергетическая мощность фотоэлектрической солнечной электростанции, расчитанную на 3МВт. Здесь учтен поправочный коэффициент по показателю суммарной солнечной радиации, полученной с метеостанции Аккум, расположенной вблизи города Туркестан, где собраны актинометрические данные. 

ABSTRACT

The work carried out design work to determine the intensity of solar radiation incident on the territory of the southern regions of Kazakhstan, according to the NASA database of solar resources, and on the basis of the results, is designed generating capacity of photovoltaic solar power plant, designed for 3 MW. It takes into account the correction factor in terms of the total solar radiation received from the weather station Batteries, located near the city of Turkestan, where actinometrical data collected.

Ключевые слова: солнечная радиаци; фотоэлектрическая солнечная электростанция;  актинометрия;  база данных солнечных ресурсов NASA.

Keywords: solar radiation; photovoltaic solar plant; actinometry; the base of NASA solar resource data.

Экономический ресурс возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мире в настоящее время оценивают в 20 млрд. тонн условного топлива в год, что в 2 раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. Это обстоятельство указывает путь развития энергетики ближайшего будущего.

Главное преимущество этих энергоресурсов состоит в том, что большинство из них являются местным видом топлива, а районы наибольшей концентрации из сырьевой базы, как правило, испытывают определенные трудности в формировании своего топливно-энергетического баланса (ТЭБ). Хозяйственное освоение их будет не только способствовать оптимизации структуры ТЭБ этих районов, но и снижению напряженности транспортных грузопотоков.

Развитие возобновляемой энергетики является одним из приоритетных направлений формирования отраслей «экономики будущего», обозначенных в Государственной программе по форсированному индустриально-инновационному развитию.

Наряду с этим, использование возобновляемых источников энергии предусматривается отраслевой программой по развитию электроэнергетики РК и регулируется принятым в 2009 году Законом РК «О поддержке использования возобновляемых источников энергии».

Южно-Казахстанская область обладает значительными ресурсами возобновляемой энергии. Наиболее выгодно в этом плане ресурсы солнечной энергии Байдибекского района и регион города Туркестан Южного Казахстана

Технический расчет производительности солнечной станции

Местность: г.Туркестан, ЮКО

Широта: 43,30

Долгота: 68,23

Высота над уровнем моря: 207 м

Алгоритм выбора мощности солнечной электростанции [3]:

1. Рассчитываем количество потребляемой электроэнергии за год. Среднее значение  количества энергии вырабатываемой солнечными панелями за год определяется:

где, Е_{сум.сол.рад} – суммарная солнечная энергия, попадающая на поверхность Земли в горизонтальной плоскости.

К₀ - поправочный коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии с горизонтальной плоскости на поверхность фотопанели. Для расчета принимаем К₀=1,2.

Р_фм – суммарная мощность солнечной фотопанели. (установленная мощность 3000 кВт)

К_пот – коэффициент, учитывающий потери солнечной батареи при преобразовании и передаче электроэнергии.

І_исп = 1000 Вт/м² (1 кВт/м2) -интенсивность солнечной радиации, при которой фотоэлектрические модули тестируются.

Потери энергии в солнечных батареях

Общие потери энергии при преобразовании солнечного излучения в фотоэлектрической системе включают в себя :

-потери в проводах – 1%

-потери в инверторе – 3-7%

-потери связанные с ростом температуры модуля – 4-8%

-потери в процессе работы солнечной батареи в период низкого уровня солнечного излучения – 1-3%

-потери связанные с затенением и загрязнением солнечных панелей 1-3% (в случае неоптимального ориентирования эти потери могут быть значительно выше)

-потери шунтирующих диодов – 0,5%

 Для расчета общую сумму потери принимаем – 16%, тогда К_пот= 0.84

При оптимальной компоновке оборудования  эффективность солнечной системы в 85% считается очень хорошей. На практике возможны случаи, когда общие потери могут достигать значения 25-30 %  из-за плохого качества оборудования или неправильного подбора элементов системы, а так же других факторов.

Произведем расчет сетевой солнечной фотоэлектрической станции со следующими параметрами:

· Общая номинальная мощность солнечных батарей – 3000 кВт;

· Регион – г.Туркестан Южный Казахстан;

· Ориентация солнечных батарей строго южного направления;

· Общие потери равны 16%.

Воспользовавшись данными из базы данных по солнечной радиации NASA производим расчет суммарного месячного и годового прихода солнечной радиации на горизонтальную поверхность для населенного пункта г. Туркестан (и для населенного пункта Аккум, где были произведены метеорологические наблюдения по солнечной радиации). Поселок Аккум находится в 78,4км от города Туркестан.     

Выбор мощности и типа инвертора:

Мощность инвертора определяется мощностью электроприборов, которые питаются от него [2].

Общая установленная мощность инвертора равна:

где, - установленная мощность станции;

- коэффициент преобразования

 кВт

Выбираем инвертор типа REFUSOL016K мощностью 16,5кВт.

Определяем необходимое количество инверторов:

где, -мощность инвертора.

Далее принимается во внимание количество и мощность фотоэлектрических модулей оборудования, на энергоснабжение которого будет направлена энергия.

Исходя из характеристик оборудования выбираем схема исполнение солнечной станции.

Станция компонуется из 2 рядов в каждом ряде имеется 10 фотоэлектрических модулей.

Общее количество стационарных модулей будет равен:

Общая суммарная установленная мощность солнечной станции будет равна:

где, - общее количество стационарных модулей;

-установленная мощность одного модуля.

Определение  месячного и годового прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность [1]

Следующий этап –это определение  месячного и годового прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность здесь используем базы данных по солнечной радиации  NASA.

                                                                                        Таблица 1.

Месячные и годовые показатели прихода солнечной радиации на горизонтальную поверхность (кВт*ч/м²) по расчетным данным NASA

Таблица 2.

Месячные и годовые показатели прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность (кВт*ч/м²) (для Аккум по данным метеонаблюдений, для г.Туркестан с поправкой с учетом метеоданных Аккум)

Подставив полученные значения месячного прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность, получим месячные и годовые  мощности фотопанели:

где, n- номера месяц

Сумма выработки электрической энергии за год:

Таблица 3.

Ежемесячные и годовые выработки электрической энергии 3МВт-ной солнечной фотоэлектрической станции (кВт*ч)

Данный расчет солнечной батареи дает возможность приблизительно оценить средний объем энергии, которую может выработать фотоэлектрическая станция.

Список литературы:

1. Койшиев Т.К., Бекбаев А.Б., Садырбаев Ш.А., Кошелеков Р.У. Design and construction of the DC/DC power converter for stand-alone PV system with battery storage Colloids and nanotechnologies in industry// Вестник КазНТУ им.К.И.Сатпаева. -2012. №9. –С. 153.
2. Койшиев Т.К.  Возобновляемые источники энергии. – Алматы: КазАТК, 2013.- С.
3. Малевский Ю.Н. Солнечная энергетика.  – М.: Мир, 2001.- С.