Электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ альтернативных источников энергии, как солнце,ветер, аккумулирования этой энергии в АКБ, и дальнейшего преобразования с целью использования для питания нагрузки потребителей. Техническим результатом является расширение функциональных характеристик электроэнергетической системы на возобновляемых источниках энергии, упрощение ее конструкции,повышение эффективности аккумулирования солнечной энергии благодаря наличию возможности управления слежением за солнцем. Это достигается тем, что электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии,содержащая ветрогенератор, солнечные панели,контроллеры заряда, блок аккумуляторных батарей и инвертор,согласно полезной модели,дополнительно снабжена трекером, соединенным с солнечными панелями и панелью оператора, при этом вход контроллера заряда от ветрогенератора соединен с ветрогенератором, а выход - с входом блока аккумуляторных батарей, вход контроллера заряда от солнечных панелей соединен с солнечными панелями, а выход - с входом блока аккумуляторных батарей,а выход блока аккумуляторных батарей соединен с входом инвертора.(74) Тусупова Меруерт Кырыкбаевна Дюсенов Еркебулан Рамазанович(54) ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ(57) Полезная модель относится к сфере альтернативной энергетики,а именно к электроэнергетическим системам на возобновляемых источниках энергии для сбора электрической энергии с генерирующих установок(ветроэлектростанций, солнечных электростанций),преобразования получаемой электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей,преобразования постоянного тока в переменный(инверторная система) для питания нагрузок конечного потребителя, и может быть применена как в индивидуальном порядке, в жилых домах,квартирах, так и в комплексе при оснащении системами альтернативной энергетики сельских поселений,коттеджных,дачных поселков,предприятий различного назначения, в качестве системы для сбора энергии с таких видов Полезная модель относится к сфере альтернативной энергетики,а именно к электроэнергетическим системам на возобновляемых источниках энергии для сбора электрической энергии с генерирующих установок(ветроэлектростанций, солнечных электростанций),преобразования получаемой электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей,преобразования постоянного тока в переменный(инверторная система) для питания нагрузок конечного потребителя, и может быть применена как в индивидуальном порядке, в жилых домах,квартирах, так и в комплексе при оснащении системами альтернативной энергетики сельских поселений,коттеджных,дачных поселков,предприятий различного назначения, в качестве системы для сбора энергии с таких видов альтернативных источников энергии, как солнце,ветер, аккумулирования этой энергии в АКБ, и дальнейшего преобразования с целью использования для питания нагрузки потребителей. Известна электроэнергетическая система,выбранная в качестве наиболее близкого аналога,содержащая ветрогенератор, солнечные панели,контроллеры заряда, блок аккумуляторных батарей и инвертор, при этом вход первого генератора соединен с ветродвигателем, а выход первого генератора с первым выпрямителем, вход второго генератора соединен с гидротурбиной, а выход второго генератора связан со вторым выпрямителем,датчики ветра, воды, температуры и солнечной радиации подключены к входу первой системы управления, к выходу которой подключены входы трех контроллеров заряда и один из входов второй системы управления, вход первого контроллера заряда соединен с солнечными панелями, вход второго контроллера заряда соединен с выходом первого выпрямителя, вход третьего контроллера заряда соединен с выходом второго выпрямителя,выходы трех контроллеров заряда подключены к входу аккумуляторной батареи и входу инвертора,выход которого соединен с нагрузкой, выход которой подключен к входу второй системы управления вместе с выходом аккумуляторной батареи, при этом к выходу второй системы управления подключен вход регулятора балласта,выход которого связан с балластной нагрузкой/ 2476970 С 1, 27.02.2013 г./. Недостатками данного аналога являются недостаточные возможности для повышения эффективности аккумулирования солнечной энергии, и сложность конструкции. Задачей полезной модели является создание электроэнергетической системы на возобновляемых источниках энергии с улучшенными техническими характеристиками. Техническим результатом является расширение функциональных характеристик электроэнергетической системы на возобновляемых источниках энергии, упрощение ее конструкции,повышение эффективности аккумулирования солнечной энергии,благодаря наличию возможности управления слежением за солнцем. 2 Это достигается тем, что электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии,содержащая ветрогенератор, солнечные панели,контроллеры заряда, блок аккумуляторных батарей и инвертор,согласно полезной модели,дополнительно снабжена трекером, соединенным с солнечными панелями и панелью оператора, при этом вход контроллера заряда от ветрогенератора соединен с ветрогенератором, а выход - с входом блока аккумуляторных батарей, вход контроллера заряда от солнечных панелей соединен с солнечными панелями, а выход - с входом блока аккумуляторных батарей,а выход блока аккумуляторных батарей соединен с входом инвертора. В качестве трекера использован модуль управления слежением за солнцем, при этом выход инвертора соединен с источником потребления электроэнергии и/или резервным источником питания. Электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии предназначена для сбора электрической энергии с генерирующих установок(ветроэлектростанций,солнечных электростанций),преобразования получаемой электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, преобразования постоянного тока в переменный (инверторная система) для питания нагрузок конечного потребителя. Корпус интегрированного комплекса состоит из четырех частей. Нижняя часть,является одновременно корзиной для установки плат и радиаторов для силовых элементов. Верхняя крышка может быть использована для установки дополнительных устройств (охлаждение и т.д.). Передняя и задняя боковины имеют прямоугольную форму. Передняя боковина может быть использована для размещения блоков управления и индикации, и, опционально, для размещения панели оператора. Задняя крышка должна использоваться для размещения колодок входных и выходных клемм. Корзина (нижняя часть), верхняя часть,боковины будут изготавливаться с применением инжекционно-литьевых машин,термопластавтоматов трех модификаций,применяемых для изготовления деталей из термопластов методом литья под давлением. Вентилятор принудительного охлаждения допускается. Контроллер заряда от солнечных панелей выполняет функцию, которая отключает источники питания от солнечных панелей при полном(допустимом) заряде АКБ и отключаютнагрузки при разряде блока аккумуляторных батарей до допустимого значения глубины разряда (например,в пределах 10-30 номинальной емкости, в зависимости от модели аккумуляторных батарей). Данный контроллер также выполняет функцию контроля заряда-разряда блока аккумуляторных батарей. При этом, разряд должен контролироваться наличиемнагрузок от инвертора (при наличии нагрузок со стороны потребителя). Потребление на собственные нужды контроллера не превышает 5-7 Вт. Контроллер заряда от ветрогенератора выполняет функцию контроля заряда-разряда блока аккумуляторных батарей. При этом, разряд контролируется наличиемнагрузок от инвертора(при наличии нагрузок со стороны потребителя). При отсутствии нагрузки со стороны потребителя и одновременно при полном заряде блока аккумуляторных батарей, контроллер заряда от ветрогенератора выполняет переключение вырабатываемой ветрогенератором мощности на балластную нагрузку (нагревательные элементы,тормозные резисторы и т.п.) для предотвращения перезаряда блока аккумуляторных батарей, а также для стабилизации оборотов ротора ветрогенератора при наличии номинальных параметров ветровой нагрузки. Потребление на собственные нужды контроллера не превышает 15 Вт. Блок аккумуляторных батарей состоит из нескольких аккумуляторных батарей, общим напряжением постоянного тока 24 Вт. Емкость блока аккумуляторных батарей выбирается исходя из конкретных требований потребителя с применением альтернативных источников энергии(как в автономном режиме, так и с использованием дополнительных (резервных) источников питания). Для реализации возможности управления слежением за солнцем предусмотрен модуль управления слежением за солнцем, который настроен таким образом, что обеспечивает оптимальную ориентацию солнечных панелей по отношению к солнцу. Солнечные панели могут производиться на одно- или двух координатных модулях управления слежением за солнцем. Для контроля модуля управления слежением за солнцем и для отображения показаний выходных характеристик работы интегрированной системы,опционально, предусмотрена панель оператора. Модуль управления слежением за солнцем осуществляет управление слежением за солнцем,который может входить в состав установки солнечных модулей, а также осуществлять передачу данных о состоянии системы на панель оператора. Данный модуль предназначен для сопряжения внешних цифровых и аналоговых устройств,датчиков и исполнительных механизмов с компьютером (или сетью компьютеров) черезилиинтерфейс, при этом модуль имеет аппаратную периферию, доступную на колодках контактов. Модуль предусматривает в своем составе следующие аппаратные ресурсы до 22-х дискретных линий ввода/вывода с возможностью независимой настройки направления передачи данных (вход/выход), до четырех 10-ти разрядных АЦП (для измерения напряжения,установки различных датчиков), до четырех счетчиков импульсов, не менее одного ШИМ выхода и последовательного порта . Модуль имеет встроенную-страницу управления,удобный визуализированный интерфейс для управления различными ресурсами модуля и мониторинга его параметров в режиме реального времени, а также модуль может поддерживать набор текстовых команд управления,которыми можно обмениваться с модулем по протоколу / (открытый командный интерфейс управления). При этом текстовая команда должна отправляться по сетевому соединению по указанному -адресу,с последующей ее декодировкой процессором модуля, и выполнением необходимой операции, а также отправки обратного ответа в текстовом формате о статусе выполненной задачи или другую необходимую информацию,специфичную для конкретной команды. Применение текстовых команд позволяет в общем случае взаимодействовать с модулем через любую терминальную программу, способную передавать данные через сетевое соединение. Технические характеристики модуля модуль управления с интерфейсом) удобный форм-фактор в виде модуля с - колодкой иразъемом (-45) до 22 х дискретных линии ввода/вывода с возможностью независимой настройки направления передачи данных (вход/выход) и сохранения настроек в энергонезависимой памяти модуля четыре 10-ти разрядных АЦП четыре счетчика импульсов ШИМ выход последовательный портинтерфейс ТСР-2-СОМ набор готовых текстовых команд управления высокого уровня (КЕ - команды) по(открытый командный интерфейс) встроенный стабилизатор питания диапазон питающего напряжения (от 4 до 6.5 В) возможность питания от фиксированного источника 3.3 В индикационные светодиоды сетевой активности и статуса модуля поддержка ОС 2000, 2003, ХР 32/64 ,32/64 и 7 32/64 поддержкавстроенный -в для управления и мониторинга- интерфейса (возможность создания собственного -интерфейса управления модулем) возможность установки обновления прошивки пользователем по сети возможность подключения нескольких модулей к одной сети(необходимо изменение Р/МАС адресов) возможность изменения сетевых настроек модуля-странице управления и командному интерфейсу должен быть защищен паролем режим автоматического отслеживания изменения состояний входных дискретных линий возможность сохранения и последующего восстановления состояний аппаратных ресурсов после отключения питания (реле, выходные дискретные линии,счетчик импульсов, ШИМ). С блока аккумуляторных батарей постоянное напряжение поступает на вход инвертора, где оно преобразовывается в переменное напряжение(220 В) с характеристиками соответствующими требованиям однофазной бытовой сети переменного напряжения 220 В с частотой 50 Гц, для питания нагрузки потребителя (бытовые электрические приборы, освещение и т.п.). Инвертор с функцией переключения сети предусматривает систему автоматического пуска 3(переключения) резервного источника питания. При наступлении неблагоприятных условиях для работы ветрогенератора (отсутствие ветра длительное время), солнечных панелей (ночное время,продолжительный период пасмурного неба), а также, при достаточно глубоком разряде блока аккумуляторных батарей для подачи бесперебойного питания на нагрузку потребителя,инвертор автоматически переключает питание на резервный источник электроэнергии(централизованная электросеть, дизельный или бензиновый или газовый генератор). Инвертор с переключением на резервную сеть (220 В центральная сеть, дизельный или бензиновый или газовый генератор) при пропадании питания от блока аккумуляторных батарей. Для этого инвертор может иметь один или два встроенных реле со свободным программированием по любому событию. Инвертор обеспечивает автоматическое поддержание выходного напряжения в стандартных значениях для сети переменного тока 220-240 В,50 Гц. Выходное напряжение имеет вид правильной синусоиды с предельным уровнем гармоник, не вызывающим сбоев в работе электронного оборудования. Важной особенностью алгоритма инвертирования выдвигается требования обеспечения максимальной эффективности работы источника инвертирования (панели или генератор) по критерию максимальной отдаваемой мощности. Технические характеристики инвертора рабочий диапазон входного напряжения 20-29 В типовой ток холостого хода 0,3 Аток потребления в спящем режиме не более 0,01 А защита от КЗ выхода 220 В выходное напряжение 220 В -5 Защита выхода от перегрузки выходная мощность полная, 3000 ВА тепловая защита выходная мощность активная при 27 В - 2000 Вт защита аккумулятора от полного разряда пусковая мощность длительная (0-120 сек) от 4000 Вт до 2000 Вт частота выходного напряжения 50 Гц -1 форма выходного напряжения - синусоида коэффициент мощности нагрузки допустимый 01 коэффициент полезного действия 92 синхронизация выходного напряжения инвертора по фазе с резервной сетью 220 В при значительном разряде аккумулятора инвертор должен подавать звуковые и световые сигналы о скором отключении и/или переключении на резервную сеть. На фиг.1 представлена электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии. Электроэнергетическая система(1) на возобновляемых источниках энергии содержит ветрогенератор (2), солнечные панели (3),контроллеры заряда (4,5), блок аккумуляторных батарей (6), инвертор (7) и трекер (8), соединенным с солнечными панелями (3) и панелью оператора (9),при этом вход контроллера заряда от ветрогенератора (3) соединен с ветрогенератором(2), а выход - с входом блока аккумуляторных батарей (6), вход контроллера заряда от солнечных панелей (5) соединен с солнечными панелями (3), а выход - с входом блока аккумуляторных батарей (6),4 а выход блока аккумуляторных батарей (6) соединен со входом инвертора (7). В качестве трекера (8) использован модуль управления слежением за солнцем, при этом выход инвертора (7) соединен с источником потребления электроэнергии (10) и/или резервным источником питания (11). Полезная модель осуществляется следующим образом. Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером,который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата, однако не является единственно возможным. Пример. Электроэнергия,вырабатываемая ветрогенератором (2), номинальной мощностью 1,5 кВт, поступает на контроллер заряда от ветрогенератора (3), в котором подготавливается и направляется на заряд блока аккумуляторных батарей (6). Электроэнергия,вырабатываемая каскадом солнечных панелей (3) - 2 панели по 230-260 Вт,поступает на контроллер заряда от солнечных панелей (5), который обеспечивает устойчивую зарядку блока аккумуляторных батарей (6). Такая система использования ветрогенератора(2) и солнечных панелей (3) называется гибридной системой заряда блока аккумуляторных батарей (6). На входы интегрированного комплекса может подаваться несколько вариантов напряжения от различных источников электрической энергии- входы контроллера заряда от солнечных панелей - постоянное напряжение от каскада солнечных панелей. При номинальной освещенности минимальное значение входного напряжения 15 В, максимальное - 29,8 В. Максимальное значение силы тока - 16,8 А. Выходы с контроллера заряда от солнечных панелей при достаточном поступлении напряжения с каскада солнечных панелей обеспечивает выход постоянного стабилизированного напряжения в пределах 24-29 В, необходимого для устойчивого заряда блока аккумуляторных батарей (состоящего из последовательно соединенных АКБ общим напряжением 24 В)- входы контроллера заряда от ветрогенератора импульсное двухполупериодное(или однополупериодное, в зависимости от типа генератора) напряжение, снимаемое с внешнего ветрогенератора. Ветрогенератор не имеет собственных цепей регулирования мощности и оборотов, поэтому входное напряжение в этом случае может изменяться по частоте (импульсов) в широких пределах и по амплитуде от 15 до 250 В и беспрепятственно принимается контроллером заряда от ветрогенератора. Максимальная мощность, принимаемая контроллером заряда от ветрогенератора по переменному (импульсному) току не более 2,5 кВА. Выходы с контроллера заряда от ветрогенератора при достаточном поступлении напряжения с ветрогенератора обеспечивает постоянное стабилизированное напряжение в пределах 24-29 В, необходимое для устойчивого заряда блока аккумуляторных батарей(состоящего из последовательно соединенных аккумуляторных батарей общим напряжением 24 В). Преимуществами заявленной полезной модели является- система позволяет потребителям избавиться от необходимости покупки нескольких дорогостоящих приборов(инвертор,контроллер,зарядное устройство, модуль дистанционного управления,автоматика управления системой ввода резервного питания, управление системой слежения за солнцем) решение проблемы с сервисным обслуживанием возможность увеличивать количество солнечных модулей без дополнительных затрат на приобретение дополнительных приборов. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ ветрогенератор, солнечные панели, контроллеры заряда, блок аккумуляторных батарей и инвертор,отличающаяся тем, что дополнительно снабжена трекером, соединенным с солнечными панелями и панелью оператора, при этом вход контроллера заряда от ветрогенератора соединен с ветрогенератором, а выход - с входом блока аккумуляторных батарей, вход контроллера заряда от солнечных панелей соединен с солнечными панелями, а выход - с входом блока аккумуляторных батарей,а выход блока аккумуляторных батарей соединен со входом инвертора. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве трекера использован модуль управления слежением за солнцем. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что выход инвертора соединен с источником потребления электроэнергии. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что выход инвертора соединен с резервным источником питания. 1. Электроэнергетическая система на возобновляемых источниках энергии, содержащая