3

СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

W − електроенергія

ЛЕП – лінія електропередач

ЕЕС – електроенергетична система

ПУЕ – правила улаштування електроустановок

ККД – коефіцієнт корисної дії

4

ВСТУП

Сонячі 6атареї вже давно не новина у багатьох країнах. Це гідна

альтернатива традиційним системам вироблення електроенергії. Сонячні

батереї зручні у використанні і забезпечують постійну електроенергію за

рахунок сонячних променів. Враховуючи те, що на теренах України запаси

енергоносіїв незначні, то подану систему необхідно добре вивчити і

дослідити з можливим подальшим використанням на Україні.

Сонячна електростанція - інженерна споруда, що служить перетворення

сонячноїрадіації в електричну енергію. Способи перетворення сонячної

радіаціїрізні і залежать від конструкції електростанції.

Отримання електроенергії від сонця давно застосовується у всьому світі.

Головним завданням ученихна даний момент є необхідність так

удосконалити наявнітехнології, щоб якомога більше збільшити їх ККД.

Сонячні електростанції перетворюють енергію сонячної радіації в

електроенергію. Вони бувають двох видів:

1. фотоелектричні- Безпосередньо перетворять сонячну енергію в

електроенергію за допомогоюфотоелектричного генератора.

2. термодинамічні- Перетворять сонячну енергію в теплову, а потім в

електричну; потужністьтермодинамічних сонячних електростанцій вище, ніж

потужність фотоелектричнихстанцій

5

1. ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО СОНЯЧНІ БАТЕРЕЇ

1.1 Принцип роботи сонячних батерей

За принципом роботи сонячна батарея являє собою фотоелектричний

генератор постійного сруму, який використовує ефект перетворення

променевої енергії в електричну. Точніше, у сонячних батареях використана

властивість напівпровідників на основі кристалів кремнію. Кванти світла,

потрапляючи на пластину напівпровідника, вибивають електрон із

зовнішньої орбіти атома даного хімічного елементу, що створює достатню

кількість вільних електронів для виникнення електричного струму. Однак

для того, щоб напруги й потужності такого джерела було достатньо для

застосування в побутових цілях, одного або двох кремнієвих елементів

недостатньо. Тому їх збирають у ілі панелі, де з'еднують паралельно або

послідовно. При цьому площа таких панелей може становити від декількох

квадратних сантиметрів до декількох квадратних метрів. Збільшуючи

кількість панелей можна добитися 6ільшої генерованоі потужності сонячної

батареї. Однак продуктивність сонячної батареї залежить не тільки від площі,

але також від інтенсивності сонячного світла й кута падіння променів.

Отже, продуктивність сонячної батереї залежить від місцевості й

географічної широти, від пооди й пори року, від часу доби.

1.2 Типи сонячних батерей

В даний час на ринку можна зустріти п'ять типів сонячних батарей, які

відрізняються матеріалами, з яких виготовлені їх елементи.

Сонячні панелі з полікристалічних фотоелектричних елементів найбільш

поширені у зв'язку з оптимальним співвідношенням ціни і ККД серед всіх

різновидів панелей. їх ККД становить 12-14%. У елементів, які утворюють

панель, характерний синій колір і кристалічна структура.

Сонячні панелі з монокристалічних фотоелектричних елементів більш

ефективні, але і більш дорогі в перерахунку на ват потужності. їх ККД, як

правило, в діапазоні 14-16%.

6

Зазвичай монокристалічні елементи мають форму багатокутників, якими

важко заповнити всю площу панелі без залишку. В результаті питома

потужність сонячної батареї трохи нижча, ніж питома потужність

окремого її елемента.

Сонячні батареї з аморфного кремнію мають один з найбільш низьких

ККД. Зазвичай його значення в межах 6-8%. Однак серед усіх кремнієвих

технологій фотоелектричних перетворювачів вони виробляють найдешевшу

електроенергію.

Соничні панелі з телуриду кадмію (СdТе) виготовляються на основі

плівкової технології. Напівпровідникову плівку наносять тонким шаром у

кілька сотень мікрометрів. Ефективність елементів з телуриду кадмію

невелика, ККД близько 11%. Проте, в порівнянні з кремнієвими панелями, W

потужності цих батарей обходиться на кілька десятків відсотків дешевше.

Сонячні панелі на основі CIGS. CIGS – це напівпровідник, який

складається з міді, індію, галію та селену. Цей тип сонячних батерей теж

виконаний за плівковою технологією, але в порівнянні з панелями з телуриду

кадмію має більш високу ефективність, його ККД сягає 15%.

Потенційні покупці сонячних батарей часто задають собі питання, чи

зможе той чи інший тип фотоелектричних перетворювачів забезпечити

необхідну потужність всієї системи. Тут треба розуміти, що ефективність

сонячних батарей безпосередньо не впливає на кількість виробленої

установкою енергії.

Однакову потужність всієї установки можна отримати за допомогою

будь-яких типіе сонячних батарей, однак більш ефективні фотоелектричні

перетворювачі займуть менше місця, для їх розміщення знадобиться менша

площа.

1.3 Переваги й ефективність сонячних батерей

Незважаючи на порівняно низький ККД сонячна батарея є найбільш

ефективним джерелом електрики серед альтернативних і автономних джерел

енергії. Однак через досить високу вартість сонячної батареї, а головне

7

залежності від погодних умов, їх у більшості випадків позиціонують не як

основне, а як додаткове джерело енергії. Це зумовлено двома причинами,

досить високою вартістю самих сонячних батарей, і порівняно невеликим

виходом енергії з одиниці площі.

При ясній сонячній погоді із одного квадратного метра площі сонячної

батареї можна зняти максимум 120 W /день потужності. Цього недостатньо

навіть для роботи комп’ютера.

Тому для отримання більш істотної потужності сонячні панелі поєднують

у міні-електростанції. Із сонячної батареї площею 10м2, можна отримувати

вже більше 1кВт енергії, що може забезпечити роботу комп’ютера,

телевізора, кількох лампочок. У цілому, для будинку, де живе 3-4 людини

(необхідна потужність 200-300кВт на місяць), у світлий час доби й теплу

пору року буде достатньо сонячних батарей площ 20м2. Як правило, вистачає

орієнтованої на південь сторони даху для установки такої сонячної батареї

вистачає. Якщо ж площа сторони даху орієнтованого на південь складає

40м2, то це може при 18-20 сонячних днях дати до 500кВт на місяць.

Сонячна батарея взимку буде неефективна. У той же час не можна не

помітити й очевидні переваги:

– тривалий термін служби в середньому 40-50 років;

– незалежність від технічних неполадок енергогенеруючої організації;

– низька імовірність виходу з ладу сонячної батареї;

– немає необхідності постійно її обслуговувати;

– безкоштовність самої енергії (правда після того як у систему були

вкладені чималі кошти).

Сумарна річна інтенсивністі сонячного випромінювання на території

України наведена в Додатку А.

1.4Недоліки сонячних батерей

– Недоліків у сонячних батарей як джерела енергії не так вже і багато, але

вони, на жаль, досить переконливі й конкретні:

– висока вартість і, як наслідок, тривалий строк окупності;

8

– залежність від погодних умов;

– низький ККД у порівнянні із традиційними джерелами енергії;

–неможливо використання для приладів, що споживають велику

потужність.

Панелі сонячних батарей бувають рівного розміру й потужності. В

європейських країнах сонячні батареї зустрічаються значно частіше, ніж у

нас, оскільки там вища купівельна спроможність населення. Крім того, при

встановленні сонячних батарей треба вибрати в будинку підходяще

приміщення для установки акумуляторів, обладнати схему синхронізації

напруги з тією, яка надходить від місцевої трансформаторної підстанції.

Крім того, на Заході будь-який приватний домовласник може скинути

генеровану його сонячною станцією енергію в регіональну мережу. Таким

чином, його система може не комплектуватися акумулятором і контролером,

що значно знижує вартість системи. А енергія, яка скидається в загальну

мережу, держава викуповує по «зеленому» тарифу, який значно перевищує

звичайні тарифи на звичайну електроенергію. Таким чином, система є

економічно вигідною для власника будинку.

1.5 Схема підключення сонячних батерей

Рисунок 1. Схема підключення сонячної батереї

9

2. ПРОЕКТУВАННЯ СОНЯЧНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

В даній роботі розглядається проектування сонячної електростанції в

с.Слобода-Бушанська Ямпільського району Вінницької області.

Проектована сонячна електростанція передбачена для генерації

електричної енергії від сонячної електростанції в мережу 10,0 кВ.

2.1 Коротка характеристика району будівництва та об’єкта

проектування

Зона вологості району будівництва, по ДБН В.2.6-31:2006 – нормальна.

Нормативна глибина промерзання грунту – 0,9м.

Температура зовнішнього повітря по СНиП 2.01.01-82:

- найбільш холодної доби забезпеченням 0,98 – мінус 29°С;

- те ж забезпечення 0,92 – мінус 26°С;

- найбільш холодної п’ятиденки забезпеченням 0,98 – мінус 25°С;

- те ж забезпечення 0,92 – мінус 21°С;

- абсолютна мінімальна – мінус 36°С;

- абсолютна максимальна – плюс 38°С;

- середня максимальна найбільш теплого місця – плюс 24,6°С;

- сейсмічність – 6 балів;

- сейсмічність майданчика будівництва – 7 балів;

- категорія грунтів за сейсмічними властивостями – ІІІ;

- нормативна глибина промерзання грунту – 0,8 м.

На протязі року переважають вітри північно-західного і західного

напрямку. швидкість вітру (по середнім багаторічним даним) дорівнює 8.-.9

м/с.

Швидкісний напор вітру висоти над поверхнею землі до 10м прийнятий в

розмірі 470 Па.

Нормативне снігове навантаження прийнято в розмірі 1400 Па.

Характеристики об’єкта проектування

10

Проектом передбачається будівництво сонячної електростанції загальною

потужністю 1786 кВт(пік) на земельній ділянці площею 3,60 га.

Проектує мий об’єкт характеризується наступними показниками:

– категорія складності

– клас наслідків (відповідальності) споруд згідно ДБН В.1.2014-2009

– фундаменти споруд згідно ДБН В.1.2-14-2009 відносяться до категорії

відповідальності

– Встановлений термін експлуатації споруд

Будівництво передбачається виконувати трьома чергами. Перша черга –

будівництво СЕС потужністю 250 кВт(пік) на південно-західній частині

земельної ділянки. Друга черга – будівництво СЕС потужністю 321,5

кВт(пік) на південно східній частині земельної ділянки. Третя черга –

будівництво СЕС потужністю 1214,5 кВт(пік) на центральній та північній

частині земельної ділянки.

Запроектована СЕС загальною потужністю 1786 кВт(пік) є промисловою

СЕС. Перша черга будівництва СЕС потужністю 250 кВт(пік) є пілотною

СЕС.

Обрана земельна ділянка відповідає всім необхідним критеріям для

будівництва та найбільш ефективної роботи сонячної станції. Спроектована

СЕС перетворює сонячну радіацію в екологічно чисту електричну енергію.

Таблиця 1.Техніко-економічні показники по СЕС

№ п.п. Найменування показників Значення

1 Встановлена потужність СЕС перша черга будівництва, кВт(пік) 250

2 Встановлена потужність СЕС друга черга будівництва, кВт(пік)

321,5

3 Встановлена потужність СЕС третя черга будівництва, кВт(пік)

1214,5

4 Встановлена потужність СЕС загальна, кВт(пік) 1786

11

5 Макс. Вихідна потужність СЕС перша черга будівництва, кВт

238/238

6 Макс. Вихідна потужність СЕС друга черга будівництва, кВт

306/306

7 Макс. Вихідна потужність СЕС третя черга будівництва, кВт

1156/1156

8 Макс. Вихідна потужність СЕС загальна, кВт 1700/1700

9 Вироблення електроенергії* СЕС 1 черга будівництва, МВт*г/рік

282,9

10 Вироблення електроенергії* СЕС 2 черга будівництва, МВт*г/рік

363,8

11 Вироблення електроенергії* СЕС 3 черга будівництва, МВт*г/рік

1374,2

12 Вироблення електроенергії* СЕС загальне, МВт*г/рік 2020,9

13 Споживання електроенергії* СЕС 1 черга будівництва, кВт*г/рік

96,4

14 Споживання електроенергії* СЕС 2 черга будівництва, кВт*г/рік

78,8

15 Споживання електроенергії* СЕС 3 черга будівництва, кВт*г/рік

367,9

16 Споживання електроенергії* СЕС загальне, кВт*г/рік 543,1

* – наведені значення розрахункові.

2.2 Генеральний план будівництва

Генеральним планом передбачається розміщення обладнання і споруд

проектуємої сонячної електростанції встановленою потужністю 1786

кВт(пік). земельна ділянка для СЕС розміщена в селі Слобода Бушанська

Ямпільського району біля річки Мурафа, на відмітках від 76,77 м до 78,40 м.

Містобудівні обмеження – природно-захисна смуга річки Мурафа (50 м)

та обводного каналу (10 м).

Розміщення проектованої СЕС передбачається:

1. Сонячні модулі розміщені на опорних металоконструкціях у декілька

рядів з проміжками рівномірно на земельній ділянці для СЕС площею 3,60 га.

Опорні металоконструкції являють собою збірні конструкції зі сталі з

захисним цинковим покриттям змонтовані на фундаментах. В першій черзі

12

будівництва СЕС сонячні модулі розміщені в південно-західній частині

земельної ділянки площею 0,53 га в 14 рядів по 76 модулів в кожному ряду. В

другій черзі будівництва СЕС сонячні модулі розміщені на південно-східній

частині земельної ділянки площею 0,53 га в 16 рядів: в рядах з 1 по 14 по 76

модулів, в рядах 15 та 16 по 152 (2х76) модуля. В третій черзі будівництва

СЕС сонячні модулі розміщені в центральній та північній частині земельної

ділянки площею 2,47 га в 36 рядів: в рядах з 1 по 32 по 152 (2х76) модуля, в

ряді 33-114 (1,5х75) модулів, в рядах 34 та 35 по 76 модулів, в ряді 36-38

(0,5х76) модулів.

2. Інвертори розміщені на своїх опорних конструкціях в східній частині

кожної групи сонячних модулів. Інвертори розташовані під сонячними

модулями таким чином, що захищені від прямих сонячних променів та

безпосереднього впливу опадів.

3.Шафи силові розміщені на опорних конструкціях для інверторів по два

біля кожного інвертора: по одному першого типу, з трьома входами та

одному другого типу з одним входом. Щити силові розташовані під

сонячними модулями таким чином, що захищені від прямих сонячних

променів та безпосередньо впливу опадів.

4. Шафи силові розміщені на своїх опорних конструкціях по три штуки в

східній частині однієї з груп сонячних модулів поблизу інвертора в

центральному ряді з 16 або 17 рядів розташованих у відповідності до

кількості інверторів у групі. Шафи силові розташовані під сонячними

модулями таким чином, що захищені від прямих променів та безпосередньо

впливу опадів.

Прийняте розташування проектного обладнання СЕС знаходиться в

межах границь ділянки для СЕС згідно рішення про розширення старої

ділянки для СЕС .

Відведення поверхневих дощових вод вирішується методом проектних

горизонталей по поверхні в понижені місця рельєфа.

Благоустроєм передбачається:

13

– влаштування проїзду (тип І) з теплого дрібнозернистого

асфальтобетону площею 1565 м2;

– влаштування проїзду (тип ІІ) з відсіву щеня площею 1500м2;

Для влаштування газону використовувати насіння трав стійких проти

стоптування. Роботи по благоустрою і озелененню проводити після

завершення будівельних робіт по вертикальній планіровці.

2.3 Архітектурно-будівельна частина

Майданчик будівництва характеризується такими кліматичними

показниками:

– характеристичне значення ваги снігового покрову для 4-го району

згідно ДБН В.1.2-2:2006 – 1400Па;

– характеристичне значення вітрового тиску для 3-го району

згідно ДБН В.1.2-2:2006 – 470Па;

– розрахункова температура зовнішнього повітря згідно

ДБН В.2.6-14-95:

середня найхолоднішої п’ятиденки – мінус 21°С;

найхолоднішої доби – мінус 26 °С;

абсолютна мінімальна – мінус 36 °С;

–нормативна глибина промерзання грунту – 0,8м;

–сейсмічність району – 6 балів;

–сейсмічність майданчика будівництва – 7 балів;

–категорії грунтів за сейсмічними ;

встановлений термін експлуатації споруд.

Конструктивні рішення.

Робочим проектом передбачається проектування фундаментів під

металоконструкції сонячних модулів та фундаментів під комплектні

трансформаторні підстанції.

Фундаменти під металоконструкції сонячних модулів розташовані

відповідно до генерального плану рядами вздовж горизонталей

вертикального розпланування.

14

Відмітки усіх фундаментів одного ряду однакові, що дозволяє

горизонтальне розташування металоконструкції модулів.

Фундаменти запроектовані з монолітного залізобетону. Розробка

котлованів під фундаменти передбачена механічним буром діаметром 0,8 м.

Фундаменти під комплектні трансформаторні підстанції запроектовані з

монолітних залізобетонних плит на бетонних стрічкових опорах.

Враховуючи можливість затоплення площадки паводковими водами,

відмітка верха фундаментів під КТП передбачені вище планувальних

відміток на 0,7 м.

Основою фундаментів під металоконструкції сонячних модулів та КТП є

грунт ІГЕ-1 – суглинок туго пластичний, місцями напівтвердий опісочений за

такими розрахунковими характеристиками:

YII=17,2 кН/м3; СІІ=10 кПа; ФІІ=16 °; Е=6 мПа

Та ІГЕ-2 – суглинок озалізнений, місцями спісочений туго пластичний з

такими розрахунковими характеристиками:

YІІ=18,1 кН/м3; СІІ=13кПа; ФІІ=16 °; Е=6 мПа.

На ділянці розміщують фундаменти відповідно до плану їхнього

розташування і з дотриманням рівня кожного ряду.

Огорожа сонячної електростанції

Огорожа сонячної електростанції передбачається з металевої сітки Ф=3

мм з вічком 40х40 мм висотою 2,25 м по каркасу з металевих прутів Ф=8 мм.

Каркас для кріплення плетеної сітки приварюється до металевих стійок з

труб Ф=58х3,5 мм, які встановлюються з кроком 3000 мм.

Металеві стійки замонолічуються бетоном в 15 в висвердлених ямах

Ф=300 мм.

Огорожа має козирок шириною 370 мм, по якому натягується три нитки

колючого дроту.

В місцях в’їзду на площадку передбачаються ворота з фірткою, які

виконуються аналогічно конструкції огорожі.

15

2.4 Розрахунок контуру заземлюючого пристрою

Вихідні дані:

ρ – питомий опір грунтуlв – довжина вертикального заземлювачаа – відстань між вертикальними заземлювачамиt – глибина траншеїd – діаметр вертикального заземлювачаb – ширина металевої полоси, що з’єднує вертикальні заземлювачі між

собоюКсв – коефіцієнт сезонності для вертикальних заземлювачівКсг – коефіцієнт сезонності для горизонтальних заземлювачів

Проектом прийнято заземлюючий пристрій, що складається з 5

вертикальних заземлювачів, та має наступну конфігурацію:

Опір розтікання струму з одного заземлювача:

Rв=0 , 366ρв

lв( lg

2 lв

d+0,5 lg

4 t+3 lв

4 t+lв)

де ρв – розрахунковий питомий опір ґрунту:

де Кс= 1,2÷1,4

Rв=21. 9 Ом

Визначимо опір стікання струму з контура утвореного чотирма

вертикальними заземлювачами 1 – 4.

16

Рисунок 2. Визначення опору стікання струму.

Коефіцієнт екранування дорівнює η=0 .67

Опір стікання з вертикальних заземлювачів:

Опір розтікання струму з горизонтальної штаби:

Rг=13 .26 Ом

Rг . е .=R г

ηг=13 ,26

0 , 486=27 .29 Ом

Загальний опір контура:

Rр=Rг . е .×Rв .е .

R г . е .+Rв .е .=6 , 29 Ом

Фактичний опір контура більший допустимого в 1,59 раз.

Тобто, для забезпечення допустимого опору 4Ом, необхідно до

розрахованого контуру, що складається з 4 заземлювачів, паралельно

під'єднати контури.

Отже заземлюючий пристрій складається з 6 вертикальних заземлювачів,

які утворюють два паралельно-з’єднаних контури, кожен з яких складається з

4-х заземлювачів.

Опір заземлювача дорівнює:

17

ВИСНОВОК

В даній роботі розглядається проектування сонячної електростанції в

с.Слобода-Бушанська Ямпільського району Вінницької області. Проектована

сонячна електростанція передбачена для генерації електричної енергії від

сонячної електростанції в мережу 10,0 кВ. Будівництво сонячної

електростанції включає в себе характеристику об’єкта проектування,

генеральний план будівництва, архітектурно-будівельну частину, розрахунок

контуру заземлюючого пристрою та ін.

18

ЛІТЕРАТУРА

1. Правила техніки безпеки при виробництві електромонтажних робіт на

об’єктах Міненерго. НАОП 1.1.10-1-10-83 – 280с.

2. Укрсельэнергопроект Пособие по проктированию линий 0,38кВ с

использованием арматуры фирмы „ENSTO” – 405с.

3. Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы

развития солнечной фотоэнергетики 2004р – 948с.

4. Умаров Г. Я., Ершов А. А. Солнечная энергетика. М.: «Знание», 1974р –

355с.

5. Челяев В. Ф. Солнечная энергетика – энергетика будущего. «Энергия:

экономика, техника, экология», № 10, 2008 – 278с.