(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка системы управления экспериментом на лабораторной установке фотоэлектрической станции в режиме удаленного доступа на основе web-технологий
ВВЕДЕНИЕ
Достаточное, доступное энергообеспечение лежит в базе функционирования хоть какого производства, а вкупе с ним и людской цивилизации. сейчас мы уже не мыслим свою жизнь без тех технических достижений, которые сейчас имеем, но не задумываемся над тем, что все эти заслуги стали вероятны лишь за счет освоения новейших видов энергии, новейших методов добычи первичных энергоносителей, также освоения новейших месторождений нужных ископаемых и территорий.
естественно же, добыча энергии во все огромных количествах, требуемых нашей безпрерывно растущей потребностью сделать лучше собственный быт, не может не сказываться на экологическом состоянии планетки. Выбросы термических электростанций состоят в главном из углекислого газа, который вызывает парниковый эффект и глобальное потепление атмосферного климата. Остальные выбросы включают оксиды серы, азота, которые, соединяясь в атмосфере с водой, вызывают кислотные дождики. Завышенная кислотность земли приводит к понижению плодородия земли, засыханию лесов, уменьшению рыбных припасов. Ядовитые томные сплавы легче растворяются в кислой воде и могут попадать в питьевую воду и продукты питания.
Применение атомных электростанций не решает задачи экологической чистоты. При работе АЭС (Атомная электростанция — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор) в атмосферу во всем мире выбрасывается до 26 тонн радиоактивных отходов в денек. Не считая того, эксплуатация атомных станций связана с известной угрозой, потому что трагедия на АЭС (Атомная электростанция — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор) может вызвать крупную экологическую катастрофу.
Но дело не только лишь в этом. неувязка состоит в том, что припасы энергетических ресурсов, главными из которых как и раньше остаются нефть, уголь и газ, далековато не нескончаемы. Эти ресурсы относят к невозобновляемым. Согласно отчету экспертной комиссии Института глобальных ресурсов (ИМР) в Вашингтоне, припасы нефти начали истощаться с 2007 года. ИМР не делит обширно распространившееся жизнеутверждающее Мировоззрение о том, что при сохранении современных темпов употребления нефти хватит еще на 50 лет, потому что заявления почти всех нефтедобывающих компаний о собственных припасах вызывают огромные сомнения. По оценкам неких забугорных профессионалов мировые припасы нефти составляют 1800_2300 миллиардов. баррелей. Как ресурсы нефти начнут понижаться, увеличение себестоимости и трудозатратность добычи безизбежно приведут к сокращению размера добываемого сырья. Это произойдет меж 2007 и 2014 годом. Припасы урана на данный момент оцениваются примерно в 2760 тыс. тонн. При современном потреблении припасов урана хватит не наиболее чем на 50 лет.
Следует направить внимание на цены. В истинное время ни в какой стране мира общие Издержки на Создание электроэнергии не отражены в тарифах, а распределяются на Издержки всего общества. Издержки вследствие загрязнения окружающей среды также не врубаются в тарифы, хотя некие страны пробуют ввести «экологический налог». Такое положение практически значит жизнь в кредит у грядущего поколения, которому придется учесть все Издержки и устранить последствия. Так как цены остаются все еще низкими, правительства не в особенности готовятся к дальнейшему экономическому потрясению. Экологическая неувязка, также неувязка исчерпаемости ресурсов, животрепещущая сейчас для всех государств мира, животрепещуща и для Республики Казахстан [1].
Введение в хозяйственную деятельность энергии ветра и солнца методом преобразования ее в электронную энергию является глобальной задачей, полностью соответственной программке индустриально — инноваторского развития Республики Казахстан. Это отражено в программных документах, выдвинутых Президентом Республики Казахстан, Постановлениях Правительства Республики Казахстан.
задачка по использованию возобновляемых и неистощимых энергий решается в 2-ух направлениях — политическом и экономическом — с применением соответственных технологий.
К политическим технологиям относятся мероприятия, проводимые в глобальном масштабе на международном уровне. Они проводятся под эгидой интернациональных организаций — Программки развития Организации Объединенных Наций, Глобального экологического фонда, ЮНЕСКО. Эти мероприятия сопровождаются принятием интернациональных соглашений — Рамочной конвенции по изменению атмосферного климата, Киотского протокола, Алматинской декларации региональной конференция ЮНЕСКО на уровне министров «Стратегическая роль возобновляемой энергии для устойчивого развития в Центральной Азии».
К экономическим технологиям относятся мероприятия, проводимые странами на государственном уровне — принятие соответственных законов, постановлений правительств, содействующих введению в энергобаланс государств неистощимой энергии. Они сопровождаются созданием подходящих в экономическом отношении критерий для деятель научных и производственных организаций, учебных заведений, также для потребителей «экологически незапятанной» энергии.
Важным стимулом к развитию возобновляемой энергетики является неувязка энергоснабжения отдаленных потребителей и маленьких населенных пт, в особенности по местным сетям, где утраты электроэнергии могут составить 25-30%. В этих критериях частичная децентрализация энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии может стать экономически безбедной, а в почти всех вариантах и кандидатурой централизованному энергоснабжению (в особенности в районах, где имеется недостаток энергии).
Посреди огромного списка возобновляемых к использованию и вновь применяемых энергий более освоенными на нынешний денек являются:
— неистощимые энергии (НИЭ) — энергия ветра, Солнца, тепла Земли, энергия водотоков. Они являются неизменными, вне зависимости от воли человека, потоками механической, световой и термический энергий;
— возобновляемые энерго ресурсы (ВЭР) — появляющаяся и применяемая в индустрии биомасса, бытовые и сельскохозяйственные отходы.
При использовании возобновляемых источников решается неувязка ограниченности ресурсов энергии. В таблице 1 приведены значения возможной энергии таковых источников (в триллионах тонн условного горючего в год). Ресурсы хоть какого из этих источников энергии достаточны для ублажения потребностей населения земли в реальном и будущем. Их повсеместное внедрение дозволит решать и задачи экологии.
Таблица 1 — Возможная энергия возобновляемых и невозобновляемых источников энергии
Вид источника
Возможная энергия, трлн. тонн/год
Солнечная энергия
131
Ветровая энергия
13
Гидроэнергия
7
Энергия биомассы
0,1
Уголь
11
Уран
8
Мировое потребление
0,01
В связи с сиим актуальность развития солнечной энергетики в Республике Казахстан и, соответственно, нужных технических средств фотоэлектрических систем обуславливаются последующими факторами:
— Казахстан занимает местность выше 2,7 млн. кв. км с подходящими географическими и климатическими условиям для использования фотоэлектрических систем. количество солнечных часов составляет 2200-3000 часов в год, а суммарная дневная радиация при настоящих критериях облачности в республике составляет 3,8-5,2 кВт*ч/м2. Для сопоставления: среднее количество солнечных часов во Вьетнаме 2200 ч. (2,4-5,9 кВт*ч/кв.м.), Китае — 2500 ч. (4,5-6 кВт*ч/кв.м.), в Германии, Англии, Норвегии, Стране восходящего солнца — наименее 1000 ч в год [2].
— наличие огромного числа объектов сельского хозяйства, ферм, поселков, кочевий, лишенных электроэнергии. количество населенных пт, не имеющих электроснабжения, по данным журнальчика «Ветровая энергия в Казахстане» составляет порядка 5 000.
— большая протяженность нефте- и газопроводов, авто трасс в местах лишенных электроэнергии, необходимость электрификации государственных парков, мест туризма.
— международные обязательства Казахстана по улучшению экологической обстановки и сокращению выбросов парниковых газов.
Алматинский институт энергетики и связи занимается разработкой учебно-научной лаборатории «Энергосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии», в состав которой входят: система экспериментальных исследовательских работ (АСЭИ) фотоэлектрической станции (ФЭС), АСЭИ солнечной теплогенерирующей установки (СТУ), мультипрограммной системы управления гелионавигационной установкой (ГНУ), АСЭИ тригенерационной установки (ТГУ).
Данная диссертация производится в рамках данной работы и связана с исследованием способностей внедрения дистанционного управления АСЭИ перечисленных выше установок.
В подготовке профессионалов для разных отраслей, до этого всего для энергетики, в учебно-исследовательском процессе огромное внимание нужно уделять способам дистанционного управления тестом.
В истинное время в связи с интенсивной разработкой методик использования в учебном процессе технологий дистанционного обучения все большее веб-лаборатория. Принципиально отметить, внедрение ЛУД предполагается не только лишь в рамках дистанционного и открытого образования, да и при использовании обычных очных технологий проведения учебного процесса.
Обозначенное событие соединено также и с тем, что выделяемые в 80-90х годах 20-го столетия для развития материально-технической базы вузов средства оказались очевидно недостающими не только лишь для оснащения лабораторий современными устройствами и оборудованием, да и для поддержания в рабочем состоянии тех щитов, которые уже имелись для обеспечения учебного процесса в высших учебных заведениях. Потому задачка сотворения и следующего коллективного использования ЛУД с целью существенного увеличения уровня практической подготовки студентов является очень животрепещущей для большинства вузов РК. В связи с повсевременно расширяющимся внедрением глобальной сети веб фактически для всех учебных заведений открываются способности доступа не только лишь к лабораторным установкам и новым методикам ведущих институтов РК, да и к неповторимым щитам академических и отраслевых научных организаций, что дозволяет включить их в активное проведение учебного процесса [3].
Также вместе с классическими формами лабораторных практикумов в перспективе может быть внедрение сетевого доступа к учебным щитам остальных институтов и, напротив, для проведения тестов.
Удаленный компьютерный доступ — таковой режим функционирования системы автоматического лабораторного практикума, при котором работа с физическим объектом осуществляется с компа, удаленного на сколь угодно огромное расстояние от места размещения самого объекта.
ЛУД дают возможность употреблять технологии удаленного доступа к неповторимым научно-учебным щитам, размещенным на значимом расстоянии от учебных классов, в том числе оборудование, конкретный контакт с которым является опасным, для проведения лабораторных практикумов и учебно-исследовательской работы по общеинженерным и особым дисциплинам.
Целью данной работы является разработка программных средств, обеспечивающих дистанционное управление тестом на учебно научном оборудовании фотоэлектрической станции в учебно-научной лаборатории АУЭС «Энергосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии» с применением технологий National Instruments. Для заслуги данной цели нужно решить последующие задачки:
— изучить лабораторную установку «Фотоэлектрическая станция»;
— создать систему управления тестом ЛУД ФЭС АУЭС, в рамках данной задачки:
— изучить вопросцы технологии удаленного доступа;
— провести аналитический обзор имеющихся ЛУД;
— изучить технические средства сетевого управления оборудованием ЛУД;
— изучить программные средства сетевого управления оборудованием ЛУД;
— создать программное обеспечение ЛУД ФЭС АУЭС в среде графического программирования LabVIEW с применением WEB-технологий.
ГЛАВА 1. ЛАБОРАТОРНАЯ установка «ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ»
1.1 Фотоэлектрическая станция (ФЭС)
В истинное время фотоэлектрические станции (ФЭС) имеют огромное применение для выработки электроэнергии. В огромных размерах выпускаются фотоэлектрические станции различной установленной мощности, для работы автономно и в энергосистемах. Совершенствованием систем преобразования солнечной энергии в электронную удачно занимаются в странах Европы, Америки, в Китае, Индии. В мире наряду с разработкой новейших фотопанелей идет и разработка новейших схем и блоков управления по автоматическому управлению локальной энергосистемой, включающей фотоэлектрическую панель, контроллер, аккумуляторную батарею, инвертор.
В Республике Казахстан имеются коллективы, специализирующиеся разработкой фотоэлектрических систем и входящего в их состав электрооборудования, но работы не доведены до публикуемых результатов, потому сведений о показателях работоспособности этих систем мы не имеем.
1.1.1 Фотопанели
Солнечные фотопанели являются полностью настоящей на техническом уровне и экономически прибыльной кандидатурой ископаемому горючему в ряде применений. Солнечный элемент (фотопанель) может впрямую превращать солнечное излучение в электричество без внедрения каких-то передвигающихся устройств. Благодаря этому, срок службы солнечных генераторов достаточно продолжителен. Фотоэлектрические системы отлично зарекомендовали себя с самого начала промышленного внедрения фотоэлементов. например, фотоэлементы служат главным источником питания для спутников на околоземной орбите с 1960-х годов. В отдаленных районах фотоэлементы обслуживают автономные энергоустановки с 1970-х.
В 1980-х годах производители серийных потребительских продуктов начали встраивать фотоэлементы во почти все устройства: от часов и калькуляторов до музыкальной аппаратуры.
Модули солнечной батареи наземного внедрения, как правило, конструируются для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В. При всем этом поочередно соединяются 36 солнечных частей, и дальше собираются в модуль. Приобретенный пакет, как правило, обрамляют в дюралевую раму, облегчающую крепление к несущей (опорной) конструкции. Мощность модулей солнечной батареи может достигать 10-300Вт. электронные характеристики таковых модулей отражаются в вольтамперной характеристике, определенной при обычных критериях (т.е. когда мощность солнечной радиации приравнивается 1000 Вт/м2, температура частей — 25°С и солнечный диапазон — на широте 45°) (набросок 1.1). Точка пересечения кривой с осью напряжения именуется напряжением холостого хода Vх.х., а с осью тока — током недлинного замыкания Iк.з. На этом же графике приведена кривая мощности, получаемой от солнечных частей зависимо от перегрузки. Номинальная мощность модуля определяется как большая мощность при обычных критериях. ток — рабочим током Iр. Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 частей приблизительно равно 16-17В (0,45-0,47В/элемент) при 25°С. Таковой припас по напряжению нужен для того, чтоб восполнить уменьшение рабочего напряжения при разогреве модуля солнечным излучением. Температурный коэффициент напряжения холостого хода для кремния составляет — минус 0,4%/градус. Температурный коэффициент тока — плюс 0,07 %/градус. Напряжение холостого хода солнечного модуля не достаточно изменяется при изменении освещенности, в то время как ток недлинного замыкания прямо пропорционален. КПД солнечного модуля определяется как отношение наибольшей мощности модуля к общей мощности излучения, падающей на его поверхность при обычных критериях, и составляет 15-40%.
С целью получения требуемой мощности и рабочего напряжения модули соединяют поочередно либо параллельно. Так получают солнечную батарею[3]. Мощность солнечной батареи постоянно ниже, чем сумма мощностей модулей — из-за утрат, обусловленных различием в свойствах однотипных модулей (утрат на рассогласование). Чем тщательнее подобраны модули в батарее (другими словами, чем меньше различие в свойствах модулей), тем ниже утраты на рассогласование. например, при поочередном соединении 10 модулей с разбросом черт 10% утраты составляют приблизительно 6%, а при разбросе 5% — понижаются до 2%.
В случаи затенения 1-го модуля, либо части частей в модуле, в солнечной батарее при поочередном соединении возникает «эффект жаркого пятна» — затененный модуль (либо элемент) начинает рассеивать всю производимую освещенными модулями (либо элементами) мощность, быстро греется и выходит из строя. Для устранения этого эффекта наряду с каждым модулем (либо его частью) устанавливают шунтирующий диодик. Диодик нужен при поочередном соединении наиболее 2-ух модулей. К каждой линейке (поочередно соединенных модулей) также подключается блокирующий диодик для сглаживания напряжений линеек. Все эти диоды, как правило, располагаются в соединительной коробке самого модуля.
Вольтамперная кривая солнечной батареи имеет этот же вид, что и единичного модуля. Рабочая точка батареи, присоединенной к перегрузке, не постоянно совпадает с точкой наибольшей мощности (тем наиболее, что положение крайней зависит от критерий освещенности и температуры окружающей среды). Подключение таковых нагрузок, как, к примеру, электродвигатель, может двинуть рабочую точку системы в область малой либо даже нулевой мощности (и движок просто не запустится). Вследствие этого последующий принципиальный компонент солнечной батареи — преобразователи напряжения, способные согласовывать солнечную батарею с перегрузкой.
1.1.2 Аккумуляторные батареи
Аккумулятор (от лат. accumulator — сборщик), устройство для скопления энергии с целью ее следующего использования. электронный аккумулятор конвертирует электронную энергию в хим и по мере надобности обеспечивает оборотное преобразование; употребляют как автономный источник электроэнергии. Аккумулятор, как электронный устройство, характеризуется последующими главными параметрами: химической системой, напряжением, электронной емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. А его состояние оценивается по совокупы значений 3-х его главных черт: настоящей емкости, внутреннего сопротивления и тока саморазряда. При недооценке либо игнорировании какого-нибудь из этих характеристик либо преувеличении значимости 1-го из их (обычно, емкости) можно оказаться в ситуации «у разбитого корыта». По химической системе в истинное время для питания устройств и оборудования более обширно всераспространены свинцово-кислотные SLA батареи, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH) и литий — ионные батареи (Li-ion) и литий-полимерные (Li-Pol) батареи.
В качестве компонента солнечной энергетической установки, аккумулятор делает три задачки:
1. Покрывает пиковую нагрузку, которую не могут покрыть сами фотоэлектрические модули (запасный припас).
2. Дает энергию в ночное время (краткосрочное хранение).
3. Компенсирует периоды нехороший погоды либо очень высочайшего энергопотребления (среднесрочное хранение).
Емкость аккума указывается в ампер-часах. например, аккумулятор на 100 А*ч и 12 В может сохранять 1200 Вт*ч (12 В х 100 А*ч). Но емкость зависит от длительности процесса зарядки либо разрядки. Период подзарядки указывают как индекс емкости С, к примеру, «С 100» для 100 часов. Отметим, что производители могут изготавливать батареи для различных базисных периодов. При хранении энергии в аккуме определенное ее количество в процессе хранения пропадает. Эффективность авто батарей составляет около 75%, тогда как солнечные батареи имеют несколько наилучшие характеристики.
Для переносных и, временами, демонтируемых ФЭС принципиальным параметром оказывается компактность и плотность. Этому требованию удовлетворяют АКБ, выполненные по технологии AGV (гелеобразный электролит, абсорбированный в пористый наполнитель). Они характеризуются отсутствием необходимости обслуживания в протяжении всего срока службы, отсутствием газовыделения, способностью работать в любом положении относительно горизонтального. Правильные заряд и разряд АКБ является одним из более принципиальных критерий, позволяющих обеспечить долгий срок службы АКБ. Лишний заряд не только лишь уменьшает количество электролита, но может вывести аккумуляторную батарею из строя.
Меж количеством запасенного в АКБ заряда и напряжением на ней существует накрепко установленное соотношение (при температуре 20оС):
При изменении температуры электролита напряжение, характеризирующее полный заряд, меняется на 0,03 В/градус (таблица 1.1).
Таблица 1.1 — Изменение полного заряда АКБ зависимо от температуры
Температура батареи,оС
Напряжение,В
0
15
10
14,7
20
14,4
30
14,1
Для продления срока службы следует не допускать и глубочайшего разряда. Разряды АКБ выше уровня 70% резко понижают количество циклов заряда-разряда. Несоблюдение этого условия приводит к необходимости наиболее нередкой подмены АКБ, что удорожает систему.
Батареи являются хим источниками электронной энергии многоразового деяния. Они состоят из 2-ух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Скопление энергии в аккуме происходит при протекании хим реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккума происходят оборотные процессы.
Для получения довольно огромных значений напряжений либо заряда отдельные батареи соединяются меж собой поочередно либо в батареи. Существует ряд принятых напряжений для аккумуляторных батарей: 2; 4; 6; 12; 24, 48, 120 В. В солнечных системах до 1Квт употребляется напряжение 12 либо 24В, до 5 кВт 48 либо 120В, выше 5 кВт — наиболее 120В.
Под отдаваемой емкостью следует осознавать наибольшее количество электро энергии в кулонах (ампер часах), которое аккумулятор дает при разряде до избранного конечного напряжения. В условном обозначении типа аккума приводится номинальная емкость, т.е. емкость при обычных критериях разряда (при разряде номинальным током и, обычно, при температуре 20°С).
Для облегчения выбора соответственного пользователю энергии аккума сравним некие свойства в таблице 1.2[4].
Таблица 1.2 — Зависимость удельной энергии от температуры окружающей среды и стоимость энергии
Тип аккума
Удельная энергия, Вт ч/кг, при температуре, оС
Относительная стоимость 1 Втч энергии
-40
-20
0
120
Свинцово-кислотный
8
18
29
36
1
Кадмиево-никелевый ламельный
5
11
16
20
3
Кадмиево-никелевый, безламельный
19
26
33
38
13
Железоникелевый
—
9
13
18
2
Серебряно-цинковый
6
35
75
90
15
Весовая удельная энергия серебряно-цинковых аккумов в существенно большей степени зависит от температуры. Приблизительно так же зависит от температуры большая удельная энергия аккумов.
Весьма принципиальной чертой аккумов является приблизительная относительная стоимость 1 Вт*ч энергии, приобретенной от разных типов аккумов схожей емкости. Дороже всего обходится энергия, получаемая от серебряно-цинковых и кадмиевых аккумов, и дешевле от свинцово-кислотных, принятых в данном случае за единицу.
В большинстве фотоэлектрических систем используют свинцово-кислотные батареи. необходимо сходу выделить, что батареи, специально созданные для солнечных батарей (и остальных схожих систем), значительно различаются от стартерных авто аккумов, пусть даже имеющих в базе туже технологию.
Понятно, что аккумулятор состоит из положительного и отрицательного электродов, раствора серной кислоты (27…39%-ный раствор) и сепаратора, разделяющего положительные и отрицательные пластинки.
Используются два типа электродов: поверхностные и пастированные. Поверхностный электрод состоит из свинцовой пластинки, на поверхности которой химическим методом формируется слой активной массы. Пастированные электроды разделяются на решетчатые, коробчатые и панцирные. В решетчатых электродах активная масса удерживается в сетке из свинцово-сурьмяного сплава шириной 1…4мм. В коробчатых пластинках сетки с активной массой запираются с 2-ух сторон перфорированными свинцовыми листами.
Панцирные пластинки состоят из свинцово-сурьмяных штырей, которые помещаются снутри пластмассовых перфорированных трубок, заполненных активированной массой. Для отрицательных электродов употребляются намазные и коробчатые пластинки, для положительных — поверхностные, намазные и панцирные. В качестве сепараторов используют микропористые пластинки из вулканизированного каучука (мипор), поливинилхлорида (мипласт) и стекловолокна.
Свинцовые батареи обычно помещают в моноблок из эбонита, термопласта, полипропилена, полистирола, целофана, асфальтопековой композиции, керамики либо стекла. Батареи емкостью до 200А*ч обычно соединяют поочередно по 3 либо 6 штук для получения напряжения 6 либо 12В и помещают в единый моноблок. Батареи большей емкости соединяют при установке до получения нужного напряжения.
Главными критериями по выбору аккумов являются:
* стойкость к повторяющемуся режиму работы;
* способность переносить без последствий глубочайший разряд;
* маленький саморазряд аккума;
* некритичность к нарушению критерий зарядки и разрядки;
* долговечность;
* простота в обслуживании;
* компактность и плотность (принципиальный аспект для переносных либо временами демонтируемых солнечных батарей).
Сиим требованиям полностью удовлетворяют батареи, сделанные по технологиям «dryfit» и AGM (адсорбированный электролит) либо рекомбинационной технологии. Они характеризуются отсутствием эксплуатационных издержек и перекрывают спектр емкостей 1-12000 А*ч, что дозволяет удовлетворять требованиям всех потребителей. Эти батареи различаются пониженным газовыделением и рекомбинацией кислорода. Вследствие этого вода электролита не электролизуется и не испаряется, и такие батареи не требуют доливки электролита. например, батареи одной из компаний с трубчатыми положительными пластинами, имеют последующие свойства:
* большенный срок службы -15 лет;
* стойкость к повторяющемуся режиму — наиболее 1200 циклов;
* отсутствие необходимости обслуживания в течение всего срока службы;
* малое газовыделение (благодаря применению сплава без сурьмы и использованию технологии внутренней рекомбинации газа);
* саморазряд — приблизительно 3% за месяц.
Вследствие высочайшей цены таковых аккумов, возникает желание употреблять обыденные стартерные свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (авто аккумулятор). Срок службы таковых аккумов в составе солнечной батареи — не наиболее 3-5 лет. Вследствие этого за срок использования солнечной батареи (15-20 лет и наиболее) нужно будет поменять батареи (к этому добавятся Издержки на сервис аккумов и оборудование помещений).
С целью получения требуемого рабочего напряжения батареи либо аккумуляторные батареи соединяют поочередно. При всем этом следуют определенным правилам:
* употребляют батареи лишь 1-го типа, произведенные одним изготовителем;
* эксплуатируют все батареи сразу, не делая отводов от отдельных аккумов составляющих аккумуляторную батарею;
* не объединяют батареи с различием в дате выпуска наиболее чем на месяц в одну аккумуляторную батарею;
* обеспечивают разницу температур отдельных аккумов не наиболее 3°С.
Ради продления срока службы аккумов при повторяющемся режиме работы в солнечных батареях принципиально не допускать глубочайшего разряда. Уровень разряда характеризуется глубиной разряда, которая выражается в процентах от номинальной емкости аккума. На рисунке 1.5 изображена зависимость емкости аккума (в процентах от номинальной) от количества отработанных циклов при различной глубине разряда (батареи FIAMM GS). Таковым образом, эксплуатация аккумов при глубочайшем разряде ведет к их наиболее нередкой подмене и, соответственно, к удорожанию системы. Глубину разряда аккумов солнечных батарей стараются ограничить на уровне 30-40%, что достигается отключением перегрузки (либо понижением мощности) или внедрением аккумов большей емкости.
Вследствие этого, для управления действием зарядки и выбора рационального режима, в состав солнечной электростанции непременно включают контроллеры зарядки-разрядки аккумуляторной батареи.
1.1.3 Инверторы
Солнечный генератор (каким бы сложным и огромным он не был) может производить только неизменный ток. К счастью, имеется много потребителей, использующих конкретно неизменный ток (зарядка аккумов, освещение, радиоаппаратура и т.д.), но потребителей переменного напряжения 220В ни меньше. Для преобразования неизменного тока аккумуляторной батареи в переменный синусоидальной формы, нужен инвертор.
Инверторы — полупроводниковые приборы. Они могут быть поделены на два типа в согласовании с типом фотоэлектрических систем:
· инверторы для автономных систем солнечных батарей;
· инверторы для сетевого использования.
Выходной каскад у обоих типов почти во всем похож, а основное отличие в схеме управления. 1-ый тип имеет генератор частоты, а 2-ой должен работать синхронно с промышленной сетью (и в качестве генератора частоты употребляет саму сеть).
Для всех типов главный параметр — КПД (который должен быть наиболее 90%). Выходное напряжение автономных инверторов как правило составляет 220В (50/60 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ)), а в инверторах мощностью 10-100кВт можно получать трехфазное напряжение 380В. Все автономные инверторы трансформируют неизменный ток аккумуляторных батарей. Вследствие этого входное напряжение выбирается из ряда 12, 24, 48 и 120В. Чем больше входное напряжение, тем проще инвертор и тем выше его КПД. При огромных напряжениях значительно меньше утраты на передачу энергии от солнечного генератора к аккумуляторной батарее, регулятору зарядки и инвертору, но при всем этом усложняется система солнечной электростанции и ее эксплуатация при небезопасных напряжениях (выше 40 В). К форме выходного сигнала автономных инверторов предъявляются наименее твердые требования. В ряде всевозможных случаев (если дозволяет перегрузка) может быть внедрение инверторов с трапециевидным выходным сигналом. Такие инверторы стоят в 2-3 раза дешевле инверторов с синусоидальным выходным сигналом. Принципиальный параметр автономных инверторов — зависимость КПД от мощности присоединенной перегрузки. КПД не должен существенно понижаться при подключении перегрузки в 10 раз наименьшей (по потребляемой мощности), чем номинальная мощность инвертора. вкупе с тем инвертор должен выдерживать перегрузки в выходных цепях (при подключении электродвигателей и иных оживленных нагрузок). Таковым образом, к автономному инвертору предъявляются последующие требования:
· способность переносить без последствий перегрузки (как краткосрочные, так и долгие);
· мелкие утраты при малых отягощениях и на холостом ходу;
· стабилизация выходного напряжения;
· маленький коэффициент гармоник;
· высочайший КПД;
· отсутствие помех на радиочастотах.
Зарубежные конторы дают широкий ассортимент инверторов, специально разработанных для солнечных батарей. Такие инверторы уже имеют блок регулятора отбора наибольшей мощности, блок регулятора заряда, также доп вход подключения дизель — генератора (для критической подзарядки аккумуляторной батареи).
К выходному сигналу сетевых инверторов предъявляются более твердые требования. Для снижения утрат на преобразование такие инверторы работают при больших входных напряжениях. Так как их входные цепи запитываются впрямую от солнечной батареи, инверторы имеют регулятор отбора наибольшей мощности (интегрированный в инвертор). Сетевые инверторы имеют также блок контроля мощности солнечной батареи (и врубаются автоматом, как мощность солнечной батареи становится достаточной для формирования переменного сигнала).
1.1.4 Контроллер и программное обеспечение
Контроллер компании National Instruments (NI) Compact Field Point (cFP-2020) представляет собой программируемый контроллер автоматизации (РАС), разработанный для решения задач автономного промышленного управления, сбора данных и их передачи по сети. Данная система владеет надежностью и способностями, присущими ПЛК, дополненными функциональностью, гибкостью опции и простотой программирования, характерными обыденным индивидуальным компам.
Благодаря LabVIEW Real-Time, cFP-2020 отыскали применение в приложениях, требующих промышленного уровня надежности и композиции аналогового и цифрового управления, к примеру регистраторы, аналоговые регуляторы, взаимодействие с наружными поочередными устройствами, анализ в настоящем времени, статистическое управление действиями и моделирование. Подобные системы «твердого» настоящего времени всераспространены в нефтегазовой, полупроводниковой, целлюлозно-бумажной индустриях, в аква хозяйстве и промышленном производстве.
Обмен данных меж компом и мотивированной платформой происходит средством сетевого протокола Ethernet.
Compact FieldPoint состоит из самого контроллера cFP-2020 (левый последний) и модулей, расположенные на одной шасси.
— Модуль PWM-520 — (Pulse Width Modulation Output Module) широтно-импульсный модуль, употребляется для управления движками гелионавигационной установки [4].
— Модуль TC-120 — (Thermocouple Input Module (TC, mV)) Температурный модуль, для получения сигналов с термопар.
1.2 Описание лабораторной установки «Фотоэлектрическая станция» АУЭС
1.2.1 Структурная схема ФЭС
Разработанная установка для экспериментальных исследовательских работ характеристик ФЭС содержит в себе солнечную батарею, аккумулятор, инвертор, систему сбора данных (Compact Field установка (Г), контроллер FieldPoint (К), инвертор (И), три аккума 12В и емкостью 150А*ч, система управления и сбора инфы — индивидуальный комп (БУ).
В данной лаборатории употребляется Compact Field комп либо нет, потому что данная модель контроллера дозволяет вести запись на сменный носитель.
В установке ФЭС употребляется три авто аккума, 12В емкостью 150А*ч, потому что они способны выдерживать высшую пиковую нагрузку в отличие от солнечных аккумов.
В рассматриваемой лабораторной установке употребляется инвертор синусоидального тока мощностью 300Вт (набросок 1.6). Потому что инверторы прямоугольной формы не предусмотрены для всех видов электрооборудования.
На лицевой панели установлены ручки регуляторов тока ФЭС, аккума и перегрузки (электронная лампа накаливания). Справа на щите закреплен Compact Field работы ФЭС: на крыше строения АУЭС установлено две солнечные батареи на общей турели, передающие управляющие сигналы в контроллер. На компе данные сигналы проходят обработку и масштабирование, опосля что выводятся на операторский пункт. Также на щите есть регуляторы сопротивления для солнечной батареи, аккумов и перегрузки. При помощи данных регуляторов возникает возможность управления перегрузкой солнечных панелей для построения вольтамперной свойства.
Данная программка собирает данные с объектов исследования (ФЭС), производит масштабирование сигналов (по току), рассчитывает мощность всякого элемента щита (ФЭС, аккумулятор, перегрузка), производит нужные математические вычисления (скопление мощности) и сохраняет приобретенные вычисления характеристик в файлы.
программка выводит на виртуальные приборы значения напряжений, токов и мощностей всех частей щита (см. набросок 1.11), что мы можем следить на панели: желтоватый фон выделяет приборы, показывающие характеристики солнечной батареи; зеленоватый фон — аккумуляторной станции; красноватый фон — перегрузки.
Набросок 1.11 — Фронт панель интерфейса операторного пт
Пример записи данных по мощности в текстовый файл представлен на рисунке 1.12.
Набросок 1.12 — Пример записи данных по мощности
Записанные данные можно открыть при помощи Microsoft Excel. Перезапись данных в файл Excel реализуется средой LabVIEW. Пример перезаписи данных в файл Excel приведен на рисунке 1.13.
Набросок 1.13 — Пример перезаписи данных в файл Excel
1.2.2 Гелионавигационная установка
Гелионавигационная установка (гелиостат) — устройство для поворота солнечных панелей к солнцу под определенным углом по тангажу и азимуту. Схема гелиостата представлена на рисунке 1.13. Обозначения на рисунке:
1 — опора;
2 — поворотная траверса;
3 — турель;
4 — корзина солнечной панели;
ИМ — 1 — исполнительный механизм поворотной траверсы;
ИМ — 2, ИМ — 3 — исполнительные механизмы поворота турелей (по горизонту);
ИМ — 4, ИМ — 5 — исполнительные механизмы поворота корзины (по тангажу).
ИМ — 1, ИМ — 2, ИМ — 3 поворачивают турели по азимуту.
Устройство состоит из 5 движков с несущей траверсой. 1-ый главный движок ИМ-1 производит поворот всей траверсы по отношению к солнцу. Два мотора ИМ-2 и ИМ-3 вращаются вокруг собственной оси относительно траверсы, и служат для поворота солнечных панелей по азимуту. Азимут — это часовой угол в градусах. Любой час меняется на 15° от начала отсчета 12 часов денька. Потому что движение солнца параболическое, то относительно 12ти часов углы будут равны, с различием в знаке, это отображено на схеме движения солнца (набросок 1.15) [5]. На рисунке 1.15 приведен график движения солнца для 44° северной широты — для городка Алматы. Так с 5 утра до 12 денька, любой час соответствует отрицательному углу, а опосля 12 до 7 вечера — положительному. В данной работе ведем отсчет от 5 утра до 7 вечера, потому что это является солнечным деньком лета, т.е. в это время мы лицезреем солнце
Набросок 1.15 — График движения солнца для 44° северной широты
В зимнюю пору данное время сокращается на 2-3 часа, но потому что зимнее время заходит в спектр летнего, то составляем расчеты по летнему времени.
Движки ИМ-4 и ИМ-5 установлены на 2-ух азимутальных движках, и вращаясь на их, служат для поворота солнечных панелей по тангажу. Потому что наивысшая высота солнца над горизонтом в широте городка Алматы не превосходит 70°, то наибольший угол поворота по тангажу принят за 90°. В нашем случае с помощью гелиостата мы сможем поменять угол наклона солнечных панелей и вычислить лучший угол к солнцу, при котором повысится КПД.
ИМ — 1, ИМ — 2 и ИМ — 3 двигаются по представленной на рисунке 1.16 схеме. Любой исполнительный механизм может не зависимо друг от друга, зависимо от избранного режима управления, двигаться в радиусе от -120° утром до обеда, потому что солнце поднимается с северо-востока, то исходный угол поворота задан на северо-востоке.
Набросок 1.16 — Схема поворота траверсы и азимутальных движков
Набросок 1.17 — Схема поворота тангажных движков
Конечный угол +120° задан на северо-западе. Таковым образом, исполнительные механизмы должны повернуть траверсу и турели в течение денька от северо-востока днем до северо-запада вечерком. ИМ — 4 и ИМ — 5 двигаются по представленной схеме на рисунке 1.17. движение данных исполнительных устройств осуществляется ограничено от +90° до -90°, потому что данные движки поворачивают солнечные панели к солнцу под необходимым углом [6]. Потому что наибольшая высота в широтах г. Алматы приблизительно 70°, то конкретно по данной причине действует ограничение движков на поворот ±90° к солнцу.
1.2.2.1 Многофункциональная схема автоматизации системы автоматического регулирования гелионавигационной установкой
Многофункциональные схемы являются главным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащения объекта управления устройствами и средствами автоматизации (в том числе телемеханики и вычислительной техники).
В работе [14] разработана многофункциональная схема автоматизации системы регулирования исполнительным механизмом — движком (набросок 1.19). Выходной величиной объекта регулирования является положение ротора мотора.
По приведенной схеме управление положением ротора мотора происходит по последующему контуру: от элемента PNT — датчика указателя положения (ДУП), установленного снутри мотора, передается сигнал на модуль AI-110 контроллера cFP-2020, где происходит аналоговое преобразование значения ДУП (мА) в проценты. Положение отображается, регится в интерфейсе юзера TIRQ. Опосля преобразования осуществляется автоматическое регулирование положения (на контроллере) AI. Контроллер производит сигнал действия согласно заданию на положение HD (1-2) с интерфейса юзера и опосля дискретного преобразования NS попадает на исполнительный механизм — движок [7].
Набросок 1.19 — Многофункциональная схема автоматизации системы регулирования гелионавигационной установкой
1.2.2.2 Режимы управления гелионавигационной установки ФЭС АУЭС
Гелионавигационная установка согласно методике проведения экспериментальных исследовательских работ ФЭС обязана обеспечить несколько режимов работы, связанных с разными положениями турелей относительно друг — друга, также относительно Земли. Ниже приведены интерфейсы программ управления гелиостатом в последующих режимах [14]:
1. Ручной режим управления турелями гелионавигационной установки: управление углами турелей ФЭС осуществляется оператором с лицевой панели программки при помощи нажатия кнопок «Б» — больше и «М» — меньше. Значения данных углов отображается в соответственных окнах индикаторов. На стрелочных индикаторах показываются углы поворота движков (красноватые стрелки) и углы, рассчитанные подпрограммой «Углы амплитуд» (голубые стрелки).
2. Управление с задающего устройства ЗУ-50: управление углами турелей ФЭС осуществляется оператором с лицевой панели задающего устройства ЗУ-50 поворотом переключателей.
Данный режим вероятен лишь в лаборатории, потому что управление делается со щита.
На стрелочных индикаторах показываются углы поворота движков (красноватые стрелки) и углы, рассчитанные подпрограммой «Углы амплитуд» (голубые стрелки).
3. Автоматический режим управления турелями гелионавигационной установки: управление углами турелей ФЭС осуществляется автоматом программкой по отношению к системному времени.
4. Режим DIV — режим неизменной различия меж углами турелей: управление углами турелей ФЭС осуществляется в автоматическом режиме, при этом выставляются различия меж тангажными и азимутальными углами турелей, различия углов по тангажу и азимуту задаются с лицевой панели программки.
5. Режим HARD — твердый режим: недвижное положение турелей относительно Земли в течение всего денька. значения углов по тангажу и азимуту задаются с задающего устройства ЗУ-50 и фиксируются с лицевой панели программки.
6. Режим SF (SunFlower) — режим «Подсолнух»: свободное движение 1-ой турели и автоматическое движение относительно солнца 2-ой турели. значения углов по тангажу и азимуту для 1-ой турели задаются с задающего устройства ЗУ-50.
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА системы УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОМ НА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ АУЭС В РЕЖИМЕ УДАЛЕННОГО ДОСТУПА
Лаборатория удаленного доступа — комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматическое проведение лабораторных и экспериментальных исследовательских работ конкретно на физических объектах и (либо) математических моделях с внедрением удаленного компьютерного доступа.
Удаленный компьютерный доступ — режим функционирования ЛУД, при котором управление физическим объектом осуществляется с компа, удаленного на сколь угодно огромное расстояние от места размещения самого объекта.
Таковым образом, для сотворения ЛУД требуются, во-1-х, применение особых технических средств, как для автоматизации экспериментального щита, так и для связи управляющего компа с удаленным юзером, проводящим одной из важных составляющих подготовки студентов в институтах естественнонаучного и технического профиля, содействующих выработке у обучаемых практических способностей, является лабораторный практикум, проводимый в согласовании с учебным планом как по общим, так и по особым дисциплинам.
Исходя из того, что лабораторные установки, в особенности дорогостоящие, размещаются в основном корпусе университета, то подход к проведению лабораторных работ с удаленным компьютерным доступом дает возможность использования этих же установок и бессчетным филиалам университета. Не считая того, этот метод содействует приобщению студентов к новеньким компьютерным технологиям, при всем этом сама лабораторная работа производится на настоящей установке. В этом случае подсистема телекоммуникаций располагается на Web-сервере и работа с удаленным юзером осуществляется в сети Internet/Intranet по протоколу TCP/IP. Web- связан с управляющим компом локальной сетью, а обмен тут осуществляется с внедрением другого протокола. Все операции обмена со щитом происходят через специальную резидентную программку. При случайном разрыве связи удаленного клиента с сервером управляющий комп продолжает выполнение опыта по условиям, данным юзером, и режим работы щита не нарушается
Задачка сотворения и следующего коллективного использования практикума ЛУД является очень животрепещущей также при разработке концепции исследовательского института и формировании его информационного места. Целевое внедрение ресурсов глобальной сети веб значительно расширяет кругозор и исследовательские способности профессионалов в процессе обучения. При подготовке профессионалов для главных наукоемких отраслей крайнее событие является в особенности принципиальным, т.к. большие неповторимые установки требуют очень огромных финансовложений и создаются лишь в единичных экземплярах.
Проведем систематизацию лабораторного практикума технического университета, подразделив его на классические лабораторные работы, виртуальные и лабораторные работы с удаленным доступом. Классические лабораторные работы представляют собой практическое занятие, проводимое в настоящих критериях с функционирующей лабораторной установкой. Виртуальные лабораторные работы, по другому тренажеры, представляют собой имитационную компьютерную модель настоящей лабораторной установки, заменяющей натурный системы автоматического лабораторного практикума, при котором работа с объектом осуществляется с компа, удаленного на сколь угодно огромное расстояние от места размещения самого объекта. анализ обрисованных выше типов лабораторных работ представлен в таблице 2.1
Таблица 2.1 — анализ типов лабораторных работ
Тип лабораторной работы
Короткая черта и способности
Классические
Включают: бумажное методическое пособие по проведению работы, список контрольных вопросцев и настоящую лабораторную установку. Студент имеет возможность убедиться и получить полную информацию о методах
технической реализации той либо другой лабораторной установки.
Виртуальные
Включают: индивидуальный комп. Разрешают с минимальными затратами на аппаратное обеспечение смоделировать фактически хоть какой лабораторный чувства нереальности происходящего, остаются опыты, которые нереально поменять моделями просто поэтому, что их результаты принципно не просчитываются заблаговременно.
С удаленным компьютерным доступом
Включают: индивидуальный комп и настоящую лабораторную установку. В данном варианте лабораторная работа проводится обыденным (очным) образом, а все конфигурации, происходящие в процессе выполнения работы настоящей установкой, задаются и показываются на компе студента.
Просит: внедрения особых технических средств, как для автоматизации экспериментального щита, так и для связи управляющего компа с удаленным юзером; разработки спец программного обеспечения; методической поддержки лабораторного практикума.
В целом ряде направлений науки и техники (физика частиц больших энергий, ядерная техника, физика плазмы и др.) с учетом особенных критерий работы на неповторимых щитах и наличием ряда небезопасных для человека причин (высочайшие напряжения, СВЧ (Микроволновое излучение, сверхвысокочастотное излучение — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазон радиоволн) — и рентгеновское излучение, нейтронные потоки и т.п.) пультовая, снаряженная сложными дистанционными системами управления и диагностики, вынесена на довольно огромное расстояние от установки и отгорожена от нее разными защитными сооружениями. способы измерения большинства характеристик в таковых системах являются бесконтактными.
В этих критериях сбор инфы о протекающих действиях и управление таковым сложным устройством выполняются фактически постоянно дистанционно. Потому в подготовке профессионалов для разных отраслей, и до этого всего, для энергетики, в учебно-исследовательском процессе обязано огромное внимание уделяться способам дистанционного управления тестом. Они, непременно, должны применяться в сочетании с лабораторными и учебно-исследовательскими работами, проводимыми обычным методом, но лучше, чтоб освоение новейших информационных технологий в этом направлении не было некий кампанией, а шло преднамеренно, начиная с общих и общетехнических (либо общефизических) дисциплин. Конкретно на это и ориентировано применение автоматического лабораторного практикума с удаленным доступом.
]]>