Разработка системы управления экспериментом на лабораторной установке фотоэлектрической станции в режиме удаленного доступа на основе web-технологий
Диссертация - Физика
Другие диссертации по предмету Физика
?нии от учебных классов, в том числе оборудование, непосредственный контакт с которым является небезопасным, для проведения лабораторных практикумов и учебно-исследовательской работы по общеинженерным и специальным дисциплинам.
Целью данной работы является разработка программных средств, обеспечивающих дистанционное управление экспериментом на учебно научном оборудовании фотоэлектрической станции в учебно-научной лаборатории АУЭС Энергосбережение и нетрадиционные возобновляемые источники энергии с применением технологий National Instruments. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить лабораторную установку Фотоэлектрическая станция;
разработать систему управления экспериментом ЛУД ФЭС АУЭС, в рамках этой задачи:
изучить вопросы технологии удаленного доступа;
провести аналитический обзор существующих ЛУД;
исследовать технические средства сетевого управления оборудованием ЛУД;
исследовать программные средства сетевого управления оборудованием ЛУД;
разработать 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 настоящее время фотоэлектрические станции (ФЭС) имеют большое применение для выработки электроэнергии. В больших объемах выпускаются фотоэлектрические станции различной установленной мощности, для работы автономно и в энергосистемах. Совершенствованием систем преобразования солнечной энергии в электрическую успешно занимаются в странах Европы, Америки, в Китае, Индии. В мире параллельно с разработкой новых фотопанелей идет и разработка новых схем и блоков управления по автоматическому управлению локальной энергосистемой, включающей фотоэлектрическую панель, контроллер, аккумуляторную батарею, инвертор.
В Республике Казахстан имеются коллективы, занимающиеся разработкой фотоэлектрических систем и входящего в их состав электрооборудования, однако работы не доведены до публикуемых результатов, поэтому сведений о показателях работоспособности этих систем мы не имеем.
1.1.1 Фотопанели
Солнечные фотопанели являются вполне реальной технически и экономически выгодной альтернативой ископаемому топливу в ряде применений. Солнечный элемент (фотопанель) может напрямую превращать солнечное излучение в электричество без применения каких-либо движущихся механизмов. Благодаря этому, срок службы солнечных генераторов довольно продолжителен. Фотоэлектрические системы хорошо зарекомендовали себя с самого начала промышленного применения фотоэлементов. К примеру, фотоэлементы служат основным 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 товаров начали встраивать фотоэлементы во многие устройства: от часов и калькуляторов до музыкальной аппаратуры.
Модули солнечной батареи наземного применения, как правило, конструируются для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей с номинальным напряжением 12В. При этом последовательно соединяются 36 солнечных элементов, и далее собираются в модуль. Полученный пакет, как правило, обрамляют в алюминиевую раму, облегчающую крепление к несущей (опорной) конструкции. Мощность модулей солнечной батареи может достигать 10-300Вт. Электрические параметры таких модулей отражаются в вольтамперной характеристике, определенной при стандартных условиях (т.е. когда мощность солнечной радиации равняется 1000 Вт/м2, температура элементов - 25С и солнечный спектр - на широте 45) (рисунок 1.1). Точка пересечения кривой с осью напряжения называется напряжением холостого хода Vх.х., а с осью тока - током короткого замыкания Iк.з. На этом же графике приведена кривая мощности, получаемой от солнечных элементов в зависимости от нагрузки. Номинальная мощность модуля определяется как наибольшая мощность при стандартных условиях. Значение напряжения, соответствующее максимальной мощности именуется рабочим напряжением Vр, а соответствующий ток - рабочим током Iр. Значение рабочего напряжения для модуля, состоящего из 36 элементов примерно равно 16-17В (0,45-0,47В/элемент) при 25С. Такой запас по напряжению нужен для того, чтобы компенсировать 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 мало меняется при изменении освещенности, в то время как ток короткого замыкания прямо пропорционален. КПД солнечного модуля определяется как отношение максимальной мощности модуля к общей мощности излучения, падающей на его поверхность при стандартных условиях, и составляет 15-40%.
С целью получения требуемой мощности и рабочего напряжения модули соединяют последовательно или параллельно. Так получают солнечную батарею[3]. Мощность солнечной батареи всегда ниже, чем сумма мощностей модулей - из-за потерь, обусловленных различием в характеристиках однотипных модулей (потерь на рассогласование). Чем тщательнее подобраны модули в батарее (то есть, чем меньше различие в характеристиках модулей), тем ниже потери на рассогласование. К примеру, при последовательном соединен?/p>