Аннотация
Внедрение современных энергетических технологий может решить следующие проблемы: защита окружающей среды, охрана климата, экология и энергетическая безопасность. Все эти задачи в итоге требуют развития технологий, использующих возобновляемые источники энергии, и массивному управлению энергоэффективностью, к сожалению, в Донецком регионе, в котором большая часть энергопотребления до сих пор происходит неэффективно. Тем временем в Германии к 2020-му году планируется уменьшить воздействие парниковых газов на 40%, а к 2050-му – на 80%. Доля же возобновляемой отрасли энергетики повыситься на 35% к 2020-му году, а к 2050-му – на 80%. Решение проблем энергоснабжения будет полностью основано на интегрированных энергетических системах (Smartgrid), позволяющих рационально вырабатывать энергию на возобновляемых источниках и эффективно её использовать посредством её промежуточного хранения. Возобновляемые источники энергии могут быть подключены к общей сети или использоваться как автономные генераторы энергии. Перспективно использование автономных источников энергии в таких отраслях как энергоснабжение домов и автомобильная промышленность.
ОПИСАНИЕ
В следующем примере рассматривается фотоэлектрическая система для энергоснабжения насоса подачи воды животным.
При определенных возможностях и условиях более выгодно поставлять воду для животных в сельскохозяйственном секторе с помощью автоматического насоса. Фотоэлектрический привод насоса может быть достаточно экономным, если для водоснабжения будет достаточно относительно небольшого насоса небольшой мощности. Насосы большой мощности требуется только тогда, когда поилку для животных делают в месте с низким уровнем воды путем бурения скважины. Во всех других случаях небольшой насос, например, 12 В/2 А с двигателем постоянного тока в течение 6 минут способен закачивать около 66 литров воды и при этом потреблять всего лишь 0,2 Ач с аккумуляторной батареи. Поэтому сооружение небольшого насоса 12 В с емкостью аккумулятора 10 Ач, энергия к которому будет поступать через солнечную панель – очень эффективное и экономное решение для жаркого времени года.
Поилка должна ежедневно пополняться 120 литрами воды. Согласно техническим данным, упомянутый выше водный насос 12 В/2 А должен быть способен за 6 минут поставлять 66 литров воды. Следовательно, он должен работать всего 12 минут в день, для выполнения дневной задачи.
Дневное потребление энергии с аккумулятора составлять 0,4 Ач (2*0.2 Ач). Тогда потребность в энергии с учетом потерь на заряд аккумулятор составит около 0,5 Ач за день или 7 Ач за 14 дней. В теплое время года солнце за небольшим исключением будет светить минимум 6 часов в день. Значит нужно разработать план заряда аккумулятора за 4–5 дней, который будет включать заряд на протяжении 24–30 часов. Эти 24–30 часов рассчитываются в целях безопасности системы, за это время аккумулятор должен заряжаться полностью до емкости в 7 Ач. Следовательно, требуется теоретический зарядный ток для 0.29 ампер в час (7 Ач/24 ч=0,29 Ач в час).
Всё, что связано с солнечной энергетикой очень сильно зависит от погодных условий, поэтому нельзя недооценивать архивные данные, основанные на эмпирических исследованиях. В данном проекте будет предоставлен план, учитывающий наиболее неблагоприятные варианты развития погоды. Невозможно точно предсказать процесс заряда аккумулятора за 24 солнечных часа, поскольку за всё это время интенсивность солнечной радиации вариационно меняется. Поэтому значение номинального тока солнечной панели округляется для получения 0,35 Ач в час. Свинцовый аккумулятор 12 В/12 Ач должен полностью соответствовать данным целям.
Настоящее изобретение преодолевает этот недостаток, предлагая новые способы и устройства для стабилизации предполагаемых концентраций оксигемоглобина, восстановленного гемоглобина, карбоксигемоглобина и метгемоглобина, которые генерируются фотоплетизмографическим инструментом. Этот метод стабилизации использует дополнительную информацию при оценке концентраций аналита, а именно, что концентрации аналита должны находиться в диапазоне от 0 до 100% и должны составлять 100%. Хотя многие текущие пульсовые оксиметры ограничивают показания насыщения кислородом в пределах от 0 до 100%, ни один из них не использует эту информацию в реальном процессе оценки аналита. Настоящее изобретение значительно повышает точность показаний аналита крови путем включения этих ограничений в расчеты оценки аналита.
Фотоэлектрические установки часто комбинируют с ветрогенераторами. Для небольших автономных фотоэлектрических установок это является преимуществом, так как ветрогенератор может работать в то время, когда энергии солнца не хватает для энергоснабжения. В таких системах ветрогенератор принимает активное участие в зарядке аккумуляторной батареи.
Выбор оптимального ветрогенератора существенно зависит от места расположения системы: в местах с высокой скоростью ветра используют быстроходные ветроколеса, а в местах с невысокой – тихоходные (например, ветроколесо Савониуса). Тихоходные ветроколеса предназначены для мест, где необходимо вырабатывать пригодную для энергоснабжения мощность, а значит и иметь высокое зарядное напряжение и ток при малой силе ветра.
Развитие и производство тихоходных ветроколес в Европе не было на должном уровне. Однако ситуация стала меняться с выходом на рынок небольших и, в первую очередь, дешевых ветроколес. С их помощью можно будет заряжать аккумуляторную батарею на протяжении дня и ночи даже при слабой силе ветра. Отношение мощность-цена таких небольших ветрогенераторов уже достаточно приемлема. По крайней мере такие системы можно устанавливать в местах с плохой розой ветров для дополнительного энергоснабжения.
Существуют много мест, со слабыми ветрами, где спрос на тихоходные ветроколеса достаточно высок, и прибыль от таких систем увеличивается из года в год. В холодные времена года выработка энергии на ветрогенераторах сильно превосходит выработку энергии на фотоэлектрических генераторах. Комбинированные системы могут иметь как общее зарядное устройство, так и собственное.
Пример расчета емкости аккумуляторной батареи
При выборе оптимальной емкости аккумуляторной батареи важно определить – будут ли потребители брать энергию из розетки, или же вес аккумулятора позволяет подключать потребители непосредственно к нему. Расчет емкости будет производиться на временной период в 14 дней (или же 3 недели), так как по статистике раз в 5 лет возникает в запасе аккумуляторной энергии.
При расчете емкости аккумуляторной батареи стоит учитывать, что потери на заряд и на саморазряд согласно планированию, имеют суммарно составляют 25%.
В основе расчета нужной емкости аккумулятора автономной системы лежат в основе следующие данные:
- Количество предусматриваемых электрических потребителей.
- Потребление тока каждым потребителем в отдельности (в амперах)
- Планируемое время работы каждого потребителя в отдельности
- Промежуток времени, за которой аккумулятор способен стабильно снабжать энергией потребители без зарядки.
Основы расчеты номинальных тока и напряжения солнечного модуля
В случае, если вся мощность солнечной панели уходит на заряд аккумулятора, номинальное напряжение солнечной панели должно быть выше, чем напряжение заряжаемого ею аккумулятора. В теплое время года при аккумуляторе в 12 В номинальное напряжение солнечного модуля от 17 до 18 В (в зависимости от спецификации) будет поддерживаться без проблем, однако в холодные месяца, особенно в декабрь и январь, с этим могут возникнуть проблемы из-за скудности солнечного излучения, что надо принять во внимание при расчете.
Ток, вырабатываемый солнечной панелью, может повышаться и понижаться в зависимости от интенсивности солнечного излучения. Напряжение на солнечной панели как зарядное напряжение изменяется в зависимости от нагрузки, но также остается зависимость от интенсивности солнечного излучения.
Стоит учитывать, что не весь полученный в солнечном модуле ток течет автоматически на нагрузку, например, как в качестве тока заряда батареи. Соотношения между соответствующим солнечным напряжением и соответствующей нагрузкой объясняет следующий пример:
Напряжение на солнечной панели составляет 11,5 В. Напряжение на аккумуляторе в это же время составляет 10,8 В. Разница напряжения в данном примере будет составлять 0,7 В. При такой разнице, значение тока будет составлять 0,11 А. Это обусловлено внутренним сопротивлением аккумулятора, которое вычисляется по формуле U/I=R. 0,7 В/0,11 А=6,36 Ом.
Внутренне сопротивление аккумулятора не может быть измерено на практике с помощью обычного омметра, только лишь вычислено с помощью вышепреведенной формулы. Более глубокий смысл явления внутреннего сопротивления аккумулятора имеет взаимосвязь между рассматриваемые электрическими величинами при определенной нагрузки. Что конкретно под этим подразумевается показано в следующем примере.
Условно поднимем значение напряжения на 6 В до 17,5 В:
Однако при пасмурной погоде зимой при небольшой нагрузке возможна генерация только 2/3 напряжения 17,5 В, т.е в лучшем случае это будет 11,6 В. Учитывая это условие, нужно принимать во внимании большее значение номинального напряжения. К примеру, для поддержания значения в 15 В на протяжении года, необходимо выбирать установку с номинальным напряжением в 22,5 В. Если зарядка продолжается при примерно сопоставимых погодных условиях, то батарея заряжается, увеличивая своё напряжение до 14 В. Разница между напряжением солнечной панели и напряжением на аккумуляторе будет падать по мере заряда аккумулятора. Процесс увеличения «мягкого» солнечного напряжения проявляется в определенном промежутке: так как зарядный ток плавно уменьшается, солнечный модуль загружается все меньше и его напряжение может плавно повышаться до значения холостого хода. При небольшой нагрузке и пасмурной погоде напряжение солнечной панели растет до примерных значений напряжения холостого хода.
Понятие «небольшой нагрузки» определяется следующим образом: чем больше теоретическая номинальная мощность и номинальный ток солнечного модуля, тем выше номинальное напряжение зарядки относительно напряжения холостого хода. Если зарядный ток будет равен 3,9, а не 5 А, то солнечный модуль не будет полностью нагружен, поэтому напряжение на нем может немного повышаться до значения около напряжения холостого хода. С другой стороны, аккумулятор нагружает солнечный модуль, чтоб получить нужный ток заряда, например, 0,5 А, и тем самым понижает его напряжение. Это приводит к тому, что разность напряжений между напряжением модуля и напряжением батареи уменьшается, в результате чего зарядный ток, принимаемый аккумуляторной батареей, уменьшается. Солнечное напряжение и зарядный ток приспосабливаются соответственно к соответствующим условиям, которые зависят прежде всего от связанной с погодой поступления солнечной энергии на поверхность солнечного модуля. Такое поведение следует учитывать при солнечно-электрической зарядке аккумулятора, особенно в установках, предназначенных для круглогодичной эксплуатации. Если солнечный модуль используется только как источник зарядного тока аккумуляторной батареи системы, его диапазон напряжения в промежутке между его номинальным напряжением и его напряжением холостого хода используется в большей степени, чем в установках, работающих на сеть. Это связано, прежде всего, с тем, что аккумуляторная батарея - в отличие от сетевого инвертора – потребляет всю мощность, вырабатываемую солнечным модулем (или массивом модулей) редко (например, только в течение первых часов зарядки). После этого аккумулятор потребляет более низкий зарядный ток и, таким образом, снимает нагрузку с солнечного модуля таким образом напряжение может увеличиваться в до значений около напряжения холостого хода.