Система автономного электроснабжения обсерватории
Гибридная (Солнце – ДГУ) система электроснабжения предназначена для круглосуточного круглогодичного автономного электроснабжения обсерватории. Параметры системы выбраны из расчета минимизации времени работы ДГУ. ДГУ включается в работу исключительно в пасмурные дни, либо при тотальной аварии системы солнечного электроснабжения. Все остальное время в дневное время обсерватория получает электроэнергию от Солнца, в ночное время от аккумуляторных батарей, заряженных Солнцем днем.
Параметры потребителей
В соответствие с заданием оборудование обсерватории потребляет ориентировочно 39 кВт*ч в сутки, дополнительно к этому собственные нужды контейнеров (в т.ч. кондиционеры) требуют не более 24 кВт*ч в сутки дневного потребления в жаркий период. Таким образом, максимальное потребление обсерватории не превышает 63 кВт*ч в сутки в летний период . Зимнее потребление ожидается на уровне 40 кВт*ч в сутки, т.к. необходимость использования кондиционеров в это время отпадает. Ночное потребление оценивается приблизительно в 30 кВт*ч и не зависит от времени года. Формат потребляемой обсерваторией электрической энергии 230V/50Hz
Общая расчетная мощность потребителей обсерватории равна 5,1 кВт, пиковая (кратковременная, пусковая) мощность равна 10 кВт.
Подсистема солнечного электроснабжения.
В качестве основного источника электроснабжения обсерватории проект предусматриваетиспользование энергии Солнца, преобразуемую в электрическую энергию при помощи фотоэлектрических панелей.Климатические условия местности предполагают низкую вероятность облачности, поэтому использование панелей благоприятно.
Для питания потребителей принято использование 10-ти групп фотоэлектрических модулей по 6 модулей в каждой группе (суммарно 60 модулей). Мощность каждого модуля составляет 320/234 Вт (STC/NOCT ), при напряжении отбора максимальной мощности 33,6/30,7 В (STC/NOCT) = 202/184 В (STC/NOCT). Угол наклона солнечных модулей (45 градусов) оптимизирован для зимнего времени года.Это сделано для того, чтобы компенсировать снижение продолжительности солнечного сияния в зимнее время – расчетное время нормальной работы солнечной электростанции в самый короткий зимний день составляет 5,5 часов. Таким образом, расчетный приход солнечного излучения на 1 кв.м солнечной панели составит 4,86/6,06 кВт*ч (зимой/летом).
Исходя из вышесказанного, запроектированная солнечная электростанция теоретически способна выработать за среднестатистические сутки–104 кВт*ч летом и 69 кВт*ч зимой.
Реальная ожидаемая выработка с учетом влияния негативных факторов составит:
¬– загрязнения модулей (потери до 20%);
– КПД системы (потери до 10%),
итого 75 кВт*ч в сутки летом и 50 кВт*ч зимой.
Таким образом мощность панелей достаточна для покрытия среднесуточного потребления обсерватории с учетом потерь призарядке аккумуляторов и обладает резервом по схеме N+1
Подсистема ДГУ
В качестве аварийного источника электроснабжения применена ДГУ Cummins C17D5 3ф/400В/50Гц номинальной мощностью 15кВА/12кВт. Выбранная схема включения ДГУ в систему обеспечивает двойное преобразование получаемой от ДГУ энергии (400VAC-60VDC-230VAC), за счет чего переключение на работу от ДГУ и обратно осуществляется без разрыва синусоиды на стороне потребителей. ДГУ оборудована встроенным топливным баком на 150 литров, что обеспечивает автономию от 30 до 50 часов в зависимости от нагрузки. Мощности ДГУ достаточно для питания нагрузки и одновременного заряда аккумуляторных батарей. ДГУ запускается при снижении напряжения на АКБ до нормированного уровня. Отключается ДГУ по достижению парой параметров Vdc и Pout нормированного уровня, либо по таймеру. ДГУ оборудован глушителем шума выхлопа.
Подсистема аккумулирования электрической энергии
Выработка солнечной энергии осуществляется в течение светлого дня, поэтому для питания оборудования обсерватории, большинство из которого работает ночью, используются аккумуляторы электрической энергии «Солнечной серии» 6OPzV500компании ExideTechnologies.Проектом предусмотрены две линейки по 30 шт. 2В аккумуляторных батарей суммарной емкостью (при расчете на 20 часов и разряде до 1,85 В) – 1000А*ч. Выбранная емкость батарей обеспечивает 5-ти летний расчетный срок их службы в режиме ежесуточного цикла разряд-заряд. Максимальное аварийное время автономной работы на батареях (глубокий, но не критический разряд при аварии ДГУ) составит24 часа.АКБ подключены к главной шине постоянного тока 60В через плавкие вставки на 400А и контактор аварийного отключения АКБ. В жаркое время суток помещение АКБ кодиционируется с целью обеспечения для аккумуляторов температурного режима максимального ресурса (20±5С)
Подсистема преобразования электрической энергии
Для согласования солнечных панелей, ДГУ, аккумуляторов и выдачипотребителям однофазного переменного тока 230В/50Гц в системе автономного электроснабжения применено модульноерешение компании Eltek в соответствии с представленной схемой. Все оборудование Eltek(MPPT-контроллеры, инверторы, выпрямители, коммутационные аппараты и пр.) располагается в едином19`шкафе.
В состав шкафа Eltekвходят 10 шт. MPPT контроллеров (по числу сборок солнечных панелей), мощностью по 2 кВт каждый. MPPT контроллеры полностью независимы, работают с индивидуальными сборками солнечных панелей (по 6 солнечных панелей в сборке).Обеспечено резервирование MPPT контроллеров по схеме N+1 и горячая замена (без отключения всей системы) вышедших из строя. Выходы MPPT контроллеров объединены на главной шине постоянного тока.
ДГУ подключается к главной шине постоянного тока через 6 шт. выпрямителей по 2кВт каждый. Конфигурация выпрямителей выбрана исходя из мощности ДГУ, допустимых токов заряда АКБ, нагрузки и резервирования. Выпрямители независимы, обеспечено резервирование выпрямителей по схеме N+1 и горячая замена вышедших их строя.
Нагрузки обсерватории подключаются к системе автономного электроснабжения через параллельную сборку из 8-ми инверторов 60Vdc/230Vac, мощностью по 2,25кВА/1,8кВт каждый. Т.о. максимальнаясуммарная выходная мощность 8-ми инверторов составляет 18кВА/14,4кВт (15,75кВА/12,6кВт с учетом резерва), что достаточно для парирования пусковых пиков. Инверторы независимы, обеспечено резервирование по схеме N+1 и горячая замена вышедших из строя.
Для подключения потребителей в шкафу Eltek предусмотрена распределительная секция 230В, включающая в себя автоматические выключатели 63А, 32А, 16А, 10А (состав выключателей должен быть уточнен).
Оборудование Eltek связано по CAN шине и управляется контроллером с возможностью удаленного мониторинга посредством подключения Ethernet.
При необходимости в проект может быть добавлен внешний контроллер, обеспечивающий контроль за микроклиматом, расширенный контроль токов и напряжений, параметрами ДГУ (включая уровень топлива и температуру двигателя) гибкое дистанционное управление работой ДГУ.
