Использование солнечной энергии для автономного электроснабжения жилых помещений

Комитет по образованию Администрации Поспелихинского района Алтайского края
МКОУ «Поспелихинская сельская средняя общеобразовательная школа»

Краевой  открытый конкурс для одарённых школьников и молодёжи «Будущее Алтая»

Секция: Физика, астрономия, техника

Направление: физика

Использование солнечной энергии для автономного электроснабжения жилых помещений

Научно-исследовательская работа

Автор:  Стрельцов Владислав Игоревич, ученик 8 класса МКОУ «Поспелихинская сельская СОШ»

Научный руководитель: Стрельцов Игорь Александрович, учитель физики МКОУ «Поспелихинская сельская СОШ»

Поспелихинский район

2013 год

Оглавление

Введение ………………...…………………………………………....3

Глава 1. Преобразование солнечной энергии в электроэнергию.....5

Глава 2. Энергопотребление жилого дома……………………….....6

Глава 3. Число солнечных дней в году……………………….……..8

Глава 4. Выбор солнечных батарей необходимой мощности……..9

Глава 5. Окупаемость и рентабельность установки……………….11

Заключение ……………….………………………………………….12

Список источников и литературы…………………………………..13

Приложения………………..…………………………………………14

Введение

Человечество всегда стремилось овладеть дешевым, легко преобразуемым в другие виды источником энергии. После открытия законов описывающих электрический ток, появилась возможность использовать данный вид энергии на производстве и в быту.

В настоящее время ведутся исследования в направлении использования альтернативных источников энергии, к которым относятся энергия Солнца, ветра, земных недр, приливов и отливов.

До недавнего времени возможности по использованию солнечной энергии ограничивались сложностью технологий и дороговизной оборудования.

В данной работе я хотел бы проверить, изменилась ли ситуация в настоящее время и существует ли возможность использования данного вида энергии для автономного электроснабжения жилого дома в сельской местности Алтайского края.  

Объект исследования - автономное электроснабжение жилого помещения.

Предмет исследования.

 Возможность осуществления бесперебойного электроснабжения жилого помещения с использованием солнечной энергии, преобразованной и запасенной в виде электроэнергии.

Гипотеза.

 Количество электроэнергии, вырабатываемой с помощью фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии (солнечных батарей) в нашей местности, позволит отказаться от централизованного производства и распределения электроэнергии.

Цель исследования - Доказать возможность (или невозможность) эффективного автономного энергоснабжения в нашей местности при помощи солнечной энергии.

Задачи исследования.

1. Проанализировать источники информации по теме исследования.

2.  Провести  исследования:

мониторинг среднемесячного  и среднесуточного расхода электроэнергии в жилом помещении;

измерить мощность солнечных батарей в разное время суток;

проанализировать  количество солнечных дней в году

3. Изучить среднесуточную выработку электроэнергии различными комплектами солнечных электростанций.

4. Провести сравнительный анализ рентабельности и окупаемости солнечных электростанций, предлагаемых в интернет-магазинах.

В случае если предположения будут верны, решится проблема получения бесплатной, экологически чистой электроэнергии на месте её использования, отпадет необходимость передачи электроэнергии на далёкие расстояния по проводам, сопряжённая с большими потерями энергии.

Методы исследования.

1. Поисковый (сбор информации по теме).
2. Статистический (статистическая обработка полученных данных).
3. Сравнительный (анализ полученной информации).

Глава 1. Преобразование солнечной энергии в электроэнергию.

Электрическая энергия - самый «чистый» вид энергии. Легко преобразуется в другие виды энергии (световая, тепловая, механическая). Большинство бытовых приборов используют её в своей работе.

Основные источники получения электроэнергии: ГЭС, ТЭС, АЭС и другие.  За 20 минут Солнце дает Земле столько энергии, которое Человечество производит в течение года.

Возможность  прямого  преобразования энергии излучения в электроэнергию появилась после открытия явления фотоэффекта.

Солнечная батарея преобразует энергию солнечных лучей в электрическую (явление фотоэффекта), контроллер заряда включает в случае необходимости аккумуляторную батарею, в которой энергия накапливается в светлое время суток. Инвертор превращает постоянный ток аккумуляторной батареи (12 или 24 вольта) в переменный ток (220 вольт), на который рассчитаны все домашние электроприборы.

Глава 2. Энергопотребление жилого дома.

Анализ потребления  электроэнергии моего жилого дома производилось на основании оплаченных счетов за электроэнергию в 2011 и 2012 годах.

Эти данные я разместил в электронную таблицу и обработал для определения среднесуточного расхода, распределения по месяцам года и общего расхода за год. Затем представил анализ обработки в виде диаграмм.

Среднегодовое потребление электроэнергии (приложение 1)

Неравномерность энергопотребления в большей мере связана с нерегулярностью снятия показаний счетчика электроэнергии.

Среднесуточная потребленная электроэнергия за  2011-2012 год (приложение 1) указывает на то, что максимум энергопотребления приходиться на осенне-зимний период.

Глава 3. Число солнечных дней в году.

Анализ дней, подходящих для работы солнечных батарей произведен при изучении архива погоды метеостанции с. Поспелиха за 2012 год, представленный на сайте http://rp5.ru/34091/ru.

При подсчете дней с зимние месяцы, когда продолжительность светлого времени суток мала,  брались только ясные дни и дни с незначительной облачностью.  В летние месяцы в число «благоприятных» для работы солнечных батарей дней были добавлены и дни с переменной облачностью.

Большинство месяцев в году преобладают дни с ясной или малооблачной погодой, однако существуют  три месяца, в которых число неблагоприятных для работы солнечной электростанции  дней более половины.

Общее число солнечных дней в 2012 году  -  208.  

Для решения вопроса электроснабжения были выбраны два комплекта солнечных электростанций подходящих по мощности: "Оптимум" 940/3000  и «Независимость» 2115/6000, представленных на сайте Солнечная энергетика   Sun Shines (Проектирование и монтаж систем автономного и резервного электроснабжения на основе солнечных батарей). Мощность данных комплектов приблизительно соответствовала мощности, потребляемой в моём доме. Однако соотношение потребленной и вырабатываемой комплектами   электроэнергии по месяцам года выявило факт недостаточной выработки электроэнергии в осенне-зимний период.

Максимум выработки электроэнергии приходится на летние месяцы. В зимние месяцы (с октября по февраль) с потребляемой мощностью не справляется даже комплект «Независимость».

Глава 5. Окупаемость и рентабельность установки.

Окупаемость приведена с учетом среднегодовой оплаты за электроэнергию по существующим тарифам – 4 100 рублей в год (среднее за 2 года).  В связи с тем, что гарантийный срок эксплуатации основного оборудования: солнечного модуля и аккумуляторной батареи гораздо меньше того времени, когда данная установка сумеет вернуть расходы на её приобретение, данную систему электроснабжения использовать убыточно (для местности, где есть централизованная поставка электроэнергии и по существующим тарифам).

Заключение

1. В результате проведенного исследования выяснено, что материальная база для осуществления бесперебойного электроснабжения с помощью солнечной энергии существует.

2. Необходимые мощности можно нарастить при помощи увеличения числа солнечных модулей.

3. Стоимость полученной при этом электроэнергии во много раз превосходит стоимость электроэнергии, получаемой централизованно.

4. Данный способ получения электроэнергии можно применять в летнее время там, куда трудно (или очень затратно) провести линии электропередач.

5. Для решения проблемы автономного энергоснабжения необходимо проверить возможность комбинированной системы электроснабжения.

Список источников и литературы

1. Перышкин  А.В.  Физика-8.-М.: Дрофа, 2010
2. Г.Я.  Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин.  Физика-11.-М.: Просвещение,  2010
3. Википедия «Солнечная батарея»
4. Гелиос-Ресурс. Эффективное энергосбережение.html
5. Солнечная энергетика   Sun Shines. Проектирование и монтаж систем автономного и резервного электроснабжения на основе солнечных батарей
6. http://rp5.ru/34091/ru - погода (архив погоды) п. Поспелихинский