Инновационные проекты, исследовательская деятельность техническое моделирование
Ростовский областной центр технического творчества учащихся
..

Проект солнечно- ветрового генератора «Подсолнух»

МБОУ ДОД Центр детского технического творчества г. Батайска

Автор: Воскресов Д.С., учащийся 11 класса.

Научный руководитель: Куделин А.В., педагог дополнительного образования.

 

Актуальность. Электрическая энергия, получаемая на ТЭС и АЭС, дорожает с течением времени, а необходимость и количество ее использования только увеличивается. Конечно, установка источников альтернативной энергии довольно дорога, но эта энергия бесплатна. Для того чтобы человечество смогло удовлетворить свои потребности в энергоресурсах, требуется около 10 миллиардов тонн условного топлива. Если энергию, поставляемую на нашу планету Солнцем за год, перевести в условное топливо, то эта цифра составит около 100 триллионов тонн. Это в десять тысяч раз больше, чем нам нужно. И резервы его настолько велики, что светиться так же ярко оно сможет еще около 5 миллиардов лет.

Целью нашей работы является разработка и создание электрогенератора «Подсолнух».

Задачи:

  1. Проанализировать раннее проводимые исследования, выявить их достоинства и недостатки.

  2. Предложить проект комбинированного генератора «Подсолнух».

  3. Определить наиболее подходящее место его установки в Ростовской области.

Каждому известно, как реагирует подсолнух на солнце, поворачивая шляпку вслед за ним, поглощая его энергию. Подсолнух также использует энергию ветра для опыления. В связи с этим возникла идея использования по этой схеме природные запасы энергии. Мы предлагаем создать комбинированный вариант солнечно-ветрового генератора электрической энергии «Подсолнух».

Данный генератор электрической энергии будет использовать одновременно солнечную и ветровую энергию, что повысит его КПД. При напоре ветра от 3 до 25 м/с, ветрогенератор вырабатывает электроэнергию 24 в, заряжает аккумуляторы, одновременно с помощью преобразователя (контролера и инвертора) выдает 220 в и 380 в. В настоящее время промышленность выпускает ветрогенераторы мощностью от 300 Вт до 20 кВт в зависимости от потребителя тока. Стоимость таких ветрогенераторов от 20 тыс. руб. до 1 000 тыс. руб. В предлагаемом варианте ветрогенератора на лопастях помещают панели солнечных батарей (органическая пленочная основа) 3 м2 на каждой лопасти. Каждая лопасть будет вырабатывать 600 Вт при достаточной освещенности, а таких лопастей в генераторе шесть. Общая мощность составляет 3 600 Вт.

При солнечной погоде и умеренном ветре лопасти поворачиваются на солнце (как у подсолнуха), тем самым поддерживая наибольшее освещение панелей солнечных батарей. Когда солнце прошло наивысшую точку, лопасти ветрогенератора разворачиваются по оси на 180о и продолжают следовать за движением солнца. Так как максимальное КПД солнечной батареи получается, когда солнечные лучи падают на поверхность фотоэлектрических элементов под углом 90о. В иных случаях, при изменении угла падения солнечных лучей и их отражения, эффективность батареи снижается даже в ясную погоду. Ветрогенератор продолжает работать. Если ветер не изменился, то лопасти вращаются в обратную сторону, ветрогенератор продолжает вырабатывать электроэнергию.

Когда солнце зашло за горизонт, и эффективность солнечной энергии упала, лопасти разворачиваются в исходное состояние, продолжая вырабатывать ветровую энергию.

Средняя годовая скорость ветра меняется в зависимости от региона России. Наибольшая скорость составляет 7-8 м/с на побережье Тихого океана, Северного Ледовитого океана. На юге России, в Волгоградской и Ростовской области, в Краснодарском крае, среднегодовая скорость ветра составляет 5-6 м/с [9].

В течение года в Ростовской области преобладают ветры восточных направлений – 53% . Средняя годовая скорость ветра 4,5 м/сек [2]. Ростовская область – один из самых ветреных регионов России. Наиболее сильные ветры характерны для районов: Маныч-Грузское (среднегодовая скорость ветра – 5 м/с), Ремонтное (5 м/с), Константиновск (5,1 м/с), Целина (5,2 м/с), Морозовск (5,4 м/с), Маргаритово (5,6 м/с) [1].

Общая стоимость всех комплектующих С=189 350 руб. С помощью комбинированного генератора мы будем экономить Е=3023,3 рубля в месяц.

Окупаемость (в месяцах) равна Т=С/Е=189 350/3203,3=59. Таким образом, за 59 месяцев (чуть меньше пяти лет) сумма, потраченная на покупку электрогенератора, полностью окупит себя, без учета возможного подорожания электрической энергии, предоставляемой ЖКХ.

Выводы. Использование комбинированного источника электрической энергии позволит обеспечить бесперебойным электропитанием небольшой поселок, ферму, теплицу. Преимущество подвижных панелей солнечных батарей на лопастях ветрогенератора позволяет им находиться под наиболее прямыми солнечными лучами, повышает их КПД. У панелей, находящихся на земле, КПД уменьшается в результате неподвижности, запыления, покрытия мусором. Постоянное обслуживание наземных панелей солнечных батарей создает неудобство в их эксплуатации. Падение солнечных лучей на них под острым углом уменьшает их мощность. Использование двух видов преобразователей природной энергии позволяет получить электроэнергию с наибольшей отдачей. При отсутствии ветра работают солнечные батареи, при отсутствии обоих источников работают аккумуляторы. При присутствии обоих факторов работа солнечно-ветрового генератора наиболее эффективна.