УСТРОЙСТВО АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ КОТТЕДЖЕЙ ОТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВОК

Полезная модель относится к гелио- и ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования солнечной и ветровой энергии в электрическую.
Известна энергоустановка, содержащая концентратор солнечной энергии в виде ветроколеса с лопастями, приемник солнечной энергии и электрогенератор, вал которого кинематически связан с валом ветроколеса (авторское свидетельство СССР №918707, F24J 3/02, 07.04.1982).
Недостатком данной энергоустановки является невысокий КПД и сложность конструкции.
Известна солнечно-ветровая энергоустановка, содержащая приемники солнечной и ветровой энергии, параллельно подключенные через преобразователь к электролизеру, электрогенератор, ресиверы и насос, сообщенный на выходе с электролизером и электрически подключенный к генератору (авторское свидетельство СССР №1725038, F24J 2/42, F03D 9/02, 07.04.1992).
Недостатком данной энергоустановки является ее низкая эффективность, сложность конструкции и требование значительных затрат на эксплуатацию и обслуживание.
Известно устройство энергообеспечения коттеджа от ветроэнергетического комплекса, содержащее приемник ветровой энергии, инвертор и средства коммутации электроэнергии (полезная модель РФ №37156, F03D 9/02, 03.12.2003), по совокупности существенных признаков изобретения принято за ближайший аналог (прототип).
Недостатком данной энергоустановки является низкая эффективность работы, поскольку содержащийся в ней приемник ветровой энергии не
позволяет обеспечить автономного электроснабжения и необходимо резервирование от электрической сети трехфазного переменного тока.
Задачей полезной модели является создание автономной системы энергоснабжения, не зависящей от центральных электрических сетей достаточно мощной и эффективной, чтобы обеспечить комфортное проживание в коттедже.
Технический результат в отличие от прототипа достигается за счет того, что в устройстве, состоящем из ветроколеса, мультипликатора, генератора постоянного тока, двух блоков коммутации, аккумулятора, инвертора, блока управления станцией, счетчика электрической энергии, блока измерения тока, водонагревателя, притом оно дополнительно снабжено фотоэлектрическим модулем, дизельным двигателем, двумя устройствами контроля зарядки разрядки аккумулятора, дополнительной аккумуляторной батареей, дополнительным генератором постоянного тока, семью дополнительными блоками коммутации, блоком управления фотоэлектрической установкой, блоком управления ветроэнергетической установкой, блоком управления дизельной установкой, при этом фотоэлектрический модуль связан с инвертором двумя путями через второй блок коммутации и через третий блок коммутации, устройство контроля зарядки разрядки аккумулятора, аккумуляторную батарею и шестой блок коммутации, ветроколесо связано с генератором постоянного тока через мультипликатор, а он в свою очередь связан с инвертором двумя путями через одиннадцатый блок коммутации и через двенадцатый блок коммутации, устройство контроля зарядки разрядки аккумулятора, аккумуляторную батарею и пятнадцатый блок коммутации, дизельный двигатель связан с инвертором через генератор постоянного тока и блок коммутации, инвертор связан со счетчиком электрической энергии, а он в свою очередь связан с водонагревателем через блок коммутации и с электроприемником первой категории через блок измерения тока и блок
коммутации, в цепи управления блок управления станцией связан с блоками управления фотоэлектрической установкой, ветроэнергетической установкой, дизельной установкой и блоком измерения тока.
На фиг. изображена блок схема устройства автономного энергоснабжения коттеджа от фотоэлектрической установки (ФЭУ) и ветроэнергетической установки (ВЭУ).
Блок схема содержит следующие элементы:
1) ФЭУ которая включает в себя фотоэлектрический модуль 1, три блока коммутации 2, 3, 6, устройство контроля зарядки разрядки аккумулятора 4, аккумуляторную батарею 5 и блок управления ФЭУ 7;
2) ВЭУ которая включает в себя ветроколесо 8, мультипликатор 9, генератор постоянного тока 10, три блока коммутации 11, 12, 15, устройство контроля зарядки разрядки аккумулятора 13, аккумуляторную батарею 14 и блок управления ВЭУ 16.
Кроме того, блок схема содержит такие элементы как инвертор 17, счетчик электрической энергии 18, блок измерения тока 19, блок коммутации электроприемника 20, электроприемник первой категории 21, блок коммутации водонагревателя 22, водонагреватель 23 и блок управления 0станцией 24. Также блок схема содержит дизельную установку (ДУ) которая включает в себя блок управления ДУ 25, блок коммутации 26, генератор постоянного тока 27 и дизельный двигатель 28. При этом фотоэлектрический модуль 1 соединен с инвертором 17 двумя путями:
1) через блок коммутации 2;
2) и через блок коммутации 3, устройство контроля зарядки разрядки аккумулятора 4, аккумуляторную батарею 5 и блок коммутации 6.
Ветроколесо 8 соединено с генератором постоянного тока 10 через мультипликатор 9, а он в свою очередь соединен с инвертором 17 двумя путями:
1) через блок коммутации 11;
2) и через блок коммутации 12, устройство контроля зарядки разрядки аккумулятора 13, аккумуляторную батарею 14 и блок коммутации 15.
Дизельный двигатель 28 соединен с инвертором 17 через генератор постоянного тока 27 и блок коммутации 26. Инвертор 17 соединен со счетчиком электрической энергии 18, а он в свою очередь соединен с водонагревателем 23 через блок коммутации 22 и с электроприемник первой категории 21 через блок измерения тока 19 и блок коммутации 20. В цепи управления блок управления станцией 24 соединен с блоками управления ФЭУ 7, ВЭУ 16, ДУ 25 и блоком измерения тока 19.
Схема работает следующим образом. В утренние и вечерние часы, когда происходит движение воздушных масс, потребитель получает электроэнергию в основном от ВЭУ. А в дневные часы, когда концентрация солнечного излучения достаточно велика, а движение воздушных масс за частую существенно меньше, чем в утренние часы, большую долю электроэнергии потребитель получает от ФЭУ. Оба источника энергии ФЭУ и ВЭУ могут работать одновременно, что повышает качество электроснабжения, но при необходимости один из источников может быть отключен, что не приведет к потере электроснабжения потребителя.
Рассмотрим работу схемы при одновременном включении ФЭУ и ВЭУ, при условии, что количество производимой электроэнергии превышает количество потребляемой.
Электроэнергия от фотоэлектрического модуля 1 ФЭУ через блок коммутации 2 передается на инвертор 17. В свою очередь электроэнергия от генератора постоянного тока 10 ВЭУ через блок коммутации 11 также передается на инвертор 17. Откуда через счетчик электрической энергии 18 и блок измерения тока 19 передается на блок коммутации 20, после которого поступает к электроприемнику первой категории 21.
В том случае если электроэнергия не была полностью потреблена электроприемником первой категории 21, это фиксирует блок измерения тока
19 и подает сигнал на блок управления станцией 24. Блок управления станцией 24, учитывая сигналы, поступившие от устройства контроля зарядки разрядки аккумулятора 4 приходящий от блока управления ФЭУ 7 и от устройства контроля зарядки разрядки аккумулятора 13 приходящий от блока управления ВЭУ 16, подает сигнал на зарядку того или иного аккумулятора в зависимости от уровня зарядки. Рассмотрим вариант, при котором аккумуляторная батарея 14 ВЭУ полностью заряжена. Блок управления станцией 24 подает сигнал на блок управления ФЭУ 7, который в свою очередь подает сигнал на блок коммутации 3. Электроэнергия передается через блок коммутации 2 до электроприемника первой категории 21, по той же схеме что была рассмотрена ранее, а через блок коммутации 3 поступает на аккумуляторную батарею 5. При варианте, когда аккумуляторная батарея 14 разряжена, а аккумуляторная батарея 5 является полностью заряженной, схема будет работать по подобному же принципу. С отличием в том, что будет заряжаться аккумуляторная батарея 14, а сигналы управления будут передаваться через блок управления ВЭУ 16, блок коммутации 12 и устройство контроля зарядки разрядки 13. При варианте, когда обе аккумуляторные батареи являются разряженными, их зарядка будет проходить одновременно, если при этом электроприемник первой категории 21 получает достаточное количество электроэнергии. Или же они будут заряжаться по очереди, начиная с наиболее разряженной таким образом, чтобы обеспечить электроприемник первой категории 21 необходимым количеством электроэнергии. По поступлению сигнала на блок управления станцией 24 от устройства контроля зарядки разрядки аккумулятора 4 приходящий от блока управления ФЭУ 7 или от устройства контроля зарядки разрядки аккумулятора 13 приходящий от блока управления ВЭУ 16 о полной зарядке той или иной аккумуляторной батареи. Блок управления станцией 24 подает сигнал на прекращение зарядки той аккумуляторной батареи, которая была полностью заряжена. Рассмотрим
вариант, когда аккумуляторная батарея 5 была полностью заряжена, и блок управления станцией 24 получил от устройства контроля зарядки разрядки 4 через блок управления ФЭУ 7 соответствующий сигнал. Блок управления станцией 24 подает сигнал о прекращении зарядки аккумулятора 5 на блок управления ФЭУ 7, а он в свою очередь на блок коммутации 3 который прекращает зарядку аккумулятора. При варианте, когда полностью заряжена была аккумуляторная батарея 14, схема будет работать по подобному же принципу. С отличием в том, что будет прекращаться зарядка аккумуляторной батареи 14, а сигналы управления будут передаваться через устройство контроля зарядки 13 блок управления ВЭУ 16 и блок коммутации 12.
Если по истечению полной зарядки обеих аккумуляторных батарей, блок измерения тока 19 по прежнему фиксирует что электроэнергия полностью не потребляется и подает об этом сигнал на блок управления станцией 24. То блок управления станцией 24 учитывая пришедшие сигналы от устройства контроля зарядки разрядки 4 и от устройства контроля зарядки разрядки 13 свидетельствующие о полной зарядке обоих аккумуляторов подает сигнал на блок измерения тока 19 о включении водонагревателя 23, а он в свою очередь на блок коммутации 22. И излишки электроэнергии через блок коммутации 22 подаются на водонагреватель 23.
Если с изменением погодных условий или каких либо других условий уменьшается количество вырабатываемой электроэнергии и электроприемник первой категории 21 испытывает необходимость в большем количестве электроэнергии, то это фиксирует блок измерения тока 19 и если в это время электроэнергия подается на водонагреватель 23 то блок измерения тока подает сигнал на блок коммутации 22 о отключении водонагревателя 23 и подает об этом соответствующий информационный сигнал на блок управления станцией 24.
Если же водонагреватель 23 был отключен, а электроприемник первой категории 21 по-прежнему испытывает нехватку электроэнергии, что фиксируется блоком измерения тока 19 подающим об этом сигнал на блок управления станцией 24. На этот сигнал блок управления станцией 24 реагирует следующим образом:
1) Если зарядка аккумуляторов не была полностью заверена то, учитывая сигналы, поступившие от устройства контроля зарядки разрядки аккумулятора 4 приходящий от блока управления ФЭУ 7 и от устройства контроля зарядки разрядки аккумулятора 13 приходящий от блока управления ВЭУ 16, подает сигнал на экстренное прекращение зарядки наиболее заряженного аккумулятора. Если блок измерения тока 19 по-прежнему фиксирует нехватку электроэнергии у электроприемника первой категории 21 и подает об этом сигнал на блок управления станцией 24, то блок управления станцией 24 экстренно прекращает зарядку и менее заряженного аккумулятора. Экстренное прекращение зарядки аккумуляторов происходит по той же схеме что и прекращение зарядки по достижению полной зарядки аккумулятора, что была рассмотрена ранее, с тем лишь отличием, что блок управления станцией 24 подает сигнал на прекращение зарядки, не дожидаясь сигнала о полной зарядке аккумулятора от устройств контроля зарядки разрядки аккумулятора.
2) Если зарядка аккумуляторных батарей уже была прекращена, а электроэнергии вырабатываемой ВЭУ и ФЭУ недостаточно для электроприемника первой категории 21 то блок управления станцией 24 подает сигнал на дополнительное включение в сеть той или иной аккумуляторной батареи, начиная с той у которой уровень зарядки наибольший. Рассмотрим вариант, когда аккумуляторная батарея 5 была полностью заряжена, и блок управления станцией 24 получил от устройства контроля зарядки разрядки 4 через блок управления ФЭУ 7 соответствующий сигнал. Блок управления станцией 24 подает сигнал на блок управления ФЭУ
7 о включении в сеть аккумулятора 5, а он в свою очередь подает сигнал на блок коммутации 6, который включает в сеть аккумулятор 5. При варианте, когда в сеть включается аккумуляторная батарея 14, схема будет работать по подобному же принципу. С отличием в том, что в сеть будет включатся аккумуляторная батарея 14 а сигналы управления будут передаваться через блок управления ВЭУ 16 и блок коммутации 15. Если после включения в сеть аккумуляторной батареи с наибольшим уровнем зарядки электроприемник первой категории 21 по-прежнему испытывает нехватку электроэнергии, что фиксируется блоком измерения тока 19 подающим об этом сигнал на блок управления станцией 24. То блок управления станцией 24 подает сигнал о включении в сеть и оставшейся аккумуляторной батареи с меньшим уровнем зарядки, чтобы обеспечить электроприемник первой категории 21 необходимым количеством электроэнергии.
Если после включения аккумуляторных батарей в сеть или после их полной разрядки электроприемник первой категории 21 по-прежнему испытывает нехватку электроэнергии, что фиксируется блоком измерения тока 19 подающим об этом сигнал на блок управления станцией 24. То блок управления станцией 24 подает сигнал о включении в сеть дизельного двигателя 28 на блок управления ДУ 25, который подает сигнал на блок коммутации 26, а он в свою очередь включает в сеть дизельный двигатель 28. Когда потребность в электроэнергии у потребителя 21 уменьшается, отключение дизельной установки будет проходить по подобному же принципу. С отличием в том, что будет передаваться сигнал об отключении дизельного двигателя 28.
Устройство может быть реализовано в районах удаленных от центральных электрических сетей, и являться источником электрической энергии для коттеджей, усадебных домов и других потребителей.