Проєктування та керування сонячною електростанцією побутового споживача

Abstract

Метою роботи є забезпечення автономного живлення побутового споживача за допомогою сонячної електростанції. Предметом дослідження є технічні засоби, процеси генерації, накопичення, перетворення та розподілу електроенергії у побутовій гібридній сонячній електростанції . У бакалаврській кваліфікаційній роботі проведено комплексне дослідження технічних рішень для створення сонячної енергетичної системи, здатної стабільно забезпечувати потреби приватного будинку в умовах типової кліматичної зони України. Обґрунтовано доцільність застосування гібридної структури, яка дозволяє комбінувати енергію з фотоелектричних панелей, акумуляторів і мережі живлення. На початковому етапі дослідження проведено аналіз сучасного стану побутової сонячної енергетики, типових схем реалізації, технологій автоматичного керування джерелами живлення та впроваджених практик у домогосподарствах. Визначено особливості експлуатації таких систем у різні пори року з урахуванням середньодобової інсоляції. Далі виконано енергетичний аналіз побутового навантаження, визначено розрахункову потужність споживача та побудовано енергетичну модель на основі даних про добове і пікове споживання. Розроблено структурну схему електропостачання, обрано тип сонячних панелей, інвертора, систем накопичення, кабельної інфраструктури та автоматичних вимикачів. Надано обґрунтування вибору елементів системи з урахуванням ефективності, вартості та відповідності до чинних технічних стандартів. Проведено аналіз економічної доцільності впровадження такої системи. Розраховано термін окупності, обсяг зекономленої енергії та зменшення витрат на електропостачання. Оцінено потенційний вплив на підвищення енергонезалежності побутового споживача. У розділі охорони праці проаналізовано умови безпечного монтажу та експлуатації сонячної електростанції. Надано перелік потенційних небезпек, засобів захисту та нормативно-правових вимог, які регламентують безпечне обслуговування систем ВДЕ у побутових умовах.

The subject of the study is technical means, processes of generation, accumulation, conversion, and distribution of electricity in a domestic hybrid solar power plant. The bachelor's thesis provides a comprehensive study of technical solutions for creating a solar energy system capable of consistently meeting the needs of a private home in a typical climate zone in Ukraine. The feasibility of using a hybrid structure that allows combining energy from photovoltaic panels, batteries, and the power grid is justified.At the initial stage of the study, an analysis of the current state of domestic solar energy, typical implementation schemes, technologies for automatic control of power sources, and practices implemented in households was carried out. The features of the operation of such systems in different seasons were determined, taking into account the average daily insolation. Next, an energy analysis of household loads was performed, the estimated power consumption was determined, and an energy model was built based on data on daily and peak consumption. A structural diagram of the power supply was developed, and the type of solar panels, inverter, storage systems, cable infrastructure, and automatic circuit breakers were selected. The choice of system components was justified, taking into account efficiency, cost, and compliance with current technical standards. An analysis of the economic feasibility of implementing such a system was carried out. The payback period, the amount of energy saved, and the reduction in electricity costs were calculated. The potential impact on increasing the energy independence of domestic consumers was assessed. The section on occupational safety analyzed the conditions for the safe installation and operation of a solar power plant. A list of potential hazards, protective measures, and regulatory requirements governing the safe maintenance of RES systems in domestic conditions was provided.