SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Развитие энергосберегающих систем и оборудования

В статье рассмотрены вопросы, касающиеся проблем сохранения энергии, обсуждены несколько путей укрепления энергетической безопасности, такие как развитие новых источников энергии и совершенствование технологий сокращения энергозатрат. Приведены примеры реализации энеросберегающих источников питания компании Mean Well (Тайвань).

ЗАО «АВИТОН», г. Санкт-Петербург

aviton_site.gif

В современном мире мы все чаще и чаще сталкиваемся с вопросами, связанными с проблемой сохранения энергии. И для этого есть все основания. Сбои в энергоснабжении, нестабильность цен – эти и многие другие факторы влияют на повседневные решения о снабжении предприятий энергией, обеспечении необходимыми запасами жилой сектор. 

На данный момент ведущие мировые державы рассматривают несколько путей укрепления энергетической безопасности: внедрение экологически чистых и недорогих технологий в энергетике и совершенствование методов эффективного использования энергии. 


Инновационные технологии: солнечная энергия

В области развития новых направлений, касающихся внедрения инноваций в энергетике, можно отметить такие, как ветровые технологии, разработка биологических видов топлива из непродовольственных культур, угольные электростанции без выбросов, более эффективные и более безопасные ядерные системы, технологии ядерного синтеза и пр. Более подробно хотелось бы остановиться на вопросе использования солнечной энергии.

Солнце обеспечивает нас бесплатной энергией в тысячи раз больше, чем фактически это необходимо. На мировом коммерческом рынке покупается и продается около 85 триллионов кВт•ч энергии в год. Общая энергия, потребляемая человечеством в течение года, составляет только приблизительно одну семитысячную часть солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли в тот же период. 

Количество солнечной энергии, попадающей на поверхность Земли, во много раз превышает ее расход даже в таких странах, как США, где энергопотребление огромно. Если бы только 1% территории страны был использован для установки солнечного оборудования (фотоэлектрические батареи или солнечные системы для горячего водоснабжения), работающего с КПД 10 %, то США были бы полностью обеспечены энергией. То же самое можно сказать и в отношении всех других развитых стран. Задача состоит в том, чтобы научиться практически использовать хотя бы небольшое количество солнечной энергии.  

Одним из лидеров практического использования энергии Солнца стала Швейцария. Здесь построено более 2500 гелиоустановок мощностью от 1 до 1000 кВт и солнечных коллекторных устройств для получения тепловой энергии. Небольшие гелиоустановки мощностью 2...3 кВт монтируют на крышах и фасадах зданий. Такая установка вырабатывает в год в среднем 2000?кВт•ч электроэнергии, что достаточно для обеспечения бытовых нужд среднего швейцарского дома и зарядки бортовых аккумуляторов электромобиля. Крупные фирмы монтируют на крышах производственных корпусов гелиостанции мощностью до 300 кВт. Одна такая станция может покрыть потребности предприятия в энергии на 50–70 %. 

Преобразование солнечного света в электричество происходит в фотоэлементах, изготовленных из полупроводникового материала, например кремния, который под воздействием солнечного света вырабатывают электрический ток. Соединяя фотоэлементы в модули, а те, в свою очередь, друг с другом, можно строить крупные фотоэлектрические станции. Солнечные модули вырабатывают постоянный ток, который может быть использован для питания электроприборов. Поскольку большинство приборов потребляют 220 В переменного тока, для преобразования постоянного тока в переменный используются инверторы.


DC-AC преобразователи (инверторы) с возможностью подключения солнечной батареи компании Mean Well

Компания Wean Well (Тайвань), следуя современным тенденциям, разработала источник питания с возможностью подключения к солнечной батарее. Данный источник (серия TN-1500) является DC-AC инвертором и имеет широкую область применения, начиная с систем управления промышленным оборудованием и заканчивая бытовым использованием (рис. 1).

Основная цель, которая стояла перед производителем, – создание источника питания, способного минимизировать потребление энергии за счет применения альтернативного источника – солнечной энергии. Кроме того, источник питания обладает функцией зарядного устройства. Таким образом, инвертор TN-1500 представляет собой многофункциональное устройство, позволяющее минимизировать энергозатраты потребителя и обеспечить надежное питание электрооборудования.

Источник питания имеет три входа: от электросети (220 В), солнечных батарей и аккумулятора. Поскольку система разработана как энергосберегающая, приоритетным источником энергии на входе является солнечная батарея, далее аккумулятор и затем электросеть. При питании от солнечных батарей происходит подзарядка аккумулятора и питание нагрузки. В случае если выходной ток от солнечных батарей будет менее 3 А, электроэнергия подается от электросети. В этот момент оба источника (электросеть и солнечные батареи) обеспечивают подзарядку аккумулятора и питание нагрузки. В случае если отсутствует энергия и от солнечных батарей и от сети, питание нагрузки осуществляется от аккумуляторной батареи. Питание от аккумуляторной батареи осуществляется до ее разрядки на 80–90 %.
 
При необходимости пользователь имеет возможность установить необходимые выходные параметры источника питания: выходное напряжение, частота и пр.

Основные параметры источника питания:
- выходная мощность – 1500 W (постоянно), 1725 W (до 3 мин), 2250 W (до 10 сек);
- входное напряжение – 12, 24 или 48 DC;
- форма выходного сигнала – чистая синусоида;
- выходное напряжение - диапазон 100…120 или 200…240 В определяется моделью, а конкретное значение, как и частота, может быть установлено с помощью кнопки;
- КПД – 93 %;
- защита (на входе): от разрядки аккумуляторной батареи, от нарушения полярности;
- защита (на выходе): от короткого замыкания, перегрузки, перегрева.

pic1.jpg

Рис. 1. DC-AC инвертор серия TN-1500 производства компании Wean Well


Эффективное использование энергии

Наряду с разработкой новых источников энергии ведущие страны мира работают над тем, чтобы сократить потребление энергии. Один из примеров – поддерживаемая правительством США программа «Energy Star».

Агентство США по охране окружающей среды (EPA) учредило «Energy Star» в 1992 году. Основная цель – сокращение масштабов потребления энергии и загрязнения воздуха. Партнерство «Energy Star» проводит научные исследования, устанавливает стандарты и предоставляет информацию, чтобы помочь людям при принятии ими решений о потреблении энергии. «Energy Star» позволяет предприятиям поставлять клиентам энергосберегающие товары и услуги, пользующиеся более высоким доверием и отличающиеся более высокой производительностью. Подразумевается, что устройства, имеющие логотип «Energy Star», обладают средним энергопотреблением на 20–30 % меньше своих аналогов равной функциональности.

В программе участвуют более 15 000 организаций, занимающихся вопросами повышения энергоэффективности, и она приносит впечатляющие результаты. Только в 2008 году применение более эффективных продуктов позволило предотвратить выбросы в атмосферу 43 миллионов метрических тонн парникового газа. Этот уровень выбросов соответствует выбросам в атмосферу от 29 миллионов транспортных средств. Кроме того, потребители сэкономили более 19 миллиардов долларов США в виде непроизведенных расходов на электроэнергию.

На первых этапах спецификация «Energy Star» была разработана применительно к персональным компьютерам и мониторам. Позже, в 2005 году, были разработаны требования для внешних источников питания (сетевых адаптеров). Коммерческое название этой программы – Energy Star IV. Основные требования по данной программе включали такие параметры, как:
- коэффициент полезного действия в рабочем режиме,
- собственное энергопотребление источника без нагрузки.

Значения данных параметров приведены в табл. 1 и 2. 

Таблица 1. Требования к КПД внешних источников питания (Energy Star IV)

table1.jpg
Ln – натуральный логарифм;
средний КПД рассчитывается как среднеарифметическое
значение КПД при 100, 75, 50 и 25 % нагрузки.


Таблица 2. Требования к максимальному энергопотреблению без нагрузки 
для внешних источников питания (Energy Star IV)

table2.jpg

Позднее, в 2008 году, требования были ужесточены в следующей версии – Energy Star V. Наиболее существенные изменения коснулись следующих моментов:
- увеличения минимального КПД в активном режиме;
- снижения предела максимального энергопотребления без нагрузки;
- источники питания с входной мощностью более и равной 100 Вт должны иметь коэффициент мощности не менее 0,9, измеренный при стопроцентной нагрузке;
- требования к максимальному энергопотреблению без нагрузки определяются отдельно для AC-DC и AC-AC источников питания.

Требования к КПД и максимальному энергопотреблению без нагрузки для внешних источников питания, в соответствии с Energy Star V, приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 3. Требования к КПД внешних источников питания (Energy Star V)

table3.jpg



Таблица 4. Требования к максимальному энергопотреблению без нагрузки 
для внешних источников питания (Energy Star V)

table4.jpg



Внешние источники питания (адаптеры) компании Mean Well

Компания Mean Well выпускает широкий перечень адаптеров, соответствующих стандартам Energy Star IV и Energy Star V. Источники питания имеют универсальный диапазон входных напряжений (90–264 В), комплекс защит включает в себя защиту от перегрузки, короткого замыкания и перенапряжения. Рабочие температуры источников питания могут быть от –20 до +600 °С в зависимости от серии и конкретной модели. Источники питания соответствуют стандартам электробезопасности и электромагнитной совместимости. В соответствии с требованиями Energy Star, потребляемая мощность при отсутствии нагрузки не превышает 0,3–0,5 Вт в зависимости от модели источника. Данные источники широко применяются для питания ноутбуков, различной бытовой и офисной техники, в системах безопасности и телекоммуникациях. Перечень источников питания Mean Well, соответствующих стандартам Energy Star, приведен в табл. 5.

Таблица 5. Источники питания компании Mean Well, 
соответствующие требованиям стандартов Energy Star IV и V

table5.jpg

Более подробную информацию по источникам питания можно найти на сайте компании «АВИТОН».

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(23)_2009

А. Федоров, product-менеджер,
ЗАО «АВИТОН», г. Санкт-Петербург,
тел.: (812) 327-52-97,
e-mail: sales@aviton.spb.ru