Развитие энергосберегающих систем и оборудования

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. 

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.

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.

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. 

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.

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.

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

А. Федоров, product-менеджер,

ЗАО «АВИТОН», г. Санкт-Петербург,

тел.: (812) 327-52-97,

e-mail: sales@aviton.spb.ru