Развертываемая конструкция солнечных фотоэлектрических батарей для мобильных зданий контейнерного типа

Введение. Автономные, электрифицированные мобильные здания контейнерного типа, применяемые в служебно-бытовых целях, пользуются высокой популярностью [б].

Электроснабжение мобильных зданий, в настоящее время, осуществляется присоединением к централизованной сети или с помощью дизель/бензиновой генераторной установки при децентрализованном электроснабжении. Между тем существует спрос на электрифицированные мобильные здания контейнерного типа используемые, преимущественно, в летний период, как жилых (бытовых) сооружений, мобильных лабораторных комплексов, офисов, передвижных медицинских пунктов, киосков и т. п.

Электроснабжение вышеприведенных объектов от централизованного электроснабжения может быть невозможно, при дислокации мобильных зданий контейнерного типа вне зоны сетевого электроснабжения, или затруднительно, при частой смене месторасположения мобильного здания контейнерного типа и связанные с этим мероприятия по технологическому присоединению к электрическим сетям.

Применение дизель/бензиновой генераторной установки может быть ограничено из-за невозможности, трудности хранения, подвоза горюче-смазочных материалов, обслуживания дизель/бензиновых установок или из-за требований законодательства, например, в заповедных и особо охраняемых зонах и т.д. В таких случаях, электроснабжение мобильных зданий контейнерного типа осуществляют с применением альтернативных источников, в частности солнечной энергии, с помощью фотоэлектрических батарей.

Определение системы электроснабжения мобильных зданий контейнерного типа с использованием солнечных фотоэлектрических батарей требует индивидуального подхода с учетом многих факторов [4, 5].

Материалы и методы работы

В работе применялись материалы литературного обзора, патентного поиска, нормативных документов. Использовались теоретические методы синтеза и аналитического мышления, а также практические методы сравнения и описания.

Целью работы является разработка развертываемой конструкции солнечных фотоэлектрических батарей для электроснабжения мобильных зданий контейнерного типа

Результаты и обсуждение.

Одним из факторов, при установке солнечных фотоэлектрических батарей непосредственно на мобильных зданиях контейнерного типа, является его технические параметры (основные - конструктивное исполнение, габаритные размеры).

В Российской Федерации размеры мобильных зданий контейнерного и типа стандартизированы ГОСТом Р 58760 — 2024 [1]:

• -    контейнерные - ширина 3,0 м, длина от 3 до 12 м с интервалом 3,0 м, высота 2,4 м;

• -    контейнерные на шасси - ширина 2₃5 м, длина 3 - 9 м. высота 2₃2 м;

• -    контейнерные длинные - ширина 3,0 м, длина 6 - 12 м. высота 2₃2 м;

• -    сборно-разборные - ширина 3,0 м, длина 3 - 12 м, высота 2,4 м.

Большинство производителей выпускает мобильные здания контейнерного типа со следующими параметрами: высота — 2,4 м: длина - 6 м; ширина 2,3-3 м.

Согласно [5] на стандартном мобильном здании с установленной мощностью 2,8 кВт, размерами 2,5x6*2,3 м, исходя из графика суточной нагрузки электрических потребителей, природно-климатических условий эксплуатации (г. Уфа), с учетом максимально возможной площади установки необходимы 9 фотоэлектрических батарей суммарной номинальной мощностью 2,2 кВт и общей площадью 14,4 мл Номинальная мощность одной фотоэлектрической батареи 250 Вт, габаритные размеры составляют 1*1,6 м.

Выработка электроэнергии солнечными фотоэлектрическими батареями, в значительной степени, зависит от природных климатических условий, времени дня и года, имеет переменный характер, как и суточный график нагрузки потребителя. Существуют и потерн электрической энергии в системе электроснабжения. Поэтому для надежного электроснабжения потребителя с надлежащим качеством электрической энергии необходимо предусмотреть в системе электроснабжения от солнечных фотоэлектрических батарей целесообразный резерв мощности, достигаемый увеличенным значением мощности генерирования и обеспечение запаса накопителей электрической энергии.

Пределы увеличения количества солнечных фотоэлектрических батарей ограничены техническими параметрами мобильного здания контейнерного типа, обеспечением устойчивости контейнера, в том числе с учетом ветровой нагрузки, требованиями правил дорожного движения Российской Федерации о перевозки грузов и т.д.

Солнечные фотоэлектрические батареи, как правило, монтируются на каркас обеспечивающий: удобства и быстроту монтажа, физическую поддержку; требуемую защиту от ветровых, снежных и гололедных нагрузок; возможность регулировки угла наклона; создания проветриваемого пространства между фотоэлектрическим батареями и 45

поверхностью на которые они монтированы, обеспечивающего их охлаждение.

Обзор и анализ литературных источников выявил большое количество существующих или предлагаемых вариантов различных конструкций каркасов для монтажа солнечных фотоэлектрических батарей, имеющих свои достоинства и недостатки. Проанализировав данные конструкции, учитывая их положительные и отрицательные характеристики, пришли к выводу, что развертываемая конструкция наиболее рациональна для применения в мобильных зданиях контейнерного типа и позволяет решить проблему ограничений, указанных ранее.

Предлагаемая развертываемая конструкция солнечных фотоэлектрических батарей для электроснабжения мобильных зданий контейнерного типа обладает следующими достоинствами:

• -    простотой конструкции, монтажа и эксплуатации;

• -    компактность, возможности автономного использования и транспортировки;

• -    возможности повышения мощности системы электроснабжения путем увеличения количества фотоэлектрических батарей без явных ограничений, связанных с техническими параметрами мобильного здания;

• -    универсальность Регулируемые части конструкции позволяют устанавливать различные типоразмеры солнечных фотоэлектрических батарей;

• -    возможности транспортировки мобильного здания контейнерного типа в сборе с системой электроснабжения без нарушения требований правил дорожного движения Российской Федерации о перевозки грузов.

Рисунок 1 — Развертываемая конструкция с солнечными фотоэлектрическими батареями на крыше мобильного здания контейнерного типа: 1- корпус; 2 - первый и второй ряд раскладной регулируемой системы; 3 - многосекционная выдвижная регулируемая рамка; 4 -шарнирные соединения; 5 - телескопическая штанга; 6 - мобильное здание контейнерного типа

Развертываемая конструкция солнечных фотоэлектрических батарей состоит из:

• -    двух или многорядных раскладных, регулируемых систем, позволяющих установить фотоэлектрические батареи различных типовых размеров. Как правило, типоразмеры фотоэлектрических батарей одинаковой номинальной мощности у различных потребителей отличаются незначительно. Например [2, 3]. Ряды системы соединены друг с другом с помощью петель и прикреплены к раме с помощью подвижного шарнира (рис.2. Поз. 2). На

рис. 2 поз. 3 изображено крепление рядов друг с другом при помощи металлического уголка, с фиксацией на болтовое сое дин ение, для исключения автоматического складывания и укрепления жёсткости конструкции. На рис. 2 поз. 4 изображен принцип развёртывания многорядной раскладной, регулируемой системы на подвижном шарнире;

• -    двух многосекционных выдвижных, регулируемых рамок, позволяющих обеспечить необходимый угол наклона солнечных фотоэлектрических батарей, с помощью телескопической системой, выполненной труба в трубе (рис 2. Поз. 1). По всей длине труб просверлены технологические отверстия для фиксации штифтом и последующим шплинтованием.

На рис. 1 представлена двухрядная раскладная конструкция с б в каждой н двух выдвижных рам с 2 фотоэлектрическими! батареями. Количество рядов в многорядной конструкции и количество фотоэлектрических батарей в выдвижных рамах будет зависеть от ветровой, снеговой, гололедной нагрузки в условиях эксплуатации мобильного здания и самих размеров фотоэлектрических батарей. В одном ряду раскладной, регулируемой системы количество фотоэлектрических батарей будет зависеть от их типоразмеров, но ограничено размерами мобильного здания контейнерного типа.

Рисунок 2 - Способ фиксации подвижных элементов развертываемой конструкции солнечных фотоэлектрических батарей

Применение простых технологических решений позволяет повысить надёжность, снизить стоимость и сократить срок производства развертываемой конструкции солнечных фотоэлектрических батарей для электроснабжения мобильных зданий контейнерного типа.

Помимо развертываемой конструкции с солнечными фотоэлектрическими батареями для электроснабжения мобильных зданий контейнерного типа необходимы аккумуляторные батареи, контроллер заряда аккумуляторных батарей, инвертор, питающие кабели и соединительные провода. Более подробно в [4], [5], [7].

Вывод

Разработанная развертываемая конструкция солнечных фотоэлектрических батарей для электроснабжения мобильных зданий контейнерного типа обладает простотой конструкции, монтажа и эксплуатации, предусматривает возможность регулировки угла наклона фотоэлектрических батарей, для повышения их эффективности выработки электрической энергии, в зависимости от времени года, географической широты эксплуатации. Развертываемая конструкция позволяет повышать мощность системы электроснабжения путем увеличения количества фотоэлектрических батарей без явных ограничений, связанных с техническими параметрами мобильного здания. Конструкция компактна, имеет возможность автономного использования и транспортировки. Регулируемые части конструкции позволяют устанавливать различные типоразмеры солнечных фотоэлектрических батарей. Вмонтированная на крьппу мобильного здания, в транспортировочном положении конструкция, обеспечивает целостность рабочей поверхности фотоэлектрических батарей, позволяет производить перемещение мобильного здания контейнерного типа, без нарушения габаритных размеров правил дорожного движения Российской Федерации о перевозки грузов.