Система автономного электроснабжения Российский патент 2021 года по МПК H02J7/34 H02S10/10 

Изобретение относится к энергетике, а именно к системе автономного электроснабжения (САЭ), содержащей несколько независимых источников энергии, и предназначено для использования в качестве источника электропитания при отсутствии внешних источников электроснабжения или в качестве резервного источника электропитания различных промышленных объектов в условиях умеренного и холодного климата при температуре окружающей среды от минус 50 до плюс 70°С.

Для энергетических установок на базе возобновляемых источников в энергии, учитывая географический район расположения объекта проектирования, возможно использование только комбинированных энергоустановок: ветряных генераторов и солнечных панелей, при этом для запасания энергии на период безветрия или отсутствия солнечного света, а также для сглаживания пиков потребления в составе оборудования должна быть предусмотрена аккумуляторная батарея требуемой емкости.

Известна автономная энергетическая установка, которая содержит аппаратный и топливный отсеки, горизонтально расположенные внутри корпуса, первичный источник энергии в виде источника возобновляемой энергии - солнечной батареи, вторичный источник энергии в виде топливного генератора с воздушным охлаждением, расположенного на теплопроводящей подложке с нагревательным элементом в термоизолированном шкафу топливного отсека, накопители энергии в виде аккумуляторных батарей и блок управления установкой, расположенные в климатическом шкафу аппаратного отсека [RU 2686844 C1, МПК H02J 7/00, опубл. 06.05.2019]. Топливный генератор соединен с топливным картриджем, который установлен на стеллаже, смонтированным над термошкафом в топливном отсеке Топливный генератор имеет воздушную систему охлаждения в виде обдувающего его вентилятора. В аппаратном отсеке расположен радиатор. В случае дефицита энергии производимой солнечными батареями для заряда аккумуляторной батареи включается топливный генератор. Тепло, вырабатываемое в результате работы топливного генератора, используется для отопления аппаратного отсека, снабженного датчиком температуры, В случае, если в термошкафу температура понижается ниже температуры хранения топливного генератора, то подается сигнал на включение обогревателя. Известное решение обеспечивает повышение надежности функционирования энергоустановки в условиях экстремально низких температур за счет того, что во время падения температуры в аппаратном отсеке ниже заданных значений, тепло, выделяемого в результате работы топливного генератора, поступает в аппарат нагрева, находящийся в аппаратном отсеке. Если температура в аппаратном отсеке находится в пределах заданных значений, то тепло выводится в окружающую среду через воздуховыводящую трубу, расположенную в топливном отсеке.

Известна автономная энергетическая установка, которая содержит первичный источник энергии в виде солнечных батарей или ветрогенератора, вторичный источник энергии в виде топливного генератора на топливных элементах, аккумуляторную батарею, в качестве которой использован литий-ионный аккумулятор, блок управления установкой, помещенные в термошкаф [RU 162244 U1, МПК H02J 7/00, опубл. 27.05.2016]. В период времени, когда солнечная батарея обеспечивает достаточный уровень выработки электроэнергии, органы контроля и управления осуществляют контроль за уровнем заряда аккумуляторной батареи, и когда уровень выработки электроэнергии первичным источником падает, дают команду на запуск топливного генератора. В условиях пониженных температур перед подачей команды на запуск топливного генератора включается нагревательный элемент, размещенный на патрубке для отвода выхлопных газов. Замерзший конденсат оттаивает, удаляется из патрубка и не может препятствовать запуску топливного генератора. Обеспечивается увеличение мощности установки, увеличение сроков эксплуатации без дозаправки, повышение эффективности алгоритмов работы установки.

Известна гибридная система автономного электроснабжения, использующая объединение солнечного элемента (фотогальванической системы), подключенной через регулятор заряда к нагрузке, и расположенные в закрытом корпусе топливный генератор с топливными картриджами EFOY Pro на метаноле, заряжающий подключенный аккумулятор, обеспечивающая потребителя электроэнергией. Включение топливного элемента EFOY Pro происходит полностью автоматически и, при этом контролируется двумя рабочими параметрами - напряжением аккумулятора и током зарядки. Для того чтобы топливный элемент EFOY Pro выключился, величина напряжения должна превысить установленное напряжение выключения, а величина тока стать ниже установленного значения тока выключения. Корпус содержит отверстия для притока и оттока воздуха, а предусмотренный отвод тепла позволяет осуществлять контролируемый отвод нагретого охлаждающего воздуха, тем самым делает эксплуатацию системы возможной в замкнутом пространстве [Каталог компании SF Energy AC // www/efoy-pro.com].

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение дистанционного управления и максимального увеличения периода автономной работы установки САЭ.

Поставленная техническая проблема при использовании изобретения решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности функционирования установки, автоматическом поддержании температуры в рамках норм и ограничений, предусмотренных технологическим регламентом работы установки для различных режимов ее работы, обеспечении безопасной эксплуатации за счет принципа действия совместной и раздельной работы генерирующих источников, а также локального и удаленного мониторинга технологических параметров САЭ, благодаря чему обеспечивается дистанционное управление и максимальное увеличение периода автономной работы.

Указанный технический результат достигается тем, что система автономного электроснабжения содержит первичный источник энергии в виде солнечных батарей и установленные внутри термошкафа с защитным кожухом блок контроля и управления, накопитель энергии, вторичный источник - топливный генератор на топливных элементах с метанолом, систему охлаждения и вентиляции, включающую датчики температуры, вентиляторы и нагреватели. Накопитель энергии соединен с нагрузкой через автономный инвертор, причем пиковая мощность нагрузки определена мощностью накопителя энергии и инвертора. Системный контроллер блока контроля и управления содержит встроенные программные модули и алгоритмы для обеспечения функционирования системы автономного электроснабжения и реализации целевых задач во всех режимах работы по таким сигналам состояния системы автономного электроснабжения как: сигналы состояния топливного генератора, сигналы состояния контроллера заряда аккумуляторной батареи, сигналы управления уставками для встроенных алгоритмов работы системы, сигналы управления контроллером системы питания и переключения топливных элементов. При этом включение топливного генератора предусмотрено только, если сумма текущей температуры будет больше заданной уставки с учетом плюса 4°С. Датчики температуры установлены внутри термошкафа следующим образом: вверху и внизу термошкафа для определения средней температуры термошкафа и за его защитным кожухом. Кроме того, предусмотрено, что в качестве аккумуляторной батареи может быть использован литий-ионный накопитель энергии, состоящий из литий-железо-фосфатных аккумуляторных ячеек, последовательно соединенных между собой. Отсек, в котором установлены топливные элементы с метанолом, снабжен концевым выключателем. Система охлаждения может дополнительно содержать термоэлектрический преобразователь, электропитание которого обеспечивается за счет аккумуляторной батареи.

Причинно-следственная связь между существенными признаками изобретения и заявленным техническим результатом следующая.

В заявленном техническом решении согласование режимов работы источников энергии и мощности, входящих в состав системы, осуществляется высокоэффективным малопотребляющим системным контроллером.

В гибридной системе САЭ с помощью топливного генератора (ХИТ) решается задача относительно долгосрочного аккумулирования энергии, а с помощью накопителя энергии - задача краткосрочного аккумулирования и отслеживания переменного графика нагрузки. Также в накопителе энергии (АКБ) реализован информационный обмен по каналу телеметрии технологических параметров о текущем состоянии и режимов работы АКБ. При этом емкость АКБ может быть существенно уменьшена, а пиковая мощность САЭ увеличена при одновременно обеспечении ее высокой эксплуатационной надежности. Ключевым решением является оптимальная конфигурация, оптимальный состав оборудования и эффективность целевых алгоритмов, определяющих различные режимы работы системы, обеспечивающие гарантированное надежное энергоснабжение потребителя при минимальных затратах, базирующиеся на учете реальных климатических данных места ее предполагаемой эксплуатации, особенностей графика нагрузки и режимных параметров, входящих в состав системы компонентов. Принципиально важным является автоматическое управление, осуществляемое системным контроллером, обеспечивающим рациональную логику работы системы, поскольку сочетание в системе первичного и вторичного источников энергии, накопителя энергии и других логических устройств требует оптимизации алгоритма управления с обеспечением максимальной интегральной эффективности преобразования энергии и ресурса основных узлов системы. При эксплуатации топливных картриджей полностью отсутствует опасность соприкосновения с металлом.

Сущность изобретения поясняется иллюстративными материалами, где:

на фиг. 1 схематично показано оборудование САЭ, установленное в термошкаф;

на фиг. 2 представлена структурная схема САЭ;

на фиг. 3 показан алгоритм охлаждения термошкафа, использованы условные обозначения: Тш - температура термошкафа, Твн - температура окружающей среды, ТГ - топливный генератор, ЭП - элемент Пельтье;

на фиг.4 представлен алгоритм отопления термошкафа, условные обозначения: Тш - температура термошкафа, SОС - степень заряда АКБ;

на фиг. 5 - алгоритм нагревателя вывода пара, условные обозначения: Тн - температура нагревателя вывода пара, Твн - температура окружающей среды, ТГ - топливный генератор, НВП - нагреватель вывода пара;

На фиг. 6 - алгоритм контроля степени заряда, условные обозначения: Тш - температура термошкафа, ТГ - топливный генератор, SОС - степень заряда АКБ.

Система автономного энергоснабжения (САЭ) применима для электроснабжения системы автоматики, телемеханики и связи с низкой потребляемой мощностью
(до 100 Вт), напряжением питания 24В/ 12В/ ~ 220В с возможностью выдачи пиковых нагрузок

САЭ представляет собой совокупность технологического оборудования, предназначенного для осуществления функций электропитания потребителя в круглосуточном бесперебойном режиме (фиг. 1).

САЭ состоит из первичного источник электроэнергии - солнечной батареи (не показа на фиг.) и термошкафа 1, внутри которого в отдельных вертикально ориентированных отсеках расположены основные узлы системы: блок контроля и управления 2 - интеллектуальная система управления элементами САЭ, включающих системные контроллер и инвертор ~ 220В (опционально) для обеспечения энергоэффективного режима оборудования САЭ, накопитель энергии - аккумуляторная батарея (АКБ) 3, вторичный источник энергии - топливный генератор 4, топливные картриджи с метанолом 5 (с запасом конвертируемой энергии и в зависимости от вида исполнения изделия до 150 кВт ч).

Солнечная батарея (не показана на фиг.1) может быть установлена на крыше термошкафа 1 или смонтирована на специальную мачту под углом 60 - 70 градусов к югу.

Термошкаф 1 (условное обозначение на схеме ТШГ - 02 , фиг. 2) предназначен для установки оборудования и элементов САЭ и поддержания заданного температурного режима, чтобы обеспечить нормальную работу САЭ при температуре окружающей среды от минус 50°С до плюс 70°С, и конструктивно представляет собой жесткую вертикально ориентированную конструкцию корпуса с защитным кожухом 6 и с дверцей. Термошкаф 1 разделен вертикальными и горизонтальными перегородками на отсеки для установки и монтажа оборудования и элементов САЭ. Дверца термошкафа 1 оборудована замковым устройством, например встроенным запирающим устройством, блокирующимся ключом в закрытом состоянии и датчиком вскрытия. Для выполнения внутренних и внешних подключений в термошкафу 1 имеются кабельные вводы и установлены клеммные колодки. Внутри термошкафа 1 выполнены соответствующие технологические отверстия и кронштейны для крепления устройств, входящих в термошкаф, отводы для вывода выхлопных газов.

Для корректной работы оборудования САЭ внутри термошкафа 1 предусмотрена система вентиляции и охлаждения, представляющая систему микроклимата с низким электропотреблением, которая поддерживает температуру в холодное и жаркое время года, необходимую для стабильной и безотказной работы.

Топливные элементы (картриджи) 5 установлены в термошкафу 1 в защищенном топливном отсеке, который имеет концевой выключатель (электромеханическое запирающее устройство), соединенный с контроллером для сигнализации положения двери для обеспечения соблюдения условий СП 2.3.3.2892-11 «Санитарно-гигиенические требования к организации и проведения работ с метанолом».

Внутри термошкафа 1 САЭ установлен как минимум светильник, имеющий устойчивое магнитное крепление, например светильник на светодиодах с крепежным магнитом фирмы Rittal. Включение светильника осуществляется автоматически при открывании двери термошкафа 1.

Корпус термошкафа 1 оснащен двумя разъемами для подключения силовых и контрольных линий. Корпус накопителя энергии 3 имеет защиту по пыли /влаги IP55. Накопитель энергии 3 имеет защиту от короткого замыкания и от неправильного подключения.

Конструктивное выполнение термошкафа 1 обеспечивает надежность функционирования САЭ при эксплуатации и безопасность обслуживающего персонала.

Топливный генератор 4 с прямой подачей метанола из двух топливных картриджей с метанолом 5 используется для заряда АКБ 3 в период низкой солнечной активности. Топливные элементы 5 генератора 4 представляют собой электрохимические устройства, вырабатывающие электроэнергию без процесса горения.

Панель солнечных батарей, имеющая уличное исполнение, обеспечивает заряд АКБ 3 в периоды высокой солнечной активности, преобразуя энергию Солнца в постоянный ток, пропорциональный величине солнечной активности. АКБ 3 предназначена для накопления электрической энергии и позволяет использовать САЭ в условиях слабой освещенности или в ночное время. Также АКБ 3 выполняет функции стабилизатора выходного напряжения и позволяет подключать полезную нагрузку, многократно превышающую по мощности мощность солнечной батареи.

АКБ 3 может представлять собой, например литий-ионный накопитель энергии, который состоит из литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторных ячеек, последовательно соединенных между собой, и контроллера заряда АКБ, которые находятся в отсеке термошкафа 1.

Система охлаждения термошкафа 1 для обеспечения автоматического регулирования температуры термошкафа и его вентиляции, перемешивания нижних и верхних слоев воздуха содержит разнесенные по высоте внутренний (установленный в отсеке топливного генератора) и внешние вентиляторы: приточный и вытяжной, и первичные преобразователи (датчики температуры), установленные внутри термошкафа 1 следующим образом: вверху, внизу и за защитным кожухом 6 термошкафа 1.

Система охлаждения САЭ сдержит термоэлектрический преобразователь (элемент Пельтье), электропитание которого обеспечивается за счет АКБ 3.

Отопление САЭ осуществляется за счет тепла, производимого топливным генератором 2 во время его работы и нагревательными элементами, установленным в термошкафу 1. В отводном патрубке предусмотрен нагреватель вывода пара.

В САЭ нагрузка через автономный инвертор питается от АКБ 3. Пиковая мощность нагрузки определяется мощностью АКБ 3 и инвертора. Средняя мощность нагрузки на конкретном временном интервале определяется положительным энергетическим балансом АКБ, когда его энергия, полученная от солнечных батарей, превышает энергию, отданную в нагрузку (с учетом коэффициентов полезного действия и рациональных режимов работы, входящего в САЭ оборудования).

В связи с существенным суточным изменением солнечного излучения, которая обычно не соответствует сезонным и суточным изменениям графиков энергопотребления (низкой солнечной активности), нехватку энергии восполняет независящий от ВИЭ топливный генератор 4 на метаноле.

Топливный генератор 4 (химический источник тока - ХИТ) методом прямого окисления метанола вырабатывает электрический ток, предназначенный для частичной или полной компенсации фотоэлектрического преобразователя.

Контроль и управление технологическим оборудованием с целью поддержания необходимого микроклимата САЭ осуществляется системным контроллером. Системный контроллер обеспечивает управление и контроль зарядом / разрядом АКБ 3, системой вентиляции и охлаждения, осуществляет периодичность выбора источника заряда, информационное взаимодействие. Системный контроллер представляет собой устройство управления, сбора и обработки данных и предназначен для управления режимами работы САЭ, осуществления постоянного опроса состояния и режимов работы оборудования. Также предусмотрена возможность информационного обмена посредством стандартных протоколов (Modbus RTU, TCP) с АСУ ТП верхнего уровня. Системный контроллер осуществляет сбор и обработку данных, поступающих от первичных преобразователей (датчиков), а также обеспечивает информационное взаимодействие между внутренним оборудованием САЭ и верхним технологическим уровнем. Целевые алгоритмы контроллера поддерживают корректную работу всей установки, для чего системный контроллер содержит встроенные программные модули и алгоритмы для обеспечения нормального функционирования САЭ и реализации целевых задач во всех режимах работы.

Расчет времени работы САЭ без использования солнечных батарей при различных мощностях потребителя электросети 220В представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Расчет времени работы САЭ в зависимости от мощности работы потребителя. № Мощность потребителя, кВт (Активная нагрузка) Время работы, ч. 1 0,1 130 2 0,5 4,5 3 1 2,2 4 2 1,2 5 3 < 1(~ 40 мин)

Время работы реактивной нагрузки рассчитывается по формуле:

Время работы реактивной нагрузки = Время работы активной нагрузки × (Мощность потребителя / (1 - Мощность потребителя × (КПД нагрузки / 100%))).

Для расчета температуры воздуха в термошкафу принята tр = 45°С - абсолютная максимальная температура воздуха (для района Астрахани). Астраханский район выбран с целью определения наибольшего показателя абсолютной максимальной температуры воздуха по России.

Проверка датчика температуры окружающей среды осуществляется путем сверки показаний эталонного термометра (ртутный или электрический) и встроенного в термошкаф 1 датчика температуры.

Работа САЭ происходит под управлением системного контроллера и может контролироваться и настраиваться путем отображения информации в нескольких табличных формах, сгруппированных по смыслу сигналов в любой системе верхнего уровня.

Сигналы системы разделены на шесть условных групп:

1) сигналы состояния одного из главных элементов системы - топливного генератора;

2) сигналы состояния контроллера заряда АКБ;

3) сигналы управления уставками для встроенных алгоритмов работы системы;

4) сигналы управления контроллером системы питания и переключения топливных картриджей;

5) аналоговые параметры термошкафа;

6)дискретные параметры термошкафа.

Значения сигналов первой группы считываются системным контроллером по цифровому интерфейсу со встроенного контроллера топливного генератора и описывают его состояние и характеристики работы: величина тока на выходе топливного генератор, напряжение на заряженных топливным генератором батареях, суммарная выработанная энергия топливным генератором с момента его изготовления, объем истраченного генератором топлива с момента обнуления сигнала - расход топлива, состояние работы в текущий момент, режим работы топливного генератора, используемый в текущий момент картридж, остаток топлива, связь с системным контроллером - наличие обмена данными между контроллером топливного генератора и контроллером системы питания.

Значения сигналов второй группы считываются системным контроллером по цифровому интерфейсу со встроенного контроллера заряда АКБ и описывают его состояние и характеристики работы: ток и степень заряда АКБ, напряжение, сопротивление, величина тока, поступающего на АКБ с солнечной батареи, минимальное напряжение, минимальное сопротивление одной ячейки из всех АКБ, расчетную величину тока на потребителя, обмен с контроллером - наличие обмена данными между контроллером заряд АКБ и контроллером системы питания.

Значения третьей группы сигналов являются сигналами управления и служат для задания граничных значений (порогов, уставок) для встроенных алгоритмов работы системы.

Таблица 2 - Значения аналоговых сигналов третьей группы. Сигнал Описание Заряд АКБ для включения топливного генератора Единица измерения - проценты. Показывает величину порога для включения топливного генератора. Включение происходит, если текущий заряд АКБ, измеренный в процентах меньше заряда уставки. Заряд АКБ для выключения топливного генератора Единица измерения - проценты. Показывает величину порога для выключения топливного генератора. Выключение происходит, если текущий заряд АКБ, измеренный в процентах больше заряда уставки. Температура в термошкафу для включения топливного генератора Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для включения топливного генератора. Включение происходит, если текущая температура, измеренная в градусах, меньше заданной уставки. Температура в термошкафу для выключения топливного генератора Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для выключения топливного генератора. Выключение происходит, если текущая температура, измеренная в градусах, больше заданной уставки. Температура аварийная для топливного генератора Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога, чтобы топливный генератор не включался. Топливный генератор не будет включаться, пока сумма текущей температуры, измеренной в градусах, плюс 4 градуса, будет больше заданной уставки. Температура в термошкафу для включения внешнего вентилятора Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для включения внешнего вентилятора. Включение вентилятора происходит, если текущая температура, внутри термошкафа (средняя), больше заданной уставки и при этом температура внутри шкафа (средняя) больше наружной температуры более чем на 4 градуса. Разность температур в термошкафу для включения внутреннего вентилятора Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для включения внутреннего вентилятора. Включение вентилятора происходит, если текущая разница температур, меньше заданной уставки. Температура наружная для включения нагревателя вывода пара Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для включения нагревателя вывода пара. Включение нагревателя вывода пара происходит, если текущая температура наружного воздуха, меньше заданной уставки и при одновременном выполнении следующего условия (см. ниже). Температура для включения нагревателя вывода пара Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для включения нагревателя вывода пара. Включение нагревателя вывода пара происходит, если текущая температура нагревателя вывода пара, меньше заданной уставки на 4 градуса и при одновременном выполнении предыдущего условия (см. выше). Температура в термошкафу для включения модуля Пельтье Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает величину порога для включения модуля Пельтье. Включение модуля Пельтье происходит, если текущая температура внутри шкафа (средняя), больше заданной уставки, и при этом температура внутри термошкафа (средняя) меньше наружной температуры.

Значения четвертой группы сигналов являются сигналами управления и служат для задания настроек контроллера системы питания и переключения топливных картриджей.

Значения пятой группы сигналов являются сигналами измерения и служат для контроля над аналоговыми значениями - температур внутри и снаружи шкафа.

Таблица 3 - Значения аналоговых сигналов пятой группы. Сигнал Описание Температура вверху термошкафа Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает значение температуры вверху термошкафа. Температура внизу термошкафа Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает значение температуры снизу термошкафа. Температура снаружи темрошкафа Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает значение температуры снаружи термошкафа. Температура вывода пара Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает значение температуры вывода пара. Разность температур внизу / вверху термошкафа Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает значение разности температур внизу /вверху термошкафа. Средняя температура термошкафа Единица измерения - градусы Цельсия. Показывает среднее значение температуры внутри термошкафа (среднее между температурами внизу / вверху термошкафа).

Значения шестой группы сигналов являются сигналами измерения и служат для контроля над дискретными значениями - состоянием элементов термошкафа.

Значения уставок, по передаваемым на вышестоящий уровень сигналам, соответствуют указанным значениям на фиг. 3-6.

В таблице 4 представлены сигналы для функционирования САЭ (фиг.3 - 6).

Таблица 4 - Перечень значений сигналов для алгоритмов функционирования САЭ. Значение Описание Алгоритм контроля степени заряда Заряд АКБ - граница включения ТГ ТГ включается, если текущий заряд АКБ меньше 67%. Заряд АКБ - граница выключения ТГ ТГ выключается, если текущий заряд АКБ больше 72% . Алгоритм отопления термошкафа Температура в термошкафу (средняя) - граница включения ТГ ТГ включается, если текущая средняя температура в термошкафу меньше 8°С. Температура в термошкафу (средняя) - граница выключения ТГ ТГ выключается, если текущая средняя температура в термошкафу больше 20°С. Алгоритм охлаждения термошкафа Температура в термошкафу (средняя) - граница включения внешнего вентилятора Внешний вентилятор включается, если текущая средняя температура в термошкафу больше 55°С. При этом ля включения внешнего вентилятора необходимо дополни тельное условие - средняя температура внутри термошкафа должна быть на
4°С больше чем внешняя температура термошкафа. Разность температуры верху и внизу термошкафа - граница включения внутреннего вентилятора Внутренний вентилятор включается, если текущая разность температуры вверху и внизу термошкафу больше. Алгоритм нагревателя вывода пара Внешняя температура - граница включения нагревателя вывода пара Нагреватель вывода пара включается, если текущая внешняя температура меньше. Температура нагревателя вывода пара - граница включения нагревателя вывода пара Нагреватель вывода пара включается, если его текущая температура меньше на 4°С. Выключается, если его текущая температура больше. Алгоритм охлаждения теромшкафа Температура в термошкафу (средняя) - граница включения модуля Пельтье Модуль Пельтье включается, если текущая средняя температура внутри термошкафа больше. При этом для включения модуля Пельтье необходимо дополнительное условие - средняя температура внутри термошкафа должна быть меньше, чем внешняя температура термошкафа. Аварийная температура в термошкафу - граница невключения ТГ ТГ не включается, если текущая средняя температура в термошкафу больше.

Сигналы от датчиков температуры поступают на вход контролера (фиг. 2), который автоматически подбирает соответствующий режим работ установки, обеспечивая требуемое охлаждение или нагрев до установленных значений. Значение средней температуры, определяемой как среднее значение между температурами внизу / вверху термошкафа, принимается в качестве уставки.

Возможны случаи, когда температура в термошкафу, контролируемая датчиками достигает своих предельных значений (верхнего или нижнего) обозначенных в технологическом регламенте установки, тогда контроллер принимает решение об изменении режима работы установки путем включения / выключения вентиляторов / нагревателей, а в зависимости от текущего заряда АКБ больше или меньше заданной уставки идет сигнал на включение / выключение топливного генератора.

Таким образом, заявляемая система автономного электроснабжения обеспечивает контроль и поддержание заданных параметров, благодаря чему повышается надежность эксплуатации установки и снижение вероятности рисков осложнений и аварий.

Установка САЭ может быть использована для электроснабжения технологических объектов, таких как: системы обнаружения утечек в кожухах переходов под автомобильными и железными дорогами, локальными системами автоматики, системами телемеханики, датчиков и контроллеров АСУ ТП (например, КН М ЛЧ, КП ГРС в качестве резервного, КП АГНКС и прочее), метрологических станций, охранных систем, телекоммуникаций (спутниковая связь, базовые радиостанции и прочее).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системам автономного электроснабжения (САЭ). Технический результат заключается в повышении надежности функционирования установки и обеспечении безопасной эксплуатации и достигается тем, что САЭ содержит первичный источник энергии в виде солнечных батарей и установленные внутри термошкафа с защитным кожухом блок контроля и управления, накопитель энергии, вторичный источник энергии в виде топливного генератора на топливных элементах с метанолом, систему охлаждения и вентиляции, включающую датчики температуры, вентиляторы и нагреватели. Системный контроллер блока контроля и управления содержит встроенные программные модули и алгоритмы для обеспечения функционирования системы автономного электроснабжения и реализации целевых задач во всех режимах работы по таким сигналам состояния системы автономного электроснабжения, как: сигналы состояния топливного генератора, сигналы состояния контроллера заряда аккумуляторной батареи, сигналы управления уставками для встроенных алгоритмов работы системы, сигналы управления контроллером системы питания и переключения топливных элементов. 4 з.п. ф-лы, 4 табл., 6 ил.

1. Система автономного электроснабжения, характеризующаяся тем, что содержит первичный источник энергии в виде солнечных батарей и установленные внутри термошкафа с защитным кожухом блок контроля и управления, накопитель энергии, вторичный источник энергии в виде топливного генератора на топливных элементах с метанолом, систему охлаждения и вентиляции, включающую датчики температуры, вентиляторы и нагреватели, при этом системный контроллер блока контроля и управления содержит встроенные программные модули и алгоритмы для обеспечения функционирования системы автономного электроснабжения и реализации целевых задач во всех режимах работы по таким сигналам состояния системы автономного электроснабжения, как: сигналы состояния топливного генератора, сигналы состояния контроллера заряда аккумуляторной батареи, сигналы управления уставками для встроенных алгоритмов работы системы, сигналы управления контроллером системы питания и переключения топливных элементов, при этом включение топливного генератора предусмотрено, только если сумма текущей температуры будет больше заданной уставки с учетом плюс 4ºС, для чего указанные датчики температуры установлены внутри термошкафа следующим образом: вверху и внизу термошкафа для определения средней температуры термошкафа и за его защитным кожухом.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве аккумуляторной батареи использован литий-ионный накопитель энергии, состоящий из литий-железо-фосфатных аккумуляторных ячеек, последовательно соединенных между собой.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный накопитель энергии соединен с нагрузкой через автономный инвертор, причем пиковая мощность нагрузки определена мощностью накопителя энергии и инвертора.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что отсек, в котором установлены топливные элементы с метанолом, снабжен концевым выключателем.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанная система охлаждения содержит термоэлектрический преобразователь, электропитание которого обеспечивается за счет аккумуляторной батареи.