Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях
Розглядається питання використання геофізичної апаратури в неелектрифіковані місцевості, пропонується вибір шляху вирішення на базі різних генераторів електроенергії, що використовують природні джерела енергії, дається їх огляд. The question of the use of geophysical equipment in nonelectrified area...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2015 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2015
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99566 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях / И.А. Головня // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2015. — № 15. — С. 31-38. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859711698345132032 |
|---|---|
| author | Головня, И.А. |
| author_facet | Головня, И.А. |
| citation_txt | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях / И.А. Головня // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2015. — № 15. — С. 31-38. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Розглядається питання використання геофізичної апаратури в неелектрифіковані місцевості, пропонується вибір шляху вирішення на базі різних генераторів електроенергії, що використовують природні джерела енергії, дається їх огляд.
The question of the use of geophysical equipment in nonelectrified areas, a selection of solutions based on various electricity generators using natural energy sources, given their review.
|
| first_indexed | 2025-12-01T06:16:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
31
УДК 621.313
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ
НА ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ ДЛЯ
ПИТАНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ В
ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
Головня И. А.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Розглядається питання використання геофізичної апаратури
в неелектрифіковані місцевості, пропонується вибір шляху
вирішення на базі різних генераторів електроенергії, що викори-
стовують природні джерела енергії, дається їх огляд.
The question of the use of geophysical equipment in non-
electrified areas, a selection of solutions based on various electricity
generators using natural energy sources, given their review.
При производстве долговременных геофизических наблю-
дений решающее значение имеет электропитание геофизической
аппаратуры.
Поскольку аппаратура, в основном, имеет батарейное пита-
ние, то отсутствие в той или иной местности стационарной элек-
тросети накладывает серьезные ограничения. Доставка разряжен-
ных аккумуляторов, периодическая подзарядка аккумуляторных
батарей вне точки наблюдения, возврат заряженных аккумулято-
ров на точку, замена – вот неполный перечень проблем, с кото-
рыми приходиться сталкиваться при работе в неэлектрифициро-
ванной местности. При этом дополнительно возникают вопросы
обеспечения транспортом и горючим.
При работе с мощной стационарной геофизической аппара-
турой, потребляющей много энергии, возникает необходимость
использовать бензиновые электрические генераторы или прокла-
дывать временный сетевой кабель. И в том, и в другом случае
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
32
при производстве долговременных наблюдений это сопряжено с
большими финансовыми затратами. Между тем, давно существу-
ют генераторы электроэнергии, использующие природные источ-
ники (солнце, ветер, тепло). Они ни в коей мере не заменяют собой
традиционные источники электричества, а лишь гармонично до-
полняют. В этой статье дается краткий обзор некоторых из них.
Солнечные панели. Разделяются на монокристаллические
и поликристаллические, твердые и гибкие.
Монокристаллические твердые солнечные панели произво-
дятся из монокристаллического кремния и имеют КПД преобра-
зования солнечной энергии около 17-21 %. Имеют значительное
снижение мощности при облачности или частичном затенении.
Срок службы до 20 лет.
Поликристаллические твердые солнечные панели произво-
дятся из поликристаллического кремния и имеют КПД преобра-
зования солнечной энергии около 14-18 %. Незначительно сни-
жают мощность при облачности или частичном затенении. Срок
службы до 10 лет.
Гибкие солнечные панели изготавливают с применением
кремния (аморфного или поликристаллического), а также других
редкоземельных элементов [1]. Их вес минимум на 30 % меньше
твердых солнечных панелей. Имеют КПД преобразования сол-
нечной энергии около 14 % (рис. 1). Незначительно снижают
мощность при облачности или частичном затенении. Срок служ-
бы до 15 лет. Толщина всего около 2,5 мм, легко монтируются
(на саморезы) на неровные поверхности, например, корпус яхты,
крышу дома, крышу автомобиля (рис. 2а и 2в). На солнечную па-
нель можно наступать в обуви. Не боится царапин. Диапазон ра-
бочих температур от минус 40 до плюс 60 градусов Цельсия.
Гибкие солнечные панели занимают мало места (в сверну-
том состоянии) и наиболее подходят для питания геофизической
аппаратуры в полевых условиях (рис. 2б и 2г). Применяют их
совместно с буферными аккумуляторами.
Например, солнечная панель питает аппаратуру и заряжает
аккумуляторы в светлое время суток, а в темное время суток ап-
паратура работает на аккумуляторах.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
33
Рис. 1. Гибкая солнечная панель
а) б)
в) г)
а – на автомобиле;
б – переносная;
в – на яхте;
г – на рюкзаке
Рис. 2. Примеры использования гибких солнечных панелей
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
34
Пример расчета гибкой солнечной панели: микроавтобус
класса ”Газель” имеет площадь крыши не менее трех кв.м. Ин-
тенсивность солнечного света в средних широтах оценивается в
1000 Вт/кв.м. При КПД солнечной панели в 14 % электрическая
мощность составляет 420 Вт. Этого вполне хватает для питания
аппаратуры и зарядки аккумуляторов.
Термоэлектрические генераторы. На рисунке 3 видно
устройство термоэлектрического генератора. Он изготавливается
на основе полупроводникового кремния p- и n- типов.
Рис. 3. Устройство термоэлектрического генератора
Термоэлектрические генераторы преобразуют разность
окружающих температур в электрический ток, используя эффект
Зеебека. Термоэлектрические генераторы собираются в одну или
более тепловых панелей ”горячей” стороной в сторону наиболь-
шей температуры. Разность температур ”горячей” и ”холодной”
сторон определяет мощность, отдаваемую генератором [2].
В полевых условиях термоэлектрический генератор для уве-
личения разности температур, и соответственно мощности, мо-
жет быть выполнен плавающим: ”горячей” стороной к солнцу, а
”холодной” стороной в воду. Внешний вид термоэлектрических
элементов показан на рисунке 4.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
35
а) б)
а – одинарные элементы;
б – батарея элементов
Рис. 4. Внешний вид термоэлектрических генераторов
В случае отсутствия водоема его роль может играть влаж-
ный грунт.
Термоэлектрический генератор может быть использован в
долгосрочных скважинных исследованиях. При этом ”холодная”
сторона немного углубляется в скважину или закрепляется за ме-
таллическую обсадку теплоотводом, а «горячая» сторона освеща-
ется солнцем. Разность температур в скважине и на солнце поз-
воляет генерировать электричество. Термоэлектрический генера-
тор работает совместно с буферными аккумуляторами.
Ветрогенераторы. Ветрогенераторы являются самыми
мощными из представленных здесь генераторов электроэнергии,
использующих природные источники энергии, но и самые гро-
моздкие. Например, ветроколесо мощностью в 800 Вт имеет га-
бариты 3,1 м, вес 55 кг [3]. Применение такого ветрогенератора в
полевых условиях оправдано при питании мощной геофизиче-
ской аппаратуры длительное время (более месяца).
Как и предыдущие генераторы электроэнергии ветрогенера-
тор работает совместно с буферными аккумуляторами.
Ветрогенераторы бывают трех видов: флюгерные, карусель-
ные и сложной геометрии [3].
Пример флюгерного ветрогенератора показан на рис. 5а, а
карусельного – на рисунке 5б.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
36
Ветрогенератор сложной геометрии показан на рисунке 6.
а) б)
а – флюгерный;
б – карусельный
Рис. 5. Ветрогенераторы
Рис. 6. Ветрогенератор сложной геометрии
Флюгерные ветрогенераторы быстроходнее, выдают боль-
шую мощность, занимают меньше места, но тяжелее в установке.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
37
Карусельные ветрогенераторы тихоходнее, занимают больше ме-
ста, но проще в установке. Для карусельных ветрогенераторов не
имеет значения направление ветра. Они могут быть с вертикаль-
ной и горизонтальной осями вращения [3].
Ветрогенераторы сложной геометрии обычно используются
при слабом ветре, так как они более эффективны именно в этом
режиме.
Выводы.
Генераторы электроэнергии, использующие природные ис-
точники энергии, способны обеспечить автономное электропита-
ние геофизической аппаратуры в течение длительного времени.
При этом система электропитания аппаратуры несколько услож-
нится с учетом наличия буферных аккумуляторов. Поскольку
природные источники энергии, по своей природе, могут быть ис-
пользованы ограниченную часть времени суток, буферные акку-
муляторы предпочтительнее выбирать с электрохимической си-
стемой, допускающей быстрый заряд.
Мощность, вырабатываемую генератором, необходимо
брать как минимум с троекратным запасом от мощности, потреб-
ляемой аппаратурой (на случай облачной погоды, штиля и т.д.).
Все вышеперечисленные типы электрогенераторов наиболее
эффективны в той местности, где преобладает тот или иной при-
родный источник энергии. Например, в горах ветер дует чаще,
чем светит солнце, поэтому ветрогенератор выгоднее солнечной
панели, хотя и намного тяжелее.
Гибкие солнечные панели более эффективны в летнее время
в степных и пустынных районах, где большую часть суток светит
солнце. Если в этой местности имеется водоем, тогда возможно, в
зависимости от потребляемой мощности, использовать термоге-
нераторы.
В весенне-осеннее время года, когда дуют ветра постоянно-
го направления, большего эффекта можно добиться, используя
ветрогенератор флюгерного типа.
На пересеченной местности и в горных районах (особенно в уз-
ких ущельях) наиболее приемлем ветрогенератор карусельного типа.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 15, 2015
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 15, 2015
38
Возможны различные комбинации солнечных панелей, тер-
могенераторов и ветрогенераторов для питания геофизической
аппаратуры в полевых условиях.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Чопра К. Тонкопленочные солнечные элементы: пер. с англ. c
сокращениями / К. Чопра, С. Дас. – М.: Мир, 1986. – 435с.
2. Регель А. Р. Термоэлектрические генераторы / А. Р. Регель –
М.: Атомиздат, 1976г.
3. Неисчерпаемая энергия. В 2 кн. Кн. 2. Ветроэнергетика: учеб-
ник для вузов / В.С. Кривцов, А.М. Олейников, А.И. Яковлев.
– Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «ХАИ», Севастополь: Севаст.
нац.-техн. ун-т, 2004. – 519 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99566 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T06:16:10Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Головня, И.А. 2016-04-30T13:27:21Z 2016-04-30T13:27:21Z 2015 Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях / И.А. Головня // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2015. — № 15. — С. 31-38. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99566 621.313 Розглядається питання використання геофізичної апаратури в неелектрифіковані місцевості, пропонується вибір шляху вирішення на базі різних генераторів електроенергії, що використовують природні джерела енергії, дається їх огляд. The question of the use of geophysical equipment in nonelectrified areas, a selection of solutions based on various electricity generators using natural energy sources, given their review. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях The use of electrical generators on natural sources of energy to power the geophysical equipment field Article published earlier |
| spellingShingle | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях Головня, И.А. |
| title | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях |
| title_alt | The use of electrical generators on natural sources of energy to power the geophysical equipment field |
| title_full | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях |
| title_fullStr | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях |
| title_full_unstemmed | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях |
| title_short | Использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях |
| title_sort | использование электрических генераторов на природных источниках энергии для питания геофизической аппаратуры в полевых условиях |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99566 |
| work_keys_str_mv | AT golovnâia ispolʹzovanieélektričeskihgeneratorovnaprirodnyhistočnikahénergiidlâpitaniâgeofizičeskoiapparaturyvpolevyhusloviâh AT golovnâia theuseofelectricalgeneratorsonnaturalsourcesofenergytopowerthegeophysicalequipmentfield |