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体积 2021年 |文章的ID 5544664 | https://doi.org/10.1155/2021/5544664

西尔维斯特威廉•Chisale帕特里克Mangani, 太阳能光伏能源系统:能源审计和可行性的商业建筑”,能源杂志, 卷。2021年, 文章的ID5544664, 9 页面, 2021年 https://doi.org/10.1155/2021/5544664

太阳能光伏能源系统:能源审计和可行性的商业建筑

学术编辑器:穆罕默德汗
收到了 2021年2月11日
修改后的 05年4月2021年
接受 2021年4月21日
发表 2021年5月18日

文摘

马拉维的能源形势仍面临严重挑战,以满足现有的需求。然而,能源消耗和节能的研究一直被忽视的帮助解决这个问题。摘要电力能源审计在Mchinji进行一个商业建筑,马拉维,为了确定节能的机会。研究采用混合方法研究涉及一系列的调查,观察,数据收集和分析。当前能源消费决定并与拟议中的能源消耗后取代一些设备。提出系统节省33.46%的能源。研究还提出对节能行为改变。另外,一个可替代能源系统也建议。因此,荷马软件来设计、优化和分析solar-battery-grid-connected能源系统。该系统有一个简单的回收期9.8年。 The system’s cost of energy was estimated as 0.0372 $/kWh, and the capital cost was $ 150,887.

1。介绍

全球能源消耗不断增加导致高气体的排放和全球变暖1]。可替代能源资源,如可再生能源可以帮助减少大气中的碳含量从而克服全球变暖问题2,3]。大多数发达国家都在投资节能技术来减少能源损失,以确保恒定的能量可用性(4]。工业消耗约30 - 70%的全球能源消费总量(5]。国际能源署(IEA)表示,建筑行业的能源需求将增长约50%在2050年与2013年如果没有额外的控制应用(6]。能源审计是一个系统化的方法对能源管理,以确保有效地使用能源与经济的考虑。这种方法包括方面的流程,操作修改,转换能量损耗,负载管理和节能技术投资(7]。研究表明,可以减少能源消耗行业提高能源效率。能源审计是评价节能潜力的最佳途径和发展行动计划实现清洁、可持续的工业过程。全球报告表明,25 - 35%的能源可以保存在商业建筑8,9]。这巨大的能量可以被其他用户使用,包括家庭没有电。

一些国家引进政策应对气候挑战在试图满足对能源的需求。该政策包括低能耗建筑之一。例如,欧盟提出了一个“nearly-zero-energy建设”(nZEB)政策,而美国推出“零能耗建筑”(nZEB)。中国也推出了类似的政策(10,11]。

零能耗建筑被定义为一个建筑与零净能耗。因此,年度能耗建筑约等于在网站上产生的可再生能源(12]。这意味着网格供应电力当没有可再生能源和建设出口时回电网多余的一代。这种模式的销售电力可以通过上网电价计划成为可能13]。在[14),作者强调,所有的演员都需要应对和适应在low-energy-building进展(1)。这是因为1有新的特点与技术,经济,和其他相关方面。

非洲有超过6亿人得不到电力效率低下,老和二手技术从发达国家。这在很大程度上影响能源开发、访问和利用整个人口(15]。马拉维比起其他南部非洲发展共同体(SADC)国家电力访问速率最低。中国拥有超过1800万人口的主要在城市电气化率12.7%。农村和城市电气化估计为3.9%和48.7%,分别为(16]。马拉维政府通过电力供应马拉维(ESCOM)委员会在全国开展了一项节能调查。调查显示,大多数家庭使用低效的设备。这个调查是自由分布的快速反应的能量节省灯泡所有电力用户为了减少能源消耗17]。

截至2020年,马拉维没有直接能源效率政策而是行动计划实施。马拉维政府实施节能项目,包括使用太阳能热水器在公共建筑,分布的能量节省灯泡,鼓励高节能家电市场上,同时提供公民教育人。另一个行动计划是政府建立国家节能和可再生能源委员会,以确保行业使用高节能技术(17]。此外,马拉维政府删除其他太阳能技术进口税率18]。

马拉维的电力需求迅速增加是由于变化由于文明的生活方式。然而,这个国家拥有丰富的太阳能资源,目前没有得到充分的利用。太阳能光伏系统连接到网格比作为一个独立的光伏系统相比,由于太阳能的有限的可用性(19]。上网太阳能光伏系统可以提高网络的容量,改善可靠性(20.,21]。此外,现场能源代提高系统的整体效率(22]。《海角一乐园》系统的电池可以为马拉维的理想因为频繁停电(23]。

2。文献综述

在[24),作者进行了初步和详细的铝行业的审计在钦奈,印度。调查发现节能机会,建议重组单线图(SLD)的电线和更换照明和风扇。如果这些建议的实施,行业可以节省29.54%的能耗。Chakraborty et al。25)进行了详细的研究,以减少电能消耗在NIT完成G + 6的建筑,阿加尔塔拉校园。结果表明,建议的实施建议可以减少能源消耗和成本的41.66%和30.6%,分别。实现所需的总投资建议将Rs的程度。242062年,投资回收期3.15年。在[4),作者进行了物理Phuentsholing家庭能源审计,不丹,建议更换灯具的紧凑型荧光灯(CFL)导致202.6千瓦时每天节省200户(即。,41.30%)。这是进一步分析,如果每天24358电气化不丹家庭节省了1.01个单位然后8979576 .70千瓦时的能量将被保存在一年。作者还建议,不丹应该建立一个能源消耗的政策框架。

Magdum et al。26)进行了一个简短的研究合作Patsanstha的供应系统进行一个详细的合作前提Patsanstha有限公司能源审计系统方法指定为每个局能源效率(蜜蜂)。研究表明,更换低效的设备更重要,因为它可以减少能量的生成和需求之间的差距。自然光的使用是最有利于减少能源使用。建筑必须有门窗存档更多的阳光。在[27),作者进行了一次能源审计调查两个商业建筑在达卡。是发现8到15%的电气设备没有效率和28日至45%的电能可以节省照明部分。研究还表明,能源审计是一个具有成本效益和孟加拉国的整体节能的方法。

HOMER-based混合动力系统已经在各种应用程序进行研究。在[28),作者进行了一项研究的成本分析上网和离网太阳能光伏系统的环境工程和管理学院MUET Jamshoro,巴基斯坦。结果表明,并网系统在技术上和经济上是可行的。Nurunnabi和罗伊29日)进行了一项研究在PV-wind turbine-grid混合系统使用荷马的农村Lobon Chora,战争怎样惊人地扩大,孟加拉国。仿真结果表明,并网太阳能光伏和风力涡轮机相比,混合动力系统是经济可行的传统太阳能PV-wind发电机和电池的混合动力系统。在[30.),作者提出了仿真和优化研究的独立光伏发电系统,以满足所需的孤儿院在尼日利亚的电力需求。孤儿院中负荷消费的模式进行了研究和适当的建模优化使用荷马软件。结果表明,太阳能绿色能源解决方案可以选择为孤儿院位于偏远地区。

本文的目的是进行能源审计和可行性研究的太阳能光伏安装作为一个行动计划Mchinji商业建筑,马拉维。这项研究也将有助于促进建筑能源审计的现有文献使用可用的审计方法以减少能源消耗和账单。将进行可行性研究通过仿真和优化的太阳能PV-battery发电系统,以确定所需的适当大小的需求后使用HOMERPro审计结果。

3所示。案例研究

Pagwanji是一个小型商业综合建筑坐落在Mchinji Bua交易中心,马拉维。这是大约25公里Mchinji博马。建筑是由商店、印刷服务,游戏服务,付费电视房,酒吧、餐馆和其他小型商业活动。太阳GHI资源和温度Mchinji从NASA的表面获得气象学和太阳能数据库从1983年到2005年的22年。表1显示了Mchinji日常辐射和清洁度索引数据,年平均每日辐射是5.79千瓦时/ m2/天。


晴朗指数 每日辐射(千瓦时/ m2/天)

1月 0.481 5.41
2月 0.502 5.54
3月 0.552 5.72
4月 0.612 5.68
可能 0.664 5.43
6月 0.672 5.11
7月 0.675 5.29
8月 0.669 5.87
9月 0.672 6.65
10月 0.628 6.75
11月 0.573 6.38
12月 0.498 5.61

4所示。材料和方法

该研究采用混合方法研究涉及一系列的调查,观察,数据收集和分析。问卷被用来找出等能源使用行为模式关掉不使用的电器。所有电器的额定功率是记录,记录操作的估计时间也为系统的进一步分析。为每个设备能耗计算及其相关成本。同样,经过推荐的设备替换和行为改变,能源消耗和它们相关的成本计算。推荐的两个场景进行了分析可能的行动。最后,荷马软件被用来设计、优化和分析提出了家电的能源需求。

4.1。建模系统的使用荷马

荷马软件是最好的混合可再生能源系统的建模工具。使用的软件设计、仿真和分析混合可再生能源系统。该软件应用于发电或离网混合动力系统31日]。荷马软件还执行强大的优化与成本的各种能源项目场景使成本最低化(28]。此外,软件执行混合系统的灵敏度分析。荷马史诗中包含的组合包括结合热力和电力,传统的发电机,风力涡轮机、太阳能光伏电池、燃料电池、水电、生物质能和其他输入。荷马软件优化的混合动力系统的关键性能指标,现在净成本(人大),燃料成本、操作成本,能源成本(COE)的混合32]。

4.2。太阳能光伏系统

单晶硅太阳能光伏和型号bsm500m - 96在中国成本0.26美元/瓦特。一个小组的额定功率为500 W和19.51%的效率。因此,1千瓦成本260美元,模块寿命25年(33]。然而,考虑运输和其他物流成本到内陆国家,马拉维,1千瓦通用平板的资本成本是950美元挂钩的操作和维护成本每年1美元。重置成本挂钩在每千瓦800美元。90%的降额因子也考虑太阳能模块。

4.3。网格系统

停电在马拉维更加频繁的发电系统设计中一个非常重要的参数。中断的月平均数量和平均停机时间在马拉维分别为7.4和3.6小时,分别为(23]。因此,在荷马,每年平均停机频率被设定为88.8,而平均修复时间是3.6小时的软件来确定随机中断。电网供家庭使用的能源成本在马拉维截至2020年12月为0.13美元/千瓦时[34]。

4.4。电池

以来不可靠的电网电力备份系统是非常重要的太阳能是一种间歇性的能源。因此,电池变得有用在阴天,晚上当网格。一尘从中国制造电池型号CE、化学物质、Rohs。磷酸亚铁锂的额定电压和最大容量3.2 V, 206啊,分别成本125美元的电池(35]。因此,通用的成本1千瓦时铅酸电池在荷马到达马拉维被认为是200美元,而每个电池的操作和维护的外套以每年1美元挂钩,分别。电池续航能力还取决于其放电深度(美国国防部);因此,国防部被设定为60%。

4.5。系统转换

Techfire变频器型号VE1012是中国制造的。800 W逆变器成本117美元的12 V的输入和输出电压220 V,分别。逆变器效率是99%到9736]。然而,对于这个系统到达马拉维、1千瓦通用系统转换器被认为是效率的逆变器和整流器的97%。转换器一生被设定为15年。1千瓦系统转换器的资本成本是200美元挂钩,而重置成本是140美元。1千瓦转换器的操作和维护成本是4美元每年2%的资本成本。图1显示了整个研究方法的总结。

5。结果与讨论

能源审计是提高能效的关键可以分成两个主要团体:提高能源的节能和改善节能生产或使用水平(37]。研究表明,一些行为会导致能源浪费在一个商业建筑。例如,灯光被观察到的是白天使用,有时大楼管理员忘了关掉灯安全。也观察到建筑设计不良,确保最大限度利用白天的光。此外,建筑的窗户都没有很好的定位,确保空气自然流动由于球迷为了减少能源消耗。这些观察可以解决通过使用自动化控制系统,如日光和运动传感器。此外,重要的是公民教育建筑用户改变行为、节约能源等关掉不使用的电器,并确保所有的电器或设备都关掉后,离开公司建设工作或业务。建筑设计也可以修改以适应低能耗建筑特点。

建筑的能源使用模式研究了估计每个设备的操作时间找到日常能源消耗对额定功率。然而,冰箱贴上120 W无法持续吸引120 W。例如,一个228升冰箱每年消耗312千瓦时。因此,近似日常能源消耗4冰箱是3.4千瓦时。表2显示所有设备与相应的建筑使用能耗。


设备 额定功率(W) 数量 连接负载(W) 操作时间(小时) 每日能源(千瓦时)

冰箱 120年 4 480年 24 3.4
风扇 75年 7 525年 6 3.15
空调 1800年 5 9000年 5 45
打印机 1200年 3 3600年 6 21.6
32 电视 120年 4 480年 7 3.36
网络路由器 5 3 15 10 0.15
电脑 One hundred. 5 500年 7 3.5
闭路电视摄像头 15 9 135年 12 1.62
水壶 1200年 4 4800年 1 4.8
电饭煲 1200年 2 2400年 0.75 1.8
层压机 1300年 3 3900年 2 7.8
紧急的灯泡 6 12 78年 12 0.936
白炽灯泡 60 15 900年 8 7.2
一天总能量需要 104.316
总能量需要一个月(31天) 3233.796
总能量需要一年(365天) 38075.34

能源审计运动提出更换一些用效率更高的设备。一些设备推荐给替换包括球迷、空调、打印机、电视、电脑、层合机,和照明。表3给出了总结设备在随后的建筑如果建议。它还显示了建筑近似每日能源消耗。


设备 额定功率(W) 数量 连接负载(W) 操作时间(小时) 每日能源(千瓦时)

冰箱 120年 4 480年 24 3.4
风扇 50 7 350年 6 2.1
空调 1500年 5 7500年 5 37.5
打印机 500年 3 1500年 6 9
32 电视 55 4 220年 7 1.54
网络路由器 3 3 9 10 0.09
笔记本电脑 50 5 250年 7 1.75
闭路电视摄像头 6 9 54 12 0.648
水壶 1000年 4 4000年 1 4
电饭煲 1200年 2 2400年 0.75 1.8
层压机 600年 3 1800年 2 3.6
紧急的灯泡 6 12 72年 12 0.864
荧光管 26 15 390年 8 3.12
一天总能量需要 69.412
总能量需要一个月(31天) 2151.772
总能量需要一年(365天) 25335.38

选择家电选择比较日常节能。这是指出,整个建筑的空调消耗更多的能量。中观察到显著的能源节省空调、打印机,层压机,和照明。图2显示了当前和之间的比较提出了选择设备能源消耗及其对节能建筑的重要贡献。

整个建筑节能也进行了分析,并指出,整个建筑可以节省大约33.46%的能量。图3描述了当前能源系统能源的比例使用提出的能源使用。表4显示推荐设备的列表和相应的价格在市场在马拉维图3


设备 数量的设备 单位成本的设备(MKW) 设备的总成本(MKW)

冰箱 4 300000年 1200000
风扇 7 25000年 175000年
空调 5 450000年 2250000
打印机 3 550000年 1650000
32 电视 4 200000年 800000年
网络路由器 3 35000年 105000年
笔记本电脑 5 250000年 1250000
闭路电视摄像头 9 90000年 810000年
水壶 4 12000年 48000年
电饭煲 2 35000年 70000年
层压机 3 35000年 105000年
紧急的灯泡 12 15000年 180000年
荧光管 15 2500年 37500年
支出总额 8680500

相对于当前建筑电器,年度能源消耗估计为38075.34千瓦时。然而,马拉维的能源成本为0.13美元/千瓦时导致能量的年度总成本为4949.79美元。如果建筑是完全取代建议表3建筑的年度能源消耗将估计为25335.38千瓦时。这意味着每年的能源成本约为3293.6美元。比较这两个场景中,每年的能源法案储蓄是1656.19美元。考虑目前的汇率1美元等于785年MKW,简单的回报在年为新设备可以计算如下:

5.1。能源系统仿真

从审计结果,建议更换一些设备,也提出了一个替代能源来源。能源需求提出了系统有一个按比例缩小的峰值负载和年平均48.3638千瓦和351.250千瓦时/ d,分别。负荷系数是0.3026。图4显示了该电器日常能源需求。

该混合动力系统由太阳能、电池,转换器,和网格。这个系统使用荷马软件设计和模拟。图5显示了示意图系统设计提出了能源系统的荷马软件。

从模拟结果如图6,系统需要107的12 V电池2.93小时的自主权。模拟太阳能光伏系统容量159千瓦,128千瓦的转换器。太阳能光伏系统安装将导致减少能源从电网购买。建筑需要33324千瓦时每年占年度所需能源的9.66%。该系统有一个简单的回收期9.8年。系统的能源成本估计为0.0372美元/千瓦时,而资本成本是150887美元。图7显示了一个经济能源提出了系统的总结,而图8显示了每月平均电力生产系统。

6。建议和结论

能源审计已被证明是一个有效的方法确定能量损失,提出行动计划,以节约能源。本文表明,Pagwanji商业建筑可以节约能源33.46%如果建筑取代一些用效率更高的设备。更换设备建设的投资回收期为6.68年。这意味着可以用于其他电力用户节约能源。另外,如果有更多的公司和建筑可以遵循这个节能技术,然后保存能量也将极其可供其他用户。这项研究还建议使用可再生能源。因此,可行性研究的可能性将太阳能和蓄电池现有电网系统。荷马软件来设计、优化和分析solar-battery-grid-connected能源系统。该系统有一个简单的投资回收期9.8年。系统的能源成本估计为0.0372美元/千瓦时,而资本成本是150887美元。

国家能源政策(2018)认为在能源行业的众多挑战。因此,其总体目标是提供一个指导框架,增加获得负担得起的、可靠的、可持续的、高效、和现代能源部门和每一个人。行动的一个优先领域包括需求管理问题,目的是提高效率和能源资源的可持续利用。因此,本研究是在协议与马拉维国家能源政策,以减少能源挑战38]。

其他建议包括以下:(我)公民教育用户节约能源的重要性以及如何最好的他们可以表现来保存它(2)采用自动化系统的使用如光和运动传感器来节约能源(3)冰箱:避免冰箱时,空运行。避免频繁打开冰箱的门(iv)风扇和空调:使用风扇和空气coditioners期间只需要的时间。关闭它们在夜间当使用者在他们的房子里(v)打印机:关掉打印机打印完成(vi)电视:关掉电视在不用的时候例如在夜间(七)笔记本电脑和电脑:使用最新的计算机更节能。使用便携式笔记本电脑做简单的任务

分析可以进一步改进,系统经济可以更精确地确定如果更多相关能耗数据的实时监控。也有必要进行比较研究知道使用太阳能光伏电池在技术上和经济上盈利。

数据可用性

气象数据的网站使用荷马从美国宇航局获得数据库软件在以下坐标:南经度和纬度13度的48.00分钟32度53.58分钟。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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