Автономная электроэнергия для дома

Плюсы и минусы

У автономного электроснабжения есть свои достоинства и недостатки, которые свойственны именно подобным системам.

Так к плюсам такого вида электроснабжения, можно отнести:

• Способность работать вне зависимости от внешних электрических сетей.
• Отсутствие платы за потребленную электрическую энергию.
• Режим работы автономной системы соответствует режиму, разработанному пользователем, без внеплановых отключений и ремонтов, свойственных внешним электрическим сетям.
• Качество электрической энергии, вырабатываемой подобными системами, соответствует заявленным параметрам технических устройств, входящих в состав комплекта оборудования.

К недостаткам таких систем, относятся:

• Высокая стоимость оборудования.
• Работы по профилактике и обслуживанию лежат на пользователе таких систем, что определяет наличие определенных финансовых затрат, связанных с этими мероприятиями.

Кроме выше приведенных плюсов и минусов автономных систем электроснабжения, которые относятся ко всем видам систем подобного рода, у каждого конкретного вида, в зависимости от способа получения электрической энергии, есть свои специфические достоинства и недостатки. Это определяет их способность вырабатывать электрическую мощность в единицу времени и количество затрат, идущих на ее производство в этот период.

Виды систем и устройств

Системы автономного электроснабжения различаются по источникам энергии, которые посредством определенных технических устройств, преобразуются в электрическую энергию.

Видов таких систем всего три:

1. Дизель генераторы (бензиновые установки) – источником энергии служит жидкое топливо, при сжигании которого дизельный двигатель (двигатель внутреннего сгорания), приводит во вращательное движение генератор, вырабатывающих электрический ток.

Специфическими достоинствами именно этого вида установок являются:

• Способность работать вне зависимости от природных явлений, времени года и географического места расположения.
• Мобильность устройств, позволяющая быстро запустить оборудование, вне зависимости от места его расположения.
• Компактные размеры, которые определяет лишь мощность установки.
• Отсутствует необходимость в монтаже дополнительных устройств, обеспечивающих производство электрической энергии.

Недостатками таких установок, являются:

• Режим работы зависит от наличия запаса топлива.
• Работа осуществляется под контролем обслуживающего персонала или непосредственно самого пользователя данной системы.
• Стоимость топлива достаточно высока, что определяет большие финансовые затраты, связанные с эксплуатацией.
• Являются экологически не безопасными устройствами, при работе которых выделяются выхлопные газы и свойственные им вредные вещества.

1. Солнечная электростанция – источником энергии служит энергия солнца, под воздействием которой, внутри фотоэлементов, из которых собираются солнечные батареи (основной элемент установок подобного вида), происходит образование электрического тока. Принцип действия основан на свойствах полупроводников создавать разность потенциалов внутри фотоэлемента, обусловленной «p-n» проводимостью подобных материалов.

К достоинствам данного вида систем автономного электроснабжения относятся:

• Отсутствие необходимости в запасах топлива.
• Способность работать в автоматическом режиме.
• Отсутствие затрат на производство электрической энергии.
• Экологически чистый источник энергии.

Недостатками являются:

• Высокая стоимость комплекта оборудования.
• Цикличность работы, обусловленная наличием солнечного света.
• Зависимость от погодных условий, времени года и солнечной активности в месте расположения системы.

1. Ветровой генератор – источником энергии служит энергия ветра, под воздействием которого происходит вращение лопастей установки, которое предается на генератор, вырабатывающий электрический ток.

Достоинства и недостатки систем автономного электроснабжения, основанных на ветровых генераторах, аналогичны приведенным выше для солнечных электростанций, за исключением того, что их работа зависит не от солнечной активности, а от наличия движения воздушных масс в месте расположения оборудования.

Комплектация солнечных электростанций и их характеристики

Комплект солнечной электростанции состоит из следующих устройств и агрегатов:

• Солнечная батарея (панель) – является устройством, преобразующим энергию солнца в электрическую энергию.
• 
• Аккумуляторная батарея – является накопителем выработанной электрической энергии.
• Контроллер – электронное устройство регулирует режим работы солнечной электростанции, обеспечивая заряд накопителя электрической энергии и расход энергии, передаваемой к подключенной нагрузке.
• Инвертор – электронной устройство, обеспечивает преобразование накопленной энергии в параметры, соответствующие характеристикам сети потребителя.
• Соединительные провода и кабели — обеспечивают соединение всех устройств в единую цепь.
• Элементы защиты и коммутации – могут быть смонтированы в отдельных агрегатах, приведенных выше, а также отдельно установлены, в зависимости от конфигурации сети и ее технических характеристик.
• Механизмы крепления и позиционирования солнечных панелей в плоскостях пространства по отношению к солнцу (солнечные трекеры).

Основными параметрами, для данного вида систем автономного электроснабжения, определяющими все прочие технические характеристики, являются:

• Электрическая мощность, которая зависит от количества солнечных батарей, установленных в конкретной системе электроснабжения.
• КПД системы – зависит от типа солнечных батарей, а также наличия системы пространственного позиционирования.
• Геометрические размеры (площадь, занимаемая солнечными батареями) – зависят от количества солнечных батарей и места их расположения.

Комплектация ветровых установок и их характеристики

В комплект ветровых генераторов, также, как и в комплект солнечной электростанции, входят инвертор, контроллер и аккумуляторные батареи, выполняющие те же самые функции.

Отличие между этими системами автономного электроснабжения — в источнике энергии и устройствах его преобразования (ветровой генератор), а также в системе установки и позиционировании в пространстве (мачта крепления, конструкция и тип ветряка).

Параметрами, характеризующие данный вид систем автономного электроснабжения, являются:

• Электрическая мощность.
• КПД установок – зависит от типа ветрового генератора.
• Габаритные размеры – зависят от мощности ветряка, его типа и места расположения.

Автономное электроснабжение загородного дома, готовые решения

Компании, занимающиеся реализацией автономных системе электроснабжения, в том числе и с использованием альтернативных источников энергии, каковыми являются энергия солнца и ветра, предлагают готовые комплекты оборудования, которые способны работать сразу после выполнения монтажных работ.

Это могут быть комплекты солнечных электростанций или ветровых энергетических установок, различной комплектации и обладающие разными техническими характеристиками.

На солнечных батареях

Одним из готовых решений, в области решения задачи автономного электроснабжения загородного дома, является комплект оборудования, в котором источником энергии является солнце, а устройством, преобразующим его энергию в электрический ток – солнечные батареи.

Схематично устройство солнечного комплекта, выглядит следующим образом:

Среди товаров этой группы, представленных на отечественном рынке, популярностью пользуется модель солнечной электростанции «Белые ночи-1500W-100х2P», производства «IKAR FIRM» (Россия), стоимостью от 38000,00 рублей.

В состав комплекта входят:

• Две поликристаллические панели мощностью 100,0 Вт каждая;
• Контроллер заряда;
• Инвертор;
• Комплект специальных соединителей (коннекторов), обеспечивающий соединение солнечных панелей в единую цепь;
• Соединительные провода и кабели;
• Крепежные элементы.

Технические характеристики солнечной электростанции, модель «Белые ночи-1500W-100х2P»:

• Рабочее напряжение – 12,0 В (постоянного тока).
• Номинальная мощность солнечных панелей: 2 х 100 Вт.
• Напряжение на выходе — 220 В, частотой 50 Гц.
• Номинальная мощность – 1,5 кВт.
• Рабочая температура окружающего воздуха — от 0°C до +40°C.

Создать полностью автономную систему электроснабжения с использованием одного источника альтернативной энергии (солнечная электростанция, ветровой генератор), достаточно сложно, что обусловлено недостатками каждого из видов подобных установок.

Для решения этой задачи, используют несколько источников энергии одновременно. Это может быть схема:

• Солнечная электростанция + ветряк;
• Солнечная электростанция + дизель генератор;
• Ветровая установка + дизель генератор.
• Солнечная электростанция + ветряк + дизель генератор.

Схематично это выглядит следующим образом:

Использование подобных схем, позволяет обеспечить электроснабжение загородного дома в автономном режиме по отношению к внешним источникам электрической энергии.

Как сделать своими руками

Автономную систему электроснабжения можно смонтировать и самостоятельно, не прибегая к услугам специализированных организаций.

В этом случае все будет зависеть от выбранной схемы электроснабжения (из рассмотренных ранее). Так такие элементы, как солнечная батарея и ветровой генератор, можно собрать из комплектующих заводского изготовления или имеющихся в наличии. Правда в этом случае, мощность будет незначительная, что создаст определенные трудности при подключении большого количества электроприемников.

Прочие элементы системы: контроллер, инвертор — лучше всего приобрести заводского изготовления, хотя, имея навыки работы с паяльником и зная основы электротехники, можно собрать и их, благо принципиальных схем устройств данных типов достаточно много.

Дизель генератор или его бензиновый аналог, собрать сложно, это обусловлено специфичностью комплектующих этих аппаратов (двигатель, генератор), которые легче приобрести, чем конструировать самостоятельно.

Зная установочную мощность электрических устройств и конфигурацию электрической сети, можно подобрать требуемое оборудование, чтобы оно соответствовало по параметрам (мощность и напряжение) и условиям работы предъявляемым требованиям, после чего собрать такую систему, способную работать в автономном режиме.

Особенности подключения к сетям ЛЭП

Без электричества сейчас трудно представить комфортабельное жилье. Благодаря ему жилище освещается, обогревается, выполняется готовка пищи, и нагрев воды. Вот только далеко не всегда есть возможность обеспечить электричеством жилье, особенно если дом находится далеко от города.

Многим владельцам загородных домов и дачных участков, особенно если они находятся далеко от цивилизации, приходится решать вопрос с энергообеспечением дома.

Самым распространенным решением является подключение дома к сетям ЛЭП, однако они далеко не везде имеются или же ближайшая линия находится на приличном удалении от дома.

В таком случае обеспечение электричеством дома может оказаться очень дорогим удовольствием. Ведь придется согласовывать вопросы по поставкам этого источника энергии с соответствующими органами, оплачивать установку подстанции и опор ЛЭП для подведения к дому.

И особенно неприятно то, что приобретаемое оборудование, причем за немалые деньги (подстанция, провода, опоры) перейдут на баланс местных энергосетей, то есть владельцем всего будут являться они, а владельцу дома еще придется и платить за поставки электроэнергии.

Поэтому такой вариант для многих может стать нецелесообразным, достаточно хлопотным и дорогостоящим.

Солнечные панели

Сейчас все большую популярность завоевывают солнечные источники электроэнергии. Суть такого источника проста – имеются полупроводниковые фотоэлементы, в которых при попадании на них солнечных лучей генерируется электрический заряд.

Количество вырабатываемой энергии напрямую зависит от площади фотоэлементов, поэтому они собираются в панели.

Панель площадью в 1 м. кв. способна выдать 100 Ватт мощности с напряжением 20-25 В.

Чтобы полностью обеспечить дом электричеством площадь панелей должна быть значительной.

Из положительных качеств такого источника электроэнергии является его долговечность, полная экологичность, бесшумность.

Панели требуют минимум обслуживания, а электроэнергия, выработанная ими, является полностью бесплатной и доступной.

Но есть и недостатки. Для обеспечения электроэнергии в необходимом количестве, площадь панелей может достигать значительных размеров, которые еще нужно и правильно расположить.

Энергия эта непостоянна. В солнечные дни панели будут работать с максимальным выходом, но бывают же и пасмурные дни. Поэтому общее количество выработанной электрической энергии зависит от того, сколько солнечных дней в году в регионе, где располагается дом.

Еще один недостаток, причем весомый – это стоимость панелей. Цена за каждый Ватт выработанной энергии составляет сейчас примерно 1,5 $, то есть только за панели, вырабатывающие 1 кВт электроэнергии, придется выложить 1,5 тыс. долларов. А еще потребуется покупать и остальное оборудование, необходимое для работы системы.

Ветроэлектрические установки

Вторая по популярности автономная система энергообеспечения – ветряная. Для получения электроэнергии используются ветрогенераторы.

По сути, это обычные генераторы, на ротор которых надеты лопасти. За счет ветра ротор вращается и происходит генерация электричества.

Из положительных качеств ветрогенераторов отмечается достаточно компактные размеры, относительная бесшумность работы, экологичность, долговечность. Также существует возможность самодельного изготовления такого генератора.

Но недостатков у ветряной системы больше. Первый из них – стоимость, обойдутся ветряные генераторы не дешево.

Учитывая то, что КПД ветрогенераторов невысокая, то для полного обеспечения дома электричеством, потребуется установка трех и более ветряков небольшой мощности или же одного, но достаточно производительного. И в обоих случаях затраты на приобретение будут значительными.

Опять же необходимо учитывать и климатические условия. В зонах, где средний годовой показатель скорости ветра не превышает 8 м/с, использовать ветрогенераторы будет нецелесообразно, поскольку они неспособны будут работать в оптимальном режиме.

Стоит также учитывать, что в дни полнейшего безветрия можно остаться без электричества, поэтому использовать ветряную автономную систему энергообеспечения лучше, если имеется резервный источник электроэнергии.

Топливные генераторные установки

Резервным источником электроэнергии могут стать генераторы, работающие на жидком или газообразном топливе (бензин, дизтопливо, газ).

Здесь все просто: установка состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора. Двигатель вращает ротор, и генератор вырабатывает энергию.

Полностью автономной такую систему назвать нельзя, все-таки необходимо топливо, которое еще и дорожает постоянно. Но как резервный источник электроэнергии такие генераторные установки являются самыми оптимальными.

В случае, когда пасмурная погода стоит уже несколько дней или же наблюдается безветрие, всегда можно запустить генераторную установку для восполнения заряда батарей.

Из положительных качеств генераторных установок, работающих от топлива, отмечается постоянная доступность электроэнергии, такие установки сравнительно дешевые, они обеспечивают хороший выход энергии.

К недостаткам же их относится потребность в топливе, что обеспечивает постоянные затраты. Такие установки не могут работать длительный период, а двигатели внутреннего сгорания требуют технического обслуживания.

Также для использования генераторных установок необходимо отведение отдельного помещения и организацию отвода выхлопных газов, ну и, естественно, ни о какой экологичности и речи быть не может.

Гидроэлектростанции

Реже всего в качестве автономного источника питания используется гидроэлектростанция по одной простой причине, далеко не у всех возле дома протекает река или мощный ручей.

Суть работы такой станции заключается в том, что вода вращает лопасти турбины, за счет чего генератор вырабатывает электричество.

Положительные качества гидростанций таковы: стабильная подача энергии круглосуточно, поскольку вода в реке или ручье не замедляет скорость движения. Такие станции полностью экологичны, долговечны и практически не требуют обслуживания.

Главным же их недостатком является необходимость установки на берегу реки или возле ручья. При этом скорость движения воды должна быть высокая.

Гидростанция способна вырабатывать энергию и при медленном движении воды, но в таком случае река зимой будет покрываться льдом, и использовать станцию уже не получиться.

Большая же скорость воды будет являться гарантией того, что река или ручей не перемерзнут. Второй недостаток – стоимость станции.

И все же концепция обеспечения дома автономной системой энергообеспечения является перспективной и многие ею интересуются.

Выше мы рассмотрели основные виды источников электричества, но их одних недостаточно, чтобы в доме была электроэнергия.

Дополнительно стоит отметить, что эффективность любой автономной системы зависит от правильности расчетов.

Особенности установки и эксплуатации автономных источников

Перед тем как приобретать и устанавливать любую из систем, нужно правильно произвести все необходимые расчеты ведь со временем количество потребителей электроэнергии в доме может увеличиться, к примеру вы решите установить систему обогрева кровли и водостоков и это нужно учесть в расчетах.

Рассмотрим для начала на примере солнечной системы.

Солнечная автономная система.

Все расчеты нужно начинать с подсчетов суммарного потребления электроэнергии в доме, то есть подсчитать мощность всех потребителей. При этом важно их разделить.

Дело в том, что часть потребителей электроэнергии без проблем работают от сети с постоянным током и напряжением в 12 или 24 В. Такими потребителями могут быть те же светодиодные лампы, которые лучше установить вместо обычных ламп накаливания. Да и вообще, все работы следует начинать с оснащения дома экономичными потребителями электроэнергии.

Исходя из суммарной мощности потребления тока, производится подбор аккумуляторных батарей и инвертора. И только после этого переходят к подсчету количества солнечных панелей, а также подбора контроллера.

Можно и не заниматься вычислением площади солнечных панелей, емкостью АКБ и инвертора.

Многие производители предлагают уже готовые комплекты, включающие все необходимое оборудование. При приобретении такого комплекта достаточно знать только суммарное потребление электроэнергии.

Причем при выборе комплекта важно учитывать, чтобы у него имелся некий запас по мощности, чтобы вся система не работала на предельных значениях. Общая стоимость такой системы во многом зависит от ее мощности.

Монтаж солнечной батареи несложен.

Достаточно правильно выбрать место установки панелей, контроллера, АКБ и инвертора. Затем следует все правильно подсоединить.

Что касается техники безопасности при использовании такой системы, то сводится она к правильности размещения АКБ. Они хоть и являются герметичными и необслуживаемыми, но для них лучше отвести отдельное помещение, причем вентилируемое.

Важно обратить внимание на надежность крепления всех составных элементов, использование соответствующей проводки и правильности подключения элементов в систему.

Ветряная система.

С расчетов начинается и установка ветрогенераторов. Все начинается с расчета суммарной мощности потребителей электроэнергии. Исходя из этого уже и подбирается комплект, включающий все необходимое – ветроэлектрическую установку (ВЭУ), контроллер, АКБ, инвертор и остальные комплектующие.

При использовании такой системы важно подобрать место установки ВЭУ. Ветряки при работе издают шум, хоть и несильный, поэтому рекомендуется их устанавливать на определенном удалении от дома.

Что касается безопасности, то здесь все сводится к правильному монтажу мачты ВЭУ, поскольку она достаточно высокая.

Далее же безопасность сводится к правильному подключению и эксплуатации системы.

Топливные генераторные установки.

Генераторные установки – самые простейшие по монтажу. После подсчета суммарного потребления электроэнергии просто подбирается необходимая по мощности станция, работающая на предпочтительном для владельца дома топливе.

Оборудуются генераторно-аккумуляторные-инверторные системы.

Но обычно такие станции продаются отдельно, поэтому придется правильно подобрать контроллер, комплект АКБ и инвертор.

При использовании такой системы условия безопасности строже, чем у других систем.

Во-первых, генераторную установку необходимо устанавливать в отдельном помещении.

Во-вторых, должна быть организована система отвода отработанных газов.

В-третьих, должна соблюдаться правильность хранения горючих материалов.

Системы энергообеспечения, в которых используется гидроэлектростанции, рассматривать не будем, поскольку они применяются редко.