Автономное электроснабжение домов с альтернативной системой питания

Автономное электроснабжение – это комплексная система, состоящая из технических устройств, обеспечивающих производство и преобразование электрической энергии до параметров, соответствующих техническим характеристикам электрической сети потребителей, вне зависимости от внешних сетей электроснабжения.

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.

Виды энергии и способы их решения

В зависимости от вида систем автономного электроснабжения (рассмотрены выше), определяется их комплектация, технические характеристики и перечень устройств, входящих в их состав.

Если для дизель- и бензо- генераторов все предельно просто, т.к. электрическая мощность зависит от механической мощности агрегата и эти же характеристики напрямую определяют габариты и вес установки, то для двух других видов систем, комплектация может быть различна, что и определяет их технические показатели.

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.

Средние цены

На рынке оборудования, позволяющего создать автономную систему электроснабжения, представлен достаточно широкий выбор товаров, которые отличаются своими техническим характеристиками, эксплуатационными показателями и стоимостью.

Наиболее простое решение, при создании подобных систем, это прибрести дизель генератор. В этом случае пользователь получает мобильную установку сразу готовую к эксплуатации, но обладающую всеми достоинствами и недостатками, о которых было написано выше.

Средняя стоимость на такие устройства, составляет, для:

  • Дизель генераторов, мощностью 5,0 – 10,0 кВт – от 40000,00 рублей.
  • Для агрегатов, работающих на бензине, мощностью 1,0 – 3,0 кВт – от 10000,00 рублей.

При приобретении прочих видов систем автономного электроснабжения, кроме приобретения комплекта оборудования, придется выполнить и его монтаж. Средняя стоимость комплектов оборудования, без учета стоимости строительно-монтажных работ составит, для

  • солнечных электростанций, мощностью 1,5 кВт – от 35000,00 рублей.
  • ветровой установки, мощностью 2,0 кВт – от 120000,00 рублей.

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.

Выгодно ли это?

Насколько выгодно иметь автономную систему электроснабжения решает для себя каждый пользователь индивидуально, в зависимости от внешних факторов и условий, как-то: наличие внешних электрических сетей и стоимость электрической энергии, реализуемой энергоснабжающими организациями в конкретном месте проживания. А также от финансовых возможностей пользователя и его личных предпочтений.

Кроме этого, за создание автономных сетей выступают их достоинства, а против – их недостатки, что в конечном итоге и определяет целесообразность создания автономных сетей электроснабжения.

Автономное электроснабжение — актуальная тема для России. В большинстве некрупных населенных пунктов имеющиеся сети достигли высокой степени изношенности и не могут обеспечить электроэнергией всех потребителей. Есть и более неутешительные данные — 60 % территории страны не могут быть подключены к сети в принципе. Самыми первыми нехватку энергии ощущают владельцы частных домов и дач. Но они не единственные, кто в ней нуждается. С этой проблемой сталкиваются метеостанции, фермерские хозяйства, базовые станции сотовой связи, научные станции и т. п.

Раньше автономное электроснабжение дома обеспечивалось бензиновыми генераторами. Но такое решение не является оптимальным, поскольку генераторы требуют постоянной дозаправки топливом, им необходимо проводить регулярное ТО, и ресурс их не такой длительный, как хотелось бы. Еще один ощутимый минус — плохое качество тока на выходе.

Инверторы как источник автономного электропитания для частного дома

Значительно повысить работоспособность системы способно подключение к генератору силовых инверторов с зарядными устройствами и емких аккумуляторных батарей, которые работают как источник автономного электроснабжения частного дома на высоком уровне.

В таком случае генератор функционирует не весь день, а только то время, которое необходимо для пополнения заряда батарей. Остальные часы все системы загородного дома работают от энергии аккумуляторов, которая преобразуется инвертором в переменный ток с чистым синусом.

Как только аккумуляторы разряжаются, инвертор вновь подключает к работе генератор, обеспечивая переменным током нагрузку и одновременно пополняя заряд батареи. Автономное электропитание, организованное по такому принципу, обеспечивает надежную работу техники, так как переключение между питанием нагрузки от аккумуляторов и генератора происходит автоматически.

Регулирует работу всех устройств инвертор, управление которым возможно при наличии специальных фирменных системных контроллеров. Можно запрограммировать систему, прописав несколько вариантов развития сценария:

  • генератор включается при падении уровня напряжения или степени заряда аккумуляторов;
  • подключение генератора также может быть связано с увеличением нагрузки;
  • автономное энергоснабжение от генератора можно запрограммировать на определенные часы (например, разрешить его работу в дневное время и запретить в ночное).

Использование инверторов и аккумуляторов позволяет продлить срок службы генератора и уменьшить цену содержания объекта, существенно уменьшив расходы на покупку топлива и техническое обслуживание. При этом обслуживание компонентов инверторной системы не требуется.

Работа инверторов с альтернативными источниками резервного питания

Современные силовые инверторы вместе с аккумуляторами позволяют обеспечить автономную работу всех домашних бытовых приборов за счет использования альтернативных источников электроснабжения. В этом случае в гибридную систему включаются, помимо генератора, солнечные панели и ветрогенератор. Также система резервного электроснабжения может функционировать только с возобновляемыми источниками энергии.

Энергию солнца или ветра аккумуляторные батареи могут накапливать при помощи специальных контроллеров заряда в те моменты, когда она доступна. При достаточном уровне заряда АКБ инверторы преобразуют постоянный ток аккумуляторов в переменный с чистой синусоидой, который используется для поддержания работоспособности бытовых приборов и техники.

Еще один вариант применения инверторов — построение систем бесперебойного питания в ситуациях, когда подключение к сети есть, но не отличается стабильностью. Автономный источник питания на базе инверторов с аккумуляторными батареями и солнечными панелями в этой ситуации используется не только при исчезновении напряжения в стационарной сети, но и для приоритетного использования энергии солнца в целях экономии сетевой электроэнергии.

Для работы с альтернативными источниками энергии: солнечными панелями и ветрогенераторами хорошо подходят инверторы Victron серии Phoenix Inverter мощностью от 1,2 кВА до 5 кВА.

Инвертор Victron серии Phoenix представляет собой профессиональное техническое устройство для преобразования постоянного тока в переменный. Разработанный с применением гибридной технологии ВЧ, он рассчитан на соответствие самым высоким требованиям. Его функция заключается в обеспечении питанием любой автономной системы электроснабжения с необходимостью получения высокого качества тока на выходе со стабильным напряжением в виде чистой синусоиды. В быту напряжение с чистым синусом требуют такие приборы, как газовый котел, холодильник, микроволновка, телевизор, стиральная машина и прочее.

Полностью автономное электроснабжение частного дома с различными бытовыми электроприборами требует как высокого качества напряжения, так и возможности инвертора справляться с пусковыми токами трудных нагрузок (компрессор холодильника, электродвигатель насоса и т.п.). Удовлетворить эту потребность может функция SinusMax инвертора Phoenix. Она обеспечивает двукратную кратковременную перегрузочную способность системы. Более простым и ранним технологиям преобразования напряжения это не под силу.

Энергопотребление инвертора:

  • на холостом ходу: от 8 до 25 Вт в зависимости от модели;
  • в режиме поиска нагрузки: от 2 до 6 Вт, этот режим сопровождается регулярным включением системы каждые две секунды в течение короткого периода времени.
  • при постоянной работе в энергосберегающем режиме (AES): от 5 до 20 Вт.

Автономные системы электроснабжения позволяют осуществлять собственное управление и мониторинг через подключение инвертора к компьютеру. Для своих инверторов компания Victron Energy разработало программное обеспечение VEConfigure. Подключение осуществляется через интерфейс MK2-USB.

Инверторы Phoenix Inverter и Phoenix Inverter Compact могут работать как в параллельных конфигурациях (до 6 инверторов на фазе), так и в 3-х фазных. Оптимальные в соотношении «цена/качество» они подходят не только для дома, но и для автономного электроснабжения транспорта, мобильных комплексов.

Система автономного электроснабжения частного дома

Система автономного электроснабжения дома может включать в себя не только инвертор и альтернативные источники энергии, но и генератор. Инверторная система включит генератор в случае необходимости подзарядки аккумуляторов. Для запуска генератора можно использовать или встроенное реле инвертора или реле аккумуляторного монитора BMV-700. По достижении необходимого уровня заряда, генератор отключается. Далее питание нагрузок опять начинают обеспечивать аккумуляторы. Такая схема позволит полноценно обеспечивать электричеством удаленный дом даже при временном отсутствии солнца или ветра.

Аккумуляторы для автономного энергоснабжения

Компания «Вега» предлагает свинцово-кислотные аккумуляторы для автономного энергоснабжения хорошо себя зарекомендовавших брендов:

  • Delta

Эти аккумуляторы выполнены по технологии GEL, устойчивы к глубоким разрядам, не требуют технического обслуживания и долива воды, имеют большее количество циклов, чем AGM-аккумуляторы.

При правильно подобранной системе и обеспечении разряда не более чем на 50%, ресурс аккумуляторов может достигать около 2019 циклов. Установив такую систему у себя дома или на подконтрольном объекте, вы убедитесь в ее безупречной многолетней службе.

  • Варианты базовых инверторных систем резервного электроснабжения PracticVolt на базе инверторов Victron Energy

Инверторная система PracticVolt-0212-1/100 рекомендуется для бесперебойного питания газового котла и циркуляционного насоса системы отопления загородного дома с мощностью нагрузки до 150 Вт. В состав системы входит инвертор Victron Phoenix 12/350 Shuko outlet, зарядное устройство Victron Blue Power Charger IP65 12/15 и необслуживаемый гелевый аккумулятор емкостью 100 Ач. В системе осуществляется on-line преобразование напряжения, благодаря чему обеспечивается стабилизированное электроснабжение автоматики котла и насоса, а переключение сеть/инвертор происходит за 0 сек. Время резервного питания в случае отключения электроэнергии составляет до 7 часов.

Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла и циркуляционных насосов загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 800 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла, циркуляционных насосов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла, циркуляционных насосов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания электроприборов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания электроприборов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 10000 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Инверторы для бесперебойного питания дома и дачи:

Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла, циркуляционных насосов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла, циркуляционных насосов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Рекомендуются для бесперебойного питания электроприборов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 2019 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости.

Обратная связь

Роль автономной энергетики в мире динамично растёт. Доля возобновляемых источников энергии (ВИЭ) уже составляет 23% от мирового производства электроэнергии, и дальнейший её рост будет обеспечен за счёт внедрения новых нетрадиционных технологий в бытовую энергетику.

Мировая промышленность смогла наладить выпуск разнообразных компактных, бытовых генераторов по ценам, доступным покупателям со средним доходом.

Поэтому, если до недавнего времени автономное электроснабжение загородного дома обычно организовывали там, где не было возможности подключиться к государственному источнику электроэнергии, то теперь все чаще наблюдается появление солнечных батарей, ветряков на зданиях в районах со вполне удовлетворительной инженерной инфраструктурой.

Система автономного электроснабжения дома (САЭ) — это гарантированная подача энергии необходимого качества и количества, вне зависимости от наличия и состояния внешних источников электроснабжения. В создании САЭ заинтересованы те, кто желает быть независимым от монополистов, не платить по их раздутым счетам и никогда не ущемлять себя в потреблении энергоресурсов.

Расчёт САЭ для дома

Автономное электроснабжение дома считается устойчивым для нормального жизнеобеспечения частного жилья, если подобранные источники будут стабильно вырабатывать электричество, независимо от каких-либо внешних факторов. Схемы САЭ компактны, многофункциональны и собираются, как конструктор LEGO из следующего типового оборудования:

  • Источник энергии (комплект — Solar, ветрогенератор, гидрогенератор);
  • контроллер для накопления заряда аккумулятора портативный;
  • электрохимические аккумуляторы и электроподстанция;
  • инвертор.

Основным показателем для подбора оборудования является потребляемая мощность, её нужно знать для проведения технико-экономических расчётов схемы САЭ.

Автономное электричество для частного дома (дача), расчёт потребляемой мощности жилого дома, площадью 100 м2:

Солнечный комплект (Solar)

Для использования солнечного коллектора потребует две вещи: солнечный свет и специальное оборудование, которое получает, преобразовывает, хранит и передаёт в домашнюю сеть преобразованную энергию солнца. Такая схема электроснабжения имеет неограниченный источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива, она не является дефицитной и становится конкурентоспособной при стоимости нефти 70 долларов за баррель и выше.

В настоящее время наиболее популярными в странах СНГ являются солнечные энергосистемы мировых производителей таких, как JA Solar, Trina, Jinko Solar, Yingli Solar, Canadian, Amerisolar, Perlight Solar, Solar World, Sharp, LG, Altek, SMA, ABB, Omron, LogicPower, Huawei, Fronius, Steсa, SlarEdge, имеющих гарантию производителя до тридцати лет.

Технические характеристики популярных моделей солнечных батарей:

К видам солнечных панелей можно отнести следующие:

  • Монокристаллическая (mono);
  • поликристаллическая (poly);
  • аморфная (amorphy).

Результаты исследований качества работы солнечных модулей

Результаты исследований различных видов солнечных моделей можно подробно изучить и сравнить при помощи таблицы:

Ветрогенераторы и зелёный тариф

Использование ветрогенераторов для бытовых энергетических целей применяется в мире достаточно давно. Европа производит энергию от ветра в течение многих лет — в Германии, Испании, Дании и Франции. Многие другие страны такие, как Китай и Индия, в последнее время начали интенсивно развивать своё производство энергии ветра.

Ветровые турбины имеют три основные части: лопасти, мачта и генератор. Три больших лопастных винта установлены на вершине большой мачты, которые приводит в движение ветер. Если турбина производит больше энергии, чем нужно, её можно направить в общую энергосистему, по так называемому зелёному тарифу. Такой тариф применяется практически во всех странах мира (кроме России).

В Украине в 2019 году по «зелёному тарифу» государство возвращает за поставку в сеть «лишнего» кВт в таких размерах:

  • для частных электростанций мощностью до 30 кВт — 18 евро центов за 1кВт/час ;
  • для наземных промышленных станций 15 евро центов за 1 кВт/час;
  • для крышных — 16, 3 евро центов за 1 кВт/час.

Такой подход даёт возможность бытовому производителю электроэнергии окупить все свои затраты по установке электростанций мощностью 30 кВт всего за 4 года, получая ежегодную прибыль порядка 2019 у. е. По мере того как ветрогенераторы становились все более популярными, они стали дешевле и доступными для широкого круга потребителей.

К преимуществам ветрогенератора можно отнести следующие:

  • Ветер бесплатный и 100% возобновляемый;
  • ветрогенератор не загрязняет окружающую среду выбросами парниковых газов и другими вредными веществами;
  • требуют для размещения небольших площадей, так как размещены на большой высоте;
  • создают интересный ландшафт;
  • отличный резервный источник автономного электропитания в отдалённых населённых пунктах;
  • низкий срок окупаемости при использовании «зелёного тарифа» до 4 лет.

Но у ветрогенераторов есть и свои недостатки:

  • Высокая первоначальная стоимость энергоснабжения;
  • необходимость наличия земельных участков под строительство;
  • необходимость наличия достаточного ветропотенциала местности;
  • габаритность, строительные нормы могут не разрешить установку турбин в некоторых местах;
  • шумовое загрязнение окружающей среды и аварийная зональность для перелётных птиц;
  • низкий уровень использования — до 30% от установленной мощности;
  • высокий уровень грозовой опасности.

Оглядываясь на эти данные, похожее, что такое автономное электричество имеет больше «минусов», чем «плюсов». Однако сила ветра оказывает гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем электроэнергия, произведённая из угля или нефти, поэтому для жителей районов, имеющих стабильный энергетический ветер, такой вид источника автономного электропитания дома очень перспективный.

Технические характеристики ветрогенераторов для автономного электропитания дома

Каждая разновидность ветрогенераторов имеет свои характеристики, сравнить которые можно при помощи таблицы:

Малогабаритная гидроэнергетика

Автономное электричество для частного дома с помощью использования энергии воды — Hydro Power (гидроэнергетика), имеет преимущества и по сравнению с другими видами возобновляемой энергии, если система спроектирована и установлена правильно, создаёт минимум экологических рисков для окружающей среды.

Как правило, все что для этого нужно — это река с достаточным количеством воды и скорости течения, поступающей на водяную турбину, подключённую к генератору электроэнергии. В зависимости от размеров и необходимой мощности электрогенерации, миниэлектростанция для гидроэлектрических схем подразделяются следующим образом:

  1. Small Scale Hydro Power (небольшие), генерирует электрическую мощность от 100кВт (1кВт) и 1МВт (мегаватт), подавая эту генерируемую энергию непосредственно в коммунальную сеть, питающей более одного домашнего хозяйства.
  2. Mini Scale Hydro Power (мини-масштабные), которые генерируют мощность от 5кВт до 100кВт, подавая её непосредственно в коммунальную сеть или автономную систему с питанием от сети переменного тока.
  3. Micro Scale Hydro Power (микромасштабные), домашняя схема САЭ для рек, с генератором постоянного тока для производства электромощности от сотен ватт до 5кВт в качестве части автономной системы.

Мини-ГЭС (гидроэлектростанции) в зависимости от вида водных ресурсов подразделяются на:

  • русловые — малые речки с искусственным водоёмами на равнинах;
  • стационарные — высокогорные речки;
  • водоподъёмные с перепадом воды на промпредприятиях;
  • мобильные — водяной поток поступает через армированные устройства.

Для работы мини-ГЭС используются следующие типы турбин:

  • водяной напор > 60-м — ковшовые и радиально-осевые;
  • при напоре 25—60-м — радиально-осевые и поворотно-лопастные;
  • при низком напоре — пропеллерные и поворотно-лопастные в железобетонных устройствах.

Автономное электроснабжение дома с применением Hydro, Mini Hydro Systems или Micro Hydro Systems могут быть спроектированы с использованием либо водяных колёс, либо импульсных гидротурбин. Потенциал генерации конкретного участка будет зависеть от количества потока воды, которая, в свою очередь, зависит от условий и местоположения участка, а также от характеристик осадков на участке. Водяные колёса и водяные турбины отлично подходят для любой малой схемы гидроэнергетики, поскольку они извлекают кинетическую энергию из движущейся воды и преобразуют эту энергию в механическую энергию, приводящую в действие электрический генератор.

Максимальное количество электроэнергии, которое может быть получено из реки или потока проточной воды, зависит от количества энергии в конкретной точке потока. Но водяная турбина не идеальна, из-за потерь мощность внутри турбины вызванных трением. Большинство современных гидротурбин имеют к.п.д от 80 до 95% и способны использоваться, как миниэлектростанция для частного дома. Мини-ГЭС работают по надёжному принципу. Вода, воздействует на турбинные лопасти через гидропривод, приводит во вращение электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию.

Процесс контролируется системами автоматизации. Надёжная система автоматики защищает оборудование от перегрузок и поломок. Устройства современных гидрогенераторов сокращает до минимума производство монтажных работ в период строительства и создают оптимальное энергообеспечение электроэнергией.

Автономные источники электроснабжения мини-ГЭС проектируется при полном соответствии параметров турбины и гидроагрегата для производства требуемой частот вращения и тока.

К достоинствам работы мини-ГЭС относятся:

  • экобезопасность оборудования;
  • низкая себестоимость 1 кВт-час электроэнергии;
  • автономность, простота и надёжность схемы;
  • неисчерпаемость первичного ресурса.

К недостаткам мини-ГЭС относится слабая материально-техническая и производственная база для производства всего необходимого комплекса оборудования в стране.

Инновационные комбинированные электро — тепловые когенерационные системы

В течение следующих двух десятилетий человечество намерено резко увеличить использование возобновляемых источников энергии. Это является частью согласованной мировой политики по сокращению потерь в системе жизнеобеспечения и выбросов парниковых газов. Сегодня стало очевидным, что применение простых одно-ресурсных схем по созданию эффективной электростанции для частного дома будет недостаточно, нужно искать альтернативный и независимый путь дальнейшего развития САЭ.

Когенерационные САЭ сочетают в себе проверенные технологии фотоэлектрической (PV) и солнечной тепловой энергии (SHW) в единую интегрированную систему солнечной теплоэлектростанции, которая позволяет извлекать как можно больше солнечной энергии для выработки электричества, использует всю полезную теплоту системы. Солнечные коллекторы представляют собой водоохлаждающие концентрирующие PV—параболические устройства, которые захватывают, а не рассеивают то, что другие конструкции PV считают «отработанным теплом».

Архитектура включает в себя серию наземных или подземных устройств, которые независимо отслеживают солнце вдоль одной оси. Компактная система теплообмена/хранения SHW передаёт тепло, чтобы предварительно нагреть воду для внутреннего горячего водоснабжения. Таким образом, создаются самые эффективные в мире мини когенерационные автономные электростанции для загородного дома, обеспечивающие не только бесперебойное электроснабжение частного дома, но и его практически дармовое теплоснабжение.

От электричества зависит множество удобств в жилых и бытовых зданиях. Однако перебои энергии не редкое дело в городах и пригородах. Для удаленных от цивилизации населенных пунктов проблема тем более насущна — иногда провести электросеть там попросту невозможно. В таких случаях остро встает вопрос независимой выработки тока.

Автономное электроснабжение способно обеспечивать постройки энергией в нужном количестве. При этом не возникает коротких замыканий, соблюдается стабильность напряжения, аварийные ситуации практически не происходят. Подключение подобного оборудования не настолько сложное, как зависимое от общих сетей и, зачастую, окупается за более быстрые сроки.

Выбор личного источника электричества – ответственное занятие, требующее изучения нюансов. Особенно это касается случаев, когда система изготавливается своими руками.

Альтернативных ресурсов существует не так много, но каждый из них имеет свои плюсы и минусы под определенные ситуации.

Какие бывают системы автономного электроснабжения?

Все источники независимого электричества делятся на генераторы, аккумуляторы и солнечные батареи.

Генераторы

  • Топливные

Работают на сжигании дизеля, бензина, угля, газа или иного вещества.

  • Бестопливные

Используют ветровую энергию для преобразования в электричество. Сюда же можно отнести гидроэнергию, основанную на заборе воды, и геотермальные источники.

Солнечные батареи

Действуют за счет поглощения и накопления тепла солнечных лучей.

Аккумуляторы

Сами заряжаются от электричества и в его отсутствие отдают накопленный резерв.

Как выбрать для квартиры, дома, дачи?

Выбрать подходящее автономное электроснабжение дома не так сложно, если учитывать некоторые параметры.

Первое на что нужно опираться — количество и характер систем, потребляющих энергию. Обычно к списку таких систем относятся кондиционирование, отопление, насосное водоснабжение из скважины. Также необходимо учитывать число часто пользуемых бытовых электроприборов и холодильное оборудование. Все перечисленное требует бесперебойного питания, что может предоставить любой независимый источник.

Вторым этапом выбора станет вычисление общей мощности. Показатели потребления каждого прибора складываются между собой. Итоговое автономное электроснабжение загородного дома, дачи или квартиры должно превышать полученную сумму на 20-30%.

На тип планируемой системы влияет и роль, отведенная ей: полное обеспечение или резервное питание. Не все источники могут длительно отдавать переработанное электричество без зависимости от внешних факторов.

Выделенный бюджет определит дороговизну системы, ее производителя, или натолкнет на мысль об изготовлении своими руками.

С бестопливными генераторами придется обратить внимание на окружающий ландшафт, климат.

Идеальным вариантом является выбор сразу двух альтернативных подпиток разного вида. Тогда будет существовать подстраховка на все случаи жизни. Специалисты советуют держать генератор на горючем топливе (с запасом самого топлива) и один из инверторов, поглощающих природные силы ветра, солнца, воды или пара. Отдельное применение аккумуляторов практикуется редко из-за быстро расходуемого ресурса и невозможности перезарядки без непосредственно электричества. Однако, как еще один запасной вариант, это вполне подойдет для квартиры или частного дома с централизованной сетью.

Подробный рассказ о готовом комплекте

Плюсы и минусы источников АЭ

Топливные генераторы

Такие генераторы требуют немалого запаса горючего, который нужно постоянно пополнять за собственные деньги. Чаще всего такой тип используют для смешанной энерговыработки бесперебойного режима, когда генератор активируется при «засыпании» основной сети. В случаях с применением только генератора, требуется иметь минимум 2 единицы техники, чтобы избежать перегрузок поочередным включением.

Бестопливные генераторы

Неплохой вариант для совместительства с иными источниками, если не смущаться громоздких размеров. В микро модификациях существуют только гидротурбины. Все типы считаются безопасными для экологии, но требуют подключения дополнительного оборудования. Ветряные модели зависимы от скорости потока воздуха (не менее 14 км/ч).

Солнечные батареи

Самый экологически чистый способ добыть электричество альтернативным путем. Батареи, действующие на основе солнечных лучей, могут не просто обеспечить любое типовое здание питанием, но и выработать излишек. На практике отличаются большой площадью солнечных панелей, часто покрывают целые крыши или стены для качественной мощности и нуждаются в дополнительном оснащении. Вся система может занимать даже отдельное помещение около 5-6 кв.м (не считая самих солнечных батарей). Зависимы от ландшафта, климатических условий, соотношения количества пасмурных и солнечных дней.

Солнечные батареи показаны на видео

Аккумуляторы

Подходят только для аварийного снабжения энергией. Не способны длительно работать без подпитки. Большинство моделей способно отдавать заряд только в присутствии инвертора для повышения напряжения (например, с 12 до 220V).

Виды энергии и их решения

Базовые источники автономного энергоснабжения являются возобновляемыми. Они безопасны для людей, находящихся вблизи, и окружающей среды. Каждый тип энергии имеет собственный принцип действия, требует оборудования уникальной конструкции.

Ветер

Подходит даже местностям с малым количеством солнца. Генераторы на такой основе забирают воздух через турбины, установленные на 3-6 метровых башнях примерно 3 см диаметром. Для городских районов высота башни возрастает и становится не менее 10 м. Столь длинный свободный отрезок необходим для преодоления препятствий от соседних зданий. Для частного дома процесс с установкой доставляет меньше трудностей. На использование ветровой турбины может потребоваться письменное разрешение управляющих органов. Причинами тому служат производимый шум, громоздкий вид и способность мешать птичьим миграциям.

Вода

Концепция реализуема для домов с близлежащими реками или озерами. Забор производится за счет одиночной турбины или их группы (часто большой протяженности). Масштабный вариант выгоден при пользовании коллективно (например, целой деревней или несколькими соседними частными домами). Микроформа подойдет обособленной семье, живущей непосредственно на берегу. Масштабы меньше дамб не считаются разрушающими экологию, поэтому не требуют разрешения (исключения заповедные зоны и местные регламенты).

Солнце

Солнечную энергию можно получать двумя методами. Первый способ использует панели с фото-вольтовыми клетками. Основой служит принцип поглощения лучей зеркалами. Свет преломляется под определенным наклоном и нагревает жидкость системы. Второй вариант предполагает принцип преобразования тепла в переменный ток через фото-ячейки. Они могут быть портативными или размещаться на крышах.

Энергия на солнечных батареях больше всего подойдет засушливым регионам с жарким климатом, но может использоваться везде. Максимальная продуктивность достигается установкой панелей под угол падения солнечных лучей 20-50 градусов. Разрешений на эксплуатацию не требует.

Решение на солнечных батареях продемонстрировано на видео

Геотермальные источники

Геотермальная энергия получается после переработки пара и горячей воды на уровне ниже земли. При обратной закачке используется конденсат, что делает источник наиболее стойким. Для частного дома геотермальные резервуары применить достаточно сложно. Их эксплуатация ограничена временем полного остывания. Для крупного масштаба принцип реализуем легче – система из бура, насосов и генератора будет перерабатывать электричество более продуктивно. Может потребоваться разрешение на бурение.

Биомасса

Энергия биомассы выпускается сжиганием биологического материала – жмыха, соломы, природного газа, навоза, масел, древесины и т.д. Для частных домов и дач этот способ допустим, но не слишком выгоден. Топливо дорогое, его нужно постоянно пополнять. Генераторы газа тоже не отличаются дешевизной. Кроме того, метод характеризуется высоким уровнем выбросов серы, азота, углеродного следа в атмосферу во время горения.

Решение с биомассой станет выгодным только при использовании отходных или вторичных источников: пропана, перегноя, метана. Гибридная система дизеля и газа – еще лучший вариант с экономической точки зрения.

Выгодно или нет?

Выгода автономных ресурсов энергоснабжения для личного пользования проявляется при установке только качественного оборудования.

Дешевые хлипкие комплекты могут сломаться быстрее, чем оправдают половину своей стоимости. Если же проектировка, расчеты, сборка и монтаж выполнены по правилам, система уже в первые годы продемонстрирует свои плюсы:

  1. отсутствие каких-либо социальных норм потребления электричества;
  2. безопасность для систем и приборов ввиду отсутствия скачков напряжения;
  3. уверенность в качестве и количестве планируемой энергии;
  4. длительный эксплуатационный срок;
  5. независимость от роста тарифов;
  6. наличие ресурсов даже при местных авариях на подстанциях.

Отталкивающим фактором при всей выгоде может стать необходимость регулярной чистки комплекса, иногда замена элементов.

Пример готового решения

Изготовление системы своими руками

Для использования внутри квартиры или на даче в аварийных случаях своими руками можно собрать аккумулятор. Несколько бытовых аккумуляторов параллельно объединяются, подключаются к зарядному устройству, устанавливается инвертор. Пока работает централизованное энергоснабжение, электричество копится в батареях, включенных в розетку. Когда ток исчезает, инвертор поставляет его в проводку. Можно использовать как переносное устройство.

Для создания своими руками питания целого дома на постоянной или длительной основе потребуется более серьезный подход. Здесь предпочтительно оборудовать помещение на роль котельной, где будет стоять основа техники. Потребуются генератор, мощные аккумуляторы (можно несколько автомобильных), котлы, инверторы, несколько солнечных панелей под выбранную систему. При наличии определенных знаний такая работа стоит свеч и выйдет дешевле многих готовых установок.

Однако и риск допустить ошибку расчетов и подключения тоже не мал.

Вывод

Проблема автономного энергоснабжения актуальна для многих жилых территорий без развитой инфраструктуры. В большинстве случаев такой подход помогает экологии, в перспективе может сэкономить много денежных средств. Выбор конкретной системы зависит от потребностей дома, доступных природных ресурсов и планируемых трат.

Целесообразность использования определяется личными взглядами, но увеличивается при резервной роли АЭ.