Энергоснабжение частного дома от альтернативных источников

Для дома наиболее доступны альтернативные источники, вырабатывающие электроэнергию из солнечного света и движения воздуха (ветра). Промышленные технологии создания ветрогенераторов и геолиопанелей за прошлые десятилетия хорошо отработаны, их выпуском занимаются многие производители, в т.ч. отечественные.

Стоимость ветровых и солнечных электрогенераторов снижается год от года. Сегодня цены, к примеру, на гелиомодули 200 ваттной мощности составляют порядка 16 000 рублей.

Однако первое необходимое в выборе генератора электроэнергии на альтернативном источнике – определить потребности энергетические домохозяйства.Если требуется обеспечить энергоснабжение на время перебоев с электроэнергией из внешней сети, то достаточно 500 ваттной пиковой мощности на выходе, пары солнечных модулей и минимума дополнительного оборудования. Обойдется такая система примерно в 50 000 руб.

Если же внешнее электроснабжения коттеджа по большей части нестабильно, либо полностью недоступно, то потребуется автономная выработка электроэнергии для домохозяйства. Только построение энергетической автономки из альтернативных источников будет стоить многократно дороже. К примеру, расценки на гелиокомплекс мощностью 2,5 кВт составят не менее 350 000 руб.

Электроэнергия от ветрогенератора

Наибольшая среднегодовая скорость ветров в пределах России отмечена близ Охотского моря – порядка 7-9 м/с. В западной (европейской) части РФ ветра дуют со среднегодовой скоростью около 4 м/с, в восточной (азиатской) части – не более 2-3 м/с.

Максимальной скорости ветра по «европейским» регионам страны достигают в зимние месяцы, летом их скорость падает практически вдвое. Для «азиатских» регионов характерна обратная ситуация, вызываемая сибирским антициклоном – зимой скорость ветров там минимальна, а в летние месяцы достигает максимума.

С позиции ветроэнергетики самыми перспективными являются прибрежные территории России на Дальнем Востоке, у Черного, Азовского и северных морей, а также в предгорьях Северного Кавказа.

Преобразовывая энергию ветра в электричество, современные модели ветрогенераторов работают при ветровой скорости от 3 м/с, вырабатывая 5-7% мощности. Однако наилучшей производительности ветрогенератор достигает лишь при скорости более 7 м/с, достигая 40% мощности выработки электроэнергии. Среднегодовая скорость ветров в местности расположения домохозяйства обязательно учитывает при выборе модели ветрогенератора.

Вторым критерием подбора ветрогенераторной установки служит ежемесячная потребность выработки тока. К примеру, для минимальных потребностей небольшого домохозяйства – аварийное освещение, периодическая зарядка ноутбука либо смартфона, бесперебойная работа циркуляционного насоса – достаточно 200 Вт мощности тока на выходе, т.е. около 75-100 киловатт-часов за месяц. Для данной (маломощной) выработки хватит недорогой модели ветрогенератора стоимостью порядка 25 000 руб.

Более высокие потребности в электроэнергии, соответственно, потребуют более мощного ветрогенераторного прибора (свыше 400 кВт•ч). Но стоить такие модели будут от 130 000 руб.

Электроэнергия от солнечных панелей

Интенсивность инсоляции тем выше, чем ниже широта местонахождения региона России и чем реже случаются облачные дни. Но современные модели гелиопанелей при схожем принципе генерации электроэнергии отличаются способностями восприятия потоков солнечного облучения. Сегодня наиболее распространены солнечные панели двух типов – кремниевые и пленочные. В свою очередь, кремниевые гелиопанели подразделяются на:

• монокристаллические. Такая панель содержит светоприемные модули, состоящие из цельной кремниевой пластины, вырезанной из одного кристалла кремния. Их КПД наиболее высок (свыше 22%), но и цена – высока;
• поликристаллические. Их отдельные модули набраны из нескольких кремниевых кристаллов, по себестоимости вдвое более дешевых, чем монокристаллы. При КПД до 15% поликристаллические солнечные панели стоят примерно на 30% дешевле монокристаллических аналогов;
• аморфные. Выполняются нанесением парообразного гидрида кремния на подложку (чаще гибкую), кристаллы при этом не образуются. На 20% дешевле поликристаллических, имеют слабейший КПД (до 8%).

Пленочные солнечные модули формируются из послойно уложенных между собой тонких полимерных пленок с фотослоем из селенида меди, теллурида кадмия, полифенилена, углеродных фуллеренов и др. Менее распространены в силу новизны, но считаются перспективными. По стоимости и КПД близки к поликристаллическим панелям.

Наиболее производительным гелиопанелям – моно- и поликристаллическим – требуется прямое облучение солнечной энергией, при облачности они утрачивают мощность практически полностью. Поэтому рациональнее размещать их в регионах с высокой и стабильной (при минимуме облачных дней) инсоляцией, т.е. в южных широтах РФ.

Для большинства территорий России самыми подходящими солнечными панелями будут аморфные и пленочные типы. Несмотря на меньший КПД в сравнении с кристаллическими гелиопанелями, такие батареи эффективны при непрямом (рассеянном) облучении солнцем, т.е. полноценно работают в облачные дни.

Расчет энергетических потребностей домохозяйства требуется провести перед поиском солнечных батарей подходящей мощности (см. выше, для ветрогенераторов). После установления необходимого количества электроэнергии выбирается производительность модулей, чья совместная мощность покроет потребности домашних электропотребителей.

В отличие от расчета ветрогенераторной мощности, с солнечными батареями будет несколько сложнее определить потребные мощностные параметры – выработка гелиопанелей прямо связана с солнечной активностью, которая резко падает зимой, снижаясь до 10-15% от «летней». Перед построением энергоснабжающей системы от солнечных панелей нужно обдумать период ее применения – полный год или только в летние месяцы (в дачный сезон).

Важно правильное расположение батарей – определенный угол и положение по отношению к солнцу. К примеру, если угол неверен, то выработка энергии будет ниже расчетной на 20% и выше. Рассчитывать необходимую производительность гелиопанелей и позиционировать их на участке следует именно специалисту.

Как устанавливать ветрогенераторы и солнечные панели

Ветрогенераторные установки требуется монтировать на наиболее высоком месте загородного участка. При этом высота мачты выбирается максимально возможной – при подъеме лопастного электрогенератора на десять метров обеспечивается 30% прирост силы ветра.

Поскольку вращающийся ветрогенератор шумит, размещать его следует на 20-ти метровой дистанции от коттеджа. Впрочем, имеющий значение уровень шума производят ветровые генераторы мощностью более 100 кВт. Но даже маломощные модели, размещаемые в целях экономии на мачте по крышам зданий, все равно нуждаются в оснащении демпфирующими шум подкладками.

Позиции солнечных модулей выбираются так, чтобы солнечный свет поступал к ним отвесно (идеал – 90^о угол). В домохозяйствах России, находящихся заведомо в северном полушарии планеты, гелиопанели чаще монтируются на южном скате крыши и с наклоном, равным местной географической широте. При невозможности оптимального расположения, модули ставятся в позиции, наиболее направленные к югу. Однако потребуется скорректировать их расчетную производительность в меньшую сторону и добавить дополнительные модули.

Монтажную площадку под солнечные панели лучше выбирать с большим размером площади, чем необходимо – в перспективе может потребоваться увеличение числа энергопроизводящих секций.

Солнечным панелям требуется регулярное обслуживание, поэтому к их местоположению должен быть свободный доступ круглогодично. Модули требуется чистить от пыли, опавшей листвы и, при использовании полный год – от снега.

Какое оборудование необходимо солнечным панелям и ветрогенераторам

Только приобретения электрогенератора на альтернативных источниках недостаточно, требуется дополнительное оборудование, описанное ниже.

Аккумуляторные батареи. В часы безветрия и ночью, т.е. при отсутствии источников выработки электроэнергии для гелиопанелей и ветрогенераторных приборов, питание домовым электроприборам обеспечат аккумуляторные батареи (АКБ). В них будет накапливаться электроэнергия при низком потреблении. Также АКБ обеспечат энергию при ее пиковом потреблении бытовой техникой, если будут одновременно включены несколько энергоемких приборов (к примеру, холодильник, кондиционер и микроволновка).

Инвертор. Для бытовой техники в коттедже требуется переменный ток с мощностью 220 В, но ветрогенератор и гелиопанели производят ток постоянный. АКБ тоже дают постоянный ток. Чтобы преобразовать электроток до переменного обязательно понадобится инвертор.

Монтажный комплект. Ветрогенератор требуется монтировать на мачту высотой более 8 м, иначе он будет малопроизводителен. Солнечные модули выставляются на крыше или отдельной конструкции с помощью специальных кронштейнов, позволяющих задать требуемый угол к положению солнца.

Контроллеры заряда. Эти устройства отвечают за управление потоками электроэнергии, производимой солнечным или ветровым генератором. В отсутствии контроллеров придется следить за работой генератора и АКБ постоянно, отключая генераторную установку от аккумуляторов каждый вечер (либо в безветрие) и после полной зарядки аккумуляторных батарей. Контроллеры своевременно и точно отслеживают работу энергоснабжающей системы, повышая ее эффективность на 30% минимум.

В завершении

При достаточном и бесперебойном электроснабжении из центральной сети потребностей в переходе на частичное или полное автономное энергообеспечение нет – «внешние» киловатты электроэнергии обходятся дешевле. Альтернативная энергетика для частного домохозяйства в глубинке востребована, если внешние снабжение нестабильно, либо отсутствует (недоступно).

Для круглогодичного энергообеспечения, тем более для электроотопления в зимние месяцы генераторов на альтернативных источниках будет недостаточно. Можно скомбинировать систему автономного электропитания тремя приборами генерации электроэнергии – ветрогенератором, гелиопанелями и дизель-генератором. Это позволит преодолеть «энергетический голод» зимних месяцев, но, тем не менее, не обеспечит достаточной энергии для электрического обогрева помещений.

Ветрогенератор наиболее эффективен ночью и зимними месяцами, когда скорости ветров возрастают. Прибор имеет подвижные части, требующие техобслуживания каждые два года, иначе ресурс наработки резко снизится. При достаточной силе и стабильности ветров (предгорья, степи, прибрежные районы), ветрогенераторы более чем подходят для круглогодичного электроснабжения.

У солнечных панелей выработка электроэнергии зимой падает на 65-70%. Не имея подвижных частей, гелиопанели особенно не нуждаются в техобслуживании, лишь в чистке фотоприемных поверхностей. Они особенно эффективны для дачных хозяйств, посещаемых солнечными летними месяцами.