Print this page

автономное электричество

Автономное электроснабжение дома

Если у Вас есть загородный дом, но нет возможности протянуть к нему линию электропередач (ЛЭП)? Или подключение к централизованным сетям электроснабжения непомерно дорого? А может быть, лучше сравнить эти 2 варианта - электроснабжение от ЛЭП и автономное электроснабжение? На первый взгляд, генерация собственного электричества от возобновляемых источников энергии является идеальным способом отказаться от оплаты ежемесячных счетов за электроэнергию. Для многих владельцев домов, генерация собственной энергии является подходящим решением, которое удовлетворит существующие потребности. Однако, такое решение требует определенных инвестиций как денег, так и времени как при покупке, так и при обслуживании вашей системы. В зависимости от вашего конкретного случая вы в конце концов можете и не сэкономить денег, однако вы точно получите независимость от сетей, и при этом будете генерировать энергию экологически чистую, и при этом не наносить вреда окружающей среде.
    Плюсы создания собственной автономной системы электроснабжения - Вам не нужно платить за подключение к сетям централизованного электроснабжения и строительство ЛЭП, Вы не зависите от цен на электроэнергию. Вы сами являетесь хозяином своего оборудования и можете вырабатывать электроэнергию тогда, когда Вам хочется.
     Из чего же должна состоять система автономного электроснабжения? Обычно состав энергосистемы следующий:


    1. Источник электрической энергии. Их может быть один или несколько. Им может быть:
   Газопоршневой ДВС с электрогенератором
   Солнечные фотоэлектрические панели
   Ветроэлектрическая установка
   Микро или малая гидроэлектростанция
   В качестве основного может применяться любой из перечисленных источников. Остальные могут использоваться как дополнительные или резервные.
    2. Аккумуляторная батарея (АБ). В системах на возобновляемых источниках энергии, в силу непостоянства возобновляемого ресурса, это необходимый элемент. Даже если основной источник у Вас ЖТГ, наличие аккумуляторной батареи позволит Вам включать его на непродолжительное время в течение дня, а электроэнергию иметь непрерывно.
    3. Инвертор, т.е. преобразователь постоянного тока в переменный. Необходим, если у Вас есть потребители переменного тока на напряжение 220 В, или если Ваши потребители находятся на значительном расстоянии от АБ (потери в проводах постоянного тока низкого напряжения могут оказаться существенными).
    4. Контроллер заряда АБ. Необходим для предотвращения перезаряда и переразряда АБ. Очень часто бывает встроен в инвертор.
    5. Электротехническое оборудование - щиты, выключатели, автоматы, предохранители, кабели, система заземления и т.д.
    6. Нагрузка. В автономной системе электроснабжения необходимо использовать только энергоэффективные приборы. Например, использование ламп накаливания очень не рекомендуется, так как они потребляют ток в 4 раза больший, чем люминесцентные лампы и в 6 раз больший, чем светодиодные лампы. Несмотря на то, что обычно энергоэффективные приборы дороже, их использование может обернуться значительной экономией за счет снижения мощности источника энергии и емкости АБ.
    С целью увеличения продолжительности работы системы в автономном режиме, система бесперебойного электропитания обычно содержит еще один или несколько возобновляемых источников энергии. В качестве ВИЭ используются вырабатывающие электричество: солнечные батареи (СБ), ветроэлектрические установки (ВЭУ), микроГЭС . Эти источники подключаются к АБ через контроллер заряда, защищающий АБ от перезаряда.
    В Украине , летом приходит более 5 кВт*ч/сутки солнечной энергии на 1 квадратный метр. Около 20% от этой энергии может быть преобразовано в электроэнергию в солнечных батареях. Зимой приход солнечной энергии минимален и в несколько раз меньше, чем летом. По этой причине в системе необходимо использовать дополнительный источник электроэнергии-ветрогенератор(ВЭУ). Мощность ВЭУ пропорциональна квадрату диаметра ветроколеса и определяется мощностью электрического генератора. Номинальную мощность ВЭУ обычно достигает при ветре около 10 м/с.

Каждый из альтернативных источников энергии (как возобновляемой, так и невозобновляемой) имеет не только преимущества, но и недостатки. У солнечных – высокая стоимость установки, у ветряных – непостоянство ветра, у жидкотопливных (ЖКТ) – стоимость эксплуатации. Поэтому для наибольшей надежности электрообеспечения рекомендуется использовать гибридную систему, объединяющую два, а то и все три вида систем, что позволяет использовать преимущества всех компонентов, полностью нивелируя недостатки.

Солнечные панели в автономных системах электроснабжения обычно применяются для обеспечения сравнительно небольших потребностей в электроэнергии (до 20 кВт), а также в удаленных местах, где отсутствует возможность установки ветрогенераторов. Солнечные панели являются наиболее предпочтительным вариантом в тех случаях, если электроэнергии требуется немного, так как они более надежны в обеспечении энергией, в сравнении с ветроустановками, не нуждаются в установке мачты, да и места занимают меньше и при размещении на крыше практически не видны снаружи, не портят общий вид здания.

Чтобы увеличить общую эффективность автономной системы электроснабжения все чаще используют гибридные системы электроснабжения. Основным источником энергии в гибридной системе является ветряной двигатель и, поскольку он почти в два раза дешевле солнечной панели, устанавливать его имеет смысл, если, конечно, позволяют условия. Набор из фотоэлектрических солнечных панелей является вспомогательным источником энергии, вырабатывающим энергию в периоды длительного «штиля». Введение в состав такой системы дизель-генератора еще более повышает надежность системы, позволяет обезопасить себя от любых капризов погоды. Достаточно распространена практика применения в двухкомпонентной гибридной системе дизель-генератора вместо солнечных панелей, исходя из цены установки. Но, в конечном итоге, такое решение, особенно для маломощных систем неоправдано. Использование солнечных панелей предпочтительней, поскольку они работают постоянно и снижают разрядку аккумуляторов, что продлевает их ресурс.

Такие системы, в состав которых входит и ветрогенератор и солнечная батарея, целесообразно использовать прежде всего потому, что ветер может стихнуть, а солнце бывает почти всегда. Для того, чтобы фотоэлектрическая система производила электроэнергию, необязательно наличие прямого солнечного излучения, солнечные панели способны улавливать и рассеянный солнечный свет, правда электроэнергии в пасмурную погоду вырабатывается намного меньше.

Автономные гибридные системы электроснабжения с использованием энергии Cолнца

Солнечные панели имеют высокий ресурс, не менее 40 лет, при условии правильной эксплуатации. Даже крупный град, снег и прочие неблагоприятные погодные воздействия не влияют на работоспособность батарей. Минимально необходимое обслуживание – это очистка поверхности панелей от снега и пыли, что увеличивает эффективность улавливания солнечных лучей. Выработку электроэнергии солнечными батареями можно увеличить почти в два раза, если использовать систему слежения за солнцем, т. е. систему, поворачивающую батарею вслед за солнцем в течение всего светового дня.

Гибридные автономные электростанции лучше всего использовать для круглогодичного получения энергии: в зимнее время, когда солнца мало, основная нагрузка приходится на ветроустановку, а в летний период – на солнечные батареи.

Для частного загородного дома обычно применяются гибридные системы.   Для ветроустановки мощностью менее 500 Вт напряжение на стороне постоянного тока составляет 24В, а для ветроустановок мощностью 1000 Вт – 48 В. Подключение к системе солнечных батарей любой мощности осуществляется через контроллер заряда. Ветросолнечные системы позволяют максимально полно использовать альтернативные источники энергии, поскольку комбинация двух источников дает увеличение генерируемой энергии.

Автономные гибридные системы электроснабжения с использованием энергии Cолнца

Помимо ветрогенератора и солнечных батарей в такую гибридную систему входят аккумуляторные батареи, инвертор и контроллер заряда-разряда. Солнечные панели можно разместить как на крыше дома, так и на специальных стойках в наиболее подходящем месте с максимальной освещенностью. Состав гибридной ветросолнечной системы следующий:

- фотоэлектрическая система, состоящая из солнечных модулей, соединенных параллельно-последовательно, преобразует лучистую энергию Солнца в электрический ток постоянного напряжения. При монтаже важно соблюдать пространственную ориентацию и угол наклона солнечных панелей, обеспечивающих максимальную эффективность системы;

-ветрогенераторы. Турбины ветрогенераторов устанавливаются на вершине специальной мачты (на высоте 11 или 17 м), где ветер имеет максимальную скорость. Служат преобразователями кинетической энергии воздушных потоков в электрическую энергию;

-контроллер преобразует напряжение, поступающее от солнечной батареи и ветрогенератора в адаптированное к аккумуляторной батарее напряжение;

-акккумуляторные батареи состоят из одного или нескольких элементов (блоков), образующих аккумуляторную батарею необходимой емкости и напряжения;

-инвертор, служащий преобразователем постоянного напряжения аккумуляторной батареи в переменное, необходимое для запитывания большинства электронагрузок. Выходная мощность инвертора является выходной мощностью всей ветросолнечной системы;

-нагрузка – это совокупность потребителей электроэнергии, запитываемых, как правило, переменным напряжением инвертора и, при наличии нагрузок постоянного тока, постоянным напряжением аккумуляторной батареи.

Гибридная ветросолнечная система рассчитана на обеспечение энергией потребителей 220 В/50 Гц.

Желательно при достаточной площади участка и отсутствии преград в окружающем рельефе установить автоматическую следящую систему за положением солнца по азимуту.

Ветросолнечная система может применяться как в качестве автономного источника электроэнергии, так и может быть резервной системой электроснабжения. Гибридные ветросолнечные системы рассчитываются согласно данным по потребляемой мощности, а также солнечного и ветрового потенциала региона.

В качестве резервного источника электроснабжения в фотоэлектрическую или ветросолнечную систему может вводиться дизель- или бензогенератор. Состав гибридной системы в общем случае будет следующим:

-фотоэлектрическая батарея или ветроэлектрическая станция. Если поблизости есть водопад, плотина или просто речка с быстрым течением, то возможно использование микроГЭС;

-резервный бензо- или дизельгенератор мощностью 3-20 кВт;

-блок бесперебойного питания со встроенным контроллером заряда-разряда АБ;

-АБ;

-электронагрузки.

Автономные гибридные системы электроснабжения с использованием энергии Cолнца

ЖТГ (жидкотопливный генератор) может использоваться как резервный источник электроснабжения, когда вырабатываемой мощности не хватает, например в часы пиковой нагрузки, либо в вечернее время. Кроме этого, от ЖТГ можно производить экстренный заряд аккумуляторной батареи, в случае ее разрядки до опасного уровня. Если требуется кратковременно подключить нагрузку большой мощности (стиральную машину, станок) и др., то на это время целесообразно подключить Ваш жидкотопливный генератор и питать нагрузку от него. При этом одновременно происходит подзарядка аккумуляторов. Остальное время нагрузка питается, как обычно, через инвертор от аккумуляторной батареи. Для максимального использования энергии, в случаях включения в систему ЖТГ, возможно помимо электроэнергии получать дополнительное тепло, производимое работой ЖТГ. Для этого на выхлопную трубу устанавливают теплообменник либо предусматривают отбор тепла от охлаждающей ЖТГ жидкости. В этом случае Вы получаете, так называемую, когенерационную установку, которая производит не 20-30 процентов энергии (когда вырабатывается только электричество), а 70-90% в совокупности, учитывая использование тепловой энергии, выделяемой при работе ЖТГ. Автономные электростанции, основанные на применении только дизельгенераторов, не рассчитаны на неравномерность потребления, которая бывает максимальной в определенные пиковые часы и минимальна в утреннее время суток. Колебания выдаваемой мощности, регулярные включения-выключения быстро выводят из строя генератор, способствуют уменьшению его ресурса. Работа дизель- или бензогенератора в качестве резервного источника электроснабжения в гибридной системе является оптимальным решением. При наличии ясной погоды или ветра в гибридной системе работает ветросолнечная система, заряжая при этом аккумуляторы либо питая потребителей. Когда системы на возобновляемых источниках (солнечные батареи и ветроустановки) начинают выдавать недостаточное количество мощности, включается дизельгенератор, компенсируя недостаток.

Если Ваша автономная электростанция основана на работе дизель- или бензогенераторов, то такие системы легко могут быть дополнены солнечными батареями и ветрогенераторами, что сведет к минимуму число запусков генератора и, соответственно, увеличит срок его службы. Экономия топлива, уменьшение затрат на его транспортировку, которые увеличиваются с удаленностью от центральных систем энергообеспечения, бесшумность, поскольку дизель-генератор будет включаться лишь в удобное для потребителя время и, конечно, увеличение надежности всей системы электроснабжения – вот основные преимущества применения гибридной системы. Немаловажное значение имеет и экологический фактор: применение фотоэлектрической системы либо ветрогенератора или ветросолнечной установки даже в дополнение к существующей системе на традиционных видах топлива внесет свой вклад в экологическую чистоту вашей энергосистемы.

Read 2377 times