Владельцы частных домов в пригороде и сельской местности нередко сталкиваются с проблемой нестабильной поставки электроэнергии от централизованных энергетических систем.
То сломается трансформатор, к которому подключены несколько домов, то провода энергосети повредятся. И дом останется без света…
Поэтому владельцы частных домов интересуются, какие автономные системы электроснабжения частного дома уже существуют и как работают.
Содержание статьи
Генераторы с двигателями внутреннего сгорания
Самый популярный тип автономных установок – генераторы на базе двигателей внутреннего сгорания. При наличии дешевого топлива выбор такой установки будет самым практичным.
Все современные генераторы производят переменный ток, но различаются по нескольким параметрам:
- тип генератора (синхронный или асинхронный, однофазный или трехфазный);
- тип двигателя (бензиновый или дизельный);
- система охлаждения (воздушная или водяная);
- система впрыска (карбюратор или форсунки);
- наличие электронной системы контроля и управления режимами работы.
Ленточный фундамент для забора. Читайте об этом в нашей статье.
Хотите узнать все про арматуру для ленточного фундамента? Мы предоставили Вам эту информацию.
Перед приобретением оборудования необходимо сделать небольшие расчеты по определению будущей производительности:
- просуммировать мощность всех электроприборов, которые будут одновременно работать в доме более 5 – 10 минут (с учетом, что все они однофазные). Если в хозяйстве есть трехфазное оборудование, ему потребуется трехфазный генератор.
- умножить полученную сумму на 1,3 (резерв мощности, который не позволит аппарату работать в режиме пиковой нагрузки);
- если в списке есть приборы с электродвигателями, проверить, какой пусковой ток им потребуется и добавить в список параметров генератора устойчивость к пиковым нагрузкам (и накинуть еще 20-30% на потребность в энергии).
Общая практика показывает, что дизельные генераторы с водяным охлаждением являются самыми стабильными и имеют «трудовой резерв» в пять раз больше, чем бензиновые агрегаты с воздушным охлаждением.
Стоят такие аппараты в четыре – пять раз дороже, но потребляют топлива в полтора – два раза меньше. В долгосрочной перспективе затраты на произведенную энергию будут сэкономлены на деталях и топливе.
В хорошем генераторе всегда есть блок стабилизации напряжения и частоты. Встроенная система безопасности не позволит оборудованию «сгореть на работе»: в случае появления КЗ или чрезмерной пусковой нагрузки аппарат будет автоматически отключен.
Очень важно понимать, что любой генератор не вечен и требует периодических отключений (для охлаждения, техобслуживания, профилактических и капитальных ремонтов).
Обычно генератор приобретается в качестве дублирующей системы энергообеспечения. Но если излишки произведенной энергии будут заряжать аккумуляторные батареи (через выпрямитель и стабилизатор), то запасенную энергию можно использовать круглосуточно.
Ветрогенераторы
Энергия движущегося воздуха используется для получения электроэнергии в тех местах, где регулярные передвижения воздушных масс (или просто «ветер») поддерживаются в течение 30% времени суток (ежедневно).
Это предгорья, лесостепи и степи, границы климатических зон с разным температурным режимом (например, около больших водоемов). Постоянные ветры несут огромное количество кинетической энергии.
Автономное электроснабжение частного дома с помощью ветрогенератора относится к разряду «зависящих от переменных погодных условий».
Чтобы сделать электроэнергию постоянно доступной, потребуется комплекс оборудования из «ветряка», инвертора и аккумуляторной батареи.
«Ветряк» состоит из ветроколеса (или «вентилятора») с тремя лопастями аэродинамической формы и синхронного генератора, вырабатывающего переменный ток.
Мощность ветрогенератора зависит от скорости ветра. Стабильный неспешный поток воздуха позволит выработать электроэнергии больше, чем сильный порывистый ветер.
Синхронный генератор выдает нестабильную частоту и напряжение ниже необходимого (220В), поэтому для подачи энергии к электроприборам ее требуется «подогнать под требования потребителей».
Периодически прерывающийся поток энергии также не позволит работать электроприборам в нормальном режиме.
Поэтому выработанная электроэнергия идет напрямую в аккумуляторную батарею (через выпрямитель), а затем, прошедшая через инвертор (прибор, превращающий постоянный ток в переменный ток нужной частоты), направляется в сеть дома, к приборам.
Хороший «ветряк» может автоматически поворачиваться навстречу ветру и начинает вращаться от любого дуновения.
Поворотный механизм снабжен маленьким сервомотором и чутким флюгером – датчиком. Чем больше диапазон скоростей ветра, при которых генератор может стабильно производить электроэнергию, тем выше класс оборудования.
Чтобы поддерживать стабильность вращения, механизм передачи вращения может тормозиться встроенными тормозами. Это позволяет генератору поддерживать максимальную производительность во время слишком сильных порывов ветра.
Солнечные батареи
Тема «Автономное электроснабжение частного дома на солнечных батареях» стала в некоторых странах одной из государственных программ по обеспечению частного сектора дешевой энергией.
Получение электроэнергии с помощью полупроводниковых фотоэлементов не вредит окружающей среде, что делает «солнечную батарею» еще привлекательней.
Производители фотоэлектрических элементов соревнуются в повышении производительности. Стандартный фотоэлемент на кремниевой основе выдает КПД от 9 до 24%.
Стоимость ячейки растет по экспоненте с каждым процентом КПД. Производительность монокристаллических ячеек на 20% выше «поликристаллов» (учтите при покупке батарей).
Но скорость обновления технологий настолько высока, что не за горами производство солнечных панелей с КПД в районе 45% (уже объявлено начало производства).
Количество вырабатываемой энергии напрямую связано с количеством солнечных дней, поэтому автономная энергетическая станция состоит из трех обязательных единиц: фотоэлектрические модули, инвертор и аккумулятор большой емкости.
Еще одна деталь системы не столь необходима, но желательна: контроллер. Его функция – управлять всей системой панелей для получения максимальной мощности.
Эффективность энергоотдачи погодных условий взаимосвязана: ветреная погода часто сопровождается облачностью, закрывающей доступ прямому солнечному свету, а в солнечный день часто нет ветра, полный «штиль».
Поэтому объединение двух типов генерации электроэнергии в одной системе кажется естественным. Ветросолнечная электростанция сделает автономное электроснабжение частного дома более стабильным, а пополнение запаса в батарее будет идти быстрее.
При этом можно сэкономить на очень дорогом инверторе: этот прибор может преобразовывать потоки с нескольких источников одновременно.
Развивающиеся источники энергии для автономных систем электроснабжения дома
Управляемый процесс окисления водорода на поверхности катализатора дает на выходе электроэнергию, тепло и … воду. Поэтому в развитии источников электроэнергии, названных «fuel cell»(топливная ячейка), заинтересованы многие страны.
Наибольших успехов добились производители автомобилей (Япония, США), но увеличенные топливные элементы для автономного энергоснабжения частного дома с мощностью от 1 до 25 кВт пользуются спросом в странах с суровым климатом (например, в США, Канаде, на севере Европы).
Для производства электроэнергии используются водород или метанол. КПД установок гораздо выше солнечных батарей и ветряка: до 85%.
Плюс в том, что реакции сопровождаются выделением тепла (+200о). Водяное охлаждение энергоустановки превратится в водяное отопление для всего дома.
Технологии получения электроэнергии из энергии ветра, солнца и воды развиваются, как и производство более экономных электроприборов, поэтому будем надеяться, что скоро любой частный дом будет украшен панелями (или даже окнами) из фотоэлементов, рядом будет стоять ветряк, а в котельной топливный элемент будет нагревать воду и давать электричество.
Видео об одном из примеров использования автономного электричества для дома.
