Системы автономного электроснабжения для частного дома — делимся знаниями

Автономное электроснабжение дома считается устойчивым для нормального жизнеобеспечения частного жилья, если подобранные источники будут стабильно вырабатывать электричество, независимо от каких-либо внешних факторов.

Расчёт САЭ для дома

Устройство и принцип работы кинетического ветрогенератора — рассказываем в общих чертах

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:

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.

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 2018 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 6500 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.

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).

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.

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.

Аккумуляторы для автономного энергоснабжения

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

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 1000 циклов. Установив такую систему у себя дома или на подконтрольном объекте, вы убедитесь в ее безупречной многолетней службе.

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.

Инверторы для бесперебойного питания дома и дачи:

	Victron PracticVolt-1212-1 Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла, циркуляционных насосов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 1200 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости. Бренд: Victron Цена: от  113 602 руб.
	Victron PracticVolt-1624-2 Рекомендуются для бесперебойного питания газового котла, циркуляционных насосов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 1600 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости. Бренд: Victron Цена: от  156 825 руб.
	Victron PracticVolt-3024-4 Рекомендуются для бесперебойного питания электроприборов и бытовой техники загородного дома, коттеджа или других объектов с мощностью нагрузки до 3000 ВА. В состав системы PracticVolt входит инвертор Victron и необслуживаемые аккумуляторы большой емкости. Бренд: Victron Цена: от  282 897 руб.