Довольно часто возникает ситуация, когда место для строительства частного дома во всех отношениях просто идеальное, но в то же время отсутствует возможность подключения к централизованным . Особенную остроту приобретает вопрос обеспечения электричеством, без которого невозможно нормальное функционирование современных объектов. Поэтому наилучшим выходом из такого положения будут автономные системы электроснабжения, обеспечивающие полную независимость от центральных электрических сетей, без какого-либо ущерба для экологии.
Использование автономных систем обойдется значительно дешевле, чем прокладка новой линии электропередачи, требующая значительных материальных затрат. Автономный источник питания находится в полной собственности хозяина дома. При регулярном техническом обслуживании он сможет эксплуатироваться в течение длительного времени.
Автономные системы электроснабжения частного дома
Автономные инженерные сети широко используются в частных домах. Собственное водоснабжение, канализация и система отопления дают полную независимость от местных коммунальных служб. Гораздо сложнее решается вопрос обеспечения электричеством, однако при правильном подходе с использованием альтернативных источников питания, эта проблема сравнительно легко преодолевается. Существует несколько вариантов автономного электроснабжения, каждый из которых является наиболее подходящим для конкретных условий эксплуатации, в том числе и солнечные системы электроснабжения.
Все автономные системы имеют единый принцип работы, но отличаются первоначальными источниками электроэнергии. При их выборе учитываются различные факторы, в том числе и расходы на эксплуатацию. Например, бензиновые или дизельные генераторы постоянно требуют топливо. Другие же, условно относящиеся к так называемым вечным двигателям, не нуждаются в энергоносителях, а, наоборот, сами способны вырабатывать электричество за счет преобразования энергии солнца и ветра.
Все автономные источники электроснабжения по большому счету похожи друг на друга своим общим устройством и принципом действия. В состав каждой из них входят три основные узла:
- Преобразователь энергии. Представлен солнечными панелями или , где энергия солнца и ветра преобразуется в электрический ток. Их эффективность во многом зависит от природных условий и погоды в данной местности - от солнечной активности, силы и направления ветра.
- Аккумуляторы. Представляют собой электрические емкости, накапливающие электричество, активно вырабатываемое при оптимальной погоде. Чем больше имеется аккумуляторов, тем дольше сможет расходоваться запасенная энергия. Для расчетов используется среднесуточное потребление электричества.
- Контроллер. Выполняет управляющую функцию по распределению потоков выработанной энергии. В основном эти устройства контролируют состояние аккумуляторных батарей. Когда они полностью заряжены, вся энергия уходит напрямую потребителям. Если же контроллер обнаруживает разрядку батареи, то энергия перераспределяется: она частично уходит потребителю, а другая часть затрачивается на зарядку батареи.
- Инвертор. Устройство для преобразования постоянного тока 12 или 24 вольта в стандартное напряжение 220 В. Инверторы имеют различную мощность, для которой берется суммарная мощность одновременно работающих потребителей. При расчетах необходимо давать определенный запас, поскольку работа оборудования на пределе возможностей приводит к его быстрому выходу из строя.
Существует различное автономное электроснабжение загородного дома, готовые решения которого дополняются различными элементами в виде соединительных кабелей, балластов для сброса лишнего электричества и прочими составными частями. Для правильного выбора агрегата следует более подробно ознакомиться с каждым типом альтернативных источников питания.
Генераторы и мини-электростанции
Генераторные установки и мини-электростанции широко используются и обеспечивают автономное электроснабжение дома, особенно там, где совсем нет централизованных электрических сетей. При условии правильного выбора агрегата, на выходе получается напряжение, способное полностью обеспечить объект электроэнергией. Основным фактором нормальной работы оборудования, является его соответствие электрическим параметрам подключаемых потребителей.
Как правило автономные электростанции выполняют две основные функции. Они служат источником резервного питания на период отключения электроэнергии или снабжают объект электричеством на постоянной основе. Во многих случаях эти устройства обеспечивают подачу напряжения более высокого качества, чем в центральной сети. Это очень важно при использовании высокочувствительной техники, например, газовых отопительных котлов, медицинского оборудования и другой аппаратуры.
Большое значение имеет мощность генераторов, их производительность и возможность продолжительной работы без отключения. Техника с малой мощностью относится к категории электрогенераторов, а более сложные и мощные конструкции считаются уже мини-электростанциями. К устройствам малой мощности относятся генераторы способные выдерживать нагрузку, не превышающую 10 кВт.
Существуют различные типы генераторов, в зависимости от применяемого топлива.
- Бензиновые. Чаще всего используются в качестве резервного источника питания в связи с высокой стоимостью топлива и сравнительно дорогим техническим обслуживанием. Стоимость бензиновых агрегатов значительно ниже других аналогов, что делает их экономически выгодными именно в качестве резервного источника на период отключения основной электроэнергии.
- Дизельные. Обладают значительным моторесурсом, гораздо выше, чем у бензиновых аналогов. Такое оборудование может работать дольше, даже при больших нагрузках. Несмотря на их высокую стоимость, дизельные генераторы пользуются повышенным спросом из-за дешевого топлива и недорогого технического обслуживания.
- Газовые. Надежность и эффективность этих агрегатов вполне может сравниться с бензиновыми и дизельными генераторами. Основным достоинством является их низкая цена и экологическая чистота в процессе эксплуатации.
Каждый агрегат состоит из двигателя и самого генератора. Для более удобной работы все устройства оборудуются замком зажигания, стартером и аккумулятором, розетками для подключения потребителей, измерительными приборами, топливным баком, воздушным фильтром и другими элементами.
Аккумуляторы и источники бесперебойного питания
Одним из вариантов на период отключения электричества в загородном доме являются источники бесперебойного питания. Их применение позволяет решить множество проблем, особенно при кратковременных отключениях электроэнергии. Регулировка питания осуществляется с помощью инвертора и стабилизатора. Использование бесперебойников позволяет сохранить важную информацию на компьютере, которая может быть уничтожена при неожиданном отключении электроэнергии.
В состав входит схема управления и инвертор, являющийся по сути, зарядным устройством. От его мощности зависит время переключения и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии к потребителю. За счет этого обеспечивается автономное электроснабжение загородного дома.
Особая роль отводится стабилизатору, основная функция которого заключается в увеличении или снижении подачи тока, поступающего из основной сети. Поэтому при выборе источника бесперебойного питания следует обязательно учитывать технические характеристики инвертора и стабилизатора. Стандартные устройства оборудуются стабилизатором, способным лишь понижать напряжение.
К положительным качествам ИБП можно отнести их сравнительно невысокую стоимость. Они работают бесшумно и не подвержены нагреву за счет высокого КПД, составляющего 99%. Основным недостатком считается продолжительное переключение на собственное питание. Отсутствует возможность ручной настройки величины напряжения и частоты подачи энергии. Во время работы аккумулятора выход напряжения будет иметь несинусоидальную форму.
Источники бесперебойного питания хорошо зарекомендовали себя совместно с компьютерами и локальными сетями, эффективно поддерживая их работоспособность. Они оказались наиболее оптимальным вариантом для использования именно в этой области.
Электроснабжение частного дома солнечными батареями
В частных и загородных домах все более широкое распространение получают солнечные батареи, используемые в качестве основных или резервных источников питания. Основной функцией этих устройств является преобразование солнечной энергии в электрическую.
Существуют различные способы применения постоянного тока, вырабатываемого солнечными батареями. Он может использоваться напрямую, сразу же после выработки или накапливаться в аккумуляторных батареях и расходоваться по мере необходимости в темное время суток. Кроме того, постоянный ток с помощью инвертора может быть преобразован в переменный ток, напряжением 110, 220 и 380 вольт и применяться для различных групп и типов потребителей.
Вся автономная система электроснабжения на солнечных батареях функционирует по определенной схеме. На протяжении светового дня они производят электроэнергию, которая затем подается к контроллеру заряда. Основной функцией контроллера является управление зарядом аккумуляторов. Если их емкость заполнена на 100%, то подача заряда от солнечных батарей прекращается. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный с заданными параметрами. При включении потребителей, этот прибор забирает энергию из аккумуляторов, преобразует ее и направляет в сеть к потребителям.
Солнечная энергия, в зависимости от времен года, не бывает постоянной и не всегда рассматривается в качестве основного источника. Кроме того, объем электроэнергии, потребляемой ежесуточно, тоже изменяется в разные стороны. Поэтому при наступлении полного разряда аккумуляторов, происходит автоматическое переключение системы домашнего электроснабжения с солнечных батарей на другие резервные источники питания или на центральную электрическую сеть.
Солнечные батареи делают хозяев дома абсолютно независимыми от центрального электроснабжения. В этом случае не требуется подводка электрических сетей, исключаются дополнительные траты на оформление разрешительных документов и оплату электроэнергии. Данная система не зависит от перебоев централизованной подачи электричества, на нее не влияет рост тарифов, отсутствуют ограничения в подключении дополнительных мощностей.
Солнечные батареи могут эксплуатироваться в течение длительного периода времени, составляющего 20-50 лет. Серьезные финансовые вложения делаются только один раз, после чего система будет работать и постепенно окупать себя. Вся работа батарей осуществляется на полном автомате. Существенным плюсом является полная безопасность солнечной энергии для человека и окружающей среды. Для получения нужного экономического результата следует правильно выбирать оборудование, монтировать и вводить его в эксплуатацию.
Ветрогенераторные установки
Энергия ветра используется с давних пор. Наглядным примером являются парусные корабли и ветряные мельницы, оставшиеся далеко в прошлом. В настоящее время ветровая энергия стала вновь использоваться для совершения полезной работы.
Типичным представителем этих устройств считается ветрогенератор. Принцип работы агрегата основа на вращении воздушным потоком лопастей ротора, закрепленного на валу генератора. В результате вращения в обмотках генератора создается переменный ток. Он может расходоваться напрямую или накапливаться в аккумуляторах и использоваться в дальнейшем по мере необходимости. Таким образом, обеспечивается автономное электроснабжение объекта.
Кроме генератора, в рабочей цепи имеется контроллер, выполняющий функцию преобразования трехфазного переменного тока в постоянный. Преобразованный ток направляется на зарядку аккумуляторов. Бытовые приборы не могут работать от постоянного тока, поэтому для его дальнейшего преобразования используется инвертор. С его помощью происходит обратное превращение постоянного тока в переменный бытовой ток на 220 вольт. В результате всех преобразований расходуется примерно 15-20% от первоначально выработанной электроэнергии.
Совместно с ветровыми установками могут использоваться солнечные батареи, а также бензиновые или дизельные генераторы. В этих случаях в схему дополнительно включается автоматический ввод резерва (АВР), который производит активацию резервного источника тока, если основной отключается.
Для того чтобы получить максимальную мощность, расположение ветряного генератора должно быть вдоль по направлению ветрового потока. Наиболее простые системы оборудуются специальными флюгерами, закрепляемыми на противоположном конце генератора. Флюгер представляет собой вертикальную лопасть, которая разворачивает все устройство навстречу ветру. В более сложных и мощных установках эта функция выполняется поворотным электромотором, под управлением датчика направления.
При строительстве загородного дома еще в процессе проектирования необходимо уделить внимание его электроснабжению, которое позволит создать комфортное проживание. Современную жизнь невозможно представить себе без освещения и электрических приборов. Поэтому очень важно обеспечить будущий дом бесперебойной электроэнергией. Для этого нужно будет создать автономное электроснабжение, выбрав вариант источника энергии.
Требования к системе автономного электроснабжения
Снабжение дома электричеством зависит от суммарной мощности его потребителей: холодильного оборудования, бытовой техники, системы отопления, насосного оборудования. Любой из видов потребителей имеет свою мощность , однако, предъявляемые к сети электропитания требования у всех одинаковые.
Самостоятельно выполненные работы обойдутся намного дешевле услуг приглашенных специалистов. Но, при этом следует учитывать, что необходимо обладать определенными навыками для работы со специальным оборудованием, и иметь уровень технического образования домовладельца.
Разновидности источников электроэнергии
Автономное снабжение электричеством частного дома чаще всего обеспечивается:
- источниками бесперебойного питания (ИБП) в виде аккумуляторов;
- солнечными батареями;
- мини-электростанциями с ветряными, газовыми, дизельными и бензиновыми генераторами.
В нашей стране чаще всего используются генераторы , которые работают за счет тепловой энергии – газа, бензина и дизельного топлива.
Мини-электростанции или генераторы
Такие САЭ просты в использовании и относительно дешевы .
Преимущества генераторов:
К недостаткам такой установки относятся:
- Необходимость в постоянном техническом обслуживании. Нужно будет регулярно проверять уровень масла и наличие топлива.
- Генераторы являются достаточно шумными устройствами. Поэтому, если нет возможности установки их подальше от дома, то, даже при использовании глушителей, издаваемый ими шум делает применение установок не слишком комфортным.
- Не все автономные мини-электростанции на выходе способны выдавать стабильное напряжение и чистую синусоиду.
- Для генераторов требуется хорошая вентиляция и отдельно стоящее утепленное помещение.
Аккумуляторы или источники бесперебойного питания
Такие устройства заряжаются в то время, когда в сети есть электричество и во время перебоев с ним отдают электроэнергию.
К минусам аккумуляторов можно отнести ограниченное время работы и относительно высокую стоимость. Время автономной работы ИБП напрямую зависит от емкости его батарей.
Такая установка будет правильным решением для многоквартирного дома с автономным отоплением.
Солнечные электрогенераторы
Солнечные батареи – это специальные фотоэлектрические безопасные модули, имеющие с внешней стороны защиту, изготовленную из закаленного текстурированного стекла, которое в несколько раз увеличивает поглощение солнечных лучей.
- Такие электрогенераторы можно признать наиболее перспективным видом оборудования для достижения автономной электрификации дома.
- В состав комплекта устройства входит набор аккумуляторов, который сохраняет электрический ток и подает его в ночное время суток.
- К солнечным батареям прилагается специальный инвертор, способный преобразовывать ток из постоянного в переменный.
- Устройства, оборудованные кремниевыми монокристаллами, являются самыми долговечными модулями. Они способны проработать в течение тридцати лет без снижения количества производимой энергии и эффективности.
- Одна правильно подобранная солнечная батарея способна обеспечить весь дом необходимым количеством электроэнергии для работы всего бытового оборудования.
Энергия ветра или ветрогенераторные станции
Если местные погодные условия не позволяют использовать солнечные электрогенераторы, то можно воспользоваться ветровой энергией.
- Берется такая энергия через турбины, которые расположены на башнях от трех метров высотой.
- Энергия преобразовывается с помощью инверторов, установленных в автономных ветряках. Главное условие – это наличие ветра со скоростью не менее четырнадцати километров в час.
- В комплект генераторов также входит инверторная установка и аккумуляторы, накапливающие электричество.
Установка таких устройств невозможна в местах, где отсутствует природное движение воздуха. Это является существенным недостатком ветрогенераторных станций.
Портативные гидроэлектростанции для дома
Это устройство для автономной подачи электроэнергии приводятся в действие потоком воды . Применяться они могут только в домах, которые расположены недалеко от небольших речек и ручьев. Поэтому гидроэлектростанции являются наименее распространенными устройствами.
Схема автономного электроснабжения частного дома (САЭ)
Установки должны быть оборудованы всеми необходимыми элементами , которые нужно будет последовательно расположить.
- Источник электроэнергии, в виде одного из генераторов, аккумулятора, солнечной батареи.
- Зарядное устройство, которое будет преобразовывать напряжение, исходящее от первичного источника, до необходимых для аккумулятора величин.
- Аккумулятор для накопления и отдачи электричества.
- Инвертор, который создает необходимое напряжение.
Перед приобретением для своего дома источника автономного электроснабжения необходимо определить возлагаемые на него задачи. Кроме этого, отталкиваться нужно от своих финансовых возможностей, так как не все могут позволить себе ветряки и солнечные батареи.
С точки зрения практичности предпочтение лучше всего отдать генераторам, работающим на газовом или дизельном топливе. Бензиновая установка на беспрерывную длительную работу не рассчитана . Чаще всего она используется в качестве подстраховки при аварийных отключениях света.
Более выгодным вариантом является использование сразу нескольких устройств. Например, можно установить аккумуляторы и генераторное устройство . А чтобы выбор не разочаровал, перед покупкой следует проконсультироваться со специалистами.
Содержание:Без надежного электроснабжения невозможна нормальная работа коммуникаций и систем жизнеобеспечения частных домов. Особенно это касается насосных систем для подачи воды и другого оборудования. Однако далеко не везде возможно подключение центральной подачи электричества, поэтому многие хозяева предпочитают использовать автономное электроснабжение частного дома, с помощью которого решаются все проблемы. Автономные системы отличаются стабильным напряжением, отсутствием коротких замыканий, возможностью полного управления производством и подачей электроэнергии.
Требования к автономному электроснабжению
Одним из условий нормального жизнеобеспечения частного дома считается устойчивая, бесперебойная подача электроэнергии ко всем установленным бытовым приборам и оборудованию. Полностью этим требованиям соответствуют источники автономного электроснабжения, стабильно вырабатывающие электричество, независимо от каких-либо внешних факторов. При выборе того или иного варианта, необходимо учитывать степень влияния автономных систем на окружающую среду.
Окончательный выбор автономного источника электроэнергии осуществляется в соответствии с суммарной мощностью потребителей, находящихся в доме. Это системы тепло- и водоснабжения с насосным оборудованием, кондиционеры, различные виды крупной и мелкой бытовой техники. Независимо от мощности потребителей, к сети электропитания предъявляются общие требования.
В обязательном порядке предварительно определяется суммарная мощность, которая сравнивается с возможностями выбираемой системы автономного электроснабжения. Рекомендуется увеличить этот показатель примерно на 15-25%, чтобы в перспективе можно было увеличить потребление электроэнергии.
Требования к системе и ее технические характеристики полностью зависят от дальнейшего использования и возложенных задач. То есть, это может быть полностью автономное питание или только резервный источник электричества, функционирующий в период отключения центральной сети. Во втором случае обязательно устанавливается продолжительность работы дублирующей системы на время отсутствия основного электричества.
Выбор той или иной автономной системы нужно делать с учетом реальных финансовых возможностей хозяев дома. В бюджете проекта определяется стоимость приобретаемого оборудования, а также выполняемые работы. Многие пытаются создать автономное электроснабжение загородного дома своими руками, однако в этих случаях требуются специальные знания теории и практики, навыки работы с инструментом, наличие определенного опыта монтажа подобных систем. Некачественная сборка приведет к нестабильной работе дорогостоящего оборудования и его быстрому выходу из строя.
Достоинства и недостатки автономных систем
Достоинством большинства подобных систем считается бесплатная электроэнергия, полученная альтернативным путем. За счет этого получается существенная экономия денежных средств и полная независимость от централизованного снабжения.
Благодаря предварительным подсчетам и проектированию с учетом суммарной мощности потребителей, удается добиться высокого качества производимой электрической энергии. Полностью исключены перепады напряжения и неплановые отключения от сети. Само оборудование автономных систем отличается высоким качеством и очень редко ломается и выходит из строя.
Существует несколько специальных программ, в соответствии с которыми часть лишней электроэнергии может быть продана государству. Решение данного вопроса начинается еще на стадии проектирования автономного электроснабжения, где возможные излишки предусматриваются заранее. Кроме того, потребуется разрешительная документация, подтверждающая выработку электроэнергии установленного качества и в нужном количестве.
Тем не менее, у автономных систем имеются определенные недостатки, в первую очередь связанные с высокой стоимостью оборудования и значительными расходами по его эксплуатации. Поэтому при выборе основного оборудования и дополнительных материалов нужно учитывать все факторы, чтобы система проработала установленный срок и полностью окупила себя. С этой целью рекомендуется проводить регулярный профилактический осмотр и техническое обслуживание с привлечением квалифицированных специалистов.
Каждая система автономного электроснабжения обладает своими достоинствами и недостатками, которые наиболее ярко проявляются в конкретных условиях эксплуатации.
Бензиновые и дизельные генераторы
Любые виды генераторов могут использоваться в качестве основных или резервных источников питания. Во втором случае они применяются при отсутствии электроэнергии в центральной сети. Данные агрегаты получили широкое распространение на дачах и в загородных домах, где нередко случаются перебои с электричеством. С помощью генераторов возможно создать надежное автономное электроснабжение частного дома, позволяющее сохранить комфортные условия в любой ситуации. Современный рынок представляет большое количество бензиновых и дизельных генераторов, каждый из которых имеет определенные достоинства и недостатки.
Основными плюсами бензиновых агрегатов являются их сравнительно небольшие размеры, обеспечивающие компактность и мобильность. Они отличаются низким уровнем шума, экономичным расходом топлива, легким пуском двигателя в холодное время. Большое значение имеет сравнительно низкая цена. Некоторые бензогенераторы комплектуются топливными баками с увеличенным объемом, защитными кожухами от шума и непогоды, стартерами и системой .
В качестве недостатка можно отметить слабую мощность бензиновых генераторов, которая не превышает 15 кВт. Все приборы освещения, бытовая техника и оборудование должны иметь суммарную мощность, не превышающую параметры генератора. Бензиновые агрегаты могут непрерывно работать от 4 до 11 часов при 100% нагрузке. Если нагрузку уменьшить до 75%, то продолжительность работы увеличивается. При заранее известных высоких нагрузках, рекомендуется использование дизельного генератора.
Дизельные установки имеют более высокий моторесурс и мощность, они могут непрерывно эксплуатироваться в течение продолжительного времени. Одним из основных преимуществ считается экономный расход топлива. Однако по сравнению с бензиновыми, дизельные генераторы обладают большими габаритами и стоят значительно дороже. Для их запуска в холодное время требуется обязательный предварительный подогрев. Такие установки хорошо зарекомендовали себя в условиях непрерывной продолжительной эксплуатации, когда становится заметна существенная экономия дизельного топлива.
Поэтому при решении вопроса, какой генератор выбрать, бензиновый или дизельный, нужно в первую очередь учитывать конкретные условия эксплуатации. Если установка требуется от случая к случаю, можно вполне обойтись бензиновым агрегатом. Однако постоянное электроснабжение обеспечивается только дизельным генератором.
Плюсы и минусы солнечных батарей
Применение солнечных батарей возможно в любое время года. Тем не менее, максимально эффективно они могут работать лишь при ясном безоблачном небе и прямом попадании солнечных лучей на рабочую поверхность. В пасмурную погоду электрическая энергия продолжает вырабатываться, но уже не в таких количествах из-за резкого снижения производительности солнечных батарей.
После того как электрическая энергия оказалась произведенной, ее необходимо донести до потребителя. В связи с этим, кроме самих батарей потребуется специальное дополнительное оборудование:
- . Данный прибор преобразует постоянный ток 12-24 В, вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток с частотой 50 Гц, пригодный для питания бытовых приборов и оборудования.
- Комплект аккумуляторов. Выработка солнечной энергии происходит не равномерно. В часы пик ее бывает слишком много, а в вечернее и ночное время электричество вообще не вырабатывается. Определенное количество электроэнергии накапливается в аккумуляторах в течение светлого времени суток, после чего в ночное время она отдается потребителям. Не рекомендуется пользоваться обыкновенными автомобильными аккумуляторами, которые выходят из строя через 2-3 года работы.
- Контроллер. Обеспечивает полноту зарядки аккумулятора, предупреждает его перезарядку и закипание.
Все составляющие вместе образуют своеобразную солнечную электростанцию. Выбор необходимого оборудования осуществляется в зависимости от потребностей и количества работающих электроприборов. Поэтому следует заранее определить их полный перечень, с учетом целесообразности использования каждого прибора и возможности альтернативной замены. Например, вместо электрического чайника можно использовать газовую плиту.
После определения минимального перечня нагрузок производится выбор солнечных батарей с соответствующей мощностью. Необходимо учитывать, что система автономного электроснабжения дома с их помощью не решает всех проблем электроснабжения. Солнечные батареи устанавливаются не для экономии энергоресурсов, а для обеспечения комфортного проживания при отсутствии централизованных поставок электричества. В связи с высокой стоимостью оборудования один киловатт выработанной энергии также стоит недешево и составляет примерно 25 рублей. Это в несколько раз выше стоимости электроэнергии, производимой централизованно. Снижение себестоимости возможно лишь при условии низких цен на оборудование, что в ближайшей перспективе пока невыполнимо.
Использование ветровых генераторов
До недавних пор ветровые генераторы в частных домах были скорее экзотикой, нежели постоянным источником энергоснабжения. Однако в настоящее время все чаще встречаются на загородных участках.
Принцип действия этих устройств заключается в следующем: за счет ветрового потока вращаются лопасти, установленные на валу генератора. В результате, происходит выработка переменного тока. Полученное электричество поступает в аккумуляторные батареи, где аккумулируется и сохраняется, а затем по необходимости подается к бытовой технике в качестве питания. Данная схема работы простая и очень условная, поскольку в реальных условиях необходимы приборы и оборудование, выполняющие преобразование электрического тока.
В электрической цепи после генератора устанавливается контроллер, участвующий в преобразовании переменного тока в постоянный, необходимый для зарядки аккумуляторов. Однако бытовая техника не может работать на постоянном токе, поэтому после батареи устанавливается инвертор, выполняющий обратную операцию по преобразованию постоянного тока в переменный, с напряжением 220 вольт. Данные преобразования приводят к потерям выработанной электроэнергии, в количестве 15-20%. Если же ветровой генератор используется в комплексе с другими устройствами, электрическая схема дополняется автоматическим вводом резерва, переключающим их между собой по мере необходимости.
Для получения максимальной мощности лопасти генератора должны размещаться вдоль ветрового потока по принципу работы флюгера. С этой целью вертикальная лопасть закрепляется на противоположном от лопастей конце. Под действием ветра она обеспечивает разворот генератора в нужную сторону. На установках повышенной мощности устанавливаются поворотные электромоторы.
Инверторы в частных домах
Инверторы могут быть использованы только в качестве дополнительного резервного источника питания при наличии централизованного электроснабжения. В случае отключения напряжения внешней сети все приборы и оборудование, установленные в доме переходят на работу от аккумуляторов источника бесперебойного питания. После восстановления подачи электроэнергии, все потребители вновь подключаются к внешней сети.
Комплексным источником бесперебойного питания служит инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторов в переменное напряжение 220В. Сами батареи выдают напряжение 12 или 24 вольта. В период централизованного электроснабжения инвертор вновь переходит в режим зарядки аккумуляторов от внешней сети. Таким образом, он постоянно соблюдает дежурный режим и отслеживает падение внешнего напряжения. В случае отключения электричества, он практически мгновенно подхватывает падение нагрузки и предотвращает отключения приборов.
Инверторы могут заряжать аккумуляторы не только от внешней сети, но и от других источников питания - генераторов, солнечных батарей, ветряных генераторов и других. Современные инверторные установки способны обеспечить электроэнергией любые домашние бытовые приборы. С их помощью поддерживается работоспособность систем освещения, водоснабжения и отопления. Осуществляется питание и различных коммуникаций - интернета, телефона и других.
Для инверторов не требуются специальные помещения, оборудованные вентиляцией, они не создают шума, не требуют постоянного обслуживания. Они более устойчивы к перегрузкам во время переключения мощных приборов. Все эти преимущества обеспечивают устойчивую и безупречную работу всего подключаемого оборудования.
Если ваш загородный дом или дача находится в обжитом районе застройки, то скорее всего вам у вас не будет проблем с подключением к электросетям. Но что делать если вы выбрали место в новом районе или в зеленом, чистом месте, далеком от «благ цивилизации»? Как совместить комфорт проживания в городе и загородную жизнь на свежем воздухе? Это можно сделать только установив автономный источник электрической энергии, т.к. прокладка линии электропередач стоит очень дорого для обычного человека.
Установка автономного и независимого электропитания – единственная альтернатива тогда, когда подключаться к централизованной сети долго, невыгодно изначально, проблематично или вовсе невозможно. Это удобнейший вариант для деревень и отдельных зданий, построенных на некотором удалении от цивилизации. Это также комплексное решение, которое, при правильном подходе, оборачивается отсутствием перепадов напряжения, коротких замыканий и других аварийных ситуаций.
Требования к автономному электроснабжению загородного дома и дачи
Система энергообеспечения должна быть надежной и безопасной в течение всего периода эксплуатации и не требовать больших первоначальных и эксплуатационных затрат. Для этого необходимо, чтобы она отвечала целому ряду критериев, в числе которых:
* полное и постоянное соответствие оборудования всем актуальным нормам пожарной и электрической безопасности
* экономичность, достигаемая благодаря малому потреблению ресурсов
* соответствие мощности для питания ваших потребителей
* долговечность работы или высокий ресурс
* низкий уровень шума и/или качественное поглощение за счет изоляции
* отсутствие обслуживания или его простота
* возможность длительной самостоятельной работы (то есть без участия человека или сервисного инженера)
* надежность, сохраняющаяся в любое время года и при каких угодно климатических условиях (за исключением чрезвычайных ситуаций).
Бесперебойность и стабильность подачи питания является глобальным требованием к системе автономного электропитания , но она при этом не должна быть дорогой при первоначальных затратах или последующем обслуживания. Отдельно отметим, что монтаж батарей, генераторов и сопутствующей аппаратуры должен осуществляться строго по действующим нормам.
Какие бывают системы автономного энергообеспечения частно го дома
Автономный источник электропитания может получать электрическую энергию от следующих основных источников:
* генераторы на основе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) – дизельный, бензиновый или газовый
* ветрогенераторы
* солнечные батареи
* комбинация всех вышеперечисленных источников
Сложность и конфигурация решения для именно вашего дома зависит от того, какие электрические приборы будут потреблять электричество и в каком количестве. Это может быть освещение, насосы отопления и водоснабжения, холодильник, мелкие бытовые потребители, а зачастую и кондиционеры. При этом для обеспечения надежности, номинальная мощность питания и объем энергии должны быть «с запасом» - 20-30% выше рассчитанной. Ради надежности необходимо продумать и вопрос подстраховки. Чтобы выбрать наиболее подходящий тип автономного источника, подробнее рассмотрим перечисленные ранее варианты и особенности их работы.
|
Сегодня в эту группу входят установки различной мощности, функционирующие благодаря сжиганию горючего - бензина, дизеля или газа. Они достаточно надежны, производят электроэнергию сравнительно быстро и не зависят от погодных условий и других внешних факторов. К тому же на рынке есть много моделей - что называется «на любой цвет и кошелек». С другой стороны, при монтаже любого из них необходимо предусмотреть свободное место (а еще лучше – отдельное помещение с хорошей приточно-вытяжной вентиляцией) для самого генератора и отдельное помещение для установки топливного хранилища – емкости объемом от 200л и более. Добавьте сюда повышенный уровень шума, необходимость отвода выхлопных газов с высокой температурой (вплоть до 350С!), регулярное техническое обслуживание с заменой масла, фильтров и пр. К тому же постоянный расход топлива на уровне 1-3 литра в час вне зависимости от уровня потребления энергии в данный момент - даже если генератор работает на «холостом» ходу. Результирующая стоимость электроэнергии может составить от 30-40 до 70-80 рублей за каждый киловатт*час. Решение на основе ДВС-электрогенератора недостаточно экономичное, чтобы стать основным источником питания, но в роли временного или аварийного будет уместно. |
 |
 |
По своей сути - это электрогенератор , который крутиться благодаря преобразованию силы ветра определенной скорости в механическую. Они экологичны, достаточно надежны и просты по конструкции, но все равно требуют регулярного технического обслуживания из-за наличия механических узлов вращения. Основной минус ветрогенератора в том, что для его работы требуется наличия в месте установки постоянного ламинарного потока ветра со скоростью не менее 7-9 метров/секунду и высокой мачты для его установки. Даже если в вашей местности бывают постоянно такие ветровые условия, но при этом любое препятствие в месте установки - большое дерево, здание, холм - делает поток ветра неламинарным, прерывистым. Это снижает поток ветра и приводит к недостаточной выработке электро-энергии. Самыми лучшими местами для установки ветрогенераторов являются сте-пи, побережье морей и океанов. К примеру, в России 97% нашей территории непригодно для использования ветрогенераторов. |
Солнечные батареи
Солнечные батареи состоят из полупроводниковых элементов, поглощающих световое излучение и преобразующих его в электрическую энергию. Для выбора в их пользу сегодня есть целый ряд предпосылок:
* Не требуют никаких расходов в течение всего срока эксплуатации - а это как минимум 25-40 лет.
* Легкая установка - достаточно ориентировать батареи на юг так, чтобы они как можно меньше затенялись окружающими предметами. При этом они не тяжелые - их можно установить на любой крыше или на недорогих конструкциях.
* Обслуживание такой системы сравнительно простое – время от времени очищать с поверхности грязь, пыль и всяческие посторонние предметы (например, листья или снег).
* Эффективность очень медленно снижается при эксплуатации и за 25 лет не будет ниже чем на 20% от первоначальной.
* Мощность массива солнечных батарей можно практически неограниченно наращивать - если у вас есть достаточно места под них.
По сравнению с электросетью, затраты на электроэнергию при автономном электроснабжении будут выше - это связано с непостоянством выработки энергии от генератора, ветра или солнца и необходимостью установки аккумуляторов электроэнергии. На данный момент стоимость АКБ составляет 50-70% от стоимости всей автономной системы. Но по сравнению со стоимостью прокладки линии электропередач и/или затрат на топливо для ДВС-генераторов, автономное электроснабжение на солнечных батареях и ветрогенераторах многократно окупается. Если вся система грамотно спроектирована и реализована, то ее можно будет надежно и выгодно эксплуатировать десятилетиями, эффективно и безопасно.
Изготовление системы автономного электроснабжения для частного дома
Да, при наличии базовых технических навыков ее можно спроектировать и реализовать самостоятельно. В общих чертах нужно:
1. Провести расчет необходимой мощности исходя из того, какие приборы будут функционировать в вашем доме. Добавить «запас» в 20-30% к полученной величине.
2. Подобрать основной источник питания. Для большей надежности подобрать резервный источник. Убедиться, что производительности источников достаточна.
3. Подобрать компоненты - для этого рекомендуем обратиться к специалистам, т.к. постоянно выходят все более новые и качественные товары для таких систем.
5. Соединить все компоненты согласно приложенным инструкциям и схемам. Это самый ответственный этап монтажа, т.к. от качества его выполнения зависит надежность системы в целом.
Актуальность автономного снабжения дома электроэнергией с различной степенью остроты ощущается многими владельцами загородного жилья. Одних не устраивает неустойчивость работы электросетей в своем населенном пункте – перебои в снабжении или нестабильное напряжение не дают возможности с полным комфортом пользоваться современными приборами. У других и вовсе нет возможности в ближайшей перспективе подключиться к ЛЭП. Третьих настораживают постоянно растущие тарифы, и они, мысля на перспективу, хотят снизить свою зависимость от энергоснабжения, чтобы очередные удорожания не сказывались чувствительно на семейном бюджете. Наконец, ширится круг домовладельцев, которые и вовсе мечтают обрести полную независимость в вопросах энергообеспечения своих владений.
Следует сразу сказать, что реализация подобных задач – дело очень даже непростое, и, на первых порах особенно – довольно затратное. Так что если кто-то собирается заниматься подобным проектом с перспективой получить материальный выигрыш, то полной окупаемости придется радоваться весьма нескоро. Тем не менее, автономные электростанции для загородного дома становятся все популярнее, и прослеживается тенденция к их все более широкому распространению. Особенно в плане использования альтернативных источников энергии.
В настоящей публикации попробуем рассмотреть основные моменты, связанные с установкой автономных источников электроэнергии. Так проще будет ориентироваться в этом вопросе при составлении наметок собственного проекта.
Достоинства и недостатки автономных систем электроснабжения дома
Чтобы, как говорится, очертить горизонты предоставляемых возможностей, но с другой стороны – несколько «приземлить» излишне радужные, «прожектёрские» настроения, имеет смысл для начала вкратце ознакомиться с общими достоинствами и недостатками автономных систем электроснабжения дома.
Итак, в пользу автономных домашних электростанций говорит следующее:
- При условии проведения правильных профессиональных расчетов, грамотного составления проекта и его качественной реализации, хозяевам загородного дома больше не придется сталкиваться к «капризами» местных электросетей. Имеются в виду случаи внезапного исчезновения напряжения или сильных его скачков, грозящих вывести бытовые приборы или инструменты из строя. Хорошо отлаженная система работает как часы, домашняя техника – в безопасности.
- Уходят проблемы с возможными лимитами мощности подключения к сетям и объемами потребления энергии. Соответственно – и с оплатой по установленным тарифам. Владелец волен насыщать свой быть любыми приборами в рамках эксплуатационных возможностей своей энергосистемы, то есть создавать любой уровень комфорта.
- Техника, используемая для выработки электроэнергии, как правило, обладает внушительным запасом надежности, и выходит из строя довольно редко. Естественно, при ее правильной эксплуатации и регулярном обслуживании.
- Если мыслить масштабно, и учитывать опыт применения домашних электростанций в странах Западной Европы, то можно не только полностью удовлетворять собственные потребности в электроэнергии, но и реализовывать ее излишки. Для того существуют специальные программы взаимодействия с компаниями энергетического комплекса. Естественно, такой подход ускорил бы окупаемость затрат и даже вывел собственный «энергоблок» в прибыльное начинание.
Правда, чтобы выйти на подобный уровень требуется не только реализация тщательно продуманного проекта с весьма значительными стартовыми затратами, но и прохождение целого ряда бюрократических процедур и технических экспертиз. Тем не менее, подобное направление в «частной электроэнергетике» наверняка имеет немалый потенциал будущего развития.
Теперь более плотно коснемся недостатков автономной системы электроснабжения.
- Уже не раз говорилось, но – повторимся, стартовые вложения как на разработку проекта, так и на приобретение необходимого комплекта оборудования, его монтаж и отладку, могут быть очень внушительными. Да и эксплуатационные расходы могут оказаться немалыми. И ожидать быстрой окупаемости было бы неправильно.
- Все риски, в том числе материальные, берет на себя потенциальный владелец электростанции. Это лишний раз говорит о том, с какой тщательностью должен продумываться и прорабатываться проект.
- На хозяев возлагается и полная ответственность за эксплуатацию оборудования, его своевременное техническое обслуживание, соответствующий уход, соблюдение всех требований безопасности. Если система выходит из строя, и дом остается без электроэнергии – жаловаться некому и незачем. Точнее, никто не мешает обратиться за технической поддержкой к специалистам – но это уже будет исключительно за свой счет.
- Проведение регулярных профилактических мероприятий (а без этого – никак) также потребует дополнительных затрат, так как для их выполнения требуется профессиональный подход. Ситуация может усугубляться тем, что дома с автономной электростанцией довольно часто расположены на значительном удалении от крупных центров. То есть придется брать на себя и транспортные затраты для вызова специалистов.
Так что тому, кто загорелся идеей перевести свои владения исключительно на автономное электроснабжение, следует десять раз все продумать, просчитать, взвесить все «pro & contra», прежде чем начать вкладывать средства в реализацию столь масштабного проекта. И не ждать при этом сиюминутной выгоды – окупаемость может растянуться на 10 и более лет. И это при том что само оборудование тоже имеет какой-то, пусть и немалый, но все же ограниченный ресурс эксплуатации.
Помимо перечисленных, различные по принципу работы типы генерирующего оборудования имеют еще и собственные достоинства и недостатки – о них будет рассказано в соответствующих подразделах публикации.
А какие источники энергии можно использовать для автономного электроснабжения?
Здесь совершенно очевидно разделение на две группы.
- К первой можно отнести электрические генераторы, имеющие силовой привод и использующие в качестве источника сторонней энергии один из видов топлива – жидкое (бензин или солярка) или природный газ.
- Ко второй группе отнесём генераторные установки, которые приводятся в действие совершенно бесплатными, природными источниками энергии. К этому определению подойдут ветровые генераторы, и гидравлические системы.
А теперь познакомимся с этими источниками электроэнергии поближе.
Генераторы, использующие энергетический потенциал жидкого или газообразного топлива
Самый простой и быстрый в реализации способ обеспечить свой дом автономным источником энергии – прибрести генераторную установку, оснащенную приводом, использующим жидкое топливо или природный газ.
Несмотря на различия в типах используемых двигателей, принцип выдерживается общий. Двигатель внутреннего сгорания обеспечивает выработку кинетической энергии – крутящего момента с определённой скоростью вращения. Вращение передается на ротор генератора. Выработанная электроэнергия поступает на точки ее потребления.
Двигатель оснащен системой запуска (стартером), в зависимости от модели стартер может быть ручным или электрическим. Безусловно, для стационарной установки предпочтение отдается второму.
В чем достоинства таких источников электроэнергии:
- Они вырабатывает переменный электрический ток, так сказать, в «готовом к употреблению», то есть к подаче на нагрузку виде – 220 вольт. То есть не требуется никаких дополнительных устройств-преобразователей.
- Топливные генераторы являются отличным решением, если требуется резервный источник энергии на случай перебоев в линиях электропередач. При пропадании напряжении в сети автоматика даст команду на запуск стартера, и спустя непродолжительное время энергоснабжение в доме будет восстановлено. А когда напряжение в подающей линии появится (стабилизируется), произойдет обратное переключение, и двигатель будет заглушен.
Аппаратура ввода резервного источника энергии часто уже является составной частью приобретаемой силовой установки. Если нет, то предусматривается возможность ее подключения, а сам блок управления приобретается отдельно.
- Генераторы, работающие на жидком топливе, могут стать и основным источником электроэнергии, если загородные владения посещаются хозяевами эпизодически и на не очень продолжительное время. Понятно, что в таких условиях, как правило, дом не перенасыщен бытовой техникой, и есть возможность приобрести довольно компактную установку, которую несложно привезти с собой. Просто чтобы не переживать за ее сохранность в оставляемом, например, на неделю до следующих выходных доме.
- Практически незаменимой становится такая электростанция в условиях ведения загородного строительства, если пока нет возможности подключиться к электросети.
- Если разобраться, то все другие автономные источники электроэнергии сильно зависимы от времени суток и года, от установившейся на улицы погоды. А вот топливные электростанции способны полноценно работать в любой момент, когда потребуется.
К недостаткам такого подхода в организации автономного электроснабжения дома можно отнести следующее:
- Требуется постоянный запас топлива, которое, кстати, весьма недешевое и, к сожалению, постоянно растёт в цене. А для хранения хотя бы минимального запаса на непредвиденные ситуации необходимо создание определённых условий. Связанных в том числе и с проблемами безопасности проживания в доме.
- Работа жидкотопливной электростанции всегда сопряжена с выхлопом отработанных газов. Такое «соседство» может оказаться и неприятным в плане комфорта, и даже весьма опасным, так как выхлопы весьма токсичны для человека. То есть при стационарной установке этот вопрос придётся продумывать заранее.
- Работа двигателя внутреннего сгорания априори не может быть бесшумной. Это тоже накладывает определенные требования к размещению электростанции. Так как генератор нежелательно оставлять на открытом воздухе, придется для него возводить отдельное помещение на некотором отдалении от жилых построек, с соблюдением требований по его вентиляции и звукоизоляции.
- Как и любая другая техника с двигателями внутреннего сгорания, генераторы не могут работать беспрерывно – это оговаривается в их характеристиках. Да, выпускаются модели, способные эксплуатироваться весьма длительное время, но все равно паузы для проведения профилактических мероприятий, технического обслуживания нужны.
- Стоимость топлива вряд ли дает возможность говорить о перспективах экономии – сетевое электричество все равно получается значительно дешевле.
Уже отмечалось, что такие электростанции могут быть бензиновыми и дизельными. Если предполагается приобретение генератора для стационарной установки, рассчитанного на продолжительную работу, то предпочтение, безусловно, отдается дизелю. Такие агрегаты, хотя и стоят дороже бензиновых, превосходят надёжностью, устойчивостью выдаваемых оборотов, способностью к длительным безостановочным циклам эксплуатации. Для нечастых и непродолжительных включений может быть достаточно и качественного четырехтактного бензинового генератора, как более простого в обслуживании и запуске, да и более дешевого и менее габаритного.
Цены на бензиновые электростанции Huter
бензиновый генератор Huter
Кстати, некоторые существенные недостатки бензиновых и дизельных электростанций в определенной степени снижены в газовых установках. Здесь и шумность поменьше, и выхлопы не столь «агрессивные», и стоимость «голубого топлива» несравнимо ниже.
Но и с ними тоже есть свои негативные нюансы. Так, установка подобной электростанции потребует согласования с организацией, поставляющей газ, составления проекта, а монтаж ее и пусконаладочные работы должны проводиться только специалистами газового хозяйства. Вторым фактором, существенно ограничивающим широкое распространение таких силовых установок, является их очень высокая стоимость, даже без учета предстоящих затрат на проектные и монтажные мероприятия.
Таким образом, рассматривать топливные генераторы в качестве основного источника электроснабжения при постоянном проживании в доме – вряд ли приходится. А вот в качестве надежного резервного, постоянного готового прийти «на выручку» - лучше ничего и не придумать.
Какой выходной мощности потребуется генератор?
Казалось бы – вопрос несложный. Надо всего лишь просуммировать потребляемые мощности приборов, подключаемых к домашней электросети и заложить определенный эксплуатационный запас.
Но при такой методике вполне можно очень сильно ошибиться как в одну, так и в другую сторону. И то, и другое – плохо. Электростанция с недостаточной мощностью будет глохнуть при высокой нагрузке. Работа с избытком невостребованной мощности негативно влияет на сам генератор. Кроме того, с ростом этого параметра весьма сильно увеличивается и стоимость оборудования.
В чем же особенности расчета?
- Прежде всего, нельзя забывать, что многие бытовые приборы и электроинструмент потребляют не только активную, но еще и так называемую реактивную мощность. И общий показатель получается выше – он определяется отношение номинальной мощности к коэффициенту, называемому cos φ . Этот коэффициент обычно тоже указывается в технических характеристиках изделия. И чем он меньше, тем выше итоговый показатель.
- Многие бытовые приборы и инструмент характеризуются пиковыми показателями пускового тока, которые превосходят номинальные порой в несколько раз. Да, они непродолжительные, но вероятность того, что суммарное сиюминутное потребление превысит возможности неправильно просчитанного генератора – все же есть.
Если просто просуммировать показатели потребляемой мощности (тем более, с учетом реактивной и пусковой поправки) все х имеющихся в доме электроприборов, то наверняка получится очень большое значение. Но вероятность того, что вся нагрузка включается одновременно – крайне невелика. Кроме того, если генератор используется в качестве резервного источника питания (как оно обычно и бывает), на время его работы потребуется все же соблюдать определенную «энергетическую дисциплину».
Имеется в виду, что ряд приборов, безусловно, остаются включёнными практически всегда – это холодильник, система обеспечения работы газового котла, освещение в требуемых объёмах. Вряд ли хозяева захотят остаться без телевизора или (и) компьютера. Но вот с остальными приборами требуется осмотрительность. Скажем, если в данное время готовиться пища на электроплитке, то, по всей видимости, стоит подождать с запуском стиральной или посудомоечной машинки, с микроволновкой или обогревателем. И так далее – должны задействоваться те приборы, без которых на период работы резервного источника электроэнергии действительно нельзя обойтись.
Аналогичный подход должен распространяться и на электроинструмент, если генератор используется в период строительства, или же требуется срочное выполнение каких-то работ по хозяйству. Вряд ли имеет смысл, например, одновременно проводить сварочные работы и запускать какое-то обрабатывающее оборудование. Впрочем, решать хозяевам.
Безусловно, хозяева дома сам вольны выбирать режим потребления энергии, то есть составлять перечень приборов и инструментов, одновременную работу которых должен обеспечивать генератор. Но во всем должна быть осмотрительность и «трезвый» взгляд.
Ниже читателю предлагает онлайн-калькулятор, который поможет быстро и с достаточной степень точности просчитать требуемую мощность генератора. Пользователю предстоит лишь указать тип и количество ламп, используемых для освещения, а затем галочками отметить те приборы или инструменты, которые, по его мнению, должны одновременно обеспечиваться электроэнергией. В алгоритм расчеты внесены средние показатели мощностей приборов и инструментов уже с поправками на реактивную составляющую и на пусковые токи.
