Автономные электростанции для загородного дома: виды, схемы и цена

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.

Подбор вводного устройства

Подключение электроснабжения частного дома выполняется через так называемые ВУ. Представляют они собой металлические корпуса, в которых собраны устройства, предназначенные для управления электросетью здания. Модели, выполняющие в том числе и функцию распределения, называются ВРУ. Устанавливают вводные устройства либо на столбе линии электропередачи, либо рядом со зданием.

При выборе ВРУ в частный дом, электроснабжение которого должно быть безопасным и бесперебойным, нужно учитывать:

При этом нулевой и защитный провод протягиваются в одном проводнике. Разделение их выполняется внутри ВУ.

В системах TN-C при 220 В обычно используется однополюсной вводный автомат защиты, при 380 В – трехполюсной. В первом случае расчет мощности вводного устройства рассчитывается по формуле I р=P р/U ф×cos ф (где U ф – фазное напряжение, Pp – расчетная мощность, Cos ф –активная/реактивной мощности). Мощность вводного аппарата для сети 380 В находится по формуле Ip=Pp/( √3xUhx cos ф) (где Uh – напряжение сети). подключение электроснабжения частного дома Номинальный ток должен быть на 10% больше расчетного. Поэтому окончательный результат определяют по формуле I т.р.=I р×1,1.

Виды альтернативного электричества

Всегда перед потребителем стоит выбор, основанный на вопросе, что лучше? И в этом плане подразумевается, во-первых, затраты на приобретение нового вида источника электричества, во-вторых, как долго этот прибор будет работать. То есть, будет ли это выгодно, окупится ли вся затея, а если окупится, то через какой промежуток времени? Скажем так, экономию денежных средств еще никто не отменял.

Как видите, вопросов и проблем и здесь хватает, потому что электричество своими руками – дело не только серьезное, но и достаточно затратное.

Электрогенератор

Начнем именно с этой установки, как с самой простой. Простота ее заключается в том, что вам необходимо приобрести электрогенератор, установить его в надежном закрытом помещении, которое будет соответствовать правилам пожарной безопасности. Далее, проводите подключение электрической сети частного дома к нему, заливаете жидкое топливо (бензин или солярку) и включаете. После чего в вашем доме появляется электричество, которое зависит лишь от наличия топлива в баке генератора. Если продумать автоматическую систему подачи топлива, то вы получаете маленькую тепловую электростанцию, которая от вас будет требовать минимального присутствия.

Бензиновый генератор

К тому же электрогенераторы – это надежные и удобные установки, которые работают практически вечно, если правильно их эксплуатировать. Но тут есть один момент. В настоящее время на рынке присутствует два вида генераторов:

• Бензиновый.
• Дизельный.

Какой лучше? Скажем так, если вам требуется альтернативный источник энергии, который будет эксплуатироваться постоянно, тогда выбирайте дизельный. Если для временного использования, тогда бензиновый. И это еще не все. Дизельный электрогенератор имеет большие габаритные размеры, по сравнению с бензиновым, он сильно шумит при работе и выделяет огромное количество дыма и выхлопных газов. Плюс ко всему он дороже.

Появились недавно на рынке газовые генераторы, которые могут работать и от природного газа, и от сжиженного. Неплохой вариант, экологичный, не требующий специального помещения для установки. Можно к одному генератору подключить, к примеру, сразу несколько газовых баллонов, которые в автоматическом режиме будут подключаться к установке.

Газовый электрогенератор

Альтернатива углеводородному топливу

Среди трех видов электрогенераторов газовый самый лучший и эффективный. Но стоимость топлива (жидкого или газообразного) – удовольствие не из дешевых, поэтому стоит задуматься над тем, что самостоятельно вырабатывать топливо, вкладывая в него минимум денежных средств. К примеру, биогаз, который можно получить из биомассы.

Кстати, альтернативные виды энергии, которые сегодня называются биологическими, могут заменить практически все альтернативные источники электроэнергии. К примеру:

• Биогаз получается при помощи брожения навоза, птичьего помета, сельскохозяйственных отходов и так далее. Главное – установить оборудование, которое используется для улавливания метана.
• Из мусора, к примеру, на свалках, добывается так называемый целлюлозный эталон. Или как его называют специалисты, свалочный газ.

ИБГУ-1 — установка для получения биогаза

• Из сои и рапса, а точнее, из их семян, вырабатываются жиры, из которых можно получить биосолярку.
• Из свеклы, сахарного тростника, кукурузы можно изготавливать биоэталон (биобензин).
• Ученые доказали, что с помощью обычных водорослей можно аккумулировать солнечную энергию.

То есть, существует большой ряд научных разработок, которые выдают альтернативные виды энергии. И многие из них уже получили практическое применение. К примеру, установка ИБГУ-1, с помощью которой из навоза можно получить в сутки до двенадцати кубометров биогаза. Отечественные фермеры по достоинству оценили труд ученых, поэтому это оборудование раскупается быстро.

Ветрогенераторы

Энергия ветра используется в энергоснабжении со времен Советского Союза. Мы предлагаем как классические горизонтальные ветрогенераторы, так и вертикальные ветрогенераторы, которые рассчитаны на суровые условия эксплуатации. Не секрет, что при использовании горизонтальных ветрогенераторов в северных широтах после зимы приходится менять лопасти, у них иногда выходят из строя поворотные устройства или не выдерживает корпус.

Проблема в температурах, обледенениях, сильных порывах ветра. Кроме того, они не производят ультразвук, который пагубно влияет на сельхозугодия. Ветровые энергогенераторы Maglev стоят дороже горизонтальных, но и области их применения специфичные.

Как получить разрешение на подключение

Итак, с количеством фаз, разновидностью дополнительных источников питания и т. д. вы определились. Что же дальше? В каком порядке к ЛЭП подключается частный дом? Электроснабжение загородных зданий контролируется той сетевой поставляющей компанией, в зоне ответственности которой они находятся. К ее специалистам и нужно будет обратиться, собрав необходимый пакет документов. Их перечень следует узнать заранее.

После получения документов сетевая компания подготовит техусловия на электроснабжение частного дома. Скорее всего, их придется согласовать с различными смежными организациями. Далее заключается договор. После того как сеть будет смонтирована, на место приезжает представитель сетевой организации и выполняет ее проверку на соответствие требованиям, изложенным в техусловиях. Осмотр производится при участии всех заинтересованных сторон. Далее Ростехнадзором выдается разрешение на эксплуатацию сети.

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.

Принцип действия солнечной электростанции

В основе работы солнечных электростанций лежит последовательное выполнение определенного набора операций.

• Попадающие на панели солнечные лучи посредство фотоэлектрического эффекта превращаются в электрический ток.
• Контроллер осуществляет дозирование вырабатываемого тока с целью оптимизации заряда аккумуляторов. Излишки электроэнергии отправляются на инвертор.
• После того, как аккумуляторы набрали полную емкость, контроллер останавливает заряд и АКБ переходят в режим ожидания.
• Ночью, когда солнца нет, солнечная электростанция раздает накопленную за световой день энергии, из аккумуляторных батарей. Чем более емкие установленные аккумуляторы, тем больше будет время работы в таком режиме.

Для солнечных электростанций характерна работа с попеременной зарядкой и разрядкой аккумуляторов, поэтому в процессе подбора АКБ необходимо в первую очередь обращать внимание на модели, способные переносить множественные циклы зарядки/разрядки без ухудшения своих технических характеристик. Соответственно это будет зависеть долговечность оборудования и сроки его окупаемости.

Электрогенераторы систем электроснабжения

Электрогенераторы для питания систем электроснабжения: бензиновые, дизельные, газовые – изготавливаются многими компаниями, почти все из них закупают движки на стороне и на их базе изготовляют электростанции.

Свойства электрогенераторов:

• Производитель мотора. Более высококачественными считают Honda, причём движки «по технологии Honda», «аналог Honda» такими не считаются.
• Расположение цилиндров желательно рядное, месторасположение клапанов — верхнее (обозначается OHV).
• Мощность электростанции. Более значительный параметр. Для системы самостоятельного электроснабжения рекомендовано взыскивать двукратную мощность от номинальной потребляемой. Это даст, не изменяя числа покупателей, заряжать батареи, формируя запас времени для замораживания электродвигателя. Предельная номинальная мощность мотора зависит от суммы потребляемой мощности и от предельного тока зарядки. К примеру, при потребляемой мощности 1200 ВА, при наивысшем токе зарядки 50 А и напряжении зарядки 14 В, нужно производить 1900 ВА.
• Тип горючего. Более долговременными считаются дизельные генераторы, далее идут газовые, потом — бензиновые. Ресурс дизельных в полтора раза больше, чем бензиновых. Цена на 1 кВт*ч ниже всего у газовых электрических станций. Причём цена 1 кВт*ч у станций, работающих от природного газа невысокого давления, приблизительно в 10 раз ниже, чем у поставщиков городской электросети.

Тип самого генератора. Синхронный генератор разрешает краткосрочно производить мощность в 2-4 раза больше номинальной и подходит для питания электроприборов с высочайшими стартерными токами. Асинхронный не имеет возможности выдавать мощность больше номинальной, но содержит ресурс и не чувствителен к замыканию.
Для бензиновых электродвигателей принципиальна численность цилиндров. Если цилиндр только один, высока возможность залива свечки, в результате чего он не заведётся.
Для газовых электрогенераторов аннотация на русском языке должна быть в обязательном порядке, газогенераторы без памятки на русском языке к перепродаже запрещены.

Электростартер обязателен. Как правило, производятся синхронные генераторы, работающие в режиме стартера.

Стоимость электричества

Как правило, с повышением номинальной мощности цена сокращается, но малое употребление горючего электрогенератором нельзя не принимать во внимание. Ёмкость бака и потребляемый объем горючего

Ёмкость бака и потребляемый объем горючего.

Уровень шума. Высококачественные электрогенераторы снабжаются глушителями с небольшим уровнем шума

Дополнительно понизить шум могут помочь звукопоглощающие кожухи.

Вес генератора, присутствие колес для комфортной транспортировки.

Счетчик моточасов. Нужен для актуального технического обслуживания.

Наличие встроенного автомата пуска (САП).

Проект электрификации загородного дома. Трехфазная или однофазная сеть?

Конечно, прежде чем чертить какие-либо схемы и идти оформлять подключение, нужно будет определиться с разновидностью электроснабжения, его источником.

В частных домах, как и в городских квартирах, может использоваться трехфазная или однофазная сеть. У той и другой разновидности имеются как свои недостатки, так и достоинства. Изначально любая промышленная сеть имеет три фазы. В многоэтажках они обычно распределяются по квартирам. При этом из-за различия в количестве используемых электроприборов нагрузка на фазовые провода часто бывает разной. В результате иногда выгорает нулевой провод. В частном доме подобных проблем обычно не возникает, поскольку хозяин один, а следовательно, контролировать нагрузку при распределении фаз гораздо проще. Однако при неправильном использовании сети разного рода проблемы — вплоть до выхода из строя электроприборов — могут возникнуть и в этом случае. Для предотвращения подобных неприятностей следует использовать стабилизатор, стоит который очень недешево. Помимо этого придется закупать оборудование и элементы, предназначенные именно для трехфазной линии. Что также влетит в копеечку. Поэтому использоваться трехфазная схема электроснабжения частного дома должна тогда, когда в этом действительно существует необходимость. То есть в том случае, если предполагается установка очень мощных приборов или оборудования – станков, электроплит и т. д.

Преимуществом однофазных сетей является относительная дешевизна и простота в использовании. Недостатком же – не слишком высокая мощность. Такую сеть целесообразнее монтировать в небольших жилых или дачных домиках.

Плюсы автономности

Главный плюс, который должны ощутить на себе владельцы коттеджа, после установки теплового насоса, — его экономичность. Повышенная теплоотдача — то, что отличает тепловой насос от котлов, работающих на газе или электричестве. На каждый кВт поглощаемой электроэнергии, тепловой насос выдает 3,5 кВт тепла. Агрегат, обогревающий коттедж площадью 200кв.м. для своей работы будет потреблять всего 5 кВт в час. Но, чтобы подстраховаться на случай экстремальных холодов, производители советуют дополнительно к тепловому насосу все же поставить электрокотел.

Другое качество, выделяющее тепловой котел среди отопительных приборов, — функциональность. За его работой, в отличие, например, от угольного котла, не нужен неусыпный контроль. Поставлять тепло и удалять отработанный источник тепла тепловой насос способен в автономном режиме. В этом смысле он не отличается от холодильника, которым, большим холодильником с обратным принципом работы он, в общем то, и является.

От котлов, работающих на жидком и твердом топливе, тепловой насос отличает пожаробезопасность. Для того, чтобы насос начал поставлять тепло, не нужно топлива и огня, и значит, нет опасности возгорания. Летом, когда необходимость в тепле отпадает, насос может охлаждать батареи как кондиционер. К тому же, тепловой насос долговечен. Он будет бесперебойно служить, по первому требованию поставляя в дом тепло в течение 15 лет. Именно такой срок «жизни» агрегата установленный в документах производителей, на деле же он вполне может растянуться на 25 30 лет. В Красноярске посмотреть тепловой насос в работе можно в офисе самой «Политехники» — компания сознательно перешла на этот способ обогрева помещения. Кроме того, тепловые насосы вот уже год согревают дома в поселке Манском и в Ачинске.

Расходы владельца коттеджа на установку теплонасоса складываются из двух составляющих. Во первых, это покупка и монтаж оборудования, им собственников коттеджей, площадью в две сотни квадратных метров в компании «Политехника» берутся обеспечить за 200 тысяч рублей. Другая часть расходов (иной раз способная превысить стоимость оборудования) приходится на земляные работы: бурение скважины и прокладку траншей. Насколько серьезными окажутся эта затраты, будет зависеть от того, кто возьмется за рытье скважин и траншей: специализированная буровая компания или небольшая бригада подрядчиков. Кроме того, сэкономить при установке теплового насоса получится, установив один большой коллектор на несколько соседних домов.

По затратам тепловой насос ничем не отличается от любой другой системы автономного энергоснабжения. Любая из них предполагает первоначальные вложения, достаточно большие из за сложности составляющего ее оборудования, но тому, кто на эти траты идет, гарантировано больше, чем экономия — он начинает сам определять степень своей зависимости от энергетиков. А учитывая постоянно растущие тарифы на их услуги, несложно предположить, что число людей, желающих переключиться на автономную энергию, с каждым годом будет только увеличиваться.

Татьяна Крупко

Самостоятельное изготовление солнечных панелей

Солнечные установки – альтернатива традиционному электричеству, которая в готовом виде стоит дорого. При собственноручной сборке можно снизить себестоимость конструкции в 3-4 раза. Перед началом создания солнечной панели нужно понять принцип ее функционала.

Как работает система солнечного электроснабжения

Для представления принципа работы стоит начать с конструкции. Устройство солнечных энергоисточников включает:

• солнечную панель – комплекс узлов преобразования солнечного света в электронный поток;
• АКБ – в системе их несколько, количество зависит от мощности потребителей;
• контроллер заряда – обеспечивает нормальную зарядку АКБ без перезарядки;
• инвертор – трансформирует ток низкого напряжения с батарей в ток высокого напряжения (для дома хватит 3-5 кВт).

Солнечные батареи по отдельности производят токи с низким напряжением (около 18-21 В), чего хватает для зарядки аккумулятора на 12 вольт.

Создание солнечной батареи

Материалы для изготовления солнечной панели

Сборка батареи производится из модульных фотоэлементов. В одном бытовом модуле находится 30, 36 и 72 элемента. Они соединяются последовательно с источником питания, максимальное напряжение которого – 50 В.

Для корпусной части понадобятся деревянные брусья, ДВП, оргстекло и фанера. Дно бокса вырезается из фанеры и вставляется в рамку из брусков 25 мм в толщину. По периметру рамы проделываются отверстия. Для предотвращения перегрева элементов шаг сверления должен составлять 15-20 см.

Сборка солнечной панели

Из ДВП канцелярским ножом вырезается подложка из ДВП с вентиляционными отверстиями. Их изготавливают по квадратно-гнездовой схеме с отступом на 5 см. Затем:

1. Элементы укладываются верхней частью на подложку и распаиваются.
2. Соединения производятся последовательно, порядово.
3. Готовые ряды присоединяют на шины, проводящие ток.
4. Элементы переворачивают и крепят в посадочном месте силиконом.
5. Проверяют параметры напряжения на выходе. Его диапазон составляет от 18 до 20 В.
6. 2-3 дня производят обкатку батареи для тестирования заряжающей способности.
7. По окончании проверки стыки герметизируют.

Подготовка панели к монтажу

Покрасьте и просушите подложку 2 раза.

После проверки функционирования собирают солнечную панель:

1. Выводят контакты входа и выхода наружу.
2. Вырезают крышку из оргстекла и фиксируют ее саморезами на заранее проделанные отверстия.
3. При использовании диодной цепи из 36 диодов с напряжением 12 В с детали снимают краску ацетоном.
4. В пластиковой панели проделываются отверстия, вставляют и распаиваются диоды.

На последнем этапе выполняется монтаж и ориентирование солнечной панели для облегчения доступа обслуживания и эффективности получения энергии.

Правила монтажа солнечной панели

Подключение солнечной батареи

Промышленные модификации могут вращаться самостоятельно. Бытовые устройства необходимо выставлять по нескольким параметрам:

• Удаление от затененных участков – дерево или высокий дом рядом сделают работу прибора неэффективной.
• Ориентир на солнечную сторону. Жители северного полушария ориентируют конструкцию на юг, южного – на север.
• Угол наклона – привязывается к географической широте участка. Летом солнечную панель лучше наклонять на 30 градусов к линии горизонта, зимой – на 70 градусов.
• Наличие доступа для обслуживания – уборки пыли, грязи, налипшего снега.

Типовое решение и модернизация

Инвертор МАП SIN Энергия 48-220 18 кВт HYBRID

В зависимости от потребностей и частоты отключения тока приобретается один или несколько элементов, которые соединяются последовательно или параллельно.

Для установки конструкции внутри помещения лучше брать модели AGM и гелевые. Они герметичны, хорошо переносят полный разряд и не требуют обслуживания.

Изделия с жидким электролитом выделяют пары кислоты, опасные для здоровья. Их можно устанавливать только вне жилых помещений. Такие модели при частых разрядах быстро изнашиваются.

Компания «Экомоторс» постоянно работает над усовершенствованием своей продукции. При этом она выпускается как серийно, так и под заказ.

Клиент может приобрести товар с такими модернизациями и характеристиками:

• мощность;
• емкость;
• сила тока;
• напряжение;
• продолжительность работы;
• количество фаз.

Исходя из внесенных изменений определяется конечная цена.