Солнечные батареи и автономный дом

Солнечные батареи и автономный дом

Повсеместная доступность электрических сетей, простота и дешевизна подключения к ним, отсутствие "естественного" монополизма. является нормой в цивилизованных странах, где понимают, что доступная электрическая энергия является залогом поступательного экономического развития страны. В таких странах вопросы автономного электроснабжения дома актуальны, пожалуй, только для горных и лесных домиков для отдыха вдали от электрических сетей. Но есть страны, где недоступность и "неофициальная" дороговизна подключения к централизованному электроснабжению, даже при наличии электрических сетей в непосредственной близости от дома, делает вопрос автономного электроснабжения весьма насущным для более широкого круга людей — владельцев домов и дач, спотыкающихся об всевозможные "суверенные административные барьеры".

Как же можно оранизовать автономное энергоснабжение дома? Рассмотрим пример автономного дома для отдыха в горах Норвегии. В качестве источника электроэнергии в норвежском автономном доме используются солнечные батареи. В дополнение к ним можно установить и ветрогенератор. Норвежская компания SunWind продает готовые комплекты солнечных батарей для автономного дома. Полученная с помощью солнечных батарей и ветроэлектрогенератора электроэнергия сохраняется в аккумуляторах. Для резервного питания и подзарядки аккумуляторов в автономном доме установлен бензо- или дизельный электрогенератор. Инвертор 12-230V позволяет подключить к сети маломощные электронные приборы, такие как зарядные устройства, ноутбук и телевизор. Используя для освещения маломощные LED лампы (по 2Вт), с помощью такой автономной системы электроснабжения можно полноценно освещать дом, пользоваться электронными приборами, держать постоянно включенный холодильник и подавать воду в систему водоснабжения. Нагрев воды такого автономного дома целесообразнее осуществлять с помощью газового водонагревателя. Если вы собираетесь использовать только солнечные батареи, то примерную стоимость комплектов оборудования в Норвегии для автономного дома исходя из электрической мощности можно посмотреть в таблице:

Для сравнения цена на комплект мощностью 1600Вт в США, включающий ветроэлектрогенератор и солнечные батареи составлет 190 000 руб. Вероятно, в американских комплектах энергоснабжения автономного дома используются более дешевые азиатские компоненты. Комплект автономного электроснабжения на солнечных батареях для освещения дома LED лампами 12V (до 100Вт) стоит порядка 30 000 рублей.

Примерная компоновка элементов автономного дома показана на схеме:

Рассмотрим подробнее компоненты электро- и водоснабжения автономного дома. Начнем с автномного электрснабжения с помощью солнечных батарей.

В состав комплекта автономного электроснабжения дома на солнечных батареях входят: солнечные батареи, котроллер заряда солнечных батарей, инвертор 12-230V, кабели и аккумуляторы. Система может быть дополнена бензиновым или дизельным генератором и ветроэлектрогенератором.

Солнечные панели BP являются одними из лучших в мире. Порог начала выработки электроэнергии у панелей BP на 5% ниже, чем у большинства солнечных панелей на рынке. Поэтому солнечные батареи BP могут использоваться и в северных широтах. В течение первых 10 лет солнечная панель вырабатывает не менее 90% заяленной мощности, и в течение еще 25 лет не менее 80% мощности. Весь срок эксплуатации составляет около 40 лет. Гарантия на солнечные панели — 25 лет. Подулючаются панели кабелем с сечением 2,5 мм 2 . Количество ячеек у всех солнечных панелей объединеных в батарею должно быть одинаковым.

Необслуживаемые аккумуляторы Rolls емкостью от 126 до 503 Ач с помощью контроллера никогда не разряжаются ниже 50%. Нельзя использовать аккумуляторы с разрядом боле 15%. Отсутствие глубокого разряда позволяет продлить срок службы аккумуляторов для солнечных батарей: 10 лет гарантийный срок и 15 лет — срок службы таких аккумуляторов.

Стоимость одного такого аккумулятора емкостью 503 Ач составлет 88 000 руб.

Для соединения батарей используется кабель с сечением 6 мм 2 . Контроллер устанавливается в помещении с батареями, чтобы отслеживать температуру воздуха в помещении и регулировать заряд от солнечных батарей.

Victron — силовой блок автономной системы электроснабжения дома: комбинированное зарядное устройство для аккумуляторов, контроллер пуска генератора и инвертор 12V-230V. Прибор осуществляет бесперебойное переключение между источниками питания автоматически. К инвертору Victron можно подключить 3 трехфазных потребителя или 6 однофазных.

Стоимость силового блока Victron составляет 66 000 рублей.

Пусковое реле регулятор Schrack обеспечивает пуск и выключение генератора при заданых параметрах тока.

Газовый баллон с пропаном подключается с помощью редуктора и морозостойкого газового шланга. О том, какие газовые редукторы лучше использовать, можно прочитать здесь

Если вы будете держать газовый баллон в доме (что, мягко говоря, не рекомендуется) установите газоанализатор, который известит (разбудит) вас в случае неконтролируемой утечки газа.

Обязательный компонент системы автономного водоснабжения — гидроаккумулятор (мембарнный бак). SHURflo. Он сглаживает броски давления при пуске насоса и поддерживает постоянное давление в системе водоснабжения. Также благодаря использованию гидроаккумулятора снижается шум в водопроводной системе и экономится электроэнергия при более редких пусках насоса.

Питание насоса 12V осуществляется от аккумуляторов через влгозащищенный контроллер (блок питания/контроллер заряда батарей) для мобильных домов CTEK (Швеция). В России зарядное устройство CTEK multi 25000 продается по цене около 14 000 рублей. Цена в Европе — около 10 000 рублей. (есть модели от 4 000 руб)

Компостирующий туалет устанавливается в доме или в отельном строении. Наполняется он торфом или травой, листьями — любым природным субстратом, который вкупе с содержимым туалета создаст ценное удобрение — компост. Этот цикл абсолютно экологичен. Компостирующий туалет вентилируется и практически не имеет запаха при правильном использовании.

Емкости бака с компостом хватит на все лето для большой семьи, а к весне будет готово прекрасное удобрение для сада или огорода.

Автономное электроснабжение частного дома и дачи

Сегодня мы живем в такое время, что буквально каждый день приносит нам какую-нибудь интересную и новую технологию, разработку или открытие. Но обычно проходит еще немало дней или лет, пока конкретная новация начинает активно производиться, и еще столько же, пока обычный человек узнает об этом и решает пустить данное новшество в свою жизнь.

Неосведомленность и некомпетентность в том или ином вопросе всегда доставляют нам массу сложностей, потерю времени, и как правило, неоправданные расходы. Иногда мы действуем по привычке или исходя из чужого опыта, даже не осознавая, что есть еще довольно много интересных и очень эффективных вариантов решения нашей задачи.

Не секрет, что стоимость земли складывается из многих составляющих, из которых наличие коммуникаций или возможность их подведения в будущем играет почти самую важную роль в стоимости участка. В некоторых случаях, земля с должными коммуникациями на порядок превышает по стоимости ту, на которой ничего нет, а стоимость подведения газа и электроэнергии иногда выше, чем затраты по строительству самого дома.

А теперь давайте проанализируем, что будет, если мы рассмотрим вариант строительства автономного дома, где электричество для дома нам будут вырабатывать солнечные батареи или ветрогенератор, а отопление и горячая вода будут обеспечиваться, например, твердотопливным котлом в паре с гелиоколлектором? Тогда наш подход к выбору участка может кардинально измениться, и появятся новые интересные возможности, а именно:

✔ Вы сможете выбрать участок в любом месте, где Вам понравится;

✔ Вы сэкономите значительную сумму на покупке земли без коммуникаций;

✔ Вы сможете въехать в дом тогда, когда это будет удобно Вам, а не ожидать месяцами решения вопроса с подключением газа или электроэнергии;

✔ Вы убережете себя от запутанных юридических схем и рассказов продавцов о том, кто хозяин сетей (в случае их наличия), и когда они будут (если их еще нет).

Экономия на стадии подключения к электросетям

Мы уже упоминали, что стоимость проекта электроснабжения дома и подключения электроэнергии бывает иногда выше стоимости строительства самого дома, тем более стоимости самой солнечной электростанции. Как правило, стоимость подключения дома к электросетям, не всегда складывается с чисто технических и монтажных затрат, а является еще и хорошим интересом местного РЭС или собственника сети. Перенаправляя расходы, связанные с подключением электроснабжения частного дома на свою собственную солнечную станцию, Вы не только экономите деньги и разумно их вкладываете, но и поверьте, экономите массу своего личного времени.

Полная автономность и отсутствие оплаты за электроэнергию

Что означает автономное электроснабжение и независимость от чего-то или кого-то? Разве можно это посчитать в деньгах или других каких-то еще единицах? Сколько стоит свобода? Ответы на эти вопросы человек дает себе сам. Да, в нашей жизни много вещей, которые мы не в силах изменить и от многих, и много мы конечно зависим. Но, разве не стоит стремиться к свободе, к тому, что человек должен избавляться от всех паразитов, от тех, кто навязывает ему свое видение жизни, свою волю и мысли.

Конечно, установив свою солнечную электростанцию мы не перестаем, например, зависеть от погоды, но, поверьте, при грамотном расчете и потреблении энергии Вы, как потребитель, не почувствуете большой разницы между обычной электросетью и солнечными панелями у Вас на крыше. Множество эксплуатируемых объектов показали свою абсолютную пригодность и реальную эффективность.

Существует три основных типа частных солнечных станций для дома.

✔ Автономная солнечная станция имеет в своем составе аккумуляторные батареи и предназначена для круглосуточного питания дома.

✔ Сетевая солнечная станция не имеет в своем составе аккумуляторов, поэтому предназначена для выработки электроэнергии и продажи её в сеть.

✔ Гибридная солнечная станция совмещает в себе возможности первой и второй.

Другими словами, как альтернатива подключению дома к электросетям, есть автономная солнечная станция, которая обеспечивает бесперебойное питание дома в круглосуточном режиме и позволяет забыть про оплату по счетам.

А если в доме уже есть электричество, резервное электроснабжение на основе солнечной станции позволит не беспокоится о внезапных отключениях.

Возможность продажи электроэнергии в сеть по «зеленому тарифу»

С 2014 года в Украине окончательно утвержден «Порядок продажи, учета и расчетов за электрическую энергию, произведенной из энергии солнечного излучения объектами электроэнергетики (генерирующими установками) частных домохозяйств» (Постановление НКРЭ №170 от 27.02.2014 г.). На основании закона Закона Украины «Про электроэнергетику», государство выкупает у частных домохозяйств излишки электроэнергии, произведенные солнечными станциями, таким образом стимулируя их внедрение и эксплуатацию.

Зеленый тариф для частных солнечных станций на сегодня выглядит следующим образом:

— с 1 апреля 2013 по 31 декабря 2014 года — 389,34 коп / кВт∙ч (без НДС);

— с 1 января 2015 по 31 декабря 2019 — 350,41 коп / кВт∙ч (без НДС);

— с 1 января 2020 по 31 декабря 2024 — 311,47 коп / кВт∙ч (без НДС);

— с 1 января 2025 по 31 декабря 2029 — 272,54 коп / кВт∙ч (без НДС).

С учетом применения сетевой солнечной станции, которая предназначена конкретно для выработки и продажи электроэнергии в сеть, срок окупаемости такого решения составляет около 5 лет.

Вы можете заказать индивидуальное решение, а также выбрать

Установка автономной системы электроснабжения

У Вас есть загородный дом, но нет возможности протянуть к нему линию электропередач (ЛЭП)?

Или подключение к централизованным сетям электроснабжения непомерно дорого?

А, может быть, лучше сравнить эти 2 варианта — электроснабжение от ЛЭП и автономное электроснабжение?

Нами были проведены такие расчёты. Они показали, что, если суммарная мощность Ваших потребителей (электрических нагрузок) не превышает нескольких кВт, а расстояние до точки подключения к сетям централизованного электроснабжения — более нескольких сотен метров, то автономная система электроснабжения для Вашего дома может быть более выгодна, чем подключение к сетям.

При подключении к сетям централизованного электроснабжения, Вы должны будете оплатить стоимость подключения к сетям, стоимость прокладки низковольтной ЛЭП (стоимость колеблется в разных регионах от 10000 до 17000 долларов США за 1 км), а также, платить за потребляемую электроэнергию по расценкам энергосетей.

Вы сами являетесь хозяином своего оборудования и можете вырабатывать электроэнергию тогда, когда Вам хочется. Минусы — Вам придётся уделять время на техническое обслуживание и ремонт Вашего оборудования.

Особенно это относится к системе, содержащей дизель- или бензоэлектрический агрегат (как основной или резервный источник электроснабжения).

Из чего же должна состоять система автономного электроснабжения? Обычно, состав энергосистемы следующий:

• жидкотопливный генератор (ЖТГ) (бензо- или дизель-электрический агрегат);
• фотоэлектрическая батарея;
• ветроэлектрическая установка.

В качестве основного, может применяться любой из перечисленных источников. Остальные могут использоваться, как дополнительные или резервные.

2. Аккумуляторная батарея (АБ). В системах на возобновляемых источниках энергии, в силу непостоянства возобновляемого ресурса, это — необходимый элемент.

Даже, если основной источник у Вас ЖТГ, наличие аккумуляторной батареи позволит Вам включать его на непродолжительное время в течение дня, а электроэнергию иметь непрерывно.

3. Инвертор, т.е., преобразователь постоянного тока в переменный.

Необходим, если у Вас есть потребители переменного тока на напряжение 220 В, или, если Ваши потребители находятся на значительном расстоянии от АБ (потери в проводах постоянного тока низкого напряжения могут оказаться существенными).

4. Контроллер заряда АБ. Необходим для предотвращения перезаряда и переразряда АБ. Очень часто бывает встроен в инвертор.

5. Нагрузка. В автономной системе электроснабжения необходимо использовать только энергоэффективные приборы.

Например, использование ламп накаливания очень не рекомендуется, так как они потребляют ток в 4 раза больший, чем люминесцентные лампы.

Несмотря на то, что, обычно, энергоэффективные приборы дороже, их использование может обернуться значительной экономией, за счёт снижения мощности источника энергии и ёмкости АБ.

Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ и солнечной энергетики

Руди, Д. Ю. Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ и солнечной энергетики / Д. Ю. Руди, Н. В. Шарков, Н. Г. Демидова, Т. В. Бубенчикова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 22.3 (126.3). — С. 43-46. — URL: https://moluch.ru/archive/126/35131/ (дата обращения: 30.11.2021).

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16–08–00243 а

В настоящее время во всем мире наблюдается повышенный интерес к использованию в различных отраслях экономики нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ). Более 20 млн. россиян, на сегодняшний день, проживая в удаленных от центра России регионах, не входящих в зону обслуживания российской централизованной энергетики, испытывают острый недостаток в электрической энергии. Одним из перспективных направлений развития автономного энергоснабжения, позволяющих в значительной степени решить проблемы, является возобновляемая энергетика, в частности ветроэнергетика и солнечная энергетика.

Ключевые слова: автономное питание, ветроэнергетическая установка, солнечная энергетика, ветроэнергетика, алгоритм расчёта.

В энергетическом обеспечении в отдаленных и труднодоступных субъектах РФ значительную роль играет малая энергетика, которая обеспечивает электроэнергией и тепловой энергией около 70 % территории страны.

Программа развития малой энергетики в Российской Федерации реализуется очень медленно. Однако уже имеется внедрение новой и современной технологии в малой энергетике, которые направлены на повышение эффективности работы электрического оборудования. Экономия нефти и газа, обеспечение надежности и качества электроснабжения является важнейшей задачей, решение которой позволяет произвести улучшение по экономическим, техническим, функциональным качествам работы системы [1].

Главным вопросом энергоснабжения потребителей, которые отдалены от энергетической системы, остаётся транспортировка дизельного топлива и обусловленность его поставок для дизельных электростанций (ДЭС). Применение ВЭУ и СЭУ в составе автономных энергетических систем позволит значительно уменьшить зависимость от нефти и газа в себестоимости вырабатываемой электрической энергии. Это немаловажно для подъёма технических и экономических показателей. В данное время, во всём мире применяются разнообразные разновидности построения комбинированных электростанций на базе ВЭУ.

Однако альтернативная энергетика характеризуется непостоянным графиком выработки энергии. Следственно, преимущественно высокоэффективная схема электроснабжения автономных объектов должна сочетать альтернативные и традиционные энергоисточники.

При автономной схеме электроснабжения для изолированных потребителей в целях уменьшения потребления нефти и газа и улучшения экологической ситуации целесообразно ориентироваться на максимальное привлечение возобновляющихся природных энергоресурсов. При этом традиционные энергоустановки выполняют роль дополнительного источника, который обеспечивает гарантированное энергоснабжение. При этом решается проблема доставки топлива, так как годовой запас будет небольшим.

Однако использование АИЭ (ветровой и солнечной) связано с рядом факторов:

— присутствие технических средств для использования альтернативных ресурсов на рынке в России и в мире;

— ценовой коэффициент энергетических установок;

— больные сезонные колебания нетрадиционных ресурсов;

— зависимость энергоустановки к альтернативному энергоисточнику, что значительно уменьшает универсальность применения [2].

В отличие от большой энергетики, которая повышает свои мощности привлечением больших финансовых вложений, малая энергетика способна за короткое время увеличить мощности для непосредственных потребителей, этим можно закрыть часть проблем и позволить большой энергетике перенаправить освободившиеся мощности в другую сферу деятельности.

Важное место в стратегии развития электроэнергетики занимают автономные системы электроснабжения (АСЭ). В последнее время АСЭ получают все более широкое распространение в системе электроснабжения не только специального, но и общего применения [3].

Решение вопроса обеспечения надёжного и бесперебойного снабжения потребителя электроэнергией, полученной путём преобразования энергии ветра и солнца, выглядит на первый взгляд достаточно просто. Необходимо в состав автономной электростанции включить систему накопления энергии и ряд дополнительных устройств, обеспечивающих работоспособность построенного таким образом электрогенерирующего комплекса (в дальнейшем ЭГК) [4].

Однако не всё так просто. Анализ разработок российских и зарубежных учёных в области ВЭУ показал, что имеются ряд проблем, снижающих эффективность использования ветроустановок в системах автономного электроснабжения. Данные проблемы разделяться на:

— методические. Они связаны с недостаточностью разработок методик выбора структуры систем автономного электроснабжения, неполными данными о ветровой нагрузке и других факторах, которые оказывают существенное влияние при принятии решения о структуре и месте размещения системы.

— технологические. Это необходимость повышать эффективность самой ВЭУ в районах с малой ветровой эффективностью.

— финансовые. Данные проблемы зависят от низкой конкурентоспособностью альтернативной энергетики с электроэнергией централизованного электроснабжения [5].

Современные ВЭУ делятся на:

— мощные (более 100 кВт);

— автономные (до 100 кВт).

Автономные ВЭУ ещё называют ветроэлектрические установки малой мощности (ВЭУмм). Данные установки дешевые и не сложные в монтаже, эксплуатации и ремонте, не требуют при работе практически никакого обслуживания, периодической подстройки и др.

Данные установки малой мощности очень выгодно отличаются от всех других средств нетрадиционной энергетики. Такие установки позволяют строить автономную систему, т. к. для них подходит накопитель энергии (электрический аккумулятор). Они просты, надежны, дешевые. Именно аккумулятор обеспечивает многие характеристики ВЭУмм:

— является накопителем энергии,

— позволяет осуществлять большие пиковые перегрузки,

— стабилизирует выходное напряжение,

— облегчает разгон ВЭУ,

— является хорошим сумматором для различных источников энергии [5].

Необходимыми исходными данными для выбора оборудования автономного ЭГК являются:

— характеристики потребителя (максимальна и минимальная мощность, потребление электроэнергии за определенный период) и ветровые ресурсы территории, на которой он находится.

— определение схемы и состава оборудования автономного ЭГК.

— выбор модели ветроэнергетической установки.

— выбор остального оборудования, входящего в состав автономного ЭГК (кабели, аккумуляторная батарея, инвертор и т. д.).

По результатам выбора оборудования необходимо провести анализ экономической эффективности рассматриваемого проекта [6]. Таким образом, алгоритм выбора оборудования, входящего в состав автономного ЭГК, включает:

1) оценку характеристик потребителя — максимальной (пиковой) мощности P_max, минимального (базового) уровня нагрузки P_min, объем потребления электроэнергии за определенный период;

2) анализ ветрового потенциала места размещения потребителя (средняя скорость ветра за определенный период, повторяемость различных градаций скорости ветра);

3) определение схемы автономного ЭГК;

4) выбор модели ВЭУ (номинальная мощность, тип генератора, номинальная скорость ветра и т. д.);

5) выбор остального оборудования автономного ЭГК;

6) оценку экономической эффективности использования автономного ЭГК.

В работе [7] приведена программа, которая предназначена для расчета автономного электроснабжения. Главная её функция — это подбор параметров ветроэнергетической установки и необходимых характеристик устанавливаемого оборудования для бесперебойного электроснабжения заданного объекта.

Солнечные электростанции, не связанные с промышленной электросетью, т. е. автономные солнечные электростанции (АСЭ), предназначены для электроснабжения потребителей, удаленных от электросетей, подведение электричества для которых обычно влечет высокие финансовые и трудовые затраты.

Для проектирования АСЭ необходимо определить:

— число и расчётную производительность солнечных модулей;

— ёмкость аккумуляторных батарей,

— мощность инвертора и контроллера заряда-разряда.

При этом необходимыми данными для расчета мощности солнечной электростанции являются:

— район и место нахождения;

— общая площадь потребителя;

— применение электрических приборов;

— присутствие или отсутствие отопления и горячего водоснабжения;

— суммарная максимальная мощность всех электроприборов;

— ориентировочное время работы каждого электропотребителя [8].

Рис. 1. Алгоритм расчета [8]

Предлагаемая методика расчета мощности АСЭ предполагает:

— пересчет мощностей нагрузок на основную шину питания электростанций;

— определение энергопотребления нагрузок за сутки;

— составление графика изменения нагрузки за сутки для установления требуемой емкости аккумуляторной батареи солнечной электростанции и количества отдельных аккумуляторных батарей, производимых промышленностью;

— определение мощностей зарядного устройства, инверторов, основной шины питания и солнечных модулей [9].

Также позволяет исключить неоправданное завышение мощности элементов электростанции и удорожание автономной солнечной электростанции.

Оценка статьи:

Установка автономной системы электроснабжения Ссылка на основную публикацию

Использование системы автономного дома позволяет получить необходимый для проживания комфорт в самых удаленных от цивилизации уголках планеты. Солнечные батареи размещаются на южной стене здания. На солнечные панели не должна падать тень от деревьев, а зимой их не должен скрывать снег. Солнечные батареи не требуют обслуживания, кроме как периодической очистки поверхности и мытья ее со средствами для чистки стекла.