Прожив одно лето с парой солнечных батарей и не дождавшись подключения к электросети, надо было решать проблему электрообеспечения на следующий год. Впереди была зима и было время изучить методы автономного электроснабжения, а также выбрать, что будет лучше: собственная солнечная электростанция, ветрогенератор или компактная гидроэлектростанция…
Первым вариантом было обзавестись собственной гидроэлектростанцией. Тихая работа, собственный пруд и рыбалка - все это выглядит здорово до тех пор, пока не окунаешься в теорию. Для извлечения энергии надо иметь либо приличный перепад высот, либо высокую скорость потока. Ни первого, ни второго на наших широтах нет, поэтому этот вариант был отметен сразу. Стоит отметить, что в России производят готовые комплекты минигидроэлектростанций .
Вторым и самым привлекательным вариантом был ветряк. «Как же»,- подумал я. «Ведь ветер есть всегда. Да и красивые лопасти будут крутиться медленно и романтично». Чем глубже я проникал в теорию ветроэнергетики и читал отзывы пользователей, тем сильнее шевелились мои волосы. С течением времени я понял, что прожить на одном ветрогенераторе невозможно, хотя бы потому, что живу я не в краю степей и не на берегу моря или океана, где имеются постоянные ветра. Кроме того, если вокруг есть леса или хотя бы лесополосы, это существенно влияет на скорость и силу ветра, а значит, на выработку энергии. Изучив также рынок ветроэлектростанций, я узнал, что в России есть собственные производители ветряков, вот только с гарантией случались проблемы, поэтому я обратил свой взор в сторону Китая, где налажен массовый выпуск таких устройств. Исходя из потребностей в энергопотреблении, мне хотелось бы иметь до двух киловатт мощности в пике. Как оказалось, такой ветряк мог вырабатывать и больше, но тут я взглянул на график.
Оказывается, что 2 кВт энергии можно получить при ветре, скоростью в 9 м/с. Возник вопрос, а какие ветра дуют в моем регионе? Я начал копать и увидел, что у НАСА данных больше и достать их проще. В целом, карта ветров по РФ выглядит так:
То есть, если поставить ветряк на мачту высотой 10 метров, то можно рассчитывать на среднегодовой ветер в 4 метра в секунду. И это при том, что страгивание лопастей иногда происходит только при порывистом ветре до 5 м/с, а потом лопасти вращаются и при меньшем ветре. Но выработка начинается при 2.5-3 м/с, а приток энергии при таком ветре составит всего 200-300 Вт/ч.
Почитав еще немного опытных людей, я понял, что надо либо жить на холме, либо поднимать мачту с ветрогенератором на 15 метров, чтобы получить больше ветра. Надо помнить, что ветряк требует периодического техобслуживания (минимум, раз в два года) и в случае ремонта его надо будет как-то спускать.
А теперь давайте прикинем бухгалтерию такого ветряка. Будем учитывать только стоимость самого ветрогенератора, специального контроллера к нему и мачты. Аккумуляторы не рассматриваются, так как они нужны будут в автономке, независимо от источника энергии. Я буду приводить цены готовых устройств в России. Мне могут возразить, что точно так же можно купить трубы, сварить их и сделать мачту самому или заказать ветряк из Китая. Как показала моя практика на этапе создания солнечных батарей, экономическая целесообразность этих действий имеется лишь в том случае, если обладаешь большим опытом самостоятельной сборки.
Набор ветроэнергетики (цены на начало марта 2015):
1. Ветряк LOW·WIND·48·2.5, 2,5 кВт 48В с контроллером- 131880 р
2. Мачта 15 м для ветрогенератора SWG-E - 32500 р
Итого за комплект: 164 380 рублей.
Как-то не очень бюджетно. На эти деньги можно купить генератор примерно на 6 кВт и 7300 литров бензина АИ-92 при цене в 32 рубля за литр. При расходе 2,3 литра в час генератор без остановки проработает 3175 часов или 132 дня. Понятно, что нужно проводить ТО генератору и работать он не будет круглыми сутками, а лишь в моменты высоких нагрузок или для зарядки аккумуляторов, но я посчитал, что ветрогенератор для меня дороговат.
Плюсы ветроэнергетики: Круто, необычно, привлекает внимание. Чем хуже погода - тем сильнее ветер, а значит больше энергии. Есть исключения - при ураганном ветре, для предотвращения выхода из строя, он блокируется.
Минусы: высокий первоначальный вклад, большое пространство под растяжки для мачты (возможна установка мачты без растяжек, но требует лучшего фундамента и конструкция несколько дороже), ветрозависимость, шум
Обратимся к солнечной энергетике. Сразу заметны плюсы: отсутствие каких-либо звуковых колебаний, возможность постепенной покупки модулей и шагового увеличения мощности.
Минусы же чуть менее очевидны: необходима достаточная площадь с постоянным освещением, без тени. Погодозависимость. Сезонность, так как в зимний период выработка падает кратно, относительно лета.
Я перешел на сторону солнца и начал закупать модули. Проштудировав не один форум и изучив цены в российских интернет-магазинах, я решил сэкономить и обратиться к заграничным продавцам. Поднялся вопрос гарантии и надежности, поэтому я выбрал европейских поставщиков китайских панелей . На тот момент у них было довольно интересное предложение при покупке сразу двух батарей мощностью по 100 Вт каждая. Даже с доставкой, стоимость выходила порядка 7 тысяч рублей за штуку. Так я обзавелся 4 батареями и начал смотреть в сторону контроллеров. Стало ясно, что эффективность выработки поднять можно только при помощи MPPT-контроллера. Изучив рынок, я заказал через Ebay контроллер EPSolar Tracer 3215RN . Он относится к бюджетным моделям, но позволяет подключить ко входу до 150В и выдерживает токи до 30 А. При 12В аккумуляторах он способен переваривать до 390 Вт мощности, то есть мои батареи приходились как раз. А если поднять напряжение до 24В, то перевариваемая мощность увеличивается вдвое. То есть контроллер, что называется, «на вырост». Дополнительно к своему аккумулятору я добавил еще один на 190 Ач.
Стало понятно, что получаемую энергию нужно расходовать, а китайские инверторы для этого не подходили совсем. Пришла идея обзавестись инвертором с чистой синусоидой. Стоит это удовольствие дорого, но изучив несколько вариантов, включая российские, я решил взять китайское устройство под европейским именем . Этот инвертер способен долговременно выдавать 1500 Вт потребителям, в пике до 3000 Вт. То есть такой инвертер легко запустит все бытовые электроприборы с моторами, а также электроинструмент. В автономке очень важен такой параметр, как ток Холостого Хода. В данном устройстве этот параметр равнялся от 600 до 1000 мА, что не очень хорошо, но терпимо, так как работа обычно велась под нагрузкой и в светлое время суток, то потери на преобразовании компенсировались с лихвой.
Надо сказать, что перед покупкой я даже нашел ОЕМ-производителя этих инверторов в Китае и связывался с ними на предмет закупки напрямую. Выгода на тот момент (курс доллара 30-32 руб) составляла около 30-40 долларов, а вот с гарантией у китайцев сложнее, поэтому я предпочел купить в Германии, зная, как относятся немцы к гарантийным обязательствам. И я понимаю, что поступил правильно, поскольку гарантия на инвертор составляет 24 месяца и мне дважды приходилось отправлять его в ремонт. Платил я только за пересылку в одну сторону, поэтому считаю, что оно того стоило.
Ближе к лету я решил докупить солнечных батарей и тут оказалось, что в России покупать батареи выгоднее, так как европейцы подняли стоимость, а у нас выросла популярность солнечной энергетики, да и батареи я брал не из высшего ценового эшелона. Таким образом, моя солнечная электростанция стала способна выработать 800 Вт энергии. Пришлось покупать новый контролер, так как я категорически не хотел переходить на основное напряжение 24 В. Новый контроллер был вдвое мощнее и мог переварить ток до 60А. Основные потребители у меня остались прежними: бытовые приборы, электроинструмент (инвертор уже был на 12 В) и освещение. Второй инвертор я заказывал также через Ebay, долго торгуясь с различными продавцами, предлагая свою цену (есть такой пунктик) и даже сторговал порядка 30 долларов. Когда я делал такие дорогостоящие покупки, продавцы, как правило, сами высылали трекинг код, для отслеживания путешествия посылки, но незазорно и самому попросить, если они сразу не отправляли его сами. Все посылки я получил и все работало успешно.
Помня о том, что в автономке лучше дублировать важные узлы, я обзавелся бу инвертором на 12В и 2000 Вт с модифицированным синусом. Он меня выручал, когда основной инвертер уезжал в ремонт, так что такой подход себя оправдал. На самые большие и сложные нагрузки, вроде электросварки, я запускал генератор. И вот тут стало ясно, что генератор мог приносить пользу, когда работал в холостую. Я начал присматриваться к зарядным устройствам, которые могли бы заряжать такой блок аккумуляторов.
Немного теории. Свинцово-кислотные аккумуляторы принято заряжать током в 1/10 от их емкости. Так как у меня стояли два аккумулятора по 190Ач, подключенных параллельно, то расчетная суммарная емкость составляла 380 Ач и ток заряда должен был быть в районе 38А. Такие устройства были либо очень дороги, либо были стартовыми комплектами для запуска двигателя авто. Долго выбирая среди наших и заграничных производителей, я наткнулся на отзыв одного пользователя и начал копать дальше. Что любопытно, ЗУ Орион Вымпел-50 производит российская компания, базирующаяся в Санкт-Петербурге. Судя по отзывам, компания прислушивается к пожеланиям пользователей и выпускает достаточно надежные и недорогие зарядники. Выбранная модель позволяет выдавать зарядный ток до 15А и обладает пятью профилями заряда с тремя ручными установками по нижней и верхней границе напряжения. Проще говоря, можно настроить зарядку практически любого типа аккумуляторов, что мне и требовалось. Чтобы получить 10% от емкости аккумулятора, требовалось взять пару ЗУ и подключить их параллельно. К слову, солнца хватало настолько, что заряд не требовался, а сейчас это ЗУ трудится на постоянном поддержании заряда батарей.
На схеме виден переключатель, в который сходятся силовые линии от инвертора и генератора. Это ручной переключатель фаз. К нему подводятся фаза и ноль от двух источников питания, а выход подается на нагрузку. Вручную можно, через положение размыкания, выбрать только один источник питания, таким образом я обезопасил себя от возможности замыкания двух источников питания. Вариант крайне простой, но эффективный.
В итоге получилась система, которая включает в себя (цены 2014 года):
1. 8х100 Вт солнечных батарей (~6500 р/шт)
2. Контроллер заряда EPSolar Tracer 3215RN (~13000 р)
3. Контроллер заряда mppsolar pcm60x (~16500р)
4. Инвертор Solartronics 1500Вт (~16000 р)
5. Инвертор Mystery MAC-2000 (бу за 1000р)
6. 2х Аккумулятор 190Ач (~8500 р/шт)
7. ЗУ Орион Вымпел-50 (~3000р)
Итого: 118500 р
Что же может такая система? Все лето я обходился без генератора, даже в не очень ясную погоду. В пасмурное время потребление просто снижалось, а в ясную погоду можно было успешно пользоваться мощным электроинструментом. Генератор запускался только для пользования электросваркой. Чтобы эффективнее задействовать получаемую энергию, было использовано несколько хитростей. Термореле холодильника было выкручено на максимум, чтобы во время включения холодильник работал без остановки. В морозильник были уложены бутылки с сильно соленой водой, которые служили аккумуляторами холода и морозились весь день, отдавая ночью холод в основную камеру. Сам холодильник на ночь отключался. К электроприборам добавилась электрическая хлебопечь, которая за цикл работы потребляла 650 Вт*ч с пиковым потреблением 600 Вт. Хлеб пекли почти каждый день. Таким образом, выработка энергии превышала потребление, но для мощных работ вроде сварочного аппарата или утюга приходилось включать генератор.
По итогам создания второй версии автономки можно заключить, что:
а) покупать на Ebay сложную электронику можно
б) торговаться перед покупкой на Ebay можно и нужно
в) следует соотносить гарантийные обязательства и разницу в цене между устройством из Китая, купленное у китайцев и у европейцев
г) стоимость солнечных батарей неизбежно снижается и закупать их на данный момент выгоднее в России (применительно к россиянам)
д) ключевые устройства должны дублироваться, чтобы в случае поломки не остаться без энергии на время ремонта
е) обязательно разделить цепи питания от разных источников энергии, чтобы не допустить замыкания
ж) существуют российские аналоги всех этих устройств, которые зачастую превосходят по своим характеристикам западные или китайские аналоги
з) при покупке в наших магазинах можно договориться о гарантийной подмене ключевых устройств на время ремонта, в случае выхода их из строя
В конце статьи хотелось бы подвести некоторые итоги. Построенная солнечная электростанция обошлась вдвое дешевле ветрогенератора, но она эффективна с марта по октябрь. Зимой ее выработки хватает только на обеспечение освещения дома, поэтому на довольно популярный вопрос в автономной энергетике «можно ли отопить дом с помощью солнечных батарей» можно ответить отрицательно. Если же требуется полная автономка круглый год, то только сочетание двух источников энергии позволит жить в светлом доме. Один из источников - это солнечные батареи, а второй - генератор или ветряк. В слуачае, если рядом есть гидроэлектростанция, то выработка энергии постоянна, за некоторыми исключениями.
Уважаемые Хабровчане, я заметил, что автономное обеспечение энергией и теплом заинтересовало многих, поэтому следующий материал хотел бы сделать максимально полезным. В комментариях, помимо вопросов, прошу сообщить, что было бы интереснее Вам:
- Борьба с энергетиками за сетевое электричество и типовые ошибки в проектировании солнечной автономки
- Снижаем расходы на электроэнергию при наличии солнечных батарей
- Получаем от солнца не только электричество, но и тепло
- Есть ли жизнь с ветряком?
Становится всё более популярным, а среди методов получения нетрадиционной энергетики выходят на новый уровень ветровые и солнечные электростанции.
Ещё в прошлом веке технологии получения электричества из возобновляемых ресурсов были весьма сомнительными и малоэффективными, а ветряки ещё и издавали много шума, то сейчас инновационные технологии позволяют полностью перейти на сторону экологичной энергетики без всяких неудобств.
Современные установки отвечают требованиям в вопросах габаритов, мощности и дизайна, делая нетрадиционные источники по-настоящему прогрессивным выбором. Что же лучше ветрогенератор или солнечные батареи для дома?
Сравнительная характеристика ветровых и солнечных электростанций
1. Рациональность покупки.
Ветрогенератор для дома - отличная идея, но только в случае, когда в вашем регионе имеются сильные ветра. Предпочтительно устанавливать ветряки в частных домах, фермах в степовой или приморской зоне, где скорость ветра обеспечивает эффективность установки. При этом, маленький ветряк может вполне обеспечить работу небольших электроприборов, а турбина способна генерировать столько электричества, что хватит для удовлетворения потребностей нескольких домов.
Солнечные батареи для дома - непривередливые конструкции, которые можно устанавливать при любом климате, хотя чем жарче, тем эффективнее будут работать панели. В отличии от ветряка , который работает только в момент наличия ветра, солнечные модули способны собирать энергию даже при пасмурной погоде.
Небольшие, портативные солнечные батареи весьма удобны для обеспечения работы небольшой техники, а вот система из нескольких модулей способна дать энергетическую независимость для частного дома или квартиры.
2. Стоимость конструкции.
Раньше ветровые электростанции стоили на порядок дешевле солнечных батарей, но теперь всё кардинально переменилось. Мощная установка солнечных модулей имеет тенденцию к спаду цен и при этом её намного проще монтировать и эксплуатировать, к тому же срок работы намного выше, чем у ветряков.
Таким образом, солнечная энергия выгоднее ветровой, но это не касается случая, когда турбины устанавливаются в местах с сильными ветрами - такие конструкции очень мощные и быстро окупают себя.
3. Окупаемость.
Ветровые электростанции - довольно дорогое удовольствие, так как помимо основных элементов зачастую приходится дополнительно тратить деньги для строительства башен для турбин и другие причины.
Если регион не подразумевает сильных и частых ветров, то может случиться и так, что мощная конструкция изживёт своё за 20 лет, так и не окупив тех средств, что были на неё затрачено.
Солнечные электростанции изначально стоят намного меньше, но и эффективность их работы слегка проигрывает. Несмотря на это, солнечные модули могут работать даже ночью или в пасмурную погоду, что позволяет вырабатывать больше электроэнергии. Учитывая долгий срок эксплуатации и возможность воспользоваться таким проектом, как зелёный тариф для солнечных батарей , модули окупаются в среднем за 10 лет.
Сравнивая ветряки и солнечные модули , можно прийти к выводу, что для частных домов и квартир энергия солнца будет более уместна, а владельцы ферм, плантаций и других значительных площадей могут комбинировать эти источники энергии и получать двойную выгоду.
Ни один ветряк не будет вырабатывать электроэнергию при скорости ветра меньше 3 м/с, а эффективной его работа становится при скорости ветра не ниже 4-5 м/с. В средней полосе России преимуществом обладают ветрогенераторы, рассчитанные на работу при слабом ветре.
Ветрогенератор лучше устанавливать на открытой местности, желательно на возвышенности, и чем выше мачта, тем лучше. Длина лопастей тоже имеет значение, особенно при слабом ветре. Лопасти с самолетным профилем намного (в 2-4 раза) эффективнее плоских.
Существуют ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения примерно вдвое дороже, но и ресурс у них почти в два раза выше - 20-25 лет против 10-15.
Существует два типа мачт для ветряков: 1) мачты с поддержкой тросами могут быть легко подняты, но тросовые растяжки занимают большую площадь; 2) независимые мачты-башни, у которых нет тросов, тяжелые и дорогие, их установка сложна, но они не занимают много места. Для использования на даче или в загородном коттедже лучше всего подходят ветрогенераторы мощностью 2-5 кВт.
В районах со слабыми ветрами, а к таковым относится Подмосковье, чтобы получить хоть какую-то энергию, следует выбирать ветряк с лучшей отдачей при малом ветре, имеющий притом большую мощность.
Солнечные батареи напрямую преобразуют энергию солнечного излучения в электричество, которое может поступать непосредственно в сеть или накапливаться в аккумуляторах. Лучше всего работают солнечные панели из монокристаллического кремния. Их срок службы составляет примерно 50 лет, а КПД достигает 18%.
Несколько уступают по этим показателям солнечные батареи из мультикристаллического кремния. Изредка можно встретить вовсе отсталые панели из аморфного кремния - самые дешевые, разумеется. Для того чтобы добывать солнечную энергию летом, желательно установить солнечные панели по всему южному скату крыши под углом примерно 45° к горизонту. Зимой же все иначе: солнечные панели должны располагаться почти вертикально, под углом 70-80° к горизонту, из-за снега и низкого положения Солнца.
Чтобы обеспечить автономную работу нескольких люминесцентных или светодиодных энергосберегающих ламп, холодильника и телевизора на даче, можно установить несколько солнечных батарей суммарной мощностью 500-600, а лучше 1000 Вт. Такой комплект солнечных батарей дополняется блоком аккумуляторов общей емкостью 200-400 ампер - час и инвертором от 2 до 6 кВт с солнечным контроллером. Столь большая мощность инвертора нужна для того, чтобы обеспечивать пиковые нагрузки и пусковые токи. От комплекта солнечных панелей мощностью 2-4 кВт можно запитать небольшой коттедж, обеспечив комфортное проживание.
Сегодняшнюю статью меня побудило написать то обстоятельство, что время от времени упорно продолжает звучать вопрос: Что лучше использовать как альтернативный источник электрической энергии, ветрогенератор, солнечные батареи? Уверен, тем кто уже относит себя к “альтернативщикам” с опытом подобный вопрос “режет слух”.
Действительно, чтобы чувствовать ответ на него следует хотя бы пару лет пособирать по крупицам такие желанные Ватты. А говоря серьезно, это равносильно вопросу: Что лучше использовать гидроэлектростанцию или теплоэлектростанцию? Там, где есть река и её поток обеспечивает возможность использования гидроэлектростанции, выбор очевиден хотя бы потому, что её киловатт будет дешевле. Ну а там, где нет реки, остается ставить теплоэлектростанцию.
Разумеется каждый из вариантов способен удовлетворять выполнение поставленных задач при определенных специфических условиях. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые мы вынуждены учитывать при выборе одного, более соответствующего нашим требованиям и замыслам.
В равной степени это относится и к выбору ветрогенератора или солнечной батареи. Там, где объекты открыты, как говорится, всем ветрам, напрашивается . Но, по большому счету, это не исключает возможности использования .
Более того, эту особенность альтернативных источников следует использовать себе на пользу. Что я имею в виду? Предположим вы собрались обеспечивать себя электроэнергией от альтернативного источника в районе систематических и регулярных ветров. Выбор ветрогенератора или ветрогенераторов (вопрос о количестве, это отдельный вопрос) для вас очевиден. Согласен с вами и я. НО!
Обязательно, рассмотрите вариант использования и солнечной батареи тоже. В каком уж процентном соотношении распределить общую мощность между ними это дело расчета. Важнее другое, следует учесть, что если в вашем районе присутствует сезонность, значит без сомнения будут периоды, когда производительность ветрогенератора значительно снизится, но в этот же период повысится производительность солнечной батареи. Тем самым исключив из всего периода вашего электропотребления сезонный провал.
Это же можно отнести и к районам с преимущественным солнечным излучением. Не рассматривать использование ветрогенератора вообще было бы по меньшей мере нерентабельно.
Другими словами, целесообразно использовать ветрогенератор, солнечные батареи совместно. В средней полосе России летом основная нагрузка ложится на солнечные батареи. Это и понятно. Световой день длиннее, солнце выше. Весной же и осенью, если не брать в расчет мартовские отражения от снега, тем более зимой, листвы на деревьях нет, пространства для ветра открыты. Тут-то ветряк становится Королем.
Я всегда отдавал свои предпочтения солнечным батареям. Бесшумные труженицы. Ломаться нечему, нет механических вращающихся частей. Тем не менее, я никогда не стану советовать ограничиваться лишь солнечными батареями. Допускаю, что могут быть районы, где целесообразно использовать только либо ветрогенератор, либо солнечные батареи. Но это скорее исключение, чем правило.
