Как обеспечить автономное энергоснабжение на даче

Единство трёх сред

Самой популярной средой в этом случае является почва. Дело в том, что земля – это единство трёх сред: твёрдой, жидкой и газообразной. Меду мелкими частичками минералов расположены капли воды и пузырьки воздуха. Более того, элементарная единица почвы – мицелла или глинисто-гумусовый комплекс представляет собой сложную систему, обладающую разницей потенциалов.

На внешней оболочке такой системы формируется отрицательный заряд, на внутренней – положительный. К отрицательно заряженной оболочке мицеллы притягиваются положительно заряженные ионы, находящиеся в среде. Так что в почве постоянно происходят электрические и электрохимические процессы.  В более гомогенной воздушной и водной среде таких условий для концентрации электричества нет.

Сетевая солнечная электростанция

В целях экономии электроэнергии, совместно с централизованным электроснабжением используется сетевая солнечная электростанция. В ясную солнечную погоду она полностью или частично обеспечивает питанием все имеющиеся электроприборы. С наступлением темноты или при росте нагрузки, в работу включается общественная электрическая сеть.

При использовании данной схемы солнечные батареи соединяются с инвертором, который одновременно соединен с обычной электрической сетью. То есть, при достаточной солнечной энергии питание производится от панелей, а нагрузка на центральную сеть снижается, что дает определенную экономию электроэнергии. Подобное оборудование окупается довольно быстро, по сравнению с общим сроком эксплуатации.

Однако сетевая электростанция имеет ряд серьезных недостатков. Прежде всего, она не будет работать при отсутствии напряжения в центральной сети. Вырабатываемая мощность нередко превышает потребности, особенно в летнее время днем. Избежать подобных ситуаций позволяет так называемая гибридная система, совмещающая элементы автономных и сетевых электростанций. В них используются специальные гибридные инверторы, способные работать не только с солнечной электроэнергией, но и с обычным сетевым током. Такие установки отличаются не слишком высоким КПД, поскольку на всех стадиях преобразований теряется определенное количество энергии.

Состав автономной системы электроснабжения

Определение 1

Автономная система электроснабжения – это совокупность систем преобразования и источников электроэнергии.

В состав системы автономного электроснабжения могут входить:

1. Стабилизатор напряжения.
2. Источник электрической энергии. Функции источника электрической энергии в автономной системе электроснабжения могут выполнять бензо-, газо- дизельная электростанция или генератор, оборудованные электрическим стартером, а также автономные источники питания от ветра или солнца.
3. Подвод внешней электрической энергии из сети.
4. Система преобразования электрической энергии. Основную функцию в данной системе выполняет инвертор, служащий для подзарядки батареи, а также преобразования постоянного тока в переменный.
5. Аккумуляторные батареи. Данное оборудование используется для накопления электроэнергии.
6. Система автоматического пуска генератора. Оборудование данной системы представляет собой прибор, который осуществляет запуск генератора по команде или пропадании внешней сети.
7. Блок коммутации. Данное оборудование используется для автоматического управления и слежения за функционированием системы.

Для правильного функционирования автономной системы электроснабжения наличие всех составляющих необязательно, она может работать и без них, но с некоторыми ограничениями. Если в системе отсутствуют внешняя электрическая сеть, то вся необходимая электроэнергия вырабатывается генератором. При отсутствии стабилизатора система может функционировать, но при этом не обеспечивается чистый синусный сигнал на потребителей электроэнергии. В случае отсутствия блока батарей и инвертора — время работы автономной электрической системы ограничено временем непрерывного функционирования генератора (как правило, от 6 до 12 часов). Еще одного ограничение при отсутствии инвертора и блока батарей — значительный промежуток времени между отключением электричества и запуском генератора (от нескольких секунда до нескольких минут). Если в автономной системе электроснабжения отсутствуют генератор, блок его запуска, а также блок коммутации, то время функционирования системы ограничивается объемом энергии, который был накоплен в батареях.

В завершение

У меня теперь есть новая привычка. В командировках я открываю мобильное приложение, чтобы узнать был ли солнечным день в Калининграде или нет. И по выработке солнечной энергии и графику я уже представляю, было ли небо безоблачным, с редкими облаками или шел дождь.

В момент публикации этой статьи на улице солнечно и дом работает в плюс на 1.8 кВт. Минус, в данном случае означает плюс

Спасибо моей любимой жене за терпение я испытывал его неоднократно. Особенно круто было зимой после подключения, я был в командировке, перегорел предохранитель на улице и дом, проработав два дня на аккумуляторах, выключился в 2 часа ночи при -20 градусах мороза.

Мне нравится, что мой дом работает на солнце и я больше отдаю энергии, чем потребляю. Возможно, это вообще главный принцип, которым нужно руководствоваться по жизни.

Особенности ИБП для частного дома или коттеджа

• Быстрый пуск в автоматическом режиме. В случае отключения основного источника электроснабжения резервный включается автоматически за сотые доли секунды. Не требуется осуществлять запуск оборудования вручную, исключается простой техники на время, пока потребуется прогрев двигателя электрогенератора.
• Отсутствие шума. Не нужно решать проблему с местом установки оборудования, чтобы исключить значительный шум и вибрации. При работе ИБП на базе инвертора нет фонового шума от двигателя, отсутствуют вибрации на раму и, соответственно, фундамент. Установить источник бесперебойного питания для дома можно в подвале или комнате хозяйственного назначения.
• Нет запаха от продуктов горения топлива. Инвертору не требуется топливо для работы, т.к. он преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный напряжением 230 В. Если его установить в доме, то не нужно дополнительно монтировать систему вытяжной вентиляции.
• Надежность и долговечность. Поскольку в оборудовании отсутствуют механические детали, испытывающие значительные нагрузки (термические, механические), и срок службы аккумуляторных батарей достигает 10 лет, то общее время эксплуатации без технического обслуживания, замены деталей, ремонта составляет порядка 8-10 лет в зависимости от условий работы.

Еще одна полезная особенность инверторных ИБП – возможность интеграции в единую систему резервного и автономного питания вместе с источниками возобновляемой энергии (ветряные генераторы, солнечные батареи и пр.), что особенно актуально для загородных участков, коттеджей вдали от города.

Автономное электроснабжение: что это?

Автономное электроснабжение (АЭС) – это технология, позволяющая обеспечить дом, офис или другое помещение стабильным и независимым электропитанием вне зависимости от централизованных систем энергоснабжения.

Автономное электроснабжение работает на основе использования альтернативных источников энергии, таких как солнечные панели, ветрогенераторы, генераторы на биотопливе или батареи с возможностью зарядки от автомобильного двигателя.

АЭС обеспечивает удобство и комфорт, а также экономит средства на платежах за электроэнергию, что делает его привлекательным для использования как в частных, так и в коммерческих объектах.

Важной чертой автономного электроснабжения является его экологичность и возможность уменьшения вредного воздействия на окружающую среду

• АЭС позволяет обеспечить надежную работу электрооборудования в труднодоступных или удаленных от централизованных сетей районах.
• Автономные источники энергии могут обеспечить электроснабжение даже при чрезвычайных ситуациях, таких как аварии или непогоды, что делает их важными для снятия социальных последствий катастроф и рядовых эпизодов жизни.

Таким образом, автономное электроснабжение становится все более популярным в связи с своей надежностью, экономической эффективностью, удобством использования и экологической безопасностью.

Первый опыт

Итак. Большую часть года я обеспечиваю себя солнечной энергией с большим запасом.
Вот май 2015 года. За месяц я выработал 745 кВт*час, потребил 300 кВт*час. Больше 0.5 Мегавата в плюс.

Вы видите, что в солнечный день станция выдает примерно 30-35 кВт*час, а потребляю я не больше 10 кВт*час. Т.е. летом я вырабатываю 300% необходимой мне энергии.
Вот так выглядит график солнечного дня 6 июня 2015 года. Станция начинает давать энергию уже 7 утра. Пиковая выработка 4+ кВт*час и до 19 часов вечера работает генерация.

Я пишу эту статью 29 ноября. Сегодня был пасмурный день, низкие облака. Выработка составила всего 4 кВт*час примерно 50% от необходимой мне энергии.

А вот весь ноябрь этого года. Я смог себя обеспечить себя солнечной энергией всего на 40%

Весь год выглядит вот так. В августе ошибка в данных. У меня барахлил интернет пока мы были в отпуске и данные не засчитались. Но выработка была лучше июля.

Как вы видите, я обеспечиваю себя на 100% во все месяцы кроме 4 месяцев с ноября февраль. В эти месяцы обеспечение составляет 30-70%.

Первый дом в России, отдающий электроэнергию в сеть

30 ноября 2015 года в сети была опубликована статья Сергея Рыжикова «Солнечная электростанция на западе России». С разрешения автора мы воспроизводим ее полностью на нашем сайте. Положительный опыт, приобретенный автором разработки солнечной электростанции для индивидуального дома, примечателен не только тем, что солнечные панели снабжают дом электричеством, но, в первую очередь тем, что автору удалось договориться с местными энергосетями о том, чтобы отдавать излишки электроэнергии в сеть. Впрочем, судите сами.

Солнечная электростанция на западе России

Сергей Рыжиков, 30 Ноября 2015

Сегодня исполняется год как я сделал солнечную электростанцию, научился обеспечивать себя электричеством и даже научился отдавать излишки в городскую электросеть, и официально крутить счетчик в обратную сторону Поговаривают, что я первый в стране частный дом, который делится излишками энергии с соседями.

Однажды в FB под интересной статье Александра Чачавы про его опыт работы с Теслой я упомянул про солнечную электростанцию. Оказалось, что многим интересно и меня просили поделиться опытом. Делюсь

Мне казалось, что писать особенно будет не о чем и статья получится короткой. Но получилась много букв, картинок и ссылок.

Состав гибридных систем

Каждая комбинированная солнечно-ветровая установка включает в себя гелиопанели, ветрогенератор, зарядный контроллер, аккумуляторы и инвертор. Мощность компонентов подбирается исходя из нужд энергопотребления. Но нужно учитывать и еще один фактор – тип ветрогенератора.

Различают ветрогенераторы:

• Горизонтальные. Эти установки дешевле, но они эффективны при господствующих ветрах одного направления. В условиях переменных ветров их производительность минимальна;
• Вертикальные. Стоят эти источники энергии примерно в 2-3 раза дороже горизонтальных, но при этом эффективно работают и в случае постоянно меняющегося направления ветра.

Таким образом, ветрогенераторы и солнечные батареи могут полностью обеспечить энергонезависимость жилья. Кроме того, такие системы отличаются более гибкими возможностями подбора конфигурации, чем чисто солнечные или чисто ветряные установки. Вполне приемлемы и расценки на них.

Например, система из ветряка мощностью 600 Вт и батареи в 250 Вт (с контроллером, инвертором и АКБ) обойдется примерно в 85 тыс. рублей. Выработка установки составит порядка 100 кВтч/месяц.

Откуда дует?

Установка ветрогенератора мощностью от 5 кВт и более будет иметь наибольшую экономическую эффективность, если среднегодовая скорость ветра превышает 6 метров в секунд, или 21,5 км в час. Сразу можно оговориться, что в России районов, чтобы это условие выполнялось, совсем немного. Чаще всего среднегодовая скорость ветра здесь составляет менее 5 метров в секунду. Это не означает, что ветрогенерация у нас не выгодна, просто ожидать от нее чудес не стоит. Прежде чем установить ветряк на своем участке, стоит проанализировать данные о силе ветра в регионе проживания за последние 5-10 лет. Их можно найти в интернете или получить в метеослужбе

Стоит обратить внимание, что при ветре три метра в секунду большинство ветрогенераторов вырабатывают минимальное количество энергии, которой может не хватить даже на освещение

Водоканалы попоросили вернуть пени для неплательщиков

Стоимость ветряков варьируется от мощности выработки энергии. Комплект на 1 кВт энергии можно приобрести за 100 тысяч рублей, а ветряк на 10 кВт будет стоить около 700 тысяч рублей, причем для него потребуется мачта высотой не менее 10 метров.

Одним из серьезнейших аргументов против установки ветряка на дачном участке являются издаваемый им постоянный гул (пусть даже едва слышный) и вибрация. Последнее, конечно, может избавить дачный участок от кротов и грызунов, но едва ли добавит комфорта людям, на нем живущим. Поэтому ветрогенераторы, особенно мощные, не рекомендуется устанавливать в непосредственной близости от жилого дома.

Кошелек

Инфографика “РГ”/ Антон Переплетчиков / Сергей Тихонов

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.

Техника безопасности при эксплуатации АКБ

Дача является местом временного пребывания, поэтому при организации электроснабжения с использованием аккумуляторов, не зависимо от их вида, необходимо соблюдать основные правила техники безопасности при монтаже и эксплуатации, чтобы в момент отсутствия собственника в жилом помещении не возникло аварийных ситуаций.

В первую очередь, это обеспечение хорошей циркуляции воздушных масс в технической комнате, в которой расположены батареи. Так как побочным эффектом зарядки АКБ является образование вредного для человека газа в момент закипания электролита, его скопление может привести к отравлению или аллергической реакции. Поэтому для качественного проветривания помещение нужно оборудовать приточной и вытяжной вентиляцией, желательно работающей в автоматическом режиме.

Автоматический выключатель

Необходима установка термостатического датчика, отключающего питание зарядного устройства. Это необходимо для предотвращения вздутия или разрыва АКБ во время достижения им максимальной емкости.

Нужно периодически замерять рабочие параметры батареи, используя мультиметр или другое оборудование. Если технические характеристики в процессе эксплуатации значительно упали, то деталь необходимо заменить и провести точную диагностику всей системы для выяснения причины.

Запрещается использовать в резервном или автономном энергоснабжении автомобильные аккумуляторы с жидким электролитом. Так как они обладают низким ресурсом с точки зрения цикла подзарядки, который равен не более 50 раз, то срок их службы в данной системе составит не больше 6 месяцев.

Таким образом, при правильном выборе и грамотной эксплуатации аккумулятора для резервного питания частного дома оборудование прослужит вес срок, заявленный производителем, и не доставит проблем собственнику жилого помещения.

Выбор и установка компонентов

Перед тем как собрать солнечную электростанцию, необходимо предварительно рассчитать ее параметры, с целью правильного выбора деталей.

В первую очередь определяется количество солнечных панелей. Для этого нужно точно установить степень инсоляции для данной местности. Ее показатель представляет собой количество солнечной энергии, попадающей на поверхность земли, измеряемой в ваттах на 1 м2. Инсоляцию рекомендуется указывать помесячно, так как в разное время года она будет совершенно разной. При расчетах следует ориентироваться на самые низкие показатели.

Далее расчет солнечной электростанции состоит в определении ежемесячной потребности в электроэнергии. При использовании автономной системы следует учитывать, насколько эффективно накапливается электроэнергия и насколько экономно она используется. Низкое энергопотребление позволит обойтись меньшим количеством гелиопанелей и сэкономить при этом значительные средства.

Любая домашняя солнечная электростанция будет работать намного эффективнее, если солнечные панели установлены в наиболее оптимальное положение. Максимальный КПД достигается за счет угла в 90 градусов, под которым солнечные лучи падают на панель. Решение этой задачи достаточно сложное, поскольку солнце постоянно изменяет свое местоположение.

Проблема может быть решена за счет динамичной установки, когда панели поворачиваются за солнцем при помощи сервопривода. При таком варианте удается получить электроэнергии на 50% больше, чем в стационарном положении. Однако и неподвижная установка приносит положительные результаты, если выбран наиболее оптимальный угол, обеспечивающий максимальный сбор солнечных лучей. Также мощность установки можно повысить путем совместного использования ветрогенератора.

Выбор других деталей системы

Важным компонентом электростанции является аккумулятор, накапливающий полученную энергию. В дальнейшем, она используется в ночное время, когда отсутствует солнечный свет. Помимо основной функции, АКБ осуществляют сглаживание электроэнергии, поступающей неравномерно.

При покупке следует учитывать, что электрический ток, который выдает солнечная электростанция для дома, не должен превышать более чем на 10% номинальную емкость кислотных батарей. Для щелочных аккумуляторов этот показатель составляет 30%. Кроме того, нужно учитывать саморазряд батареи. Чтобы АКБ находилась в исправном состоянии, ей требуется периодическая подзарядка.

На работу аккумулятора оказывает влияние правильный выбор контроллера, управляющего процессами зарядки-разрядки. Современные приборы типа МРРТ проводят слежение за точками максимальной мощности, что позволяет создавать запасы энергии даже при слабом освещении.

Выбирая инвертор, перед тем как собрать всю схему, нужно обращать внимание на то, чтобы искажения синусоидального сигнала не превышали 3%. Изменения амплитуды напряжения при включении нагрузки должны быть не более 10%

Качественный прибор выполняет преобразование постоянного и переменного тока. Он обеспечивается защитой от коротких замыканий и запасом по перегрузке. Схема электроснабжения обычно предусматривает питание разных групп потребителей от собственных инверторов.

Установка и коммутация

Монтируются элементы в гибридной системе также, как и в случае независимой установки. Солнечные батареи располагают на крыше или на отдельной монтажной ферме (в этом случае можно оптимально отрегулировать их наклон относительно горизонта), а ветряки – на мачтах возле дома.

Несмотря на то, что при вращении лопасти ветряков издают специфический звук (что многие относят к их недостаткам), они не создают дополнительных неудобств. Дело в том, что звук достаточно монотонен и не резок, поэтому люди очень быстро перестают замечать его.

Подключение проводится по классической схеме. Ветрогенератор и солнечные панели через контроллер коммутируются к АКБ, где и накапливается выработанная энергия. Потребители переменного тока подсоединяются через инвертор.

Аварийный источник энергии

Описанный выше принцип можно использовать для создания зарядного устройства из подручных средств. Для этого понадобятся простые детали, которые можно обнаружить в остатках материала на выброс после ремонта.

Для создания источника энергии понадобится:

1. П-образные оцинкованные подвесы для гипсокартона (толщина значения не имеет) — 10 шт.
2. Тонкая медная проволока — 15 м.
3. Тонкая х/б ткань — несколько лоскутов, в крайнем случае — туалетная бумага.
4. Нитки.
5. Вода, соль.

Ход работы (для одного элемента питания):

1. Обернуть пластины материей (или бумагой) в 2 слоя.

2. Намотать проволоку поверх материи (не густо, материя должна просматриваться).

3. От каждого элемента выпустить медный проводок.

4. Обернуть элемент материей ещё раз и зафиксировать нитками.

5. Смочить подсоленной водой материю и поддерживать в мокром состоянии.

Один элемент выдаёт примерно 0,33 В. Для горения светодиода достаточно 5-ти элементов, для подзарядки телефона 13–14 шт.

Электричество будет вырабатываться, пока идёт реакция окисления, т.е. пока между разными металлами есть электролит (подсоленная вода). Если элемент высох, достаточно его смочить, и реакция возобновится, пока соляной раствор не разъест цинковое покрытие. В идеале лучше использовать полностью цинковые пластины.

Отдельные детали и соль можно взять с собой в поход или держать уже готовые элементы вместе со свечой на случай отключения электричества. При наступлении темноты останется только соединить их вместе и смочить.

Применение автономного электроснабжения

Домашние нужды: Один из наиболее распространенных вариантов применения автономного электроснабжения – это использование его в качестве генератора для снабжения электроэнергией отдельной квартиры, дома или дачи. В случае аварийной отключения центральной электросети, автономные установки автоматически включаются, обеспечивая постоянную подачу электроэнергии.

Открытые мероприятия: Автономные установки часто применяются при проведении каких-либо открытых мероприятий, таких как концерты, фестивали или спортивные соревнования. Обеспечивая генерацию электроэнергии, они помогают устроителям провести мероприятие без отключения света.

Промышленность: Автономное электроснабжение может использоваться для обеспечения нужд промышленных предприятий, например, для резервного питания в случае отключения центральной электросети, что минимизирует простои на производстве.

Туризм: Автономное электроснабжение может использоваться в качестве генератора, чтобы обеспечить электроэнергией отрезки городских туристических маршрутов, а также автомобильных кемпингов.

Сельское хозяйство: Автономное электроснабжение может быть крайне полезным для сельских хозяйств

Благодаря этому устройству можно обеспечивать электричеством фермы, скотобойни и т.д., что особенно важно в регионах, где отключения центрального электроснабжения бывают регулярным явлением

Системы безопасности: Автономное электроснабжение часто используется для поддержания работы систем безопасности, таких как видеонаблюдение, специализированные светотехнические устройства и т.д.

Применение автономного электроснабжения может быть полезным в самых различных ситуациях. Каким бы ни был характер использования, эта система обеспечивает электроэнергией в тех случаях, когда требуется постоянно действующий и надежный источник питания.