Довольно часто возникает ситуация, когда место для строительства частного дома во всех отношениях просто идеальное, но в то же время отсутствует возможность подключения к централизованным инженерным сетям. Особенную остроту приобретает вопрос обеспечения электричеством, без которого невозможно нормальное функционирование современных объектов. Поэтому наилучшим выходом из такого положения будут автономные системы электроснабжения, обеспечивающие полную независимость от центральных электрических сетей, без какого-либо ущерба для экологии.
Автономные системы электроснабжения частного дома
Использование автономных систем обойдется значительно дешевле, чем прокладка новой линии электропередачи, требующая значительных материальных затрат. Автономный источник питания находится в полной собственности хозяина дома. При регулярном техническом обслуживании он сможет эксплуатироваться в течение длительного времени.
Собственное водоснабжение, канализация и система отопления дают полную независимость от местных коммунальных служб. Гораздо сложнее решается вопрос обеспечения электричеством, однако при правильном подходе с использованием альтернативных источников питания, эта проблема сравнительно легко преодолевается. Существует несколько вариантов автономного электроснабжения, каждый из которых является наиболее подходящим для конкретных условий эксплуатации, в том числе и солнечные системы электроснабжения.
Все автономные системы имеют единый принцип работы, но отличаются первоначальными источниками электроэнергии. При их выборе учитываются различные факторы, в том числе и расходы на эксплуатацию. Например, бензиновые или дизельные генераторы постоянно требуют топливо. Другие же, условно относящиеся к так называемым вечным двигателям, не нуждаются в энергоносителях, а, наоборот, сами способны вырабатывать электричество за счет преобразования энергии солнца и ветра.
Все автономные источники электроснабжения по большому счету похожи друг на друга своим общим устройством и принципом действия. В состав каждой из них входят три основные узла:
- Преобразователь энергии. Представлен солнечными панелями или ветровым генератором, где энергия солнца и ветра преобразуется в электрический ток. Их эффективность во многом зависит от природных условий и погоды в данной местности – от солнечной активности, силы и направления ветра.
- Аккумуляторы. Представляют собой электрические емкости, накапливающие электричество, активно вырабатываемое при оптимальной погоде. Чем больше имеется аккумуляторов, тем дольше сможет расходоваться запасенная энергия. Для расчетов используется среднесуточное потребление электричества.
- Контроллер. Выполняет управляющую функцию по распределению потоков выработанной энергии. В основном эти устройства контролируют состояние аккумуляторных батарей. Когда они полностью заряжены, вся энергия уходит напрямую потребителям. Если же контроллер обнаруживает разрядку батареи, то энергия перераспределяется: она частично уходит потребителю, а другая часть затрачивается на зарядку батареи.
- Инвертор. Устройство для преобразования постоянного тока 12 или 24 вольта в стандартное напряжение 220 В. Инверторы имеют различную мощность, для расчета которой берется суммарная мощность одновременно работающих потребителей. При расчетах необходимо давать определенный запас, поскольку работа оборудования на пределе возможностей приводит к его быстрому выходу из строя.
Существует различное автономное электроснабжение загородного дома, готовые решения которого дополняются различными элементами в виде соединительных кабелей, балластов для сброса лишнего электричества и прочими составными частями. Для правильного выбора агрегата следует более подробно ознакомиться с каждым типом альтернативных источников питания.
Генераторы и мини-электростанции
Генераторные установки и мини-электростанции широко используются и обеспечивают автономное электроснабжение дома, особенно там, где совсем нет централизованных электрических сетей. При условии правильного выбора агрегата, на выходе получается напряжение, способное полностью обеспечить объект электроэнергией. Основным фактором нормальной работы оборудования, является его соответствие электрическим параметрам подключаемых потребителей.
Как правило автономные электростанции выполняют две основные функции. Они служат источником резервного питания на период отключения электроэнергии или снабжают объект электричеством на постоянной основе. Во многих случаях эти устройства обеспечивают подачу напряжения более высокого качества, чем в центральной сети. Это очень важно при использовании высокочувствительной техники, например, газовых отопительных котлов, медицинского оборудования и другой аппаратуры.
Большое значение имеет мощность генераторов, их производительность и возможность продолжительной работы без отключения. Техника с малой мощностью относится к категории электрогенераторов, а более сложные и мощные конструкции считаются уже мини-электростанциями. К устройствам малой мощности относятся генераторы способные выдерживать нагрузку, не превышающую 10 кВт.
Существуют различные типы генераторов, в зависимости от применяемого топлива.
- Бензиновые. Чаще всего используются в качестве резервного источника питания в связи с высокой стоимостью топлива и сравнительно дорогим техническим обслуживанием. Стоимость бензиновых агрегатов значительно ниже других аналогов, что делает их экономически выгодными именно в качестве резервного источника на период отключения основной электроэнергии.
- Дизельные. Обладают значительным моторесурсом, гораздо выше, чем у бензиновых аналогов. Такое оборудование может работать дольше, даже при больших нагрузках. Несмотря на их высокую стоимость, дизельные генераторы пользуются повышенным спросом из-за дешевого топлива и недорогого технического обслуживания.
- Газовые. Надежность и эффективность этих агрегатов вполне может сравниться с бензиновыми и дизельными генераторами. Основным достоинством является их низкая цена и экологическая чистота в процессе эксплуатации.
Каждый агрегат состоит из двигателя и самого генератора. Для более удобной работы все устройства оборудуются замком зажигания, стартером и аккумулятором, розетками для подключения потребителей, измерительными приборами, топливным баком, воздушным фильтром и другими элементами.
Аккумуляторы и источники бесперебойного питания
Одним из вариантов на период отключения электричества в загородном доме являются источники бесперебойного питания. Их применение позволяет решить множество проблем, особенно при кратковременных отключениях электроэнергии. Регулировка питания осуществляется с помощью инвертора и стабилизатора. Использование бесперебойников позволяет сохранить важную информацию на компьютере, которая может быть уничтожена при неожиданном отключении электроэнергии.
В состав ИБП входит схема управления и инвертор, являющийся по сути, зарядным устройством. От его мощности зависит время переключения и обеспечение бесперебойного поступления электроэнергии к потребителю. За счет этого обеспечивается автономное электроснабжение загородного дома.
Особая роль отводится стабилизатору, основная функция которого заключается в увеличении или снижении подачи тока, поступающего из основной сети. Поэтому при выборе источника бесперебойного питания следует обязательно учитывать технические характеристики инвертора и стабилизатора. Стандартные устройства оборудуются стабилизатором, способным лишь понижать напряжение.
К положительным качествам ИБП можно отнести их сравнительно невысокую стоимость. Они работают бесшумно и не подвержены нагреву за счет высокого КПД, составляющего 99%. Основным недостатком считается продолжительное переключение на собственное питание. Отсутствует возможность ручной настройки величины напряжения и частоты подачи энергии. Во время работы аккумулятора выход напряжения будет иметь несинусоидальную форму.
Источники бесперебойного питания хорошо зарекомендовали себя совместно с компьютерами и локальными сетями, эффективно поддерживая их работоспособность. Они оказались наиболее оптимальным вариантом для использования именно в этой области.
Электроснабжение частного дома солнечными батареями
В частных и загородных домах все более широкое распространение получают солнечные батареи, используемые в качестве основных или резервных источников питания. Основной функцией этих устройств является преобразование солнечной энергии в электрическую.
Существуют различные способы применения постоянного тока, вырабатываемого солнечными батареями. Он может использоваться напрямую, сразу же после выработки или накапливаться в аккумуляторных батареях и расходоваться по мере необходимости в темное время суток. Кроме того, постоянный ток с помощью инвертора может быть преобразован в переменный ток, напряжением 110, 220 и 380 вольт и применяться для различных групп и типов потребителей.
Вся автономная система электроснабжения на солнечных батареях функционирует по определенной схеме. На протяжении светового дня они производят электроэнергию, которая затем подается к контроллеру заряда. Основной функцией контроллера является управление зарядом аккумуляторов. Если их емкость заполнена на 100%, то подача заряда от солнечных батарей прекращается. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный с заданными параметрами. При включении потребителей, этот прибор забирает энергию из аккумуляторов, преобразует ее и направляет в сеть к потребителям.
Солнечная энергия, в зависимости от времен года, не бывает постоянной и не всегда рассматривается в качестве основного источника. Кроме того, объем электроэнергии, потребляемой ежесуточно, тоже изменяется в разные стороны. Поэтому при наступлении полного разряда аккумуляторов, происходит автоматическое переключение системы домашнего электроснабжения с солнечных батарей на другие резервные источники питания или на центральную электрическую сеть.
Солнечные батареи делают хозяев дома абсолютно независимыми от центрального электроснабжения. В этом случае не требуется подводка электрических сетей, исключаются дополнительные траты на оформление разрешительных документов и оплату электроэнергии. Данная система не зависит от перебоев централизованной подачи электричества, на нее не влияет рост тарифов, отсутствуют ограничения в подключении дополнительных мощностей.
Солнечные батареи могут эксплуатироваться в течение длительного периода времени, составляющего 20-50 лет. Серьезные финансовые вложения делаются только один раз, после чего система будет работать и постепенно окупать себя. Вся работа батарей осуществляется на полном автомате. Существенным плюсом является полная безопасность солнечной энергии для человека и окружающей среды. Для получения нужного экономического результата следует правильно выбирать оборудование, монтировать и вводить его в эксплуатацию.
Ветрогенераторные установки
Энергия ветра используется с давних пор. Наглядным примером являются парусные корабли и ветряные мельницы, оставшиеся далеко в прошлом. В настоящее время ветровая энергия стала вновь использоваться для совершения полезной работы.
Типичным представителем этих устройств считается ветрогенератор. Принцип работы агрегата основа на вращении воздушным потоком лопастей ротора, закрепленного на валу генератора. В результате вращения в обмотках генератора создается переменный ток. Он может расходоваться напрямую или накапливаться в аккумуляторах и использоваться в дальнейшем по мере необходимости. Таким образом, обеспечивается автономное электроснабжение объекта.
Кроме генератора, в рабочей цепи имеется контроллер, выполняющий функцию преобразования трехфазного переменного тока в постоянный. Преобразованный ток направляется на зарядку аккумуляторов. Бытовые приборы не могут работать от постоянного тока, поэтому для его дальнейшего преобразования используется инвертор. С его помощью происходит обратное превращение постоянного тока в переменный бытовой ток на 220 вольт. В результате всех преобразований расходуется примерно 15-20% от первоначально выработанной электроэнергии.
Совместно с ветровыми установками могут использоваться солнечные батареи, а также бензиновые или дизельные генераторы. В этих случаях в схему дополнительно включается автоматический ввод резерва (АВР), который производит активацию резервного источника тока, если основной отключается.
Для того чтобы получить максимальную мощность, расположение ветряного генератора должно быть вдоль по направлению ветрового потока. Наиболее простые системы оборудуются специальными флюгерами, закрепляемыми на противоположном конце генератора. Флюгер представляет собой вертикальную лопасть, которая разворачивает все устройство навстречу ветру. В более сложных и мощных установках эта функция выполняется поворотным электромотором, под управлением датчика направления.
