Содержание

О ветряках и солнечных батареях. Ветрогенераторы или солнечные батареи, что лучше выбрать? Что выгоднее солнечные батареи или ветрогенератор

Скачки напряжения в сети и перебои с поставкой электроэнергии способны доставить много хлопот владельцам отдаленных загородных домов или даже парализовать работу фермерского хозяйства, находящегося на отшибе. Покупка отдельных ИБП для циркуляционного насоса , компьютера, котла, кондиционера и холодильника может решить проблему, если электричество включат в течение часа. Отсутствие напряжения в сети в течение суток грозит глобальной катастрофой на местном уровне. Домовладельцы поневоле задумываются о приобретении автономного источника энергии. Дизельный или бензиновый генератор не стоит даже рассматривать ввиду дороговизны топлива, необходимости постоянного пополнения запасов и чрезвычайной опасности пожара. Остается сделать выбор между ветряной и солнечной электростанцией. Изучив требования к установке, особенности монтажа и обслуживания, возможные проблемы и пути их решения и сопоставив с вашими запросами и местными условиями, можно принимать окончательное решение о целесообразности использования силы ветра или энергии солнца в каждом конкретном случае.

Стоимость оборудования

Для монтажа автономной бытовой электростанции, кроме солнечных панелей и генератора с лопастями понадобится следующее:

инвертор;
контроллер;
аккумуляторные батареи.

Стоимость приобретения и монтажа всего комплекса оборудования при установленной мощности в 20 кВт приблизительно будет равна. Цена ВЭУ будет меньше, однако ее установка обойдется дороже, чем инсталляция солнечных батарей. Существуют сотни вариантов комплектации солнечной и ветряной электростанции для бытового пользования. Однако можно смело сказать, что за 2 миллиона рублей можно заказать «под ключ» современную электростанцию, использующую силу ветра или энергию солнца. Говорить о стоимости 1 кВт в автономной системе некорректно, так как вопрос стоит о наличии или отсутствии электричества.

Срок эксплуатации солнечных панелей больше приблизительно на 10 лет. Окупаемость проекта рассчитать будет проще, если вы имеете приносящее доход приусадебное хозяйство, наладить которое было бы в принципе невозможно без электричества.

Предварительные изыскания и консультации

На установку ветряка должны дать согласие соседи. Данное требование может остановить работы еще в самом начале. Обычно на монтаж ВЭУ решаются домовладельцы, живущие на окраине населенных пунктов и имеющие земельные участки более 1 га, что позволяет не спрашивать мнение односельчан. В любом случае не получиться избежать проведения экологической экспертизы, так как лопасти генератора потенциально опасны для гнездящихся в вашем районе птиц.

Лучше всего устанавливать оборудование на вершине холма, даже если он находится в некотором отдалении от дома и хозяйственных построек. Для изучения ветрового потенциала необходимо предварительно получить данные с предполагаемого места монтажа оборудования. Так как лопасти ВЭУ должны находиться на высоте 25-35 метров, необходимо построить стальную мачту. После получения от специалистов проекта фундамента, можно начинать бурить отверстия. Арматурные каркасы готовятся на поверхности и опускаются перед заливкой бетона. Расчет количества раствора очень важен, потому что весь монолитный слой должен укладываться единовременно. Столь строгие требования связаны с тем, фундамент будет нести значительные нагрузки. Мачта монтируется на болтовых соединениях. На ее вершине устанавливается свободно вертящийся по принципу флюгера анемометр. С момента подключения к компьютеру станции наблюдения за ветром должен пройти 1 год, чтобы получить заключение об экономической целесообразности монтажа ВЭУ. В случае негативных выводов, мачту можно разобрать и продать, а на фундаменте построить подсобное помещение.

Для установки солнечных панелей необходимо выделить участок земли площадью около трех соток, позволяющий расположить каркас, ориентированный строго на юг. Крепить батареи на крыше, располагая свободным пространством во дворе, не имеет смысла. Это обойдется дороже и внесет дополнительные сложности в решение проблемы разворота панелей вслед за изменяющейся траекторией движения солнца по небосклону. Следует заметить, что неправильный угол наклона рабочей поверхности снижает эффективность работы батарей на 30%.

Монтаж оборудования

Установка ветровой электрической установки осуществляется на построенную ранее мачту при помощи крана с телескопической стрелой, длина которой 40 метров. Все работы должны проводиться специализированной организацией, которой дилер дал разрешение устанавливать свое оборудование. Кроме лопастей и генератора на вершине мачты будут установлены датчики направления ветра и электромеханический привод, который предназначен для разворота рабочей части в нужном направлении.

Монтаж солнечных панелей начинается с заливки столбчатого фундамента. К закладным металлическим деталям приваривается швеллер высотой около 2,5 метров. При помощи лазерного уровня размечается точка крепления поворотного каркаса. Монтаж автоматического поворотного механизма будет означать для вас удорожание проекта на 30-40 процентов. В бюджетных бытовых электростанциях угол наклона регулируют вручную, выставляя опорный рычаг на одно из четырех положений в зависимости от времени года. На металлический каркас навешиваются солнечные панели и закрепляются при помощи болтов и гаек. При монтаже конструкции необходимо предусмотреть аварийное положение, в котором она закрепляется в случае объявления штормового предупреждения. Огромная парусность солнечных панелей является серьезной проблемой, поэтому все работы должны осуществляться в полном соответствии с проектом. Вдоль ряда столбов нужно выкопать траншею, куда будет уложен силовой кабель, ведущий к инвертору.

Принцип действия и обслуживание

Благодаря своим аэродинамическим особенностям лопасти ветряной турбины максимально используют силу ветра для вращения. Внутри турбины электромагнитная система преобразует эти вращательные движения в электричество. Поворот лопасти приводит в движение центральную ось, которая соединена с ротором внутри генератора. Магниты, закрепленные по окружности, создают движущееся магнитное поле. Подчиняясь законам физики, электроны в катушках стартера также приходят в движение. Возникает переменный ток.

Техническое обслуживание генератора осуществляется в среднем один раз в год. Оно включает в себя тестирование всех систем и проверку износа механических деталей. Необходимо периодически менять подшипники и смазывать трущиеся части.

Чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются лопасти, и больше вырабатывается энергии. Однако при скорости воздушных потоков, превышающей 40 метров в секунду, ВЭУ должна прекратить выработку электроэнергии. Лопасти автоматически переводятся в аварийный режим. Покупка блока управления и системы приводов на случай урагана увеличат сумму сметы, однако рисковать не стоит, даже если в вашей местности смерчи — крайне редкое явление.

Фотоэлектрические панели не имеют трущихся механических частей. Солнечный свет, проникая через первый «дырочный» слой кремния или перовскита, «отрывает» электроны внутри второго слоя материала. Возникает электрическое напряжение.

Учитывая вышеизложенное, все обслуживание должно сводиться к регулярной очистке внешней поверхности от пыли и грязи. Так как каркас установлен на земле, сделать это будет несложно. Манипуляции лучше проводить не реже одного раза в неделю. Учитывая площадь панелей, время уборки не будет превышать 1 час.

Одной из главных проблем эксплуатации солнечных батарей является снижение их эффективности при перегреве рабочей поверхности. Каждый градус нагрева фотоэлемента снижает его отдачу на 1-2%. В последнее время достаточно востребованы на рынке пленки, которые пропускают внутрь панели только фотоны света, не позволяя инфракрасному излучению нагревать кремний. Однако высокая стоимость этих современных покрытий ставит под вопрос экономическую целесообразность их применения.

Познакомившись с особенностями монтажа, эксплуатации и обслуживания ветровой и солнечной электростанции, вы должны ответить на 4 вопроса:

Есть ли на вашем участке место, соответствующее описанным требованиям?
Готовы ли вы мириться с шумом, производимым вращающимися лопастями?
Сколько будет стоить ежегодное сервисное обслуживание оборудования в вашем районе?
Какая электростанция больше соответствует климатическим особенностям данной местности?

Установив рядом с усадьбой автономную электростанцию, вы перестанете зависеть от перебоев в централизованном энергоснабжении и обеспечите бесперебойное питание для котла , циркуляционного насоса и всех систем жизнеобеспечения.

Опыт изготовления ветряка и солнечных батарей

Небольшой ветрогенератор на 300 Ватт

Свая энергия от ветра и солнца

Небольшая ветро-солнечная электростанция

Малая солнечная электростанция в Клинском районе Московской области

Опыт Дмитрия и краткий обзор его сайта

Электростанция для своего дома обеспечивает 300кВт в месяц

Электростанция от ветра и солнца

Своя солнечная электростанция

Ветрогенератор 300ватт для минимальных потребностей

Ветрогенератор для своего дома 3кВт

Солнечная электростанция на даче 800 Ватт, полная автономная система

Солнечная панель 80ватт на даче

Для балансировки поступления энергии от альтернативных источников часто возникает желание совместить солнечные батареи и ветрогенератор в одной системе.

В каких случаях стоит это делать и какой источник альтернативной энергии выбрать, можно понять, рассмотрев плюсы и минусы ветряков и солнечных панелей.

Плюсы солнечных панелей:

Надежность — проработают 25 лет и более, поскольку они не имеют подвижных частей и какой-либо электроники в своем составе, а закаленное стекло, прочная алюминиевая рама и надежная герметизация элементов обеспечивает беспроблемную эксплуатацию панелей в любых погодных условиях при любой температуре.
Простота установки — при помощи стандартных можно легко закрепить панели на крыше или на стене дома.
Отсутствие необходимости технического обслуживания — единственное, что рекомендуется для увеличения выработки энергии, это раз в год вымыть поверхность солнечных панелей моющим средством для стекла, но и это не обязательно.

Минусы солнечных панелей:

Низкая среднесуточная выработка электроэнергии в зимнее время — в 5-10 раз меньше, чем летом для средней полосы России, в 2-3 раза меньше — для южных регионов и полное отсутствие выработки зимой в северных регионах за полярным кругом. Для компенсации недостатка электроэнергии необходимо использовать дизель-генератор, бензогенератор или ветрогенератор.
Сильная зависимость выработки электроэнергии от погоды. В облачную погоду выработка снижается до 5-20% по сравнению с безоблачной погодой. Однако, устранить эту зависимость в автономной солнечной электростанции можно применив аккумуляторы повышенной емкости, обеспечивающие запас электроэнергии на 5-7 дней.

Плюсы ветрогенераторов:

Выработка электроэнергии не зависит от времени суток и времени года, если есть ветер.
В местности, где часто дуют ветры (в горах, в степях, на берегах рек и морей), ветряк может выработать значительное количество электроэнергии. Однако общая площадь таких мест, населенных людьми, в Российской Федерации составляет менее 1% от всех населенных мест.

Минусы ветрогенераторов:

Необходимость монтажа на мачте высотой более 25 метров на 99% местности Российской Федерации, поскольку жилая застройка и леса сильно снижают скорость ветра близко к земле — стоимость монтажа ветрогенератора во много раз превысит стоимость самого ветрогенератора.
При средней скорости ветра в России, равной 3-4 метра в секунду, ветрогенератор будет вырабатывать около 1-3% процентов от своей номинальной мощности. Номинальная мощность ветрогенератора указана для ветра скоростью 10-12 м/сек.
Отсутствие надежности в сегменте маломощных ветряков мощностью до 10 кВт — большинство дешевых маломощных ветряков не проработает больше 2-х лет без поломок, хотя . Если Вам известны факты более продолжительной работы без поломок, поделитесь этим со всеми на нашем .
Необходимость ежегодного технического обслуживания для поддержания ветрогенератора в рабочем состоянии.
Замерзание смазки при отрицательных температурах приводит к невозможности старта ветряка зимой.
Свист маломощных ветряков, работающих на высоких оборотах при большой скорости ветра — не доставит удовольствия ни Вам, ни Вашим соседям.
Низкочастотный инфразвук мощных ветрогенераторов при любой скорости ветра и маломощных при небольшой скорости ветра — как известно, инфразвук оказывает отрицательное влияние на здоровье человека и всего живого. Именно по этой причине промышленные ветроэлектростанции расположены на значительном удалении от жилых массивов.

Подведём итог:

Использование ветрогенератора, как дополнительного источника энергии для солнечной электростанции имеет экономический смысл только в местности, где часто дуют ветры, при условии, что есть возможность его установки вдали от жилья. При этом необходимо устанавливать надежные мощные модели с мощностью от 10 кВт и обязательно проводить их ежегодное техобслуживание.

О том, имеет ли экономический смысл установка солнечных батарей, читайте .

Экология потребления. Усадьба: Для балансировки поступления энергии от альтернативных источников часто возникает желание совместить солнечные батареи и ветрогенератор в одной системе.

Плюсы солнечных панелей:

Надежность — качественные панели от известного мирового производителя проработают 25 лет и более, поскольку они не имеют подвижных частей и какой-либо электроники в своем составе, а закаленное стекло, прочная алюминиевая рама и надежная герметизация элементов обеспечивает беспроблемную эксплуатацию панелей в любых погодных условиях при любой температуре.
Простота установки — при помощи стандартных крепежных комплектов можно легко закрепить панели на крыше или на стене дома.
Отсутствие необходимости технического обслуживания — единственное, что рекомендуется для увеличения выработки энергии, это раз в год вымыть поверхность солнечных панелей моющим средством для стекла, но и это не обязательно.

Минусы солнечных панелей:

Низкая среднесуточная выработка электроэнергии в зимнее время — в 5-10 раз меньше, чем летом для средней полосы России, в 2-3 раза меньше — для южных регионов и полное отсутствие выработки зимой в северных регионах за полярным кругом. Для компенсации недостатка электроэнергии необходимо использовать дизель-генератор, бензогенератор или ветрогенератор.
Сильная зависимость выработки электроэнергии от погоды. В облачную погоду выработка снижается до 5-20% по сравнению с безоблачной солнечной погодой. Однако, устранить эту зависимость в автономной солнечной электростанции можно применив аккумуляторы повышенной емкости, обеспечивающие запас электроэнергии на 5-7 дней.

Плюсы ветрогенераторов:

Выработка электроэнергии не зависит от времени суток и времени года, если есть ветер.
В местности, где часто дуют ветры (в горах, в степях, на берегах рек и морей), ветряк может выработать значительное количество электроэнергии. Однако общая площадь таких мест, населенных людьми, в Российской Федерации составляет менее 1% от всех населенных мест.

Минусы ветрогенераторов:

Необходимость монтажа на мачте высотой более 25 метров на 99% местности Российской Федерации, поскольку жилая застройка и леса сильно снижают скорость ветра близко к земле — стоимость монтажа ветрогенератора во много раз превысит стоимость самого ветрогенератора.
При средней скорости ветра в России, равной 3-4 метра в секунду, ветрогенератор будет вырабатывать около 1-3% процентов от своей номинальной мощности. Номинальная мощность ветрогенератора указана для ветра скоростью 10-12 м/сек.
Отсутствие надежности в сегменте маломощных ветряков мощностью до 10 кВт — большинство дешевых маломощных ветряков не проработает больше 2-х лет без поломок, хотя есть случаи работы ветряков и по 8 лет.
Необходимость ежегодного технического обслуживания для поддержания ветрогенератора в рабочем состоянии.
Замерзание смазки при отрицательных температурах приводит к невозможности старта ветряка зимой.
Свист маломощных ветряков, работающих на высоких оборотах при большой скорости ветра — не доставит удовольствия ни Вам, ни Вашим соседям.
Низкочастотный инфразвук мощных ветрогенераторов при любой скорости ветра и маломощных при небольшой скорости ветра — как известно, инфразвук оказывает отрицательное влияние на здоровье человека и всего живого. Именно по этой причине промышленные ветроэлектростанции расположены на значительном удалении от жилых массивов.

Подведём итог:

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Солнечная батарея или ветряк. Ветрогенератор или солнечные батареи — что выбрать? Опыт изготовления ветряка и солнечных батарей

Когда-нибудь войны из-за ресурсов закончатся, и человечество будет вовсю использовать нескончаемую мощь ветра и солнца. Но это, когда-нибудь… Что же касается нынешнего времени, то популярность ветрогенераторов и солнечных батарей только растёт. В данной статье строительного журнала будет рассмотрен вопрос о том, что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи и почему это так.

Что такое ветрогенератор и в чем его преимущества?

Что такое ветрогенератор? Наверняка этим вопросом задавались многие люди, мечтающие об альтернативных источниках электроэнергии. Ветрогенератор — это устройство способное благодаря ветру вырабатывать .

Ветрогенератор не может напрямую работать подключённым к различным бытовым электроприборам в доме. В его конструкции обязательно предусмотрены два главных узла — это аккумулирующая электричество аккумуляторная батарея и преобразователь тока.

Также в конструкции есть лопасти, матча на которой закреплён генератор способный вырабатывать постоянное напряжение. Нередко умельцы собирают небольшие по мощности ветрогенераторы из , которые выступают в роли генератора и способны заряжать малые по емкости АКБ.

Наибольшую эффективность ветрогенератор приносит в регионах с частыми ветрами. Неоспоримыми преимуществом ветрогенераторов, является их незначительный вес по сравнению с солнечными батареями, а также то, что они занимают гораздо меньше площади при установке.

Что такое солнечные батареи и в чем их преимущества?

О том, что такое , слышали многие. И, как становится понятным из названия, солнечная батарея способна перерабатывать энергию солнца в электричество. Под воздействием солнечных лучей, происходит активизация фотоэлектрических преобразователей, который начинают вырабатывать электричество, аккумулируя его в аккумуляторные батареи.

Также как и в случае с ветрогенераторами, для преобразования постоянного тока в переменный, в устройстве всей системы стоит инвертор, АКБ и электрический узел контролирующий зарядку аккумулятора. И если говорить про преимущества солнечных батарей, то они, также имеются.

В первую очередь это немалый срок эксплуатации и возможность установки в тех регионах, где практически круглый год светит солнце. Кроме того, к плюсам следует отнести и возможность организации полностью посредством солнечных батарей. К сожалению, если взглянуть более детально, то и солнечная батарея имеет ряд существенных недостатков.

Что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи?

Итак, подводя итоги, нужно выделить основные преимущества и недостатки и того и другого способа создания альтернативного источника электроэнергии, дабы понимать, что лучше — или солнечные батареи?

К неоспоримым преимуществам ветрогенераторов следует отнести малую площадь установки, значительно меньшую стоимость, чем солнечных батарей и возможность эффективного использования в тех регионах, где постоянно дуют ветра.

Минусами ветрогенератора, являются:

Невозможность выработки электроэнергии в безветренную или даже в маловетреную погоду;
В конструкции ветрогенераторе гораздо больше различных трущихся и движущихся деталей, что самым негативным образом сказывается на его сроке эксплуатации.

Теперь, что касается солнечных батарей, основными преимуществами которых, является: долговечность в использовании и возможность обустройства автономной системы энергоснабжения дома. Однако, как было сказано выше, есть у солнечных батарей и ряд существенных недостатков.

Во-первых, это высокая стоимость, которая намного выше, чем стоимость . Вследствие этого, сроки окупаемости солнечных батарей исчисляются десятилетиями. Конечно же, мало кто сегодня захочет вкладывать собственные деньги на 20 или 40 лет, но и такие люди, поверьте, найдутся.

Вторым недостатком солнечных батарей, впрочем, как и ветрогенераторов тоже, является серьёзная зависимость от погодных условий. Но и кроме этого, для установки солнечных батарей нужна большая площадь, что нередко является существенным ограничением, связанным с использованием солнечной энергии.

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?

Использование солнечных батарей позволяет обеспечить дома бесплатной энергией, особенно в условиях нестабильности электроснабжения. Однако у этого метода есть один недостаток – в пасмурную погоду эффективность гелиосистемы очень низка, и дому требуется дополнительный источник энергии. Применение разного рода генераторов (бензиновых, дизельных) неудобно, поскольку они требуют значительных расходов и очень шумят. Лучший выход – комбинированные установки, включающие в себя солнечные батареи и ветрогенераторы.

Такие гибридные комплексы позволяют в полной мере использовать возможности природной энергетики и компенсировать их отдельные недостатки. К примеру, ветрогенераторы в принципе нецелесообразно применять без резервного энергоисточника. Дело в том, что при нескольких безветренных днях подряд (что отнюдь не редкость) аккумуляторы разряжаются слишком сильно, что негативно сказывается на их работоспособности и ресурсе.

Солнечные же батареи малоэффективны в пасмурную погоду, которая обычно сопровождается ветреностью. Таким образом, ветряки и гелиопанели отлично дополняют друг друга, обеспечивая постоянную зарядку АКБ и поддерживая энергоснабжение дома на должном уровне. Еще одно преимущество – солнечные системы не требуют расходов на содержание и топливо, при этом они максимально эффективны в летний период, когда скорость ветров обычно ниже.

В летний период и солнечной зимой максимальная энерговыработка будет идти от солнечных батарей. А вот в пасмурное межсезонье, когда облачность значительна и дуют сильные ветра, производить энергию будут преимущественно ветряки.

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.

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.

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.

Затраты

Как и любая другая автономная энергосистема, солнечно-ветряная установка требует солидных первоначальных расходов. Однако все вложения окупаются полной энергонезависимостью от центральных сетей. Расходов же на обслуживание такая система не требует. Окупаемость проекта зависит от сложности установки и нагрузки на систему, но в среднем она составляет 2-3 года. Этот срок может показаться слишком большим, но нужно учитывать, что цены на электричество постоянно поднимаются, кроме того, подключение коттеджа к центральному энергоснабжению и установка соответствующего оборудования (трансформатора, кабельной трассы) также требуют солидных затрат.

Таким образом, для дома установка гибридной системы будет лучшим решением. На даче ставить подобные комплексы нерационально, поскольку они рассчитаны на круглогодичное использование, а дачей пользуются в основном в летний сезон.

Наибольшее распространение из альтернативных источников электроэнергии получили солнечные батареи и ветрогенераторы. Обе технологии достаточно хорошо отработаны, цены на оборудование постепенно снижаются, и сейчас, например, солнечный модуль мощностью 200–250 Вт можно приобрести за 15–20 тыс. руб.

Какой и как источник выбрать?

Разные типы кремниевых солнечных батарей. Вариант с монокристаллическими модулями (пластина модуля выполнена из цельного кристалла кремния). Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

Вначале определитесь с количеством электроэнергии, которое вам понадобится. Собираетесь ли вы построить систему энергоснабжения дома полностью на солнечной или ветровой энергии или использовать её в качестве ? Ведь ценники получаются очень разные. Для аварийной системы (с выходной мощностью 200–500 Вт) достаточно одного-двух солнечных модулей и дополнительного оборудования — всего на сумму порядка 40–50 тыс. руб. А вот полностью перейти на автономное энергоснабжение будет стоить гораздо дороже. Например, система на солнечных батареях с выходной мощностью 2500 Вт обойдётся в 300–400 тыс. руб. Аналогичный порядок цифр и в ценниках на ветрогенераторы.

Контроллеры солнечных батарей, инверторы и современные аккумуляторные батареи в условиях жилого помещения не занимают много места и не требуют отдельного помещения. Их обслуживание и эксплуатация может производиться как локально, так и удалённо, с помощью планшета или смартфона (через сеть Ethernet или Wi-Fi). Фото: ABB

С поликристаллическими модулями (содержит несколько кристаллов). Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

Непосредственно выбор типа «зелёного» источника зависит от климатических и географических особенностей местности. Скажем, для низкоширотных районов с малооблачной погодой (например, в Крыму) лучше всего подходят солнечные батареи. В открытой местности, на возвышенностях и морском побережье, для которого характерны продолжительные сильные ветры, хорошо зарекомендовали себя ветрогенераторы. На большей части европейской России мало найдётся мест с климатом, идеально подходящим для того или иного типа генераторов электроэнергии. В таких условиях имеет смысл устанавливать оба типа генераторов, которые будут подстраховывать друг друга. Конечно, такая система получается значительно дороже — но что поделать, таковы особенности российского климата.

Солнечные батареи

В настоящее время получили распространение два вида этих устройств: кремниевые и плёночные. Каждый из них подразделяется на типы:

кремниевые монокристаллические. Каждый отдельный светоприёмный модуль выполнен на основе пластины кремния, вырезанной из цельного кристалла. Эти батареи отличаются наибольшим КПД (до 22–24 %), но и самой высокой стоимостью;
кремниевые поликристаллические. Пластина отдельного модуля имеет структуру, состоящую из нескольких кристаллов кремния, за счёт чего устройство удешевляется примерно вдвое. КПД 13–15 %;
кремниевые аморфные. По стоимости процентов на 20 ниже поликристаллических, КПД примерно 6–8 %;
плёночные, на основе теллурида кадмия, селенида меди, полимерных материалов и др. Они появились недавно и не получили широкого распространения, но рассматриваются многими производителями как весьма перспективные. КПД и стоимость примерно на 20 % выше, чем у аморфных.

Наибольшее распространение получили сегодня панели поликристаллические и на основе аморфного кремния. Эти модификации проще в изготовлении и дешевле, нежели панели на основе монокристалла, а кроме того, батареям на основе аморфного кремния не требуется прямое облучение потоками солнечного света, они более эффективно воспроизводят электричество при рассеянном освещении и, соответственно, лучше подходят для средней полосы России, где много облачных дней. Для регионов с преобладанием ясной погоды (Крым, Центральная Азия), наоборот, лучше использовать моно- и поликристаллические батареи.

Ветрогенераторы

Ветрогенератор преобразует ветровую энергию в электрическую. Современные модели способны работать уже при небольшом ветре (2–3 м/с), хотя оптимальная скорость ветра для их работы выше и составляет обычно 10–12 м/с. При скорости ветра 3 м/с такой ветрогенератор будет выдавать примерно 5 % мощности от возможной, при скорости 7 м/с — около 50 %. Поэтому при подборе модели генератора необходимо учитывать среднегодовую скорость ветра в вашей местности, этот показатель всегда указывается в описании.

С аморфными модулями. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

Выбирают ветрогенератор и по величине ежемесячной выработки тока. Вы должны подсчитать, сколько электричества вам потребуется. Скажем, вы решили быть экономными и ограничиться аварийным освещением, работой циркуляционного насоса и возможностью зарядки смартфона или ноутбука. Тогда вам потребуется выходная мощность тока 150–200 Вт, это примерно 50–100 кВт ч в месяц. Такую выработку обеспечат модели небольшой мощности, их можно приобрести сегодня за 20–30 тыс. руб. А если вам требуется больше энергии, то и ветрогенератор следует выбрать мощнее: модели, вырабатывающие за месяц несколько сотен киловатт-часов, но и цена у них будет выше — 100–150 тыс. руб.

Комплексное решение с солнечными батареями и мощными ветрогенераторами, рассчитанными на ветер, меняющийся в широком диапазоне скоростей. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

Аналогично производится и расчёт для солнечных батарей. Подсчитывается необходимое количество электроэнергии, и на основании расчёта подбираются модули, чтобы их совокупная производительность с гарантией обеспечивала ваши потребности. Расчёт получается чуть сложнее, так как величина ежемесячной выработки тока сильно меняется от времени года. Летом она максимальная, а зимой едва достигает 10–20 % от летней. Поэтому выбирайте солнечные батареи в зависимости от того, собираетесь ли пользоваться ими только в тёплое время года (в дачный сезон) или круглый год. Кроме того, эффективность выработки сильно зависит от того, насколько удачно вы расположили солнечные батареи. Если их не получилось развернуть в нужном направлении и под нужным углом, то эффективность выработки энергии заметно уменьшится — на 20–30 %, а то и больше. Поэтому лучше, чтобы расчёты по требуемой производительности батарей с учётом места их расположения делал специалист.