Автономное электроснабжение для частного дома: обзор лучших локальных решений

Ограниченные автономные системы электроснабжения

Для функционирования ограниченных автономных систем необходимо присутствие только необходимых подсистем и устройств. Работа с ограничениями будет возможна:

• Без стабилизатора, но не будет определенного вида тока;
• Генератор не обязателен, как и система автоматического запуска. Может отсутствовать и блок коммутации, однако придется пользоваться только электричеством, накопленным в аккумуляторах;
• Без батарей и инвертора – временной промежуток между работой генератора составляет несколько минут, а период работы несколько часов;
• Автономная работа генератора дает возможность получать электроэнергию без подключения к сети

Изготовление системы своими руками

Для использования внутри квартиры или на даче в аварийных случаях своими руками можно собрать аккумулятор. Несколько бытовых аккумуляторов параллельно объединяются, подключаются к зарядному устройству, устанавливается инвертор. Пока работает централизованное энергоснабжение, электричество копится в батареях, включенных в розетку. Когда ток исчезает, инвертор поставляет его в проводку. Можно использовать как переносное устройство.

Для создания своими руками питания целого дома на постоянной или длительной основе потребуется более серьезный подход. Здесь предпочтительно оборудовать помещение на роль котельной, где будет стоять основа техники. Потребуются генератор, мощные аккумуляторы (можно несколько автомобильных), котлы, инверторы, несколько солнечных панелей под выбранную систему. При наличии определенных знаний такая работа стоит свеч и выйдет дешевле многих готовых установок.

Однако и риск допустить ошибку расчетов и подключения тоже не мал.

Автономное электроснабжение дома

В таком случае, без системы автономного электроснабжения не обойтись, а способов для его самостоятельного создания, бывает достаточное количество. Это могут быть как способы организации постоянного снабжения электричеством дома или же возможность использовать электроэнергию только когда нет возможности пользоваться традиционными на это вариантами.

Автономное электроснабжение дома это такое электроснабжение, с помощью которого можно получить в дом электричество независимо от состояния загруженности или удалённости линий электропередач. Например, с помощью бензиновых электрогенераторов, заправляемых бензином либо же дизельным топливом, в зависимости от типа двигателя.

Также к данному способу относится и ветрогенератор, который благодаря помощи ветра вырабатывает электричество, солнечные батареи, которые благодаря солнцу вырабатывают независимую электроэнергию. Кстати, последним вариантом получения электричества от солнца с большим успехом пользуется энергоснабжение Крыма, где установлено большое количество самовырабатывающих источников электроэнергии.

И если в большинстве европейских стран автономная система энергоснабжения высоко развита и находится под контролем правительства, то у нас всё иначе. За границей существует специальная программа Energy Intelligent Europe – EIE при которой владельцам загородных участков государство бесплатно производит установку ветрогенераторов, солнечных батарей и других вариантов автономного энергоснабжения.

При этом после установки ветрогенератора и выработки им электроэнергии правительство выкупает у владельца загородного участка часть электроэнергии, а часть её им расходуется на собственные нужды. Это очень выгодно, как для самого государства, где развивается подобная программа, так и для собственников частных участков.

Способы автономного электроснабжения

Для наших же людей, вполне подходящим вариантом автономного электроснабжение участка или дома является способ смешанной подачи электроэнергии. Это когда основная линия электрических передач обеспечивает энергию для дома при помощи внешних линий электропередач вместе с вышеперечисленными автономными вариантам энергоснабжения.

Автономное электроснабжение дома, выгодный вариант именно для тех домов, которые находятся на значительном расстоянии от прямой линии подключения к электроэнергии. Однако же, такие генераторы требуют большого расхода топлива, должны работать круглосуточно и самостоятельно, без посторонней помощи.

В домах, которые подключены к электричеству напрямую, генераторами пользуются в экстренных ситуациях, например, если произошла значительная поломка на линии, например, повреждён трансформатор.

Прежде чем совершить свой выбор относительно того, какое электроснабжение участка вам требуется, важно обратить внимание на сферу, в которой оно будет использоваться. В загородном доме необходимо следить за тем, чтобы в сети не возникало внезапных перепадов напряжения, это, прежде всего, нужно для того, чтобы обеспечить полнейшую пожарную безопасность. Перед подключением к электричеству проконсультируйтесь с работниками пожарной службы, пусть они убедят вас в том, что вам не грозят самые малейшие неполадки

Перед подключением к электричеству проконсультируйтесь с работниками пожарной службы, пусть они убедят вас в том, что вам не грозят самые малейшие неполадки

Перед подключением к электричеству проконсультируйтесь с работниками пожарной службы, пусть они убедят вас в том, что вам не грозят самые малейшие неполадки.

№1. Генератор для дачи: бензиновый, дизельный, газовый

Самый простой и популярный способ решить проблему электричества на земельном участке – это использовать топливный генератор электроэнергии. По сути, это миниатюрная электростанция, которая работает полностью автономно и превращает энергию сгорания топлива в электрическую. В качестве топлива используется бензин и дизель, реже газ. Для производства 1 кВт/час энергии в среднем потребуется от 0,25 до 0,5 л топлива.

С помощью генераторов электроснабжение дома организовать проще всего: купил, подключил и можно использовать, только не забывать вовремя доливать топливо. В этом и заключается основное преимущество. Главный минус – это необходимость постоянно покупать топливо, а если дом большой и электроприборов в нем немало, то расходы будут ощутимыми. К тому же, сам генератор также стоит денег, и чем его мощность выше, тем выше и цена. Но если сравнить с ветряком или солнечной панелью, то генератор, конечно же, выйдет дешевле.

Когда генератор является резервным источником энергии, важно, чтобы он не только вовремя включался в работу, но и своевременно отключался, чтобы не возникло столкновения двух встречных потоков заряженных электронов. Во избежание неприятностей уже давно разработан алгоритм включения генератора в общую систему

Если центральной сети электроснабжения нет, то рекомендуют использовать два генератора: один – основной, второй – резервный и включается в работу, когда в первом заканчивается топливо. Поочередная работа двух генераторов значительно увеличивает срок службы каждого.

От того, на каком топливе будет работать генератор, зависит его мощность, долговечность, шумность, а также расходы на эксплуатацию.

Дизельный генератор для дачи

Дизельные генераторы электроэнергии лучше всего подходят для постоянной работы. Длительное время беспрерывной работы обеспечивается наличием водяной системы охлаждения. Среди других его преимуществ:

• высокий запрос прочности. По долговечности дизельный генератор выигрывает у бензинового;
• среди дизельных двигателей есть намного более мощные модели, чем среди бензиновых, что позволяет использовать подобный источник энергии даже для снабжения больших загородных домов;
• дизель – более дешевое топливо по сравнению с бензином.

Среди минусов:

• цена;
• высокий шум при работе, поэтому без отдельного помещения со звукоизоляций и вентиляцией будет сложно обойтись. Выхлопные газы есть и у бензинового генератора, но они не такие едкие. Лучше всего поставить дизельный генератор на некотором удалении от дома, но при этом придется позаботиться о навесе и системе запирания, чтобы защитить генератор от кражи;
• запуск возможен при температуре не ниже -5С, хотя на данный момент появились дизельные генераторы в защитном кожухе, благодаря чему устройство можно поставить на улице и эксплуатировать при любых температурах.

Бензиновый генератор для дачи

Бензиновый генератор лучше подойдет в тех случаях, когда участок используется время от времени. Он также может работать в качестве резервного источника электропитания, когда участок подключен к общей сети. В условиях небольшой дачи с минимальным набором электроприборов бензиновый генератор показывает себя лучше всего. Мощность бензогенераторов обычно не выше 7-9 кВт (но можно найти модели и на 15, и даже 20 кВт), а работать дольше 8 часов беспрерывно они не могут – сильно нагреваются.

Преимущества:

• низкая по сравнению с дизельным аналогом стоимость генератора. Цена, конечно же, зависит от мощности, но она, в среднем, в два раза ниже, чем на дизельные модели;
• мобильность. Бензиновые генераторы легче и компактнее дизельных, поэтому при необходимости их несложно перемещать по участку;
• уровень шума ниже, чем у дизельного аналога;
• возможность работы при низких температурах.

Минусы:

• невысокий КПД;
• высокая стоимость бензина.

Уровень шума от дизельного и бензинового генератора зависит от типа корпуса и числа оборотов, на которых работает генератор: устройство с 1500 об/мин будет давать значительно боле низкий шум, чем аналогичное по мощности, но с 3000 об/мин, но и стоить будет дороже.

Газовый генератор для дачи

Газовые генераторы позволяют получать наиболее дешевую энергию, при этом КПД их работы высочайший, а шум минимальный. Мощность может достигать 24 кВт, генератор может функционировать круглосуточно, а газ обойдется дешевле бензина и дизельного топлива. Вот только пока такие устройства широкого распространения не приобрели, так как стоят немало, в эксплуатации сложны и требуют подключения к газопроводу, который есть не везде. Тем не менее, некоторые дачники подключают такие генераторы к газовым баллонам.

Готовые решения

принципе, сама идея использования автомобильных аккумуляторов в качестве источника автономного питания не нова, и российская промышленность имеет несколько готовых решений. Так, например, фирма «МикроАрт» (http://www.invertors.ru) предлагает относительно недорогие устройства МАП «Энергия»  преобразователи постоянного напряжения 12 или 24 в переменное 220 В (двунаправленные инверторы) мощностью от 0,9 до 12 кВт со встроенным интеллектуальным микроконтроллером, обеспечивающим автоматическое управление режимами и, при необходимости, связь с компьютером.

Такой преобразователь одновременно и заряжает автомобильные аккумуляторы (один или несколько), и используется как источник автономного питания: если есть сетевое напряжение 220 В, то он просто пропускает его сквозь себя и, при необходимости, подзаряжает аккумуляторы; если же внешнее сетевое напряжение исчезло  он мгновенно начинает генерировать 220 В от аккумуляторов. Время работы такого источника зависит от нагрузки и емкости аккумуляторов. Так, четырех аккумуляторов по 190 А/ч хватит на 17 ч при постоянной нагрузке 500 Вт (см. таблицу). Также, например, любой автомобиль можно будет использовать как автономную электростанцию на колесах, причем двигатель автомобиля некоторое время можно даже не включать. Такой преобразователь значительно дешевле газовой или дизельной мини-электростанции, миниатюрен и легок. Цена преобразователей МАП «Энергия»  от 8 тыс. руб. Дополнительно за 650 руб. можно приобрести шнур, контроллер и ПО для подключения этого устройства к компьютеру (то есть МАП «Энергия» способен полностью заменить ИБП).

Если же перебои с электричеством очень длительные или его нет вообще, то можно использовать такой преобразователь совместно с мини-электростанцией (газовой или дизельной), а также с альтернативными источниками питания (солнечными гелиоустановками и ветрогенераторами) для накопления энергии. В этом случае, включая электростанцию всего на 3 ч в день, можно обеспечить себя электричеством на круглые сутки!

Помимо использования данного устройства в качестве источника бесперебойного или автономного питания, его можно задействовать и как преобразователь постоянного напряжения 12 или 24 В (существует два варианта устройств) в переменное 220 В с частотой 50 Гц, и как пускозарядное устройство для автомобиля.

Устройство обеспечивает защиту от перегрузки, короткого замыкания, подключения аккумулятора неправильной полярностью, от перезаряда и полного разряда аккумулятора. Кроме того, оно снабжено системой защиты питаемых устройств от перенапряжений и системой плавного пуска, что исключает высокое потребление тока в момент запуска.

Время работы от аккумулятора

Исходные требования к системе питания

Одно из основных требований — время автономной работы в районе 240 часов, чтобы как можно реже возникала необходимость в замене элементов питания.

Приблизительная оценка потребляемой мощности была проведена на основании данных о потреблении других автономных устройств. Устройство, работающее от одного элемента питания АА на протяжении 240 часов, казалось вполне реализуемым.

Первоначальную оценку я провел так:

1. Оценим емкость коммерческих «батареек». Используем данные добросовестных исследователей. На графиках показаны эффективные емкости элементов питания при разряде разными токами. Синие колонки – емкость элементов питания при разряде минимальным, в проведенных испытаниях, током 200 мА. Емкость средней «батарейки» оценивается как 2500 мА*ч, для тока разряда 200 мА.
2. Оцениваем потребляемую мощность похожего устройства. Есть устройство, которое потребляет около 1 мА от 12В, что составляет 12мВт.
3. Рассчитываем время автономной работы устройства. Емкость «батарейки» оценили как 2500 мА*ч, номинальное напряжение 1.5В, таким образом, время работы при потреблении 12 мВт можно рассчитать:

Ток потребления = (Потребляемая мощность)/(номинальное напряжение)=12мВт/1.5В = 8 мА

Время автономной работы = (Емкость, мА*ч)/(ток потребления мА) = 2500 мА/ 8мА = 312 часов.

Не менее 300 часов. Вот так.

Специфика применения системы такова, что коммерческие щелочные элементы питания типоразмера АА, «пальчиковые батарейки», лучше всего подходили на роль основного элемента питания.Одна из основных причин выбора — такую батарейку можно купить в любом магазине мира.

Какой источник автономного электроснабжения выбрать

Получить электроэнергию можно даже от печки. Однако, если учесть фактор затрат времени и сил, то всерьез можно рассматривать только те источники, которые могут работать сами по себе. По этой причине самыми популярными являются следующие способы обеспечения дома электричеством.

1. Генератор на жидком топливе

Например газовые генераторы доступны в самых разных вариантах, но использовать их в качестве постоянного источника электроэнергии в жилом доме не целесообразно. Причина заключается в:

1. дороговизне горючего;
2. шумности работы генератора;
3. наличие выхлопных газов;
4. необходимости выделения для генератора отдельного помещения или навеса.

Цены генераторов на жидком топливе начинаются от 30 тысяч рублей. Однако дешевизна полученной электроэнергии иллюзорная, поскольку должна быть умножена на стоимость топлива.

На фото газовый генератор HONDA HG 5500 (SE) мощностью 4.0кВт, цена 121 тысяч рублей

2. Солнечная электростанция

Солнечная электростанция не требует внимания и топлива. Единственное, что им нужно – это интенсивный свет, а поскольку это топливо природа поставляет не регулярно, то и мощные аккумуляторы. При наличии последних в условиях климата с большим количеством солнечных дней обеспечить дом электричеством вполне возможно.

Цены на комплект солнечной электростанции начинаются от 130 тысяч рублей. Окупаемость высокая, поскольку некоторые модели могут без проблем работать тридцать лет.

На фото «Солнечная дача» мощностью 1,6 кВт/400Ач/1000 Вт, цена 160 тысяч рублей за комплект

3. Ветрогенератор

Ветрогенераторы не менее популярны, чем солнечные батареи. Однако они еще более зависимы от капризов погоды, поэтому полагаться только на этот источник энергии можно не везде.

Самые простые ветрогенераторы стоят от 30 тысяч рублей. Их можно использовать для локальной выработки электроэнергии, но решить проблему полного энергоснабжения дома они не смогут. Более мощные ветряные генераторы для полноценного обеспечения жилища электричеством (от 3 кВт) обойдутся в 150 тысяч и выше.

Полноценный ветрогенератор мощностью 10 кВт стоит не менее 500 тысяч рублей. При среднем домашнем потреблении 250 кВт в месяц и цене 4 руб/кВт, такой ветряк будет окупаться более 40 лет

4. Мини гидроэлектростанция

Для мини ГЭС необходим водоток с небольшим перепадом высот для обеспечения эффекта падающей воды. В месте такого перепада устанавливается небольшая турбина, и электричество будет поступать в ваш дом постоянно, а главное – бесплатно. Под миниГЭС можно использовать естественный ручей или речку, а можно прорыть небольшой канал, проходящий через ваш участок. Однако такая ГЭС будет работать только в тёплое время года, потом придётся перейти на другие источники.

Если собирать гидроэлектрастанцию на 3-5 кВт из подручных материалов, то стоимость устройства не превысит 20 тысяч рублей

5. Альтернативные источники малой мощности

Сюда можно отнести электричество из земли и атмосферное электричество. Рассчитывать на полноценное элетроснабжение в обоих случаях не приходится, но для «дачных» нужд такие источник вполне пригодны.

Виды энергии и их решения

Базовые источники автономного энергоснабжения являются возобновляемыми. Они безопасны для людей, находящихся вблизи, и окружающей среды. Каждый тип энергии имеет собственный принцип действия, требует оборудования уникальной конструкции.

Ветер

Подходит даже местностям с малым количеством солнца. Генераторы на такой основе забирают воздух через турбины, установленные на 3-6 метровых башнях примерно 3 см диаметром. Для городских районов высота башни возрастает и становится не менее 10 м. Столь длинный свободный отрезок необходим для преодоления препятствий от соседних зданий. Для частного дома процесс с установкой доставляет меньше трудностей. На использование ветровой турбины может потребоваться письменное разрешение управляющих органов. Причинами тому служат производимый шум, громоздкий вид и способность мешать птичьим миграциям.

Вода

Концепция реализуема для домов с близлежащими реками или озерами. Забор производится за счет одиночной турбины или их группы (часто большой протяженности). Масштабный вариант выгоден при пользовании коллективно (например, целой деревней или несколькими соседними частными домами). Микроформа подойдет обособленной семье, живущей непосредственно на берегу. Масштабы меньше дамб не считаются разрушающими экологию, поэтому не требуют разрешения (исключения заповедные зоны и местные регламенты).

Солнце

Солнечную энергию можно получать двумя методами. Первый способ использует панели с фото-вольтовыми клетками. Основой служит принцип поглощения лучей зеркалами. Свет преломляется под определенным наклоном и нагревает жидкость системы. Второй вариант предполагает принцип преобразования тепла в переменный ток через фото-ячейки. Они могут быть портативными или размещаться на крышах.

Энергия на солнечных батареях больше всего подойдет засушливым регионам с жарким климатом, но может использоваться везде. Максимальная продуктивность достигается установкой панелей под угол падения солнечных лучей 20-50 градусов. Разрешений на эксплуатацию не требует.

Решение на солнечных батареях продемонстрировано на видео

Геотермальные источники

Геотермальная энергия получается после переработки пара и горячей воды на уровне ниже земли. При обратной закачке используется конденсат, что делает источник наиболее стойким. Для частного дома геотермальные резервуары применить достаточно сложно. Их эксплуатация ограничена временем полного остывания. Для крупного масштаба принцип реализуем легче – система из бура, насосов и генератора будет перерабатывать электричество более продуктивно. Может потребоваться разрешение на бурение.

Биомасса

Энергия биомассы выпускается сжиганием биологического материала – жмыха, соломы, природного газа, навоза, масел, древесины и т.д. Для частных домов и дач этот способ допустим, но не слишком выгоден. Топливо дорогое, его нужно постоянно пополнять. Генераторы газа тоже не отличаются дешевизной. Кроме того, метод характеризуется высоким уровнем выбросов серы, азота, углеродного следа в атмосферу во время горения.

Решение с биомассой станет выгодным только при использовании отходных или вторичных источников: пропана, перегноя, метана. Гибридная система дизеля и газа – еще лучший вариант с экономической точки зрения.

Автономные системы электроснабжения частного дома

Автономные инженерные сети широко используются в частных домах. 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 , 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 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.