- Розрахунок САЕ для будинку
- Сонячний комплект (Solar)
- Вітрогенератори і зелений тариф
- малогабаритна гідроенергетика
- Інноваційні комбіновані електро - теплові когенераційні системи
Роль автономної енергетики в світі динамічно зростає. Частка відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) вже становить 23% від світового виробництва електроенергії, і подальший її зростання буде забезпечено за рахунок впровадження нових нетрадиційних технологій в побутову енергетику.
Світова промисловість змогла налагодити випуск різноманітних компактних, побутових генераторів за цінами, доступними покупцям із середнім доходом.
Тому, якщо до недавнього часу автономне електропостачання заміського будинку зазвичай організовували там, де не було можливості підключитися до державного джерела електроенергії, то тепер все частіше спостерігається поява сонячних батарей, вітряків на будівлях в районах з цілком задовільною інженерною інфраструктурою.
Система автономного електропостачання будинку (САЕ) - це гарантована подача енергії необхідної якості і кількості, незалежно від наявності та стану зовнішніх джерел електропостачання. У створенні САЕ зацікавлені ті, хто бажає бути незалежним від монополістів, не платити за їх роздутим рахунках і ніколи не обмежувати себе в споживанні енергоресурсів.
Розрахунок САЕ для будинку
Автономне електропостачання будинку вважається стійким для нормального життєзабезпечення приватного житла, якщо підібрані джерела будуть стабільно виробляти електрику, незалежно від будь-яких зовнішніх факторів. Схеми САЕ компактні, багатофункціональні і збираються, як конструктор LEGO з наступного типового обладнання:
- Джерело енергії (комплект - Solar, вітрогенератор, гідрогенератор);
- контролер для накопичення заряду акумулятора портативний;
- електрохімічні акумулятори та електропідстанція;
- інвертор.
Основним показником для підбору обладнання є споживана потужність, її потрібно знати для проведення техніко-економічних розрахунків схеми САЕ.
Автономне електрику для приватного будинку (дача), розрахунок споживаної потужності житлового будинку, площею 100 м2:
| Найменування | активна потужність | розрахункові коефіцієнти | всього | |||
| № | приладів і пристроїв | Кількість, од. | попиту | використання Кі | Квт-год | |
| кс | ||||||
| 1 | Внутрішнє освітлення будинку, м2 | 100 | 0, 04 | 0, 8 | 0, 8 | 2, 56 |
| 2 | Освітлення прибудинкової території, м2 | 80 | 0, 03 | 0, 6 | 0, 6 | 0, 864 |
| 3 | Кухонна плита | 1 | 4 | 0, 8 | 1 | 3, 2 |
| 4 | машина пральна | 1 | 2, 2 | 1 | 0, 6 | 1, 32 |
| 5 | машина посудомийна | 1 | 2, 2 | 0, 8 | 0, 8 | 1, 408 |
| 6 | бак водонагрівач | 1 | 2 | 0, 6 | 0, 8 | 0, 96 |
| 7 | кліматична техніка | 1 | 3 | 0, 7 | 0, 8 | 1, 68 |
| 8 | опалювальні прилади | 0 | 2 | 0, 4 | 1 | 0 |
| 9 | Кухонна техніка (сумарно) | 2 | 5 | 0, 3 | 1 | 3 |
| 10 | Опалювальний котел | 1 | 6 | 0, 8 | 0, 9 | 4, 32 |
| 11 | Тример, кВт-год | 0 | 2 | 0, 4 | 0, 8 | 0 |
| 12 | насос погружной | 1 | 2 | 0, 8 | 0, 9 | 1, 44 |
| 13 | Комп'ютери | 3 | 0, 5 | 0, 6 | 1 | 0, 9 |
| 14 | Разом | |||||
| 21, 652 | ||||||
Сонячний комплект (Solar)
Для використання сонячного колектора потребують дві речі: сонячне світло і спеціальне обладнання, яке отримує, перетворює, зберігає і передає в домашню мережу перетворену енергію сонця. Така схема електропостачання має необмежене джерело енергії, на відміну від викопних видів палива, вона не є дефіцитною і стає конкурентоспроможною при вартості нафти 70 доларів за барель і вище.
В даний час найбільш популярними в країнах СНД є сонячні енергосистеми світових виробників таких, як JA Solar, Trina, Jinko Solar, Yingli Solar, Canadian, Amerisolar, Perlight Solar, Solar World, Sharp, LG, Altek, SMA, ABB, Omron, LogicPower, Huawei, Fronius, Steсa, SlarEdge, що мають гарантію виробника до тридцяти років.
Технічні характеристики популярних моделей сонячних батарей:
| показники | Delta SM 30-12 P | One-Sun 30P | SY-50WM | FSM 100M | |
| 1 | Потужність, Вт: | 30 | 30 | 50 | 100 |
| 2 | % Відхилення потужності | 3 | 3 | 3 | 6 |
| 3 | U холостого ходу, В | 21, 96 | 22, 6 | 22, 2 | 22, 7 |
| 4 | Струм короткого замикання, А: | 1, 76 | 1, 76 | 3 | 5, 82 |
| 5 | U в точці max потужності, В: | 18, 25 | 18 | 18 | 18, 6 |
| 6 | Струм max потужності, А: | 1, 64 | 1, 66 | 2, 78 | 5, 38 |
| 7 | ККД панелі, %: | 12, 29 | 15 | 14, 3 | 0, 15, 3 |
| 8 | ККД безперебійний фотоелемента, %: | 15, 57 | 17, 4 | 17, 8 | 18, 1 |
| 9 | Тип | Полі-кристалічні | Полі-кристалічні | крем'яні монокристалічні 125х125мм | Моно-кристалічні |
| 10 | Клас якості: | Grade A | Grade A | Grade A | |
| 11 | Кількість діодів, шт: | 2 | 2 | 15 | 2 |
| 12 | Ступінь захисту розподіл. коробки аварійний: | IP65 | IP65 | IP65 | IP65 |
| 13 | Max U системи, В: | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
| 14 | Температура, оС | -40 ° С … + 85 ° С | -40 ° С … + 85 ° С | -40 ° С … + 85 ° С | -40 ° С … + 85 ° С |
| 15 | конвектори: | MC4 | MC4 | MC4 | |
| 16 | Габарити: | 678 х 360 х 25 | 450х510х25 | 645х540х30 | 1209 х 539 х 35 |
| 17 | Маса, кг: | 3, 2 | 2, 7 | 4, 2 | 9, 2 |
До видів сонячних панелей можна віднести наступні:
- Монокристалічна (mono);
- полікристалічна (poly);
- аморфна (amorphy).
Результати досліджень якості роботи сонячних модулів
Результати досліджень різних видів сонячних моделей можна детально вивчити і порівняти за допомогою таблиці:
| показники | монокристалічна | полікристалічна | аморфна |
| ККД, % | 17-22 | 12-18 | 6-8 |
| Термін експлуатації, років | 25 | 25 | 10 |
| Температурний коефіцієнт, % | 0, 45 | 0, 45 | 0, 19 |
| Втрата ефективності в рік, % | 1 | 1 | 5 |
| Ціна | висока | середня | низька |
| світлочутливість | середня | середня | максимальна |
| річне виробництво | висока | середня | низька |
Вітрогенератори і зелений тариф
Використання вітрогенераторів для побутових енергетичних цілей застосовується в світі досить давно. Європа виробляє енергію від вітру протягом багатьох років - в Німеччині, Іспанії, Данії та Франції. Багато інших країн такі, як Китай і Індія, останнім часом почали інтенсивно розвивати своє виробництво енергії вітру.
Вітрові турбіни мають три основні частини: лопаті, щогла і генератор. Три великих лопатевих гвинта встановлено на вершині великий щогли, які надає руху вітер. Якщо турбіна виробляє більше енергії, ніж потрібно, її можна направити в загальну енергосистему, по так званому зеленому тарифу. Такий тариф застосовується практично у всіх країнах світу (крім Росії).
В Україні в 2018 році за «зеленим тарифом» держава повертає за поставку в мережу «зайвого» кВт в таких розмірах:
- для приватних електростанцій потужністю до 30 кВт - 18 євро центів за 1 кВт / год;
- для наземних промислових станцій 15 євро центів за 1 кВт / год;
- для дахових - 16, 3 євро центів за 1 кВт / год.
Такий підхід дає можливість побутового виробнику електроенергії окупити всі свої витрати по установці електростанцій потужністю 30 кВт всього за 4 роки, отримуючи щорічний прибуток близько 6500 у. е. У міру того як вітрогенератори ставали все більш популярними, вони стали дешевше і доступними для широкого кола споживачів.
До переваг вітрогенератора можна віднести наступні:
- Вітер безкоштовний і 100% поновлюваний;
- вітрогенератор не забруднює навколишнє середовище викидами парникових газів і іншими шкідливими речовинами;
- вимагають для розміщення невеликих площ, так як розміщені на великій висоті;
- створюють цікавий ландшафт;
- відмінний резервне джерело автономного електроживлення у віддалених населених пунктах;
- низький термін окупності при використанні «зеленого тарифу» до 4 років.
Але у вітрогенераторів є і свої недоліки:
- Висока початкова вартість енергопостачання;
- необхідність наявності земельних ділянок під будівництво;
- необхідність наявності достатнього вітропотенціалу місцевості;
- габаритність, будівельні норми можуть не дозволити встановлення турбін в деяких місцях;
- шумове забруднення навколишнього середовища і аварійна зональність для перелітних птахів;
- низький рівень використання - до 30% від встановленої потужності;
- високий рівень грозової небезпеки.
Озираючись на ці дані, схоже, що таке автономне електрику має більше «мінусів», ніж «плюсів». Однак сила вітру робить набагато менший вплив на навколишнє середовище, ніж електроенергія, вироблена з вугілля або нафти, тому для жителів районів, що мають стабільний енергетичний вітер, такий вид джерела автономного електроживлення будинку дуже перспективний.
Технічні характеристики вітрогенераторів для автономного електроживлення будинку
Кожна різновид вітрогенераторів має свої характеристики, порівняти які можна за допомогою таблиці:
| Марка / виробник | Потужність, кВт | Напруга, В | Діаметр вітроколеса, м | Швидкість вітру, м / с |
| Т06 / Китай | 0, 6 | 24 | 2, 6 | 9 |
| Т12 / Китай | 1, 2 | 24/48 | 2, 9 | 10 |
| Т23 / Китай | 2, 3 | 48 | 3, 3 | 10 |
| Т60 / Китай | 6 | 48/240 | 6, 6 | 11 |
| Т120 / Китай | 12 | 240 | 8 | 11 |
| Passaat / Голландія | 1.4 | 12/24/488 | 3, 1 | 14 |
| Montana / Голландія | 5 | 48/240 | 5 | 14 |
| Alize / Голландія | 10 | 240 | 7 | 12 |
| W800 / Україна | 0, 8 | 48 | 3, 1 | 8 |
| W1600 / Україна | 1, 6 | 48 | 4, 4 | 8 |
малогабаритна гідроенергетика
Автономне електрику для приватного будинку за допомогою використання енергії води - Hydro Power (гідроенергетика), має переваги і в порівнянні з іншими видами відновлюваної енергії, якщо система спроектована і встановлена правильно, створює мінімум екологічних ризиків для навколишнього середовища.
Як правило, все що для цього потрібно - це річка з достатньою кількістю води і швидкості течії, що надходить на водяну турбіну, підключену до генератора електроенергії. Залежно від розмірів і необхідної потужності електрогенерації, міні-електростанція для гідроелектричних схем поділяються наступним чином:
- Small Scale Hydro Power (невеликі), генерує електричну потужність від 100кВт (1кВт) і 1МВт (мегават), подаючи цю генерується енергію безпосередньо в комунальну мережу, яка живить більш одного домашнього господарства.
- Mini Scale Hydro Power (міні-масштабні), які генерують потужність від 5 кВт до 100 кВт, подаючи її безпосередньо в комунальну мережу або автономну систему з живленням від мережі змінного струму.
- Micro Scale Hydro Power (мікромасштабние), домашня схема САЕ для річок, з генератором постійного струму для виробництва електропотужності від сотень ватів до 5 кВт в якості частини автономної системи.
Міні-ГЕС (гідроелектростанції) в залежності від виду водних ресурсів поділяються на:
- руслових - малі річки зі штучним водоймами на рівнинах;
- стаціонарні - високогірні річки;
- водопідіймальні з перепадом води на промислових підприємствах;
- мобільні - водяний потік надходить через армовані пристрою.
Для роботи міні-ГЕС використовуються наступні типи турбін:
- водяний напір> 60-м - ковшові і радіально-осьові;
- при напорі 25-60-м - радіально-осьові та поворотно-лопатеві;
- при низькому напорі - пропелерні і поворотно-лопатеві в залізобетонних пристроях.
Автономне електропостачання будинки з застосуванням Hydro, Mini Hydro Systems або Micro Hydro Systems можуть бути спроектовані з використанням або водяних коліс, або імпульсних гідротурбін. Потенціал генерації конкретної ділянки буде залежати від кількості потоку води, яка, в свою чергу, залежить від умов і місця розташування ділянки, а також від характеристик опадів на ділянці. Водяні колеса і водяні турбіни відмінно підходять для будь-якої малої схеми гідроенергетики, оскільки вони отримують кінетичну енергію з води, що рухається і перетворять цю енергію в механічну енергію, що приводить в дію електричний генератор.
Максимальна кількість електроенергії, яке може бути отримано з річки або потоку проточної води, залежить від кількості енергії в конкретній точці потоку. Але водяна турбіна не ідеальна, через втрати потужність всередині турбіни викликаних тертям. Більшість сучасних гідротурбін мають ККД від 80 до 95% і здатні використовуватися, як міні-електростанція для приватного будинку. Міні-ГЕС працюють по надійному принципом. Вода, впливає на турбінні лопаті через гідропривід, приводить в обертання електрогенератор, що виробляє електроенергію.
Процес контролюється системами автоматизації. Надійна система автоматики захищає обладнання від перевантажень і поломок. Пристрої сучасних гідрогенераторів скорочує до мінімуму виробництво монтажних робіт в період будівництва і створюють оптимальне енергозабезпечення електроенергією.
Автономні джерела електропостачання міні-ГЕС проектується при повній відповідності параметрів турбіни і гідроагрегату для виробництва необхідної частот обертання і струму.
До переваг роботи міні-ГЕС відносяться:
- екобезпека обладнання;
- низька собівартість 1 кВт-год електроенергії;
- автономність, простота і надійність схеми;
- невичерпність первинного ресурсу.
До недоліків міні-ГЕС відноситься слабка матеріально-технічна і виробнича база для виробництва всього необхідного комплексу обладнання в країні.
Інноваційні комбіновані електро - теплові когенераційні системи
Протягом наступних двох десятиліть людство має намір різко збільшити використання відновлюваних джерел енергії. Це є частиною узгодженої світової політики щодо скорочення втрат в системі життєзабезпечення і викидів парникових газів. Сьогодні стало очевидним, що застосування простих одно-ресурсних схем зі створення ефективної електростанції для приватного будинку буде недостатньо, потрібно шукати альтернативний і незалежний шлях подальшого розвитку САЕ.
Когенераційні САЕ поєднують в собі перевірені технології фотоелектричної (PV) і сонячної теплової енергії (SHW) в єдину інтегровану систему сонячної теплоелектростанції, яка дозволяє витягати якнайбільше сонячної енергії для вироблення електрики, використовує всю корисну теплоту системи. Сонячні колектори представляють собою водоохолоджувальні концентрують PV-параболічні пристрої, які захоплюють, а не розсіюють то, що інші конструкції PV вважають «відпрацьованим теплом».
Архітектура включає в себе серію наземних або підземних пристроїв, які незалежно відстежують сонце уздовж однієї осі. Компактна система теплообміну / зберігання SHW передає тепло, щоб попередньо нагріти воду для внутрішнього гарячого водопостачання. Таким чином, створюються найефективніші в світі міні когенераційні автономні електростанції для заміського будинку, що забезпечують не тільки безперебійне електропостачання приватного будинку, але і його практично дармове теплопостачання.