Автономные системы электроснабжения частного дома
Использование автономных систем обойдется намного дешевле, чем прокладка новой линии электропередач, требующая значительных материальных затрат. Автономный источник питания находится в полной собственности владельца дома. При регулярном обслуживании он может работать длительное время.
Собственная система водоснабжения, канализации и отопления обеспечивает полную независимость от местных коммуникаций. Вопрос обеспечения электроэнергией решить гораздо сложнее, однако при правильном подходе с использованием альтернативных источников питания эту проблему преодолеть относительно легко. Существует несколько вариантов автономного электроснабжения, каждый из которых наиболее подходит для конкретных условий эксплуатации, в том числе для систем электроснабжения от солнечных батарей. 
Все автономные системы имеют одинаковый принцип работы, но отличаются исходными источниками электроэнергии. При их выборе учитываются различные факторы, в том числе и эксплуатационные расходы. Например, бензиновым или дизельным генераторам постоянно требуется топливо. Другие, условно относящиеся к так называемым вечным двигателям, не нуждаются в энергоносителях, а, наоборот, сами способны вырабатывать электроэнергию, преобразовывая энергию солнца и ветра.
Все автономные источники электроснабжения по большому счету похожи друг на друга общей структурой и принципом работы. Каждый из них состоит из трех основных узлов:
- Преобразователь энергии. Представлена солнечными панелями или ветрогенератором, 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.
- Батареи. Это электрические контейнеры, которые накапливают электроэнергию, активно вырабатываемую в оптимальную погоду. Чем больше батарей, тем дольше можно использовать накопленную энергию. Для расчетов используется среднесуточное потребление электроэнергии.
- Контроллер. Выполняет функцию управления распределением генерируемых энергетических потоков. В основном эти устройства следят за состоянием аккумуляторов. Когда они полностью заряжены, вся энергия поступает непосредственно к потребителям. Если контроллер определяет, что батарея разряжена, то происходит перераспределение энергии: часть ее уходит потребителю, а другая часть тратится на зарядку батареи.
- Инвертор. Устройство для преобразования постоянного тока 12 или 24 вольта в стандартное напряжение 220 В. Инверторы имеют разную мощность, для расчета которой берется суммарная мощность одновременно работающих потребителей. При расчете необходимо давать определенный запас, так как работа оборудования на пределе его возможностей приводит к его быстрому выходу из строя.
Существует множество вариантов автономного электроснабжения загородного дома, готовые решения которых дополняются различными элементами в виде соединительных кабелей, балластов для отвода лишнего электричества и других компонентов. Для правильного выбора агрегата следует более подробно ознакомиться с каждым видом альтернативного источника питания.
Генераторы и мини электростанции
Генераторные установки и мини-электростанции широко используются и обеспечивают автономное электроснабжение дома, особенно там, где централизованных электрических сетей нет вообще. При правильном выборе агрегата на выходе получается напряжение, способное полностью обеспечить объект электроэнергией. Основным фактором нормальной работы оборудования является его соответствие электрическим параметрам подключенных потребителей.
Как правило, автономные электростанции выполняют две основные функции. Они служат источником резервного питания при отключении электричества или обеспечивают объект электроэнергией на постоянной основе. Во многих случаях эти устройства обеспечивают более высокое качество питания, чем центральная сеть. Это очень важно при использовании высокочувствительного оборудования, такого как газовые котлы, медицинское оборудование и другая аппаратура.
Большое значение имеет мощность генераторов, их производительность и возможность непрерывной работы без отключения. Маломощное оборудование относится к разряду электрогенераторов, а более сложные и мощные конструкции уже считаются мини-электростанциями. К устройствам малой мощности относятся генераторы, способные выдерживать нагрузку не более 10 кВт.
Существуют различные типы генераторов, в зависимости от используемого топлива.
- Бензин. Чаще всего используется в качестве резервного источника питания из-за дороговизны топлива и сравнительно дорогого обслуживания. Стоимость бензиновых агрегатов значительно ниже других аналогов, что делает их экономически выгодными именно в качестве резервного источника на период отключения электроэнергии.
- Дизель. Имеют значительный моторесурс, намного выше, чем у бензиновых аналогов. Такое оборудование может работать дольше даже при больших нагрузках. Несмотря на свою высокую стоимость, дизельные генераторы пользуются повышенным спросом из-за дешевого топлива и неприхотливости в обслуживании.
- Газ. По надежности и экономичности эти агрегаты вполне можно сравнить с бензиновыми и дизельными генераторами. Основным преимуществом является их низкая цена и экологичность при эксплуатации.
Каждый агрегат состоит из двигателя и собственно генератора. Для более удобной эксплуатации все устройства оснащены замком зажигания, стартером и аккумулятором, розетками для подключения потребителей, измерительных приборов, топливным баком, воздушным фильтром и другими элементами.
Аккумуляторы и источники бесперебойного питания
Одним из вариантов отключения электроэнергии в загородном доме являются источники бесперебойного питания. Их использование может решить многие проблемы, особенно при кратковременных отключениях электроэнергии. Регулирование мощности осуществляется с помощью инвертора и стабилизатора. Использование источников бесперебойного питания позволяет сохранить на компьютере важную информацию, которая может быть уничтожена при неожиданном отключении электроэнергии.
ИБП включает в себя схему управления и инвертор, который по сути является зарядным устройством. От его мощности зависит время переключения и обеспечение бесперебойной подачи электроэнергии потребителю. За счет этого обеспечивается автономное электроснабжение загородного дома.
Особая роль отводится стабилизатору, основной функцией которого является увеличение или уменьшение подачи тока, поступающего из основной сети. Поэтому при выборе источника бесперебойного питания обязательно нужно учитывать технические характеристики инвертора и стабилизатора. Стандартные устройства оснащены стабилизатором, который может только понизить напряжение.
К положительным качествам ИБП можно отнести их относительно невысокую стоимость. Они работают бесшумно и не подвержены нагреву благодаря высокому КПД 99%. Основным недостатком считается долгое переключение на собственное питание. Нет возможности ручной регулировки значения напряжения и частоты питания. Во время работы от батареи выходное напряжение будет несинусоидальным.
Источники бесперебойного питания хорошо зарекомендовали себя в связке с компьютерами и локальными сетями, эффективно поддерживая их работоспособность. Они оказались лучшим вариантом для использования именно в этой области.
Электроснабжение частного дома солнечными батареями
В частных и загородных домах все большее распространение получают солнечные батареи, используемые в качестве основного или резервного источника питания. Основная функция этих устройств заключается в преобразовании солнечной энергии в электрическую.
Существуют различные способы использования постоянного тока, вырабатываемого солнечными панелями. Его можно использовать сразу после генерации или накапливать в батареях и расходовать по мере необходимости в темное время суток. Кроме того, постоянный ток с помощью инвертора можно преобразовать в переменный, напряжением 110, 220 и 380 вольт и использовать для различных групп и типов потребителей.
Вся система автономного солнечного электроснабжения работает по определенной схеме. В светлое время суток они вырабатывают электроэнергию, которая затем подается на контроллер заряда. Основная функция контроллера — управление зарядом аккумулятора. Если их емкость заполнена на 100%, то заряд от солнечных батарей прекращается. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный с заданными параметрами. При включении потребителей это устройство берет энергию от аккумуляторов, преобразует ее и отдает в сеть потребителям.
Солнечная энергия в зависимости от времени года непостоянна и не всегда рассматривается как основной источник. Кроме того, количество ежедневно потребляемой электроэнергии также различается в разные стороны. Поэтому при полной разрядке аккумуляторов домашняя система электроснабжения автоматически переключается с солнечных батарей на другие резервные источники питания или на центральную электрическую сеть.
Солнечные панели делают владельцев дома полностью независимыми от центрального электроснабжения. В этом случае не требуется подвод электрических сетей, а также исключаются дополнительные расходы на получение разрешительной документации и оплату электроэнергии. Эта система не зависит от перебоев в централизованной подаче электроэнергии, на нее не влияет повышение тарифов, отсутствуют ограничения на подключение дополнительных мощностей.
Солнечные батареи могут эксплуатироваться в течение длительного периода времени, 20-50 лет. Серьезные финансовые вложения делаются только один раз, после чего система заработает и постепенно окупится. Все операции с батареями полностью автоматизированы. Существенным преимуществом является полная безопасность солнечной энергии для человека и окружающей среды. Для получения желаемого экономического результата необходимо правильно подобрать оборудование, установить и запустить его в работу.
Ветряные турбины
Энергия ветра используется давно. Хороший пример — парусники и ветряные мельницы, которые остались далеко в прошлом. В настоящее время энергия ветра повторно используется для выполнения полезной работы.
Типичным представителем этих устройств является ветрогенератор. Принцип работы агрегата основан на вращении потоком воздуха лопастей ротора, закрепленных на валу генератора. В результате вращения в обмотках генератора создается переменный ток. Его можно потреблять напрямую или накапливать в батареях и использовать в дальнейшем по мере необходимости. Таким образом обеспечивается автономное электроснабжение объекта.
Помимо генератора, в рабочей схеме присутствует регулятор, выполняющий функцию преобразования трехфазного переменного тока в постоянный. Преобразованный ток используется для зарядки аккумуляторов. Бытовая техника не может работать от постоянного тока, поэтому для его дальнейшего преобразования используется инвертор. С его помощью происходит обратное преобразование постоянного тока в переменный бытовой на 220 вольт. В результате всех преобразований потребляется примерно 15-20% первоначально выработанной электроэнергии.
Солнечные панели, а также бензиновые или дизельные генераторы можно использовать совместно с ветряными турбинами. В этих случаях в схему дополнительно включается автоматический ввод резерва (АВР), который включает резервный источник тока при отключении основного.
Для получения максимальной мощности расположение ветрогенератора должно быть по направлению потока ветра. Самые простые системы снабжены специальными флюгерами, прикрепленными к противоположному концу генератора. Флюгер представляет собой вертикальную лопасть, которая поворачивает все устройство навстречу ветру. В более сложных и мощных установках эту функцию выполняет поворотный электродвигатель, управляемый датчиком направления.