Электроснабжение автономное частного дома: как правильно выбрать систему энергоснабжения.
Системы автономного электроснабжения для частного дома
Устройство независимой электросистемы позволит обеспечить энергией частные постройки, не подключенные к централизованным сетям. Результат поможет сократить энергетические расходы дач и домов. Но для того чтобы воспользоваться перечисленными плюсами, надо точно знать, как сделать автономное электроснабжение частного дома. Ведь правда?
Мы расскажем об устройстве независимых систем энергоснабжения. У нас вы найдете основополагающие принципы устройства и важные нюансы организации подачи электричества в частные жилые объекты. Представленная нами информация тщательно проверена, систематизирована, сведения соответствуют строительным нормативам.
В предложенной нами статье досконально разобраны варианты устройства частных энергетических систем, приведены и оценены все возможные источники получения энергии. Подробно изложены принципы сооружения и действия автономного электроснабжения, представленные данные подкреплены фото и видео.
Содержание статьи:
- Общие требования к домашним автономным системам
- Взвешенная оценка независимой системы
- Достоинства автономной электрики
- Недостатки независимого электроснабжения
- Определение наилучшего источника энергии
- Особенности работы генераторов
- Автономные солнечные электростанции
- Энергия ветра для автономного электроснабжения
- Локальные системы гидроэнергии
- Аккумуляторы для автономных систем
- Выводы и полезное видео по теме
Общие требования к домашним автономным системам
Чтобы автономный комплекс корректно работал и производил объем энергии, полностью покрывающий потребности всех домашних устройств и предметов бытовой техники, перед монтажом оборудования проводят предварительный расчет общей мощности имеющихся в наличии электропотребителей.
К их числу относятся такие агрегаты, как:
- отопительная система жилого дома;
- холодильная техника;
- устройства по очистке/охлаждению воздуха;
- крупно- и мелкогабаритные бытовые приборы;
- насосный комплекс, осуществляющий поставку в дом воды из колодца или скважины;
- электрический инструмент для текущего ремонта, осуществляемого своими руками, и ухода за строениями и приусадебным участком.
Базовую мощность узнают из сопроводительных документов, выданных производителем и прилагающихся к каждому агрегату. Этот показатель у всех разный, но любые приборы и устройства одинаково требуют стабильной подачи энергии с определенной частотой электропотока и без перепадов напряжения.
В некоторых случаях учитывают еще и такой параметр, как синусоидальность формы переменного напряжения.
Галерея изображений
Фото из
Причиной организации автономного энергоснабжения чаще всего бывает неразвитая или слаборазвитая инфраструктура, в которой строится частный дом или дача
Нередко бывает, что автономные системы, генерирующие ток, сооружают в качестве резервного источника тока, чтобы минимизировать неудобства при перебоях с поставкой в централизованной сети
Для обеспечения питанием слаботочных электролиний и не особо «прожорливых» электропотребителей частники нередко прибегают к устройству экологически безопасных систем
Проще и выгоднее использовать в устройстве автономного электроснабжения газовые, бензиновые и дизельные генераторы.
Они производительней, с установкой нет проблем, но к безопасным для окружающей среды источникам это оборудование не относится
Угрозы окружающему природному пространству не создают так называемые «зеленые источники»: ветер, вода, солнце. Их энергия неисчерпаема, к тому же она восстанавливается сама и совершенно ничего не стоит
Ветрогенераторы и солнечные панели на дачах пригодятся для поставки энергии уличному и домашнему светодиодному освещению. Подойдут они для питания жидкокристаллических телевизоров и зарядки мобильной медиа-техники
В удаленном от благ цивилизации туристическом городке ветряки и солнечные панели снизят нагрузку на генератор, обслуживающий весь туристический городок
Если вы счастливый обладатель участка, построенного на берегу реки или бурного горного ручья, есть возможность устроить гидроэлектростанцию. Однако так везет зачастую только жителям поселка, а не частникам
Дом в регионе с неразвитой инфраструктурой
Резервный вариант энергообеспечения
Солнечная электростанция — распространенный тип
Газовый генератор в загородном доме
Ветряки и солнечные панели
Ветрогенераторы в дачном поселке
Энергосистемы туристического городка
Автономная поселковая гидроэлектростанция
Данные о мощности приборов суммируют и таким способом выясняют, сколько реальных киловатт часов должна бесперебойно вырабатывать в день автономная электросистема.
Рекомендуется превышать полученное число на 15-30%, чтобы в будущем иметь солидный запас на увеличение потребления энергии.
Автономная электрическая система позволяет круглогодично обеспечивать необходимый уровень комфорта в домах, расположенных далеко от центральных коммуникационных систем, отвечающих за поставку энергоресурса в жилые помещения
На следующем этапе определяют основные технические характеристики будущей энергосистемы. Эти параметры напрямую зависят от ее назначения.
Собираясь сделать резервный источник, подключающийся только в определенный момент, когда недоступно получение электричества через централизованные коммуникации, устанавливают предполагаемое время работы автономного оборудования, и на основании этих данных вычисляют нужную для нормального функционирования системы мощность.
Наличие в частном доме комплекса автономного электроснабжения обеспечивает владельцу полную свободу действий. У него в распоряжении всегда будет нужный ресурс, независимо от того, какую цену установит на электричество государство
Если же на «плечи» автономного оборудования планируют возложить все электрообеспечение в жилом помещении, хозяйственных постройках и на самом приусадебном участке, заранее четко высчитывают примерное дневное потребление.
На эту цифру накидывают еще 20-25% и таким способом получают фактическую базовую мощность, необходимую для полноценной работы коммуникационных сетей, оборудования и бытовой техники.
Выбирая в качестве альтернативного источника поставки энергии солнечные батареи, следует помнить, что в зимний период модули производят в 2-3 раза меньше ресурса, нежели во время наивысшей солнечной активности (с марта по сентябрь)
Имея на руках подробную техническую информацию, приступают к разработке проекта и выводят смету с полным объективным обсчетом предстоящих финансовых затрат на покупку агрегатов и оплату услуг по установке.
Специалисты, разумеется, справятся с монтажом быстрее и качественней, однако попросят за это солидную сумму. Домашние мастера тоже могут осилить основные части задачи, но для осуществления отдельных этапов все же разумнее будет пригласить профессионалов или хотя бы воспользоваться их советами.
Взвешенная оценка независимой системы
Современные системы для автономного электроснабжения используют самые разные ресурсы для выработки энергии.
Это позволяет получать качественное электричество без перепадов даже в самых отдаленных и малонаселенных местах, куда еще не успели добраться все блага цивилизации.
Достоинства автономной электрики
Основное достоинство систем автономного электроснабжения – отсутствие норм потребления и платы за использованную энергию. Это позволяет обеспечить в жилом доме любой уровень комфорта, независимо от того, проходят ли рядом центральные коммуникации или нет.
Если предварительные расчеты мощности произведены верно и не занижены, система будет работать как часы и хозяева не столкнутся с такими проблемами, как неожиданное отключение электричества и перепады напряжения.
Веское преимущество автономного энергоснабжения заключается в отсутствии скачков, падения и превышения напряжения в сети, из-за которого в разы быстрее выходит из строя бытовая и компьютерная техника
Сведется к нулю риск того, что бытовая техника, имеющаяся в жилом помещении, выйдет из строя или сгорит из-за неожиданного скачка мощности.
Количество и качество получаемой электроэнергии всегда будет одинаковым и именно таким, как было запланировано изначально в проекте.
Оборудование, обеспечивающее независимые поставки электроэнергии, имеет высокий уровень надежности и крайне редко выходит из строя. Это преимущество сохраняет актуальность при соблюдении базовых правил эксплуатации и регулярном обслуживании отдельных элементов и всей системы целиком.
Кроме того, уже сегодня работают экспериментальные программы, позволяющие владельцам продавать излишки электроэнергии государству. Однако об использовании этой интересной возможности стоит подумать заблаговременно, еще на стадии разработки проекта системы электрообеспечения.
Дополнительно потребуется оформить пакет разрешительных документов, подтверждающих способность имеющихся в наличии приборов вырабатывать нужный объем энергии надлежащего качества.
Недостатки независимого электроснабжения
К минусам независимой системы электроснабжения относят довольно высокую стоимость оборудования и значительные расходы на эксплуатацию.
К недостаткам автономного энергоснабжения относят необходимость выделять пространство под размещение оборудования, проводить самостоятельное обслуживание системы и замену изношенных элементов за свой счет
Электрики настоятельно рекомендуют хозяевам очень внимательно производить все расчеты и четко выяснять технические параметры запланированной к монтажу системы. Иначе может возникнуть ситуация, когда агрегат, производящий электроэнергию, выйдет из строя, так и не успев окупиться.
Ремонт автономного комплекса владельцы тоже осуществляют за свой счет, а эти услуги стоят значительных денег. Если же дом находится в отдаленном или труднодоступном районе, за мастерами придется поехать лично или дополнительно оплачивать выезд бригады на место.
Причем делать все понадобится достаточно быстро, так как домашние коммуникации и удобства, работающие на электроэнергии, в это время будут недоступны.
Если в качестве автономной системы по выработке энергии выбраны модули из солнечных батарей, их потребуется периодически очищать от мусора в ветреную погоду, а в зимний период обязательно освобождать от снега.
Только при таком уходе они будут полноценно функционировать в течение всего эксплуатационного периода
Значительно снизят шанс поломки автономных устройств регулярный профилактический осмотр и плановое техническое обслуживание действующих агрегатов, но и для этого может понадобиться визит специалистов, стоящий денег.
Конечно, часть таких работ хозяин сделает самостоятельно, но более серьезные моменты, требующие определенного опыта и специфических знаний, все равно повлекут за собой профессиональное вмешательство.
Определение наилучшего источника энергии
Выбор альтернативного источника энергии для автономного – очень важный и ответственный момент, требующий серьезного подхода.
К самым популярным и наиболее распространенным вариантам относятся:
- генераторы, работающие на дизельном топливе или бензине;
- солнечные батареи;
- аккумуляторы большого объема и мощности;
- гидроэлектросистемы;
- преобразователи ветряной энергии.
Каждый источник имеет собственные уникальные характеристики и особенности.
Владельцам следует заранее с ними ознакомиться и на основании этой информации определить оптимальный вариант системы, способной удовлетворить все электрические нужды частного жилого дома.
Особенности работы генераторов
Генератор – это самый быстрый и простой способ обеспечить частный дом электричеством. Для работы агрегат использует бензин или дизельное топливо и в результате его сжигания выдает необходимое количество энергии.
Главным преимуществом является полная независимость устройства от сезонных изменений и погодных колебаний. К недостаткам относится обязательное наличие на участке специально оборудованного хранилища для топлива, рассчитанного на объем от 200 литров.
Дизельная генераторная установка удобна и проста в эксплуатации, но для полноценного функционирования ей необходимо получать не менее 250 мл горючего в час. Мощные станции, способные обеспечить энергией небольшой частный домик с фактическим потреблением ресурса в несколько киловатт за сутки, будут «есть» примерно литр солярки в течение 60 минут
Чаще всего бензиновые и дизельные генераторные установки используют в качестве резервных или временных источников получения электроэнергии.
Это обусловлено тем, что для полноценной работы приборы требуют значительных объемов горючего, стоимость которого постоянно увеличивается.
Мощный бензиновый или дизельный генератор способен при наличии нужного объема топлива обеспечить бесперебойную подачу электричества. Однако устройство в процессе работы производит очень много шума. Чтобы не страдать из-за нежелательных звуков, стоит разместить агрегат в одном из прилегающих хозяйственных помещений, расположенных на некотором расстоянии от собственного жилья и соседских домов
Само оборудование тоже имеет высокую цену и нуждается в профилактическом обслуживании. К более выгодным вариантам генераторных установок относят газовые агрегаты. Они не нуждаются в бесперебойных поставках горючего и не требуют наличия хранилища для топливных материалов.
Однако полноценную работу этих приборов обеспечивает такой пункт, как обязательное подключение к центральной газовой сети, что далеко не всегда является возможным и доступным.
Установка в доме газового генератора осуществляется только на основании пакета разрешительных документов и при обязательном участии в монтаже бригады мастеров из местного газораспределительного предприятия.
Подключать к газопроводу прибор самостоятельно не рекомендуется во избежание потенциально возможных в будущем утечек и различных неполадок
Именно из-за этих сложностей генераторы редко выбирают в качестве основного источника для поставки электричества в частный дом.
Зато генераторы — идеальное решение для временного использования, к примеру, на время строительства загородного дома и оформления документов для его подключения:
Галерея изображений
Фото из
Бензиновый или дизельный генератор решит все вопросы по электроснабжению на стадии возведения дома. Его энергии вполне хватает для питания инструмента и обеспечения условий строителям: отопления, приготовления пищи, освещения и т.д.
Для хранения выработанной устройством энергии потребуются аккумуляторы, для преобразования прямого тока в переменный нужен будет инвертор
Генератор «на отлично» справится с выработкой энергии, требующейся линиям освещения. Для того чтобы не слышать шум оборудования, в эти часы лучше питаться от аккумуляторов
Пока производится отделка дома, устройство электропроводки и оформление документов генератор просто необходим
Генератор на время проведения строительных работ
Четыре аккумулятора и инвертор
Освещение ночью и в вечерние часы
Освещение для проведения проводки и отделки
На протяжении первых этапов строительства генератор послужит основным источником энергии, а после оформления документов и получения разрешений на подключение к общей энергосети, он станет резервным оборудованием и безусловно не раз пригодится.
Автономные солнечные электростанции
Для снабжения частного жилого дома применяют коллекторы или . Эти устройства поглощают световую энергию и преобразовывают ее в ток, который потом питает системы, устройства и приборы, работающие на электричестве.
Галерея изображений
Фото из
Солнечные электростанции — один из самых практичных, а потому и самых востребованных вариантов организации автономной системы получения электроэнергии
Солнечные панели, генерирующие электричество из падающего на них солнечного света, размещают в большинстве случаев на крышах домов, гаражей, бытовок, террас и подобных сооружений. Они занимают минимум пространства и не доставляют хлопот
Установка и крепление солнечных батарей на крышах и навесах производится по рейкам, способным выдержать вес автономной электростанции
Каждая солнечная батарея состоит из 36 или 72 фотоэлектрических элементов. Число батарей рассчитывают, исходя из реальных потребностей хозяев в электроэнергии.
При необходимости систему можно расширить путем установки дополнительных панелей
Для работы солнечной электростанции кроме панелей нужна функциональная аппаратура: контроллер, аккумулятор, инвертор. Все перечисленные приборы выполняют функцию, благодаря которой владельцы систем могут использовать получаемый электроток
Электроэнергия, вырабатываемая солнечной электростанцией, накапливается в аккумуляторах. Их мощность подбирают так, чтобы запаса хватило минимум на сутки работы в пасмурный день
Для того чтобы уберечь оборудование от глубокой разрядки, перегрева и превышения заряда, автономную солнечную электростанцию оснащают контроллерами
Для питания обычных электроприборов, подключаемых к сети переменного тока в 220 В, в схему солнечной электростанции включают инвертор. Гибридные модели этих преобразователей дополнены контроллерами
Сооружение солнечной электростанции
Размещение солнечных панелей на крышах
Установка и крепление солнечных батарей
Модульный принцип сборки системы
Компоненты частной гелио-электростанции
Батарея аккумуляторов для гелиоустановки
Контроллер — средство защиты от перегрева
Преобразователь полученной энергии
Солнечные батареи (панели) представляют собой набор соединенных вместе и заключенных в раму полупроводниковых элементов, перерабатывающих ресурсы света в электрическую энергию.
Оборудование не потребляет топлива и не нуждается в сложном высокопрофессиональном обслуживании.
Для содержания объекта в порядке достаточно просто время от времени протирать поглощающее зеркало от пыли и убирать с него мелкий мусор. Установка агрегата на некотором возвышении под углом около 70 градусов создаст условия, при которых в зимний период времени снег не сможет скапливаться на поверхности батарее и препятствовать ее корректной работе.
Регулировка гелиосистемы происходит автоматически. Владельцу не требуется включать или выключать оборудование. Выработанная энергия скапливается в специальных аккумуляторных комплексах и позволяет использовать электричество круглосуточно в индивидуальном, удобно лично для хозяина режиме.
Солнечная батарея напрямую преобразует энергию света в электроток и, в отличие от генераторных установок, делает это абсолютно бесшумно, не мешая таким образом ни жильцам, ни соседям
Солнечные батареи высокого качества очень надежны и рассчитаны на полноценную эксплуатацию в течение как минимум 25 лет.
К концу этого периода их работоспособность немного снижается и следующие 20 лет панели выдают ресурс в объеме около 80% от базовой изначальной мощности, заявленной производителем.
Таким образом, общий срок службы батарей составляет 45 лет, что значительно превышает показатели прочих автономных систем.
В отличие от ветряных генераторов, напрямую зависящих от определенных метеорологических явлений, солнечные батареи гарантированно выдают электроэнергию каждый день. В непогожие пасмурные дни их производительность становится немного меньше, но не прекращается полностью
Так как солнечный свет имеется практически везде, гелиопанели почти не имеют ограничений по установке. Размещать их можно на любом незатененном пространстве участка, обращая принимающую поверхность под определенным углом на южную сторону.
Выбирая место для расположения солнечных панелей на приусадебной территории, нужно следить, чтобы рядом не было высоких деревьев и строений, загораживающих солнце и отбрасывающих тень.
Иначе батарея не сможет работать в полную силу
Если размеры приусадебной территории не позволяют выделить для оборудования отдельное свободное место, уместно использовать для монтажа системы поверхность крыши жилого дома или кровлю хозяйственных построек.
Несмотря на некоторую хрупкость, солнечные панели имеют значительный вес и требуют четкого и надежного крепления. Перед монтажом надо оснастить кровельную конструкцию прочными балками или подпорками, чтобы в будущем крыша не обвалилась, не выдержав дополнительной нагрузки, не предусмотренной изначальным проектом
Ветряные и гидроэлектрические системы имеют фиксированный уровень мощности. У гелиосистем эта величина плавающая и зависит только от количества установленных батарей. Солнечные панели можно использовать в качестве дополнительных энергетических источников. В этом случае понадобится , с которым ознакомит рекомендуемая нами статья.
Если в большом количестве энергии на данный момент нет потребности, можно поставить агрегат миниатюрных габаритов, а в случае надобности в удобное время нарастить дополнительные панели и увеличить объем получаемого ресурса.
Энергия ветра для автономного электроснабжения
В том случае, когда метеорологические или какие-либо другие объективные причины не позволяют установить солнечные батареи или коллекторы, есть смысл обратить внимание на . Он представляет собой турбину, размещенную на высоких (от 3 метров) башнях.
Она улавливает кинетическую энергию вихревого потока, преобразует ее в механическую энергию вращением ротора и потом превращает в электроресурс посредством специальных инверторов.
Владелец частного дома, запланировавший установку ветряного генератора мощностью более 10 кВт, должен тщательно изучить информацию об изменениях направления и силы ветра в своей местности за последние 20 лет
Статистику могут предоставить метеослужба и различные интернет-сервисы, позволяющие наблюдать за погодой в онлайн-режиме. Если ветра в регионе считаются редким явлением и не имеют нужной силы, монтировать «ветряк» будет нецелесообразно.
Галерея изображений
Фото из
Ветряк — рабочая часть системы, в которой вырабатываемый им ток накапливается, хранится, преобразуется и поставляется приборам в потребляемом ими значении
На выходе из ветрогенератора устанавливается контроллер, который защитит аккумуляторы от перегрузки и глубокого разряда.
В случае превышения по емкости аккумуляторов контроллер перенаправит излишки в балластный реостат
В аккумуляторах накапливается получаемый установкой заряд. Их емкость подбирают так, чтобы запаса хватило на следующий день, который может быть безветренным
По аналогии с солнечными электростанциями в схемах с ветрогенераторами нужен инвертор. Он преобразует постоянный ток в переменный, требующийся для работы питающегося от ветряка электрооборудования
Ветрогенератор на загородном участке
Контроллер для ветряных установок
Аккумуляторы для запаса заряда
Инвертор для преобразования получаемого тока
Агрегат отличается надежностью, не создает вредных выбросов в атмосферу и не оставляет отходов производства, но для полноценной работы остро нуждается в постоянном ветре, дующем со скоростью не менее 14 километров в час. Это очень важное условие, и если его не соблюсти, прибор просто не справится с поставленными задачами.
Локальные системы гидроэнергии
Использование гидротурбины для обеспечения жилого дома электричеством – вполне реальный и выгодный вариант, но лишь в том случае, когда вблизи строений располагаются речка или озеро.
Небольшая система, работающая на энергии воды, абсолютно безопасна как в экологическом, так и в социальном плане, очень проста в эксплуатации и имеет хороший КПД.
Малые гидротурбины полностью автоматизированы и не требуют участия в своей работе человека. Качество вырабатываемой ими энергии соответствует всем требованиям ГОСТа как по частоте, так и по уровню напряжения
Срок полноценной работы превышает 40 лет. Для корректного функционирования система не нуждается в крупных водохранилищах и не требует затопления больших территорий.
Галерея изображений
Фото из
Для того чтобы использовать воду с целью генерации электроэнергии, нужно добиться либо сужения русла, либо перепада высот в течении ручья или небольшой реки
В изготовлении самодельной турбины используются разнообразные подручные средства: обода велосипедных колес, барабан стиральной машинки, диск от автошины грузового транспорта
С усилием падающая на лопасти колеса вода приводит его в движение.
Вращаясь колесо вырабатывает энергию, которая через контроллер и инвертор передается потребителю или накапливается в аккумуляторах
Для повышения производительности привычное колесо с лопастями заменяют шнеком, но изготовить в домашних условиях такой элемент не представляется возможным
Вариант использования энергии воды
Самодельная турбина из колесных ободов
Принцип работы мини гидроэлектростанции
Шнек в устройстве гидроэлектростанции
Перед установкой необходимо составить проект монтажа и получить соответствующие разрешительные документы.
Аккумуляторы для автономных систем
Принцип работы аккумулятора понятен и несложен. Пока в центральной сети имеется электричество, батареи заряжаются от розетки и накапливают в своих блоках ресурс. функционируют аналогичным образом.
Когда поставки энергии прекращаются, модули через специальную отдают электрику бытовым приборам и различным домашним системам.
Выбирая аккумулятор для создания резервной электросистемы в жилом доме, стоит определить, какие приборы и модули бытовой техники обязательны к подключению в случае отсутствия света.
Сложив вместе их базовую мощность, можно получить число, обозначающее емкость аккумулятора, способного обеспечить энергией самые необходимые устройства
Для постоянного обеспечения жилого помещения электричеством они не подходят, зато с ролью резервного комплекса справятся на отлично.
С лучшими разработками для организации альтернативной энергетики загородного дома ознакомит , полностью посвященная этому интересному вопросу.
Выводы и полезное видео по теме
Ролик №1 наглядно продемонстрирует, как собрать своими руками автономную систему электроснабжения частного дома из солнечных батарей. В видео даны полезные советы от мастера с подробным показом каждого действия и описанием используемого оборудования:
Ролик №2 знакомит с тем, что следует выбрать для создания в доме резервной электрической системы: генератор или аккумулятор. Обзор агрегатов, плюсы и минусы, сравнительные характеристики и принцип работы поможет самостоятельным мастерам в осуществлении идеи:
youtube.com/embed/y7fsxUg_mYA» allowfullscreen=»allowfullscreen»/>Ролик №3 представляет, как работает ветрогенератор, способен ли он покрыть все потребности среднестатистического жилого дома в электроэнергии:
Роликом №4 представлен независимый комплекс электроснабжения для загородного дома с использованием различных ресурсов и установок. Обозначены достоинства и недостатки системы из солнечных панелей, инвертора МАП и прогрессивного ветрогенератора:
Потребность в организации автономного электричества для частного дома может возникнуть по разным причинам, например, из-за проблематичности подключения к уже существующей сети или ввиду отсутствия центральных коммуникаций в районе расположения жилья.
Нестабильно подающееся напряжение, перебои питания или регулярные отключения тоже могут вынудить владельцев недвижимости задуматься о получении энергии из альтернативных источников.
Правильно рассчитанная и корректно смонтированная система позволит забыть о всех проблемах с электрикой.
Расскажите о том, как сооружали автономную систему энергообеспечения на загородном участке. Не исключено, что в вашем арсенале есть способы, не приведенные в статье, и сведения, полезные для посетителей сайта. Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, делитесь впечатлениями, размещайте фото, задавайте вопросы.
обзор лучших локальных решений © Геостарт
Автономное электроснабжение для частного дома: обзор лучших локальных решений
Устройство независимой электросистемы позволит обеспечить энергией частные постройки, не подключенные к централизованным сетям. Результат поможет сократить энергетические расходы дач и домов. Но для того чтобы воспользоваться перечисленными плюсами, надо точно знать, как сделать автономное электроснабжение частного дома. Ведь правда?
Мы расскажем об устройстве независимых систем энергоснабжения. У нас вы найдете основополагающие принципы устройства и важные нюансы организации подачи электричества в частные жилые объекты. Представленная нами информация тщательно проверена, систематизирована, сведения соответствуют строительным нормативам.
Общие требования к домашним автономным системам
Чтобы автономный комплекс корректно работал и производил объем энергии, полностью покрывающий потребности всех домашних устройств и предметов бытовой техники, перед монтажом оборудования проводят предварительный расчет общей мощности имеющихся в наличии электропотребителей.
К их числу относятся такие агрегаты, как:
- отопительная система жилого дома;
- холодильная техника;
- устройства по очистке/охлаждению воздуха;
- крупно- и мелкогабаритные бытовые приборы;
- насосный комплекс, осуществляющий поставку в дом воды из колодца или скважины;
- электрический инструмент для текущего ремонта, осуществляемого своими руками, и ухода за строениями и приусадебным участком.
Базовую мощность узнают из сопроводительных документов, выданных производителем и прилагающихся к каждому агрегату. Этот показатель у всех разный, но любые приборы и устройства одинаково требуют стабильной подачи энергии с определенной частотой электропотока и без перепадов напряжения.
В некоторых случаях учитывают еще и такой параметр, как синусоидальность формы переменного напряжения.
Данные о мощности приборов суммируют и таким способом выясняют, сколько реальных киловатт часов должна бесперебойно вырабатывать в день автономная электросистема. Рекомендуется превышать полученное число на 15-30%, чтобы в будущем иметь солидный запас на увеличение потребления энергии.
Автономная электрическая система позволяет круглогодично обеспечивать необходимый уровень комфорта в домах, расположенных далеко от центральных коммуникационных систем, отвечающих за поставку энергоресурса в жилые помещения
На следующем этапе определяют основные технические характеристики будущей энергосистемы.
Эти параметры напрямую зависят от ее назначения.
Собираясь сделать резервный источник, подключающийся только в определенный момент, когда недоступно получение электричества через централизованные коммуникации, устанавливают предполагаемое время работы автономного оборудования, и на основании этих данных вычисляют нужную для нормального функционирования системы мощность.
Наличие в частном доме комплекса автономного электроснабжения обеспечивает владельцу полную свободу действий. У него в распоряжении всегда будет нужный ресурс, независимо от того, какую цену установит на электричество государство
Если же на «плечи» автономного оборудования планируют возложить все электрообеспечение в жилом помещении, хозяйственных постройках и на самом приусадебном участке, заранее четко высчитывают примерное дневное потребление.
На эту цифру накидывают еще 20-25% и таким способом получают фактическую базовую мощность, необходимую для полноценной работы коммуникационных сетей, оборудования и бытовой техники.
Выбирая в качестве альтернативного источника поставки энергии солнечные батареи, следует помнить, что в зимний период модули производят в 2-3 раза меньше ресурса, нежели во время наивысшей солнечной активности (с марта по сентябрь)
Имея на руках подробную техническую информацию, приступают к разработке проекта и выводят смету с полным объективным обсчетом предстоящих финансовых затрат на покупку агрегатов и оплату услуг по установке.
Специалисты, разумеется, справятся с монтажом быстрее и качественней, однако попросят за это солидную сумму. Домашние мастера тоже могут осилить основные части задачи, но для осуществления отдельных этапов все же разумнее будет пригласить профессионалов или хотя бы воспользоваться их советами.
Взвешенная оценка независимой системы
Современные системы для автономного электроснабжения используют самые разные ресурсы для выработки энергии. Это позволяет получать качественное электричество без перепадов даже в самых отдаленных и малонаселенных местах, куда еще не успели добраться все блага цивилизации.
Достоинства автономной электрики
Основное достоинство систем автономного электроснабжения – отсутствие норм потребления и платы за использованную энергию. Это позволяет обеспечить в жилом доме любой уровень комфорта, независимо от того, проходят ли рядом центральные коммуникации или нет.
Если предварительные расчеты мощности произведены верно и не занижены, система будет работать как часы и хозяева не столкнутся с такими проблемами, как неожиданное отключение электричества и перепады напряжения.
Веское преимущество автономного энергоснабжения заключается в отсутствии скачков, падения и превышения напряжения в сети, из-за которого в разы быстрее выходит из строя бытовая и компьютерная техника
Сведется к нулю риск того, что бытовая техника, имеющаяся в жилом помещении, выйдет из строя или сгорит из-за неожиданного скачка мощности. Количество и качество получаемой электроэнергии всегда будет одинаковым и именно таким, как было запланировано изначально в проекте.
Оборудование, обеспечивающее независимые поставки электроэнергии, имеет высокий уровень надежности и крайне редко выходит из строя. Это преимущество сохраняет актуальность при соблюдении базовых правил эксплуатации и регулярном обслуживании отдельных элементов и всей системы целиком.
Кроме того, уже сегодня работают экспериментальные программы, позволяющие владельцам продавать излишки электроэнергии государству. Однако об использовании этой интересной возможности стоит подумать заблаговременно, еще на стадии разработки проекта системы электрообеспечения.
Дополнительно потребуется оформить пакет разрешительных документов, подтверждающих способность имеющихся в наличии приборов вырабатывать нужный объем энергии надлежащего качества.
Недостатки независимого электроснабжения
К минусам независимой системы электроснабжения относят довольно высокую стоимость оборудования и значительные расходы на эксплуатацию.
К недостаткам автономного энергоснабжения относят необходимость выделять пространство под размещение оборудования, проводить самостоятельное обслуживание системы и замену изношенных элементов за свой счет
Электрики настоятельно рекомендуют хозяевам очень внимательно производить все расчеты и четко выяснять технические параметры запланированной к монтажу системы.
Иначе может возникнуть ситуация, когда агрегат, производящий электроэнергию, выйдет из строя, так и не успев окупиться.
Ремонт автономного комплекса владельцы тоже осуществляют за свой счет, а эти услуги стоят значительных денег. Если же дом находится в отдаленном или труднодоступном районе, за мастерами придется поехать лично или дополнительно оплачивать выезд бригады на место.
Причем делать все понадобится достаточно быстро, так как домашние коммуникации и удобства, работающие на электроэнергии, в это время будут недоступны.
Если в качестве автономной системы по выработке энергии выбраны модули из солнечных батарей, их потребуется периодически очищать от мусора в ветреную погоду, а в зимний период обязательно освобождать от снега. Только при таком уходе они будут полноценно функционировать в течение всего эксплуатационного периода
Значительно снизят шанс поломки автономных устройств регулярный профилактический осмотр и плановое техническое обслуживание действующих агрегатов, но и для этого может понадобиться визит специалистов, стоящий денег.
Конечно, часть таких работ хозяин сделает самостоятельно, но более серьезные моменты, требующие определенного опыта и специфических знаний, все равно повлекут за собой профессиональное вмешательство.
Определение наилучшего источника энергии
Выбор альтернативного источника энергии для автономного электрообеспечения жилого дома – очень важный и ответственный момент, требующий серьезного подхода.
К самым популярным и наиболее распространенным вариантам относятся:
- генераторы, работающие на дизельном топливе или бензине;
- солнечные батареи;
- аккумуляторы большого объема и мощности;
- гидроэлектросистемы;
- преобразователи ветряной энергии.
Каждый источник имеет собственные уникальные характеристики и особенности. Владельцам следует заранее с ними ознакомиться и на основании этой информации определить оптимальный вариант системы, способной удовлетворить все электрические нужды частного жилого дома.
Особенности работы генераторов
Генератор – это самый быстрый и простой способ обеспечить частный дом электричеством. Для работы агрегат использует бензин или дизельное топливо и в результате его сжигания выдает необходимое количество энергии.
Главным преимуществом является полная независимость устройства от сезонных изменений и погодных колебаний. К недостаткам относится обязательное наличие на участке специально оборудованного хранилища для топлива, рассчитанного на объем от 200 литров.
Дизельная генераторная установка удобна и проста в эксплуатации, но для полноценного функционирования ей необходимо получать не менее 250 мл горючего в час. Мощные станции, способные обеспечить энергией небольшой частный домик с фактическим потреблением ресурса в несколько киловатт за сутки, будут «есть» примерно литр солярки в течение 60 минут
Чаще всего бензиновые и дизельные генераторные установки используют в качестве резервных или временных источников получения электроэнергии.
Это обусловлено тем, что для полноценной работы приборы требуют значительных объемов горючего, стоимость которого постоянно увеличивается.
Мощный бензиновый или дизельный генератор способен при наличии нужного объема топлива обеспечить бесперебойную подачу электричества. Однако устройство в процессе работы производит очень много шума. Чтобы не страдать из-за нежелательных звуков, стоит разместить агрегат в одном из прилегающих хозяйственных помещений, расположенных на некотором расстоянии от собственного жилья и соседских домов
Само оборудование тоже имеет высокую цену и нуждается в профилактическом обслуживании. К более выгодным вариантам генераторных установок относят газовые агрегаты. Они не нуждаются в бесперебойных поставках горючего и не требуют наличия хранилища для топливных материалов.
Однако полноценную работу этих приборов обеспечивает такой пункт, как обязательное подключение к центральной газовой сети, что далеко не всегда является возможным и доступным.
Установка в доме газового генератора осуществляется только на основании пакета разрешительных документов и при обязательном участии в монтаже бригады мастеров из местного газораспределительного предприятия. Подключать к газопроводу прибор самостоятельно не рекомендуется во избежание потенциально возможных в будущем утечек и различных неполадок
Именно из-за этих сложностей генераторы редко выбирают в качестве основного источника для поставки электричества в частный дом.
Зато генераторы — идеальное решение для временного использования, к примеру, на время строительства загородного дома и оформления документов для его подключения:
На протяжении первых этапов строительства генератор послужит основным источником энергии, а после оформления документов и получения разрешений на подключение к общей энергосети, он станет резервным оборудованием и безусловно не раз пригодится.
Автономные солнечные электростанции
Для снабжения частного жилого дома применяют коллекторы или солнечные батареи .
Эти устройства поглощают световую энергию и преобразовывают ее в ток, который потом питает системы, устройства и приборы, работающие на электричестве.
Солнечные батареи (панели) представляют собой набор соединенных вместе и заключенных в раму полупроводниковых элементов, перерабатывающих ресурсы света в электрическую энергию. Оборудование не потребляет топлива и не нуждается в сложном высокопрофессиональном обслуживании.
Для содержания объекта в порядке достаточно просто время от времени протирать поглощающее зеркало от пыли и убирать с него мелкий мусор. Установка агрегата на некотором возвышении под углом около 70 градусов создаст условия, при которых в зимний период времени снег не сможет скапливаться на поверхности батарее и препятствовать ее корректной работе.
Регулировка гелиосистемы происходит автоматически. Владельцу не требуется включать или выключать оборудование. Выработанная энергия скапливается в специальных аккумуляторных комплексах и позволяет использовать электричество круглосуточно в индивидуальном, удобно лично для хозяина режиме.
Солнечная батарея напрямую преобразует энергию света в электроток и, в отличие от генераторных установок, делает это абсолютно бесшумно, не мешая таким образом ни жильцам, ни соседям
Солнечные батареи высокого качества очень надежны и рассчитаны на полноценную эксплуатацию в течение как минимум 25 лет. К концу этого периода их работоспособность немного снижается и следующие 20 лет панели выдают ресурс в объеме около 80% от базовой изначальной мощности, заявленной производителем.
Таким образом, общий срок службы батарей составляет 45 лет, что значительно превышает показатели прочих автономных систем.
В отличие от ветряных генераторов, напрямую зависящих от определенных метеорологических явлений, солнечные батареи гарантированно выдают электроэнергию каждый день. В непогожие пасмурные дни их производительность становится немного меньше, но не прекращается полностью
Так как солнечный свет имеется практически везде, гелиопанели почти не имеют ограничений по установке.
Размещать их можно на любом незатененном пространстве участка, обращая принимающую поверхность под определенным углом на южную сторону.
Выбирая место для расположения солнечных панелей на приусадебной территории, нужно следить, чтобы рядом не было высоких деревьев и строений, загораживающих солнце и отбрасывающих тень. Иначе батарея не сможет работать в полную силу
Если размеры приусадебной территории не позволяют выделить для оборудования отдельное свободное место, уместно использовать для монтажа системы поверхность крыши жилого дома или кровлю хозяйственных построек.
Несмотря на некоторую хрупкость, солнечные панели имеют значительный вес и требуют четкого и надежного крепления. Перед монтажом надо оснастить кровельную конструкцию прочными балками или подпорками, чтобы в будущем крыша не обвалилась, не выдержав дополнительной нагрузки, не предусмотренной изначальным проектом
Если в большом количестве энергии на данный момент нет потребности, можно поставить агрегат миниатюрных габаритов, а в случае надобности в удобное время нарастить дополнительные панели и увеличить объем получаемого ресурса.
Энергия ветра для автономного электроснабжения
В том случае, когда метеорологические или какие-либо другие объективные причины не позволяют установить солнечные батареи или коллекторы, есть смысл обратить внимание на сборку и установку ветрогенератора . Он представляет собой турбину, размещенную на высоких (от 3 метров) башнях.
Она улавливает кинетическую энергию вихревого потока, преобразует ее в механическую энергию вращением ротора и потом превращает в электроресурс посредством специальных инверторов.
Владелец частного дома, запланировавший установку ветряного генератора мощностью более 10 кВт, должен тщательно изучить информацию об изменениях направления и силы ветра в своей местности за последние 20 лет
Статистику могут предоставить метеослужба и различные интернет-сервисы, позволяющие наблюдать за погодой в онлайн-режиме. Если ветра в регионе считаются редким явлением и не имеют нужной силы, монтировать «ветряк» будет нецелесообразно.
Агрегат отличается надежностью, ветрогенератор не создает вредных выбросов в атмосферу и не оставляет отходов производства, но для полноценной работы остро нуждается в постоянном ветре, дующем со скоростью не менее 14 километров в час. Это очень важное условие, и если его не соблюсти, прибор просто не справится с поставленными задачами.
Локальные системы гидроэнергии
Использование гидротурбины для обеспечения жилого дома электричеством – вполне реальный и выгодный вариант, но лишь в том случае, когда вблизи строений располагаются речка или озеро. Небольшая система, работающая на энергии воды, абсолютно безопасна как в экологическом, так и в социальном плане, очень проста в эксплуатации и имеет хороший КПД.
Малые гидротурбины полностью автоматизированы и не требуют участия в своей работе человека. Качество вырабатываемой ими энергии соответствует всем требованиям ГОСТа как по частоте, так и по уровню напряжения
Срок полноценной работы миниатюрной гидроэлектростанции превышает 40 лет.
Для корректного функционирования система не нуждается в крупных водохранилищах и не требует затопления больших территорий.
Перед установкой необходимо составить проект монтажа и получить соответствующие разрешительные документы.
Аккумуляторы для автономных систем
Принцип работы аккумулятора понятен и несложен. Пока в центральной сети имеется электричество, батареи заряжаются от розетки и накапливают в своих блоках ресурс. Аккумуляторы для солнечных батарей функционируют аналогичным образом.
Когда поставки энергии прекращаются, модули через специальную инверторную установку отдают электрику бытовым приборам и различным домашним системам.
Выбирая аккумулятор для создания резервной электросистемы в жилом доме, стоит определить, какие приборы и модули бытовой техники обязательны к подключению в случае отсутствия света. Сложив вместе их базовую мощность, можно получить число, обозначающее емкость аккумулятора, способного обеспечить энергией самые необходимые устройства
Для постоянного обеспечения жилого помещения электричеством они не подходят, зато с ролью резервного комплекса справятся на отлично.
Ролик №2 знакомит с тем, что следует выбрать для создания в доме резервной электрической системы: генератор или аккумулятор. Обзор агрегатов, плюсы и минусы, сравнительные характеристики и принцип работы поможет самостоятельным мастерам в осуществлении идеи:
Ролик №3 представляет, как работает ветрогенератор, способен ли он покрыть все потребности среднестатистического жилого дома в электроэнергии:
Роликом №4 представлен независимый комплекс электроснабжения для загородного дома с использованием различных ресурсов и установок. Обозначены достоинства и недостатки системы из солнечных панелей, инвертора МАП и прогрессивного ветрогенератора:
Потребность в организации автономного электричества для частного дома может возникнуть по разным причинам, например, из-за проблематичности подключения к уже существующей сети или ввиду отсутствия центральных коммуникаций в районе расположения жилья.
Нестабильно подающееся напряжение, перебои питания или регулярные отключения тоже могут вынудить владельцев недвижимости задуматься о получении энергии из альтернативных источников.
Правильно рассчитанная и корректно смонтированная система позволит забыть о всех проблемах с электрикой.
The Energy Autonomous House – Колледж пермакультуры, Австралия
В контексте загрязнения атмосферы и климатических изменений мы все должны взять на себя определенный уровень ответственности; за вклад в проблемы и, что более позитивно, за то, чтобы стать частью решения.
Робин Фрэнсис
Эта статья была первоначально опубликована в журнале Permaculture International Journal. В этой статье рассматриваются наши внутренние потребности в энергии и способы их удовлетворения эффективными и экологически чистыми способами. Мы можем начать «очищать воздух» в нашем собственном домашнем окружении.
Энергетическая автономия или уверенность в своих силах — это вариант, который сейчас рассматривается более серьезно, чем когда-либо прежде, и на то есть веские причины.
Это может быть просто из-за необходимости для людей, переезжающих в отдаленные сельские районы, где «сетевое» подключение либо недоступно, либо доступно только за большие деньги.
Даже несколько опор могут стоить земли, и примерно по той же цене хорошо спланированная автономная энергетическая система может оказаться дешевле в долгосрочной перспективе — счета за электроэнергию не приходят каждые три месяца.
Могут быть и другие причины для установки альтернативного источника электроэнергии. Они основаны на праве этического выбора, НЕ завися от основного источника, который генерируется ядерными реакторами или ископаемым топливом, загрязняющим атмосферу. В этой ситуации мы находим множество примеров полной независимости и многочисленные примеры постепенного изменения; постепенное отключение от сети путем поэтапной установки соответствующих альтернативных источников энергии вместе со стратегиями снижения общего потребления энергии.
Какой бы ни была ситуация или причины для выбора самообеспечения энергией, фактический источник и поставка энергии — это только часть общего процесса планирования. Прежде чем мы увлечемся всеми возможностями, предоставляемыми технологиями производства энергии, нам сначала нужно рассмотреть наши варианты энергосбережения.
Соответствующая технология начинается с пользователя, а не с производителя.
Энергетические потребности и сохранение
Как и в случае с любым другим элементом или фактором в дизайне пермакультуры, будь то курица, грядка с овощами или пруд, мы должны тщательно проанализировать наши собственные потребности, входы и выходы или производительность элемента, как они будут быть поставлены, и какие преимущества они предлагают другим аспектам непосредственной окружающей среды. Не является исключением и проектирование бытовой энергосистемы.
Итак, какова наша потребность в энергии? Мы обнаружили, что большая часть бытовой энергии используется для отопления и охлаждения помещений, горячего водоснабжения, подогрева и охлаждения пищи (кухонные плиты и холодильники), освещения, стирки одежды и различных других бытовых приборов. В домохозяйствах, на 100 % зависящих от электричества, в умеренном или прохладном климате более 60 % энергии часто используется только для отопления помещений и горячего водоснабжения, а в более теплом климате электроснабжение горячего водоснабжения является наибольшим потребителем энергии, оба из которых могут быть легко обеспечены средства, отличные от производства электроэнергии.
Три основных способа сохранения бытовых потребностей в энергии:
1. Поведенческие:
Сюда входят такие вещи, как: максимальное использование светового дня; разумно использовать пространство в доме для различных видов деятельности, например. выбор теплой солнечной стороны для зимних дневных занятий; правильно одеваться, теплее одеваться в зимние дни; укутаться в одеяло с грелкой, чтобы посидеть прохладными вечерами; выработать привычку выключать свет, когда им не пользуются; замачивание бобовых и сушеных продуктов для сокращения времени приготовления.
2. Проект дома:
Дом должен быть спроектирован с учетом климата и расположен таким образом, чтобы максимально использовать солнечный свет и защищать от холода и сильных ветров. Доступно множество отличных публикаций с подробной информацией о пассивных и активных методах проектирования солнечных батарей для домов в различных климатических условиях. Это необходимо сочетать с разумным озеленением, используя лиственные деревья на солнечной стороне и вечнозеленые ветрозащитные насаждения на холодной, ветреной стороне.
Идеальный дом, спроектированный на солнечных батареях, станет совершенно неэффективным, если зимнее солнце будет закрыто большими вечнозелеными деревьями. Эффективность как обогрева, так и охлаждения может быть повышена путем добавления правильно расположенных конструкций, таких как перголы, теплицы и навесы.
Внутренний дизайн дома имеет решающее значение: активные помещения (кухня, столовая, гостиная, студия/офис) должны располагаться на солнечной стороне, а кладовая (кладовая) и спальни должны располагаться на прохладной стороне. Небольшие помещения легче отапливать, чем большие, а хорошо ламбрекеновые шторы и двойное остекление снизят теплопотери. Обязательно размещайте теплоизлучающие устройства, такие как кухонные плиты и обогреватели, там, где они могут отдавать тепло соседним помещениям – дымоход, встроенный в наружную стену, является позорной тратой тепловой энергии.
Выбор материалов играет важную роль в управлении микроклиматом в помещении; их теплоаккумулирующая и излучающая способность, а также их изоляционные качества.
Хороший дизайн дома может значительно сократить потребление внешней энергии, причем не только электроэнергии, но и других видов топлива, включая нефть, газ и древесину.
3. Технологические:
Это относится к нашему выбору приборов, их источникам топлива или энергии и эффективности. Можно выбрать множество бытовых приборов, не требующих электричества, таких как системы горячего водоснабжения на солнечной энергии, кухонные плиты и обогреватели, сохраняющие древесину, стиральные машины с ручным и педальным управлением, сушилка для белья на солнечных батареях (бельевая веревка), сейф koolgardi (см. вставку), газовые приборы ( холодильник, кухонная плита), солнечная печь, плита для сена, потолочные вентиляторы, активируемые солнечными батареями, и это лишь некоторые из них.
Не сбрасывайте со счетов энергоэффективность неэлектрических приборов, особенно дровяных кухонных плит и обогревателей. Сжигание древесины также загрязняет нашу атмосферу. Это очень тяжелая работа, чтобы поддерживать постоянный запас дров, и дорого платить кому-то еще за то, что он поставляет их для вас.
Производство электроэнергии
После того, как все вышеперечисленное было вычеркнуто из списка, осталось не так уж много для производства электроэнергии; освещение, радио, телевизор и несколько других электрических инструментов и приборов, которые могут считаться необходимыми. Теперь, когда потребности в электроэнергии определены, следующим шагом является выбор подходящей формы генерации.
В то время как бензиновые и дизельные генераторы иногда рассматриваются как быстрое и простое решение, поскольку выходная мощность в час снижается, в долгосрочной перспективе они могут быть более дорогими, а проблемы использования ископаемого топлива, загрязнения, шума и внешней зависимости не решен.
Основными источниками для автономных энергетических систем являются солнечная энергия, ветер, вода и биогаз (метан). Считается, что солнечная энергия и малая гидроэнергетика имеют преимущество перед энергией ветра в том, что они могут более регулярно перезаряжать аккумуляторные батареи, в то время как у ветра есть недостатки по частоте.
Окончательное решение будет зависеть от параметров доступных ресурсов; количество и частота доступного солнечного света, ветра и текущей воды. Биогаз в этом отношении может быть более надежным источником энергии.
AC/DC
Это, безусловно, помогает демистифицировать чудо того, как работает электричество, и понять его различные формы. Проще говоря, постоянный ток (постоянный ток) используется в большинстве небольших домашних энергетических систем, обычно при низком напряжении (12 вольт и 24 вольта). Аккумуляторная батарея хранит электроэнергию, выработанную солнцем, ветром или водой, чтобы она была доступна по мере необходимости, а не только когда светит солнце, дует ветер или течет вода. 12 вольт постоянного тока достаточно для освещения, радио и телевидения, а инвертор можно использовать для преобразования постоянного тока в переменный (переменный ток) для обычных приборов. Переменный ток высокого напряжения является стандартным питанием в основной сети.
Вам необходимо довольно точно оценить, сколько энергии вам потребуется для определения размера вашей системы (например, сколько батарей, солнечных панелей, какая гидросистема и т.
д.). Это означает выбор того, какие светильники и приборы будут использоваться, определение того, сколько ампер или ватт каждый из них потребляет в течение того, сколько часов в день. (Понимаете, что я имею в виду под демистификацией?)
«Энергия природы», опубликованная Rainbow Power Company, определенно рекомендуется к прочтению не только с точки зрения понимания энергетических систем, но и для получения важной практической информации об оценке потребностей в энергии, создании правильный выбор как приборов, так и генераторных систем, и «как сделать это самостоятельно».
Доступные приборы и инструменты постоянного тока (12 вольт):
Освещение, радиоприемники, стереосистемы, телевизоры, водяные насосы, паяльники, дрели, угловые шлифовальные машины, электролобзик, ленточная шлифовальная машина и несколько других инструментов для хобби. Некоторые модели стиральных машин могут быть оснащены двигателем на 12 вольт – более подробную информацию см. в разделе «Энергия природы»
Практический пример 1
Эта автономная гидросистема была разработана на плато в Северном Новом Южном Уэльсе, Австралия.
Надежный природный источник большого объема обеспечивает постоянный источник воды с соседнего склона. Вода подается самотеком через 2-дюймовую полипропиленовую трубу в напорный резервуар рядом с домом, обеспечивая ежедневное водоснабжение дома и сада. Для выработки электроэнергии был установлен мотор-генератор на 12 вольт (от VW Beetle), который приводился в действие путем открытия крана для заполнения резервуара для воды. Резервуар наполняется каждый вечер, когда требуется электричество для освещения, но иногда вечерние потребности в электричестве превышают емкость резервуара, поэтому он переполняется. Система продолжает работать, перелив воды поступает в утиный пруд. Из-за пористой почвы пруд для уток имеет медленную течь и нуждается в регулярном доливе. Утки любят пруд и обогащают его водой своим пометом. Когда утиный пруд наполняется, обогащенная питательными веществами вода переливается в сад, одновременно поливая и удобряя деревья. В целом, это хорошо спланированная система, соответствующая участку, его потребностям и ресурсам, таким образом, чтобы полностью использовать потенциал воды, используя ее разными способами и сокращая человеческий труд.
Много чего происходит, когда кран открыт!
Практический пример 2
В Западном Берлине группа студентов сформировала жилищный кооператив, когда правительство пригрозило выселить их из здания, в котором они жили. После долгих переговоров они получили законный доступ и право собственности на здание и построили это как пример энергоэффективности и ресурсоэффективности. Они разорвали связь с сетью по моральным соображениям, не желая использовать энергию, поступающую от ядерного источника. Климат в Берлине требует обогрева помещений в той или иной форме 8-9месяцев в году, а горячая вода необходима круглый год, поэтому было установлено центральное отопление/горячее водоснабжение, работающее на природном газе. Процесс нагрева воды обеспечивает пар для выработки электроэнергии. Теплая бытовая вода (сточные воды из ванных комнат, прачечных и кухонь) подается в резервуары возле газового нагревателя для предварительного подогрева поступающей холодной воды, тем самым уменьшая количество газа, необходимого для нагрева воды.
В конечном итоге они надеются заменить природный газ биогазом (метаном), который производится на месте из сточных вод и сточных вод. Они производят больше электроэнергии, чем им нужно, поэтому излишки продаются обратно в сеть за бесценок. Поскольку продавать электроэнергию в частном порядке незаконно, они всерьез задумываются о расширении членства в кооперативе на соседний дом, жители которого стремятся подключиться к чистому и дешевому источнику электроэнергии.
Электростанция будущего находится прямо у вас дома
Даниэль Оберхаус
Наука
Если мы хотим больше возобновляемой энергии, наши сети должны будут управлять сами собой. Небольшой эксперимент в Колорадо освещает путь.
Как и микросети, виртуальные электростанции состоят из распределенных энергетических систем, таких как солнечные панели на крыше, зарядные устройства для электромобилей и аккумуляторные батареи.
Разница в том, что виртуальные электростанции на самом деле не предназначены для отключения от общей сети. Фотограф: Эрик Такер/Getty Images
Катела Моран Эскобар всегда мечтала стать домовладельцем, но она никогда не думала, что ее первый дом станет энергетическим экспериментом. В июле прошлого года Эскобар и ее семья переехали в Basalt Vista, новый проект доступного жилья в маленьком городке Базальт, штат Колорадо, к северу от Аспена. Проект является защитой от стремительного роста цен на жилье в Долине Роринг-Форк, но это также и живая лаборатория для тестирования передовых технологий электросетей, которые могут превратить каждый дом в придаток децентрализованной электростанции.
Basalt Vista задуман как полностью электрическое сообщество, производящее столько энергии, сколько потребляет. Каждый дом оснащен зарядным устройством для электромобиля в гараже, большой аккумуляторной батареей в подвале и крышей, покрытой солнечными панелями. Дома объединены в микросеть, автономную сеть распределения электроэнергии, которая может работать независимо от региональной электросети.
Их энергетические системы работают вместе, чтобы сбалансировать энергетическую нагрузку по всему району: солнечные панели собирают энергию, подключенные электромобили могут накапливать электроэнергию по мере необходимости, а большие аккумуляторные батареи могут обеспечивать электроэнергию, когда солнце не светит.
Но что делает микросеть Basalt Vista уникальной, так это то, что она автономно распределяет энергию. В подвале каждого дома есть подключенный к Интернету блок управления с экспериментальным программным обеспечением, которое постоянно оптимизирует распределение электроэнергии по микросети и поток энергии в более крупную региональную сеть и из нее. Когда один дом производит больше энергии, чем ему нужно, он может самостоятельно принять решение о перераспределении ее между соседями или сохранении на потом. «Нам не нужно иметь дело ни с каким оборудованием», — говорит Эскобар. «Дом работает сам по себе».
Basalt Vista — испытательный полигон для так называемой «виртуальной электростанции», сети самооптимизирующихся энергетических ресурсов, которая разделяет централизованное энергоснабжение и распределяет его по сети.
Эта виртуальная электростанция может служить противоядием от присущей возобновляемым источникам энергии изменчивости за счет эффективного согласования спроса и предложения среди широко распределенных производителей и потребителей электроэнергии. На данный момент технология существует в подвалах Эскобар и ее соседей по Базальтовой Висте. Но если эксперимент увенчается успехом, однажды он сможет контролировать электроэнергию для миллионов других семей.
«Традиционно мы поставляли электроэнергию по односторонней сети передачи и распределения от централизованных электростанций к относительно пассивным потребителям», — говорит Брайан Ханнеган, генеральный директор Holy Cross Energy, небольшой некоммерческой коммунальной компании, которая обслуживает Basalt, Aspen, и другие близлежащие общины в Колорадо.
«Эта архитектура резко меняется, и теперь потребители тоже производят продукцию. Электростанции больше не являются большими и централизованными; они многочисленны и распределены».
Самые популярные
Рабочие устанавливают солнечные панели на крыше одного из новых домов в Basalt Vista, полностью электрическом жилом комплексе с нулевым уровнем выбросов в Колорадо.
Предоставлено Holy Cross Energy
До того, как он возглавил Holy Cross в 2018 году, Ханнеган был директором-основателем Центра интеграции энергетических систем в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии за пределами Денвера. Объект был задуман как «сетка в коробке», где исследователи могли бы изучать, как солнечные батареи, электромобили, системы хранения аккумуляторов и другие так называемые «распределенные энергетические ресурсы» влияют на то, как электричество перемещается по сети.
По мере того, как все больше домов и предприятий устанавливают свои собственные возобновляемые системы генерации и хранения, централизованным коммунальным службам становится все труднее управлять спросом и предложением электроэнергии.
Обеспечение того, чтобы электричество доставлялось потребителям, которые в нем нуждаются, и тогда, когда оно им нужно, проще, если у вас есть небольшое количество крупных электростанций, работающих на предсказуемых видах топлива, таких как уголь, природный газ или ядерная энергия. Но энергия, производимая распределенными энергетическими системами, имеет тенденцию быть возобновляемой и, следовательно, сильно изменчивой — иногда светит солнце, иногда нет. Кроме того, есть
«Коммунальные предприятия переходят от простой продажи электроэнергии конечным пользователям к управлению сетями и потоками электроэнергии», — говорит Хареш Камат, старший менеджер программы распределенных энергетических ресурсов в некоммерческом Исследовательском институте электроэнергетики. «Есть много преимуществ в том, чтобы эти энергетические системы были рядом с конечными пользователями, особенно если у коммунальных предприятий есть способ организовать и координировать их».
Производство и хранение возобновляемой энергии ближе к месту ее использования может повысить отказоустойчивость сети, гарантируя, что электричество будет поступать к пользователям, даже если остальная часть сети будет повреждена лесными пожарами или другими стихийными бедствиями. Но цена устойчивости — эффективность. Распространение распределенных, переменных источников энергии создает неопределенность спроса на электроэнергию; утилиты будут либо производить слишком много, либо недостаточно. Для Ханнегана и его коллег из Центра интеграции энергетических систем NREL было ясно, что для создания экологически чистой и надежной системы электроснабжения и эффективны, сеть будущего должна будет в значительной степени управлять собой.
Самый популярный
В 2016 году Министерство энергетики предоставило Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии грант в размере 4,2 миллиона долларов США на разработку программного обеспечения для управления автономными сетями или распределенными энергетическими системами.
«Проблема в том, что современная технология не способна интегрировать очень большие объемы распределенных энергетических ресурсов, — говорит Бернштейн. «То, что производит NODES, — это платформа plug-and-play, которая позволяет интегрировать миллионы устройств, таких как солнечные панели, аккумуляторы и электромобили, которыми можно управлять на границе системы».
Алгоритмы, разработанные Бернштейном и его коллегами, превращают сетку в улицу с двусторонним движением. Вместо нисходящего подхода, при котором централизованная коммунальная служба распределяет электроэнергию конечным пользователям, программное обеспечение для автономного управления позволяет распределенным энергетическим системам возвращать избыточную электроэнергию обратно в более крупную сеть наиболее эффективным способом.
Программное обеспечение для управления автономной сетью, разработанное в NREL, предназначено для работы с десятками тысяч энергетических систем. Но то, что работает в лаборатории, не обязательно сможет справиться с хаосом реальной жизни. Итак, после трех лет тестирования алгоритмов в лаборатории NREL «сетка в коробке» команда NODES была готова протестировать его в полевых условиях. Автономное программное обеспечение сначала было протестировано в микросети на небольшом винограднике в Калифорнии, а затем было установлено в небольших блоках управления в подвалах первых четырех домов, построенных в Basalt Vista.
Принятие Holy Cross автономного программного обеспечения для управления сетью показывает, что распространение распределенных систем возобновляемой энергии не обязательно представляет смертельную угрозу для электроэнергетических компаний.
С точки зрения коммунальных служб, рост количества солнечных панелей на крышах, аккумуляторных батарей и других распределенных энергетических систем усложнил задачу эффективного и надежного обеспечения электроэнергией. Эксперимент Basalt Vista может быть небольшим, но он доказывает, что можно автономно управлять распределенными системами возобновляемой энергии, чтобы повысить надежность сети.
«В большинстве мест коммунальным предприятиям по-прежнему сложно понять, как использовать распределенные ресурсы в масштабе», — говорит Чаз Теплин, менеджер по электроэнергетике в Институте Роки-Маунтин, независимой исследовательской организации по устойчивому развитию. «Я думаю, что то, что делает Holy Cross, действительно здорово, потому что они используют совместный подход, когда каждый может извлечь выгоду из того, что они приносят к столу».
Эскобар говорит, что жизнь в энергетическом эксперименте имеет свои преимущества. В дополнение к экологическим преимуществам проживания в доме, который производит столько энергии, сколько потребляет, она говорит, что это также легко сказывается на банковском счете ее семьи.
Летом, по словам Эскобар, ее счета за электричество составляли всего 12 долларов в месяц. Зимой счета были выше, потому что дому требуется больше электроэнергии для работы обогревателей, но Эскобар говорит, что ожидает значительной экономии на своих счетах за электроэнергию в среднем в течение года. «Жить в доступном доме с нулевым потреблением энергии полезно для окружающей среды и наших финансов», — говорит Эскобар. «Я надеюсь, что эту модель можно воспроизвести в других местах».
Самый популярный
Basalt Vista является пионером в области автономного управления системами возобновляемой энергии, но это далеко не единственная утилита, изучающая виртуальные электростанции. В штате Юта новый жилой комплекс на 600 квартир был оснащен солнечными панелями и аккумуляторными батареями, которые обеспечивают резервное питание и реагирование на спрос для местной коммунальной службы Rocky Mountain Power. А Green Mountain Power из Вермонта субсидировала установку аккумуляторных систем Tesla Powerwall в домах людей, чтобы компенсировать пиковый спрос на электроэнергию летом.
До сих пор результаты испытаний виртуальной электростанции были многообещающими. Они помогают коммунальным предприятиям и их клиентам экономить деньги, увеличивают количество систем возобновляемой энергии в сети и повышают отказоустойчивость местных электрических сетей. Каждое из этих испытаний было относительно небольшим, но появление технологий автономного управления сетью указывает на будущее, в котором каждый дом также может быть электростанцией.
Другие замечательные истории WIRED
- Специальный выпуск: Как мы все решим климатический кризис
- Почему жизнь во время пандемии кажется такой сюрреалистичной
- Хорошо, Зумер! Как стать опытным пользователем видеоконференцсвязи
- Удивительная роль почтовой службы в выживании в конце света
- Работники Amazon сталкиваются с большими рисками и ограниченным выбором
- 👁 Почему ИИ не может уловить причину и следствие? Плюс: получайте последние новости об искусственном интеллекте
- 🏃🏽♀️ Хотите лучшие инструменты для здоровья? Ознакомьтесь с подборкой нашей командой Gear лучших фитнес-трекеров, беговой экипировки (включая обувь и носки) и лучших наушников 9.
