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

Стоимость оборудования

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

• инвертор;
• контроллер;
• аккумуляторные батареи.

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

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

Предварительные изыскания и консультации

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

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

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

Монтаж оборудования

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

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

Принцип действия и обслуживание

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Прожив одно лето с парой солнечных батарей и не дождавшись подключения к электросети, надо было решать проблему электрообеспечения на следующий год. Впереди была зима и было время изучить методы автономного электроснабжения, а также выбрать, что будет лучше: собственная солнечная электростанция, ветрогенератор или компактная гидроэлектростанция…

Первым вариантом было обзавестись собственной гидроэлектростанцией. Тихая работа, собственный пруд и рыбалка - все это выглядит здорово до тех пор, пока не окунаешься в теорию. Для извлечения энергии надо иметь либо приличный перепад высот, либо высокую скорость потока. Ни первого, ни второго на наших широтах нет, поэтому этот вариант был отметен сразу. Стоит отметить, что в России производят готовые комплекты минигидроэлектростанций .

Вторым и самым привлекательным вариантом был ветряк. «Как же»,- подумал я. «Ведь ветер есть всегда. Да и красивые лопасти будут крутиться медленно и романтично». Чем глубже я проникал в теорию ветроэнергетики и читал отзывы пользователей, тем сильнее шевелились мои волосы. С течением времени я понял, что прожить на одном ветрогенераторе невозможно, хотя бы потому, что живу я не в краю степей и не на берегу моря или океана, где имеются постоянные ветра. Кроме того, если вокруг есть леса или хотя бы лесополосы, это существенно влияет на скорость и силу ветра, а значит, на выработку энергии. Изучив также рынок ветроэлектростанций, я узнал, что в России есть собственные производители ветряков, вот только с гарантией случались проблемы, поэтому я обратил свой взор в сторону Китая, где налажен массовый выпуск таких устройств. Исходя из потребностей в энергопотреблении, мне хотелось бы иметь до двух киловатт мощности в пике. Как оказалось, такой ветряк мог вырабатывать и больше, но тут я взглянул на график.

Оказывается, что 2 кВт энергии можно получить при ветре, скоростью в 9 м/с. Возник вопрос, а какие ветра дуют в моем регионе? Я начал копать и увидел, что у НАСА данных больше и достать их проще. В целом, карта ветров по РФ выглядит так:

То есть, если поставить ветряк на мачту высотой 10 метров, то можно рассчитывать на среднегодовой ветер в 4 метра в секунду. И это при том, что страгивание лопастей иногда происходит только при порывистом ветре до 5 м/с, а потом лопасти вращаются и при меньшем ветре. Но выработка начинается при 2.5-3 м/с, а приток энергии при таком ветре составит всего 200-300 Вт/ч.
Почитав еще немного опытных людей, я понял, что надо либо жить на холме, либо поднимать мачту с ветрогенератором на 15 метров, чтобы получить больше ветра. Надо помнить, что ветряк требует периодического техобслуживания (минимум, раз в два года) и в случае ремонта его надо будет как-то спускать.
А теперь давайте прикинем бухгалтерию такого ветряка. Будем учитывать только стоимость самого ветрогенератора, специального контроллера к нему и мачты. Аккумуляторы не рассматриваются, так как они нужны будут в автономке, независимо от источника энергии. Я буду приводить цены готовых устройств в России. Мне могут возразить, что точно так же можно купить трубы, сварить их и сделать мачту самому или заказать ветряк из Китая. Как показала моя практика на этапе создания солнечных батарей, экономическая целесообразность этих действий имеется лишь в том случае, если обладаешь большим опытом самостоятельной сборки.

Набор ветроэнергетики (цены на начало марта 2015):
1. Ветряк LOW·WIND·48·2.5, 2,5 кВт 48В с контроллером- 131880 р
2. Мачта 15 м для ветрогенератора SWG-E - 32500 р
Итого за комплект: 164 380 рублей.
Как-то не очень бюджетно. На эти деньги можно купить генератор примерно на 6 кВт и 7300 литров бензина АИ-92 при цене в 32 рубля за литр. При расходе 2,3 литра в час генератор без остановки проработает 3175 часов или 132 дня. Понятно, что нужно проводить ТО генератору и работать он не будет круглыми сутками, а лишь в моменты высоких нагрузок или для зарядки аккумуляторов, но я посчитал, что ветрогенератор для меня дороговат.

Плюсы ветроэнергетики: Круто, необычно, привлекает внимание. Чем хуже погода - тем сильнее ветер, а значит больше энергии. Есть исключения - при ураганном ветре, для предотвращения выхода из строя, он блокируется.
Минусы: высокий первоначальный вклад, большое пространство под растяжки для мачты (возможна установка мачты без растяжек, но требует лучшего фундамента и конструкция несколько дороже), ветрозависимость, шум

Обратимся к солнечной энергетике. Сразу заметны плюсы: отсутствие каких-либо звуковых колебаний, возможность постепенной покупки модулей и шагового увеличения мощности.
Минусы же чуть менее очевидны: необходима достаточная площадь с постоянным освещением, без тени. Погодозависимость. Сезонность, так как в зимний период выработка падает кратно, относительно лета.

Я перешел на сторону солнца и начал закупать модули. Проштудировав не один форум и изучив цены в российских интернет-магазинах, я решил сэкономить и обратиться к заграничным продавцам. Поднялся вопрос гарантии и надежности, поэтому я выбрал европейских поставщиков китайских панелей . На тот момент у них было довольно интересное предложение при покупке сразу двух батарей мощностью по 100 Вт каждая. Даже с доставкой, стоимость выходила порядка 7 тысяч рублей за штуку. Так я обзавелся 4 батареями и начал смотреть в сторону контроллеров. Стало ясно, что эффективность выработки поднять можно только при помощи MPPT-контроллера. Изучив рынок, я заказал через Ebay контроллер EPSolar Tracer 3215RN . Он относится к бюджетным моделям, но позволяет подключить ко входу до 150В и выдерживает токи до 30 А. При 12В аккумуляторах он способен переваривать до 390 Вт мощности, то есть мои батареи приходились как раз. А если поднять напряжение до 24В, то перевариваемая мощность увеличивается вдвое. То есть контроллер, что называется, «на вырост». Дополнительно к своему аккумулятору я добавил еще один на 190 Ач.
Стало понятно, что получаемую энергию нужно расходовать, а китайские инверторы для этого не подходили совсем. Пришла идея обзавестись инвертором с чистой синусоидой. Стоит это удовольствие дорого, но изучив несколько вариантов, включая российские, я решил взять китайское устройство под европейским именем . Этот инвертер способен долговременно выдавать 1500 Вт потребителям, в пике до 3000 Вт. То есть такой инвертер легко запустит все бытовые электроприборы с моторами, а также электроинструмент. В автономке очень важен такой параметр, как ток Холостого Хода. В данном устройстве этот параметр равнялся от 600 до 1000 мА, что не очень хорошо, но терпимо, так как работа обычно велась под нагрузкой и в светлое время суток, то потери на преобразовании компенсировались с лихвой.
Надо сказать, что перед покупкой я даже нашел ОЕМ-производителя этих инверторов в Китае и связывался с ними на предмет закупки напрямую. Выгода на тот момент (курс доллара 30-32 руб) составляла около 30-40 долларов, а вот с гарантией у китайцев сложнее, поэтому я предпочел купить в Германии, зная, как относятся немцы к гарантийным обязательствам. И я понимаю, что поступил правильно, поскольку гарантия на инвертор составляет 24 месяца и мне дважды приходилось отправлять его в ремонт. Платил я только за пересылку в одну сторону, поэтому считаю, что оно того стоило.
Ближе к лету я решил докупить солнечных батарей и тут оказалось, что в России покупать батареи выгоднее, так как европейцы подняли стоимость, а у нас выросла популярность солнечной энергетики, да и батареи я брал не из высшего ценового эшелона. Таким образом, моя солнечная электростанция стала способна выработать 800 Вт энергии. Пришлось покупать новый контролер, так как я категорически не хотел переходить на основное напряжение 24 В. Новый контроллер был вдвое мощнее и мог переварить ток до 60А. Основные потребители у меня остались прежними: бытовые приборы, электроинструмент (инвертор уже был на 12 В) и освещение. Второй инвертор я заказывал также через Ebay, долго торгуясь с различными продавцами, предлагая свою цену (есть такой пунктик) и даже сторговал порядка 30 долларов. Когда я делал такие дорогостоящие покупки, продавцы, как правило, сами высылали трекинг код, для отслеживания путешествия посылки, но незазорно и самому попросить, если они сразу не отправляли его сами. Все посылки я получил и все работало успешно.
Помня о том, что в автономке лучше дублировать важные узлы, я обзавелся бу инвертором на 12В и 2000 Вт с модифицированным синусом. Он меня выручал, когда основной инвертер уезжал в ремонт, так что такой подход себя оправдал. На самые большие и сложные нагрузки, вроде электросварки, я запускал генератор. И вот тут стало ясно, что генератор мог приносить пользу, когда работал в холостую. Я начал присматриваться к зарядным устройствам, которые могли бы заряжать такой блок аккумуляторов.
Немного теории. Свинцово-кислотные аккумуляторы принято заряжать током в 1/10 от их емкости. Так как у меня стояли два аккумулятора по 190Ач, подключенных параллельно, то расчетная суммарная емкость составляла 380 Ач и ток заряда должен был быть в районе 38А. Такие устройства были либо очень дороги, либо были стартовыми комплектами для запуска двигателя авто. Долго выбирая среди наших и заграничных производителей, я наткнулся на отзыв одного пользователя и начал копать дальше. Что любопытно, ЗУ Орион Вымпел-50 производит российская компания, базирующаяся в Санкт-Петербурге. Судя по отзывам, компания прислушивается к пожеланиям пользователей и выпускает достаточно надежные и недорогие зарядники. Выбранная модель позволяет выдавать зарядный ток до 15А и обладает пятью профилями заряда с тремя ручными установками по нижней и верхней границе напряжения. Проще говоря, можно настроить зарядку практически любого типа аккумуляторов, что мне и требовалось. Чтобы получить 10% от емкости аккумулятора, требовалось взять пару ЗУ и подключить их параллельно. К слову, солнца хватало настолько, что заряд не требовался, а сейчас это ЗУ трудится на постоянном поддержании заряда батарей.

На схеме виден переключатель, в который сходятся силовые линии от инвертора и генератора. Это ручной переключатель фаз. К нему подводятся фаза и ноль от двух источников питания, а выход подается на нагрузку. Вручную можно, через положение размыкания, выбрать только один источник питания, таким образом я обезопасил себя от возможности замыкания двух источников питания. Вариант крайне простой, но эффективный.

В итоге получилась система, которая включает в себя (цены 2014 года):
1. 8х100 Вт солнечных батарей (~6500 р/шт)
2. Контроллер заряда EPSolar Tracer 3215RN (~13000 р)
3. Контроллер заряда mppsolar pcm60x (~16500р)
4. Инвертор Solartronics 1500Вт (~16000 р)
5. Инвертор Mystery MAC-2000 (бу за 1000р)
6. 2х Аккумулятор 190Ач (~8500 р/шт)
7. ЗУ Орион Вымпел-50 (~3000р)
Итого: 118500 р

Что же может такая система? Все лето я обходился без генератора, даже в не очень ясную погоду. В пасмурное время потребление просто снижалось, а в ясную погоду можно было успешно пользоваться мощным электроинструментом. Генератор запускался только для пользования электросваркой. Чтобы эффективнее задействовать получаемую энергию, было использовано несколько хитростей. Термореле холодильника было выкручено на максимум, чтобы во время включения холодильник работал без остановки. В морозильник были уложены бутылки с сильно соленой водой, которые служили аккумуляторами холода и морозились весь день, отдавая ночью холод в основную камеру. Сам холодильник на ночь отключался. К электроприборам добавилась электрическая хлебопечь, которая за цикл работы потребляла 650 Вт*ч с пиковым потреблением 600 Вт. Хлеб пекли почти каждый день. Таким образом, выработка энергии превышала потребление, но для мощных работ вроде сварочного аппарата или утюга приходилось включать генератор.

По итогам создания второй версии автономки можно заключить, что:
а) покупать на Ebay сложную электронику можно
б) торговаться перед покупкой на Ebay можно и нужно
в) следует соотносить гарантийные обязательства и разницу в цене между устройством из Китая, купленное у китайцев и у европейцев
г) стоимость солнечных батарей неизбежно снижается и закупать их на данный момент выгоднее в России (применительно к россиянам)
д) ключевые устройства должны дублироваться, чтобы в случае поломки не остаться без энергии на время ремонта
е) обязательно разделить цепи питания от разных источников энергии, чтобы не допустить замыкания
ж) существуют российские аналоги всех этих устройств, которые зачастую превосходят по своим характеристикам западные или китайские аналоги
з) при покупке в наших магазинах можно договориться о гарантийной подмене ключевых устройств на время ремонта, в случае выхода их из строя

В конце статьи хотелось бы подвести некоторые итоги. Построенная солнечная электростанция обошлась вдвое дешевле ветрогенератора, но она эффективна с марта по октябрь. Зимой ее выработки хватает только на обеспечение освещения дома, поэтому на довольно популярный вопрос в автономной энергетике «можно ли отопить дом с помощью солнечных батарей» можно ответить отрицательно. Если же требуется полная автономка круглый год, то только сочетание двух источников энергии позволит жить в светлом доме. Один из источников - это солнечные батареи, а второй - генератор или ветряк. В слуачае, если рядом есть гидроэлектростанция, то выработка энергии постоянна, за некоторыми исключениями.

Уважаемые Хабровчане, я заметил, что автономное обеспечение энергией и теплом заинтересовало многих, поэтому следующий материал хотел бы сделать максимально полезным. В комментариях, помимо вопросов, прошу сообщить, что было бы интереснее Вам:

1. Борьба с энергетиками за сетевое электричество и типовые ошибки в проектировании солнечной автономки
2. Снижаем расходы на электроэнергию при наличии солнечных батарей
3. Получаем от солнца не только электричество, но и тепло
4. Есть ли жизнь с ветряком?

Вопрос читателя:

Готовлюсь построить загородный дом в местности, где нет общей электрической сети, поэтому хочу установить систему альтернативной энергии, но не знаю, какую выбрать. Имеются возможности использовать различные возобновляемые ресурсы, но никак не могу принять решение, как расставить приоритеты. Вот некоторые факты оценки, которые я собрал:

• 3,3 солнечных часов (среднесуточные за год) при минимальном затенении на моем участке.
• 3,5-4 м/с средняя скорость ветра на высоте 30 м башни, 10 м над верхушкой самого высокого дерева.
• Поток воды с перепадом высоты от 9 м до 120 м, около 0,15 м³/мин доступны круглый год, с возможностью расположения генератора в 220 м от дома.

Говорят, ГЭС является "лучшим" выбором, поскольку требует постоянный сильный ветер, а солнечные батареи дороже, но более надежные и, вероятно, оправданы в долгосрочной перспективе. Возможно, мне потребуется несколько источников.

Расход электроэнергии у меня довольно экономный. На данный момент я расходую около 8 кВтч в день в моей городской квартире. Я также планирую покупать энергосберегающую технику, поэтому ожидаю, что расход в моем загородном доме не будет сильно превышать городской расход. Что необходимо предусмотреть при выборе альтернативной системы, чтобы избежать дорогостоящих ошибок?

Приятно иметь дело с таким четко сформулированным вопросом. Наиболее важным параметром является выработка требуемой энергии (8 кВтч/сутки), хотя также важно учесть потери. Энергия теряется в проводах, аккумуляторе, инверторе, перепадах нагрузки и т.д., поэтому нужно рассчитывать, в среднем, на 12 кВтч/сутки.

Гидрогенератор , вероятно, является самым дешевым источником энергии. Кроме того, ГЭС также работает ночью и в зимний период, что позволит сэкономить на использовании дорогостоящих аккумуляторов. Вы можете оценить доступную мощность ГЭС (ватт) путем умножения разницы высоты потока и деления на 10. В вашем случае, хорошо скомпонованная система может дать 120 Вт. За 24 часа получится: 120 × 24 ÷ 1000 = 2,88 кВтч/сутки. Дополнительные затраты на трубы и провода будут небольшими по сравнению с преимуществами. Если вы установите гибридную солнечно-гидро-электростанцию, дополнительные кВт в дождливую погоду будут особенно приятны, когда производительность солнечных батарей уменьшается.

Хотя трубы 3 дюймового диаметра будут хорошо работать с объемом 0,15 м³/мин, 4 дюймовый трубопровод позволит сократить потери трубы с 12% до 3%, а также увеличит возможный объем до 0,3 м³/мин или больше, если таковой имеется.

Удаленность 220 метров – это довольно длинный кабель передачи, поэтому следует также учитывать потери из-за сопротивления. Рассмотрите возможность использования генератора более высокого напряжения, соединенного через контроллер слежения за точной максимальной мощностью (MPPT), чтобы предотвратить перегрузки. MPPT автоматически управляет системой при изменениях в потоке, избегая необходимости ручной настройки при изменяющихся условиях.

Солнечная электроэнергия является следующим вариантом. Хорошая новость – это то, что цены на солнечные батареи падают. Фотоэлектрическая система будет дополнять гидросистему, так как она работает лучше в сухую, солнечную погоду, но ее производительность может разочаровать зимой. Предположительно, вы можете получить около 70% требуемой энергии. Например, при 3,3 солнечных часах 3 кВт батарея производит около 7 кВтч/сутки. Опять же, MPPT может помочь улучшить эту картину.

Энергия ветра , возможно, была бы интересна, но в данном случае не самая рациональная. Установка 30 метровой башни стоит не дешево, а энергии, произведенной при скорости 3,5-4 м/с, будет не много. Ветер является неустойчивым источником энергии, требуя дорогостоящие аккумуляторы и резервный генератор . С точки зрения усилий и затрат, ветер является более дорогим и сложным выбором для вашей местности.

Для более точной оценки сравните технические характеристики производителей альтернативных систем. Но учтите, что они, как правило, предоставляют оптимистичные данные. Обратите внимание, что получите в два раза больше энергии при средней скорости ветра 5 м/с по сравнению с 3,5-4 м/с. Вы можете определить среднесуточную выработку кВтч путем деления годового объема производства на 365. Тем не менее, не забывайте, в течение многих дней вообще не будет вырабатывать практически ничего.

Независимо от того, какой источник вы выберете, вам понадобится эффективный аккумулятор резервного копирования. Постарайтесь свести к минимуму его использование. Хотя, он может понадобиться, чтобы спасти вашу систему, когда природные условия будут против вас. Если ваш гидроисточник действительно течет круглый год, и вы готовы к резким сокращениям использования энергии время от времени, можете избежать использования больших аккумуляторов.

В любом случае, прежде чем принять окончательное решение, куда вложить свои инвестиции, убедитесь, что знаете, чего ожидать, прежде чем сделать решающий шаг.

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

Какой и как источник выбрать?

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

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

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

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

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

Солнечные батареи

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

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

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

Ветрогенераторы

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

С аморфными модулями. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

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

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

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

Примерная схема гибридной ветро-солнечной инсталляции

Визуализация: Игорь Смирягин/Burda Media

Сравнительные преимущества и недостатки солнечных кремниевых батарей

Где и как устанавливать батареи и ветрогенераторы

Солнечные батареи должны располагаться по мере возможности так, чтобы на них отвесно падал солнечный свет. В Северном полушарии солнечные батареи разворачивают в южном направлении, под наклоном, соответствующим географической широте. На практике солнечные батареи обычно устанавливают на южном склоне крыши. Если такой возможности нет, то батареи размещают в менее выгодном положении, при этом в расчёт производительности следует внести корректировки. Возможно, потребуется увеличить количество модулей.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения отличается низким уровнем шума. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

Хорошо, если у вас останется запас по монтажной площади, на которой в дальнейшем можно будет установить дополнительно один или несколько модулей. Потому что рано или поздно вам придёт в голову мысль, что неплохо бы увеличить производительность системы.

Солнечные панели нужно устанавливать так, чтобы их можно было обслуживать. Это касается не только ремонтных работ, но и чистки - её надо производить регулярно, . Особенно важна доступность панелей при круглогодичном использовании из-за необходимости их .

Ветрогенератор трёхлопастный для слабого (от 2–3 м/с) ветра. Фото: «Ветер-Сила»

Ветрогенераторы рекомендуется устанавливать на самом высоком участке местности. Не стоит экономить на мачте: на высоте 8–10 м сила ветра возрастает примерно на 30 %. Ветряк при работе может шуметь, поэтому лучше устанавливать его не ближе 20 м от дома. К счастью, низкочастотные шумы, влияющие на здоровье и животный мир, производят только ветрогенераторы очень больших мощностей - от 100 кВт и выше. Поэтому лёгкие и маломощные модели ветрогенераторов иногда устанавливают и на крышах зданий, и для таких случаев желательно использовать демпфирующие подкладки.

Система Kärcher iSolar для чистки фотогальванических энергетических установок. Чистка сильно загрязнённой солнечной батареи повышает её энергоотдачу примерно на 20 %. Фото: Kärcher

Дополнительное оборудование

Помимо генераторов тока (ветрогенератора или солнечной батареи) вам потребуются:

1. Инвертор - преобразует постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей или аккумулятором, в переменный ток мощностью 220 В.
2. Аккумуляторные батареи (АКБ). В них накапливается запас электроэнергии на случай пикового потребления или для той ситуации, когда генератор не вырабатывает ток (например, солнечные батареи ночью).
3. Контроллеры заряда - устройства, отвечающие за направление потоков электроэнергии, вырабатываемой генератором. Без них генератор придётся вручную отключать от АКБ на каждую ночь и в конце каждого заряда. Кроме того, контроллеры повышают эффективность работы генератора на 30–50 %.
4. Крепление генератора. В случае с ветрогенератором это мачта высотой 8–10 м. Для солнечных панелей это кронштейны для установки на крыше либо отдельно стоящие конструкции.

Как показывает практика, за комплект оборудования придётся заплатить примерно столько же, сколько за генератор.

Сегодняшнюю статью меня побудило написать то обстоятельство, что время от времени упорно продолжает звучать вопрос: Что лучше использовать как альтернативный источник электрической энергии, ветрогенератор, солнечные батареи? Уверен, тем кто уже относит себя к “альтернативщикам” с опытом подобный вопрос “режет слух”.

Действительно, чтобы чувствовать ответ на него следует хотя бы пару лет пособирать по крупицам такие желанные Ватты. А говоря серьезно, это равносильно вопросу: Что лучше использовать гидроэлектростанцию или теплоэлектростанцию? Там, где есть река и её поток обеспечивает возможность использования гидроэлектростанции, выбор очевиден хотя бы потому, что её киловатт будет дешевле. Ну а там, где нет реки, остается ставить теплоэлектростанцию.

Разумеется каждый из вариантов способен удовлетворять выполнение поставленных задач при определенных специфических условиях. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые мы вынуждены учитывать при выборе одного, более соответствующего нашим требованиям и замыслам.

В равной степени это относится и к выбору ветрогенератора или солнечной батареи. Там, где объекты открыты, как говорится, всем ветрам, напрашивается . Но, по большому счету, это не исключает возможности использования .

Более того, эту особенность альтернативных источников следует использовать себе на пользу. Что я имею в виду? Предположим вы собрались обеспечивать себя электроэнергией от альтернативного источника в районе систематических и регулярных ветров. Выбор ветрогенератора или ветрогенераторов (вопрос о количестве, это отдельный вопрос) для вас очевиден. Согласен с вами и я. НО!

Обязательно, рассмотрите вариант использования и солнечной батареи тоже. В каком уж процентном соотношении распределить общую мощность между ними это дело расчета. Важнее другое, следует учесть, что если в вашем районе присутствует сезонность, значит без сомнения будут периоды, когда производительность ветрогенератора значительно снизится, но в этот же период повысится производительность солнечной батареи. Тем самым исключив из всего периода вашего электропотребления сезонный провал.

Это же можно отнести и к районам с преимущественным солнечным излучением. Не рассматривать использование ветрогенератора вообще было бы по меньшей мере нерентабельно.

Другими словами, целесообразно использовать ветрогенератор, солнечные батареи совместно. В средней полосе России летом основная нагрузка ложится на солнечные батареи. Это и понятно. Световой день длиннее, солнце выше. Весной же и осенью, если не брать в расчет мартовские отражения от снега, тем более зимой, листвы на деревьях нет, пространства для ветра открыты. Тут-то ветряк становится Королем.

Я всегда отдавал свои предпочтения солнечным батареям. Бесшумные труженицы. Ломаться нечему, нет механических вращающихся частей. Тем не менее, я никогда не стану советовать ограничиваться лишь солнечными батареями. Допускаю, что могут быть районы, где целесообразно использовать только либо ветрогенератор, либо солнечные батареи. Но это скорее исключение, чем правило.