Автономное энергоснабжение коттеджа

В каких случаях требуется автономное электроснабжение

Итак, строительство Вашего загородного дома наконец-то завершено. Система отопления, водоснабжение, канализация, водоочистка, видеонаблюдение, освещение и электроснабжение, кондиционирование и вентиляция — все это взаимосвязано и зависит от электроснабжения. При исчезновении электричества все эти системы перестают функционировать полностью или же переходят в аварийный режим работы, что соответственно снижает уровень комфорта, а иногда приводит к выходу из строя дорогостоящего оборудования (к примеру, при остановке котла зимой из-за отсутствия электричества возможна разморозка системы отопления).

Качество электричества, поступающего в наши дома, к сожалению, далеко от идеального. Вместо заявленных 220 Вольт часто приходит намного меньше, а периодическое отключение электричества или кража кабеля на цветной металл уже никого не удивляет.

Как правило, человек начинает задумываться о резервном электроснабжении после того, как из-за низкого напряжения сгорает глубинный насос или размораживается система отопления, но, как известно, рачительный хозяин готовит сани летом, а телегу зимой. Всех этих проблем можно избежать, если подумать о резервном и гарантированном электроснабжении еще на этапе строительства и отделки.
В идеале система основного, то есть поступающего от столба, электропитания должна проходить через стабилизатор напряжения. Современные стабилизаторы напряжения не только поддерживают в вашей сети 220 Вольт, но и фильтруют электрический ток от высокочастотных и импульсных помех. Диапазон напряжения, в котором работает стабилизатор напряжения, позволяет гарантировать нормальную работу всех электроприборов практически в любых условиях. К сожалению, стабилизатор напряжения будет работать только в том случае, если со столба электричество все-таки поступает, а что делать, если нет?

Как известно, существует три категории приборов – потребителей электроэнергии:
1.Наименее ответственные потребители – это те электроприборы, без которых Вы вполне сможете обойтись при пропадании электричества. К ним можно отнести электрические сауны, кабельные системы обогрева полов и т.д.
2.Потребители электроэнергии комфортного проживания (без освещения, чайника, воды, которую качает скважинный насос, и, наконец, телевизора человек будет чувствовать себя некомфортно);
3.Система жизнеобеспечения, к которой относится аварийное освещение, охранная и пожарная сигнализация, видео наблюдение, электрические замки, отопление и т.д.

Потребители первой категории будут работать только в том случае, если работает основное электропитание. В целях экономии и разумного соотношения необходимость/стоимость резервирование данного вида потребителей не рассматривается. Для обеспечения комфортного проживания второму виду потребителей необходимы резервные источники, обычно это бензиновая или дизельная генераторная установка.
Генераторная установка состоит из двигателя внутреннего сгорания (бензинового или дизельного) и генератора, который непосредственно вырабатывает электроэнергию.
Но вернемся к последней и, очевидно, самой важной группе потребителей электроэнергии — это так называемая система жизнеобеспечения. К ней относятся те потребители, без которых не обойтись даже самое короткое время. Генераторная установка, оборудованная системой автоматики, сработает в течение какого-то времени после пропадания основной электросети, как правило, это время составляет от одной до пяти минут. Это время критично для компьютеризированных систем контроля и управления, системы безопасности и контроля доступа. Для обеспечения системы жизнеобеспечения используют источник бесперебойного питания. Практически это батарея + инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.

Если позаботиться о решении всех вышеперечисленных вопросов заранее, то впоследствии у Вас не будет проблем с гарантией электроприборов (в почти всех гарантийных талонах написано, что некачественное электропитание является причиной отказа от гарантийных обязательств), да и Вы будете менее зависимы от внешних условий.

Дизельные электростанции

Дизельная электростанция (дизель-генераторная установка) построена на принципе преобразования механического вращения дизельного двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию, вырабатываемую синхронным или асинхронным генератором переменного тока.

В зависимости от типа генератора различают одно- и трехфазные дизельные электростанции. При использовании трехфазных электростанций необходимо помнить о правильном (равномерном) распределении нагрузки по фазам (перекос фаз должен составлять не более 25% относительно друг друга).

Коэффициент полезного действия (КПД) дизельной электростанции составляет не более 25%. Соответственно, 75% мощности уходит в теплоту.

Дизельные электростанции различаются по методу охлаждения: воздушные (охлаждаются притоком воздуха) и жидкостные (охлаждается тосолом, как автомобиль). Дизельные двигатели жидкостного охлаждения используются в основной своей массе в стационарных электростанциях, дизельные двигатели воздушного охлаждения — в портативных и переносных электростанциях.

Современные дизельные двигатели не зависят от внешней температуры и запуск их может производиться при температуре до -25°C. Для обеспечения легкости запуска двигателя используется подогрев воздуха и различные свечи накаливания. Но при резких перепадах температур возникает конденсация паров влаги, что может отрицательно сказаться на электронных компонентах дизельной электростанции (пульт электрического запуска, управляющие цепи и, собственно, сам генератор). Поэтому паспортной температурой работы электростанций французской фирмы SDMO является 5°C.

Бензиновые электростанции

Бензиновая электростанция — генераторная установка, построенная на основе бензинового двигателя внутреннего сгорания и синхронного или асинхронного генератора. В зависимости от типа генератора различаются одно- и трехфазные бензиновые электростанции. При использовании трехфазных генераторов необходимо помнить о правильном (равномерном) распределении нагрузки по фазам (перекос фаз должен составлять не более 25% относительно друг друга).

Чаще всего бензиновые электростанции используются как портативные или переносные, реже как источник резервного электропитания. Это обусловлено тем что в бензиновых электростанциях используются высокооборотные двигатели (3600 об./мин) воздушного охлаждения. Ресурс бензиновых двигателей меньше чем ресурс дизельных двигателей, соответственно, при условии использования идентичных генераторов бензиновая электростанция выйдет из строя раньше, чем дизельная.

Альтернативные источники энергии

Те, кому по карману абстрагироваться от центральных источников энергопитания, имеют возможность существовать автономно и комфортно. Это, как правило, владельцы загородных дач и вилл. Но многие хозяева коттеджей категории «А» больше заботятся об интерьере, нежели о функциональности обогревательных атрибутов. Камин хорош, если батареи подключены к центральному отоплению, а электричество — к поселковой подстанции. Но когда и то, и другое вдруг перестает работать в тридцатиградусный мороз, камин, как чисто декоративная штука, не спасет: 300—500 кв. м площади здания он обогреть не в силах.

Для решения проблемы сегодня существуют как минимум три источника альтернативного энергоснабжения (не пугать с автономным в виде домашних электростанций): ветряные мельницы, солнечные батареи на фотоэлементах и аккумуляторы тепла. Трудно сказать, окупится ли стоимость установки всего этого на фазенде за последующие десять лет, но одно гарантировано: обладатель персонального источника энергии навсегда будет избавлен от форс-мажора, вызванного отключением электричества или промерзанием теплотрассы.

Энергия ветра

Ветряные мельницы в качестве инструмента для поддержания фермерского жизнесуществоваиия были придуманы примерно 400 лет назад в Голландии. Модернизации механизма, изначально служившего для перемола злаковых в муку, была направлена на освобождение полезных посевных площадей от воды. Крестьяне Нидерландов откачивали воду из земли насосами, приводимыми в действие ветряками. С открытием законов электричества к валу, вращаемому от крыльев, был присовокуплен генератор, превращающий механическую энергию в электрическую.

Проезжающему по автобанам Германии бросается в глаза обилие мельниц на высоких (до 60 м) мачтах, которыми буквально усыпаны близлежащие холмы. Это и есть ветрогенераторы. Еще пять лет назад в развитых странах они давали не более 1% электроэнергии. Сегодня доля электричества, вырабатываемого частными ветряками, составляет там до 4% от всей производимой. В бюджете США ежегодно закладывается порядка $1 млрд. на развитие альтернативных источников электричества, главным образом получаемого от ветряных мельниц. В российском бюджете такая строка тоже есть, но цифра в ней чисто символическая – а в России существует одна ветроэлектростанция в Калининградской области, построенная РАО ЕС.

Надежно застраховаться от плановых и внештатных отключений родного электричества может любой россиянин, имеющий свободную сумму в пределах $20 тыс. – сумма за сам ветрогенератор, без учета стоимости монтажа и исследования розы ветров. Примерно во столько обойдется "ветряк", способный обеспечить электроснабжением дом жилой площадью 300—500 кв. м.

Практически каждый "ветряк" комплектуется системой ориентации по ветру, которая сама поворачивает винт на ветер. Чтобы повысить эффективность аппаратуры процентов на десять, имеет смысл приобрести так называемое роторное ("парусное") устройство, где роль архаичных лопастей (наподобие самолетных) выполняет кусок полой трубы, способный вращаться даже при самом слабом бризе независимо от направления ветра. Не столь эстетично, зато надежно и практично, хотя такое устройство обойдется несколько дороже.

Сэкономить в ценовом эквиваленте рекомендуется путем приобретения одной из отечественных разработок. Кроме того, российские схемы преобразования постоянного (на выходе) в переменный (на нагрузку) тока гораздо проще зарубежных (хотя проще — это не всегда качественней). Главный критерий, которого следует придерживаться при выборе — мощность агрегата. Условно можно ориентироваться на такое соотношение: нагрузочная мощность источника питания 3 кВт при площади отапливаемого и освещаемого помещения 300 кв. м (если исходить из очень уж условной формулы, что на отопление средне теплоизолированного помещения 1 кВт электрической мощности отапливает 10 кв. м, то, получается, только для отопления необходимо порядка 30 кВт).

Дополнительные затраты при установке ветряной мельницы на загородном участке будут вызваны топографо-климатическими изысканиями. Придется прибегнуть к помощи специалистов для сбора информации о климатических и ландшафтных характеристиках местности. Для эффективного функционирования ветряк должен располагаться на открытой возвышенности с учетом характерной для региона розы ветров.

Солнечные батареи

Но что же делать в ясные, морозные и, главное, совершенно безветренные зимние дни, когда ветряное электричество становится недостижимым? Для такой погоды как нельзя кстати придутся солнечные батареи, устанавливаемые на скатах крыши. Выглядят они весьма стильно и отлично впишутся в любой архитектурный изыск. Конструкция представляет собой набор пластин, изготовленных, как правило, из легированного кремния, внешне похожего на затемненное стекло. Материал обладает свойством вырабатывать ток из светового потока (в быту на этой основе функционируют многие карманные и настольные калькуляторы). При ярком солнце коэффициент полезного действия солнечных батарей около 15%. Практически это значит, что для энергоснабжения средней виллы (1,2 кВт) в мороз и солнце достаточно иметь на крыше 10 батарей общей площадью 10 кв. м, в тандеме с ветрогенератором такая система сполна обеспечит теплом и электричеством добротный особняк.

На бытовом уровне помехой для покупки и установки солнечных батарей на личной крыше может стать разве что цена. Правда, за последние пять лет ввиду востребованности на экологически чистые и экономичные источники электроэнергии она снизилась в четыре раза. Так что сегодня 10 кв. м солнечной батареи обойдутся примерно в $9 тыс.

Солнечные тепловые коллекторы

Зачастую солнечными батареями ошибочно называют солнечные тепловые коллекторы, в обиходе — "черные трубы". На крыше дома устанавливается весьма громоздкая композиция из труб, баков и шлангов, выкрашенных в черный цвет, который, как известно, не отражает, а поглощает тепло. Причем делает это так эффективно, что в солнечную погоду при нулевой температуре вода в расходных резервуарах может нагреваться до 70°С. Чем больше объем накопителя, тем выше температура в кранах и батареях квартиры, тем дольше аккумулирующий эффект. Правда, в отличие от стран Средиземноморья (там «черные трубы» — самый популярный способ извлечения тепла из окружающей среды), для средней полосы России подобная система приемлема разве что в централизованно неотапливаемое межсезонье. Арматура и ее установка обойдутся относительно дешево — около $2,5 тыс. на особняк с жилой площадью 300 кв. м.

Аккумулирование энергии

Остается решить еще такой актуальный вопрос, как аккумулирование энергии. Любой прибор электропитания, будь то ветряк, солнечная батарея или деревенская электростанция, уязвим по определению. Обрыв проводов от ЛЭП, авария в поселковой котельной, заклинивший ротор мельницы или безветрие в сочетании с многодневным отсутствием открытого солнца... Выручит известная уже много веков химическая реакция взаимодействия кислоты с соединениями свинца, реализуемая в быту при помощи свинцовых аккумуляторов. Вроде тех, что в Вашем автомобиле. Правда, если авто комплектуются батареями емкостью 55—60 А/ч, то стационарные аккумуляторы, используемые на дачах, обладают емкостью до 1 тыс. А/ч. Весит один такой аккумулятор около 70 кг, но и он в поле не воин. Чтобы обеспечить дом жилой площадью в те же 300 кв. м в течение трех суток бесперебойным электропитанием, необходимо как минимум 60 таких батарей (для суточного рациона достаточно 20).