Ни один ветряк не будет вырабатывать электроэнергию при скорости ветра меньше 3 м/с, а эффективной его работа становится при скорости ветра не ниже 4-5 м/с. В средней полосе России преимуществом обладают ветрогенераторы, рассчитанные на работу при слабом ветре.
Ветрогенератор лучше устанавливать на открытой местности, желательно на возвышенности, и чем выше мачта, тем лучше. Длина лопастей тоже имеет значение, особенно при слабом ветре. Лопасти с самолетным профилем намного (в 2-4 раза) эффективнее плоских.
Существуют ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения примерно вдвое дороже, но и ресурс у них почти в два раза выше - 20-25 лет против 10-15.
Существует два типа мачт для ветряков: 1) мачты с поддержкой тросами могут быть легко подняты, но тросовые растяжки занимают большую площадь; 2) независимые мачты-башни, у которых нет тросов, тяжелые и дорогие, их установка сложна, но они не занимают много места. Для использования на даче или в загородном коттедже лучше всего подходят ветрогенераторы мощностью 2-5 кВт.
В районах со слабыми ветрами, а к таковым относится Подмосковье, чтобы получить хоть какую-то энергию, следует выбирать ветряк с лучшей отдачей при малом ветре, имеющий притом большую мощность.
Солнечные батареи напрямую преобразуют энергию солнечного излучения в электричество, которое может поступать непосредственно в сеть или накапливаться в аккумуляторах. Лучше всего работают солнечные панели из монокристаллического кремния. Их срок службы составляет примерно 50 лет, а КПД достигает 18%.
Несколько уступают по этим показателям солнечные батареи из мультикристаллического кремния. Изредка можно встретить вовсе отсталые панели из аморфного кремния - самые дешевые, разумеется. Для того чтобы добывать солнечную энергию летом, желательно установить солнечные панели по всему южному скату крыши под углом примерно 45° к горизонту. Зимой же все иначе: солнечные панели должны располагаться почти вертикально, под углом 70-80° к горизонту, из-за снега и низкого положения Солнца.
Чтобы обеспечить автономную работу нескольких люминесцентных или светодиодных энергосберегающих ламп, холодильника и телевизора на даче, можно установить несколько солнечных батарей суммарной мощностью 500-600, а лучше 1000 Вт. Такой комплект солнечных батарей дополняется блоком аккумуляторов общей емкостью 200-400 ампер - час и инвертором от 2 до 6 кВт с солнечным контроллером. Столь большая мощность инвертора нужна для того, чтобы обеспечивать пиковые нагрузки и пусковые токи. От комплекта солнечных панелей мощностью 2-4 кВт можно запитать небольшой коттедж, обеспечив комфортное проживание.
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.
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.
Экология потребления. Усадьба: Для балансировки поступления энергии от альтернативных источников часто возникает желание совместить солнечные батареи и ветрогенератор в одной системе.
Для балансировки поступления энергии от альтернативных источников часто возникает желание совместить солнечные батареи и ветрогенератор в одной системе.
В каких случаях стоит это делать и какой источник альтернативной энергии выбрать, можно понять, рассмотрев плюсы и минусы ветряков и солнечных панелей.
Плюсы солнечных панелей:
- Надежность - качественные панели от известного мирового производителя проработают 25 лет и более, поскольку они не имеют подвижных частей и какой-либо электроники в своем составе, а закаленное стекло, прочная алюминиевая рама и надежная герметизация элементов обеспечивает беспроблемную эксплуатацию панелей в любых погодных условиях при любой температуре.
- Простота установки - при помощи стандартных крепежных комплектов можно легко закрепить панели на крыше или на стене дома.
- Отсутствие необходимости технического обслуживания - единственное, что рекомендуется для увеличения выработки энергии, это раз в год вымыть поверхность солнечных панелей моющим средством для стекла, но и это не обязательно.
Минусы солнечных панелей:
- Низкая среднесуточная выработка электроэнергии в зимнее время - в 5-10 раз меньше, чем летом для средней полосы России, в 2-3 раза меньше - для южных регионов и полное отсутствие выработки зимой в северных регионах за полярным кругом. Для компенсации недостатка электроэнергии необходимо использовать дизель-генератор, бензогенератор или ветрогенератор.
- Сильная зависимость выработки электроэнергии от погоды. В облачную погоду выработка снижается до 5-20% по сравнению с безоблачной солнечной погодой. Однако, устранить эту зависимость в автономной солнечной электростанции можно применив аккумуляторы повышенной емкости, обеспечивающие запас электроэнергии на 5-7 дней.
Плюсы ветрогенераторов:
- Выработка электроэнергии не зависит от времени суток и времени года , если есть ветер.
- В местности, где часто дуют ветры (в горах, в степях, на берегах рек и морей), ветряк может выработать значительное количество электроэнергии. Однако общая площадь таких мест, населенных людьми, в Российской Федерации составляет менее 1% от всех населенных мест.
Минусы ветрогенераторов:
- Необходимость монтажа на мачте высотой более 25 метров на 99% местности Российской Федерации , поскольку жилая застройка и леса сильно снижают скорость ветра близко к земле - стоимость монтажа ветрогенератора во много раз превысит стоимость самого ветрогенератора.
- При средней скорости ветра в России, равной 3-4 метра в секунду, ветрогенератор будет вырабатывать около 1-3% процентов от своей номинальной мощности. Номинальная мощность ветрогенератора указана для ветра скоростью 10-12 м/сек.
- Отсутствие надежности в сегменте маломощных ветряков мощностью до 10 кВт - большинство дешевых маломощных ветряков не проработает больше 2-х лет без поломок, хотя есть случаи работы ветряков и по 8 лет.
- Необходимость ежегодного технического обслуживания для поддержания ветрогенератора в рабочем состоянии.
- Замерзание смазки при отрицательных температурах приводит к невозможности старта ветряка зимой.
- Свист маломощных ветряков , работающих на высоких оборотах при большой скорости ветра - не доставит удовольствия ни Вам, ни Вашим соседям.
- Низкочастотный инфразвук мощных ветрогенераторов при любой скорости ветра и маломощных при небольшой скорости ветра - как известно, инфразвук оказывает отрицательное влияние на здоровье человека и всего живого. Именно по этой причине промышленные ветроэлектростанции расположены на значительном удалении от жилых массивов.
Подведём итог:
Использование ветрогенератора, как дополнительного источника энергии для солнечной электростанции имеет экономический смысл только в местности, где часто дуют ветры, при условии, что есть возможность его установки вдали от жилья. При этом необходимо устанавливать надежные мощные модели с мощностью от 10 кВт и обязательно проводить их ежегодное техобслуживание. опубликовано
Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .
Ветрогенератор или солнечные батареи?
Когда-нибудь войны из-за ресурсов закончатся, и человечество будет вовсю использовать нескончаемую мощь ветра и солнца. Но это, когда-нибудь… Что же касается нынешнего времени, то популярность ветрогенераторов и солнечных батарей только растёт. В данной статье строительного журнала будет рассмотрен вопрос о том, что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи и почему это так.
Что такое ветрогенератор и в чем его преимущества?
Что такое ветрогенератор? Наверняка этим вопросом задавались многие люди, мечтающие об альтернативных источниках электроэнергии. Ветрогенератор — это устройство способное благодаря ветру вырабатывать .
Ветрогенератор не может напрямую работать подключённым к различным бытовым электроприборам в доме. В его конструкции обязательно предусмотрены два главных узла - это аккумулирующая электричество аккумуляторная батарея и преобразователь тока.
Также в конструкции есть лопасти, матча на которой закреплён генератор способный вырабатывать постоянное напряжение. Нередко умельцы собирают небольшие по мощности ветрогенераторы из , которые выступают в роли генератора и способны заряжать малые по емкости АКБ.
Наибольшую эффективность ветрогенератор приносит в регионах с частыми ветрами. Неоспоримыми преимуществом ветрогенераторов, является их незначительный вес по сравнению с солнечными батареями, а также то, что они занимают гораздо меньше площади при установке.
Что такое солнечные батареи и в чем их преимущества?
О том, что такое , слышали многие. И, как становится понятным из названия, солнечная батарея способна перерабатывать энергию солнца в электричество. Под воздействием солнечных лучей, происходит активизация фотоэлектрических преобразователей, который начинают вырабатывать электричество, аккумулируя его в аккумуляторные батареи.
Также как и в случае с ветрогенераторами, для преобразования постоянного тока в переменный, в устройстве всей системы стоит инвертор, АКБ и электрический узел контролирующий зарядку аккумулятора. И если говорить про преимущества солнечных батарей, то они, также имеются.
В первую очередь это немалый срок эксплуатации и возможность установки в тех регионах, где практически круглый год светит солнце. Кроме того, к плюсам следует отнести и возможность организации полностью посредством солнечных батарей. К сожалению, если взглянуть более детально, то и солнечная батарея имеет ряд существенных недостатков.
Что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи?
Итак, подводя итоги, нужно выделить основные преимущества и недостатки и того и другого способа создания альтернативного источника электроэнергии, дабы понимать, что лучше — или солнечные батареи?
К неоспоримым преимуществам ветрогенераторов следует отнести малую площадь установки, значительно меньшую стоимость, чем солнечных батарей и возможность эффективного использования в тех регионах, где постоянно дуют ветра.
Минусами ветрогенератора, являются:
- Невозможность выработки электроэнергии в безветренную или даже в маловетреную погоду;
- В конструкции ветрогенераторе гораздо больше различных трущихся и движущихся деталей, что самым негативным образом сказывается на его сроке эксплуатации.
Теперь, что касается солнечных батарей, основными преимуществами которых, является: долговечность в использовании и возможность обустройства автономной системы энергоснабжения дома. Однако, как было сказано выше, есть у солнечных батарей и ряд существенных недостатков.
Во-первых, это высокая стоимость, которая намного выше, чем стоимость . Вследствие этого, сроки окупаемости солнечных батарей исчисляются десятилетиями. Конечно же, мало кто сегодня захочет вкладывать собственные деньги на 20 или 40 лет, но и такие люди, поверьте, найдутся.
Вторым недостатком солнечных батарей, впрочем, как и ветрогенераторов тоже, является серьёзная зависимость от погодных условий. Но и кроме этого, для установки солнечных батарей нужна большая площадь, что нередко является существенным ограничением, связанным с использованием солнечной энергии.
