Как выбрать автономную систему электро-обеспечения

В этой статье я хочу в общих чертах рассказать о том какие бывают системы автономного или резервного электро-обеспечения, что это все примерно стоит. Так-же опишу несколько вариантов компоновки и расчета системы для разных запросов и условий. Вообще собрать своими руками свою электростанцию достаточно сложно и как правило с учетом ошибок и недочетов в итоге самодельная электростанция обходится дороже, и я советую тем кто в этом совсем ничего не понимает - обращаться к фирмам занимающимся всем этим.

Если же вы уверены в своих знаниях и силах, и у вас много свободного времени, то почему бы и нет. Самый частый случай когда требуется свое электричество на постоянной основе - это загородные дома и дачные участки, где вообще нет электросетей, или их качество отвратительное. Так-же могут быть и другие проблемы, это например высокая цена для подключения к электросетям, или бюрократические барьеры.

Автономный дом

Обеспечение своего дома электроэнергией от солнечных батарей без аккумуляторов, пока светит солнце энергия идет в электросеть и счетчик крутится в обратную сторону - вы продаете электроэнергию государству, а когда нет солнца и в темное время суток вы ее покупаете

Полноценное электро обеспечение загородных домов

Полное обеспечение своего дома это большие вложения и для этого требуется много оборудования, по-этому и цена здесь начинается от нескольких сотен тысяч рублей, и легко уходит за миллион рублей. Самый дешевый вариант на первоначальном этапе и по простоте установки и подключения это бензиновый или дизельный генератор, но минус в том что для него требуется топливо, так-же от него постоянный шум, ну и нужна отдельная комната для его установки, или монтаж на улице (но там зимой он может замерзать и плохо запускаться).

Сейчас у нас в среднестатистических загородных домах или дачных домах среднее энергопотребление около 200кВт в месяц. В потребление входят множество электрических устройств, и среди них есть такие, что требуют питания круглые сутки, например циркуляционные насосы и электрические котлы отопления, холодильники и др. По-этому генератор должен работать сутками и при этом обеспечивать большую мощность когда требуется, например когда включаем микроволновку, электрочайник, электроинструмент, сварочный аппарат и прочее. Все это можно посчитать и определится с мощностью генератора, но сразу скажу что не покупайте дешевое, так-как скупой платит дважды, а если не понимает, то так и будет тратить деньги на ремонт и замену тех или иных устройств.

Автономное питание дома от генератора

Пример электро-обеспечения дома от дизельного генератора, который устанавливается на улице в специальном контейнере

Для полной автономии бензиновый или дизельный генератор должен обеспечивать мощность до 6кВт, и работать сутками на пролет, и его ресурс должен быть высоким, иначе за год-два генератор износится и придется покупать новый или вкладываться в капитальный ремонт. При этом он за это время еще "скушает" тонны дорогостоящего топлива. Первоначальные вложения при этом в среднем 50-100т.руб., и последующая покупка топлива. Ну а из плюсов генератор работает не зависимо от погоды и тогда, когда вам нужно. Так-же к генератору можно добавить дополнительное оборудование, например блок управления генератором и переключения с центральной электросети когда электричество пропадает.

Генератор + бесперебойник

А так-же еще можно установить бесперебойный аккумуляторный источник, который может управлять генератором и электросетью. И если например электросети у вас нет совсем, то когда в бесперебойнике кончится заряд аккумуляторов, то он запустит на некоторое время генератор, а как зарядятся АКБ, то бензогенератор остановится и электричество будет подаваться от аккумуляторов. При этом бесперебойкик так-же выдает сразу 220вольт и внутри имеет контроллер зарядки аккумуляторов и блок переключения с электросети и обратно, и управления бензогенератором.

Так-же если у вас есть электросеть, но она часто пропадает и не качественная, то можно установить бесперебойник и пока есть сеть он зарядится и будет в полной готовности ждать, и как только электричество пропадет, то он включит свой инвертор и подаст 220 вольт по дому. Заряда внутренних аккумуляторов хватит на несколько часов работы в автономном режиме, чего обычно хватает чтобы переждать отключение электросети. Но сам безперебойник и аккумуляторы тоже стоят прилично, я не буду здесь рекламировать конкретные устройства, я думаю вы и сами найдете если захотите. Но плюс работы генератора с бесперебойником в том что генератору не надо работать постоянно, а требуется только заряжать аккумуляторы.

Ветро-солнечные электростанции

Если же вас не устраивает бензо-дизель-генератор, вы не хотите слышать шум от его работы, и возится с покупкой и заправкой топливом. То есть альтернативные источники электроэнергии, такие как солнечные панели и ветрогенераторы, но здесь все гораздо сложнее. Ветер и солнце вещь не постоянная и с этим приходится считаться и рассчитывать все от и до, и опять-же чем меньше вы хотите тратить сразу, тем дороже своя электростанция будет в обслуживании. Например блок самых дешевых аккумуляторов приходится менять каждые 1-3 года, а если купить качественные и подходящие АКБ, то о их замене можно забыть лет на десять и более.

Автономная электростанция

блок аккумуляторов автономной электростанции, а так-же другое оборудование, так примерно выглядит своя автономна

В весенний, летний и осенний периоды солнца обычно вполне хватает и тут надо просто рассчитать мощность солнечных панелей и емкость аккумуляторов с расчетом на сутки и этого будет достаточно. Например если у вас в месяц выходит около 200кВт, то 200:30=6.6кВт/сутки. То-есть в сутки потребляется 6,6кВт, и тогда вполне хватит солнечных панелей на 1,5 кВт и аккумуляторов с рабочей емкостью 7 кВт. Рабочая емкость, это та емкость, которую можно использовать без существенной потери емкости аккумуляторов.

Например для автомобильных стартерных АКБ это не более 30%, для тяговых свинцовых не более 70%, для щелочных около 80%, и lifepo4 тоже 80%. То-есть если вы ставите самые дешевые стартерные аккумуляторы, то чтобы постоянно брать с них 7кВт, их надо полной емкости на 21кВт, тогда они прослужат до трех лет и даже более. А если они каждый раз будут разряжаться до 50-80%, то они уже в первые месяцы начнут резко терять емкость, и быстро деградируют.

Зимой в средней части России и ближе к северу с солнцем очень плохо и выработка солнечных панелей падает в пасмурные дни до 20-ти раз и они уже не могут заряжать аккумуляторы если с них постоянно берется электричество. И тут на помощь нужно ставить или ветрогенератор, или бензогенератор, чтобы в эти периоды заряжать аккумуляторы. При этом ветрогенератор конечно предпочтительнее так-как не требует топлива для работы, но надо изучить обстановку с ветром в вашем районе чтобы понять какой мощности нужен ветрогенератор и есть ли в нем смысл, а то может у вас штиль все эти дни - когда нет солнца, и тогда без бензогенератора не обойтись.

Альтернативное электроснабжение дома

Ветрогенератор и солнечные панели позволяют полностью обеспечить все потребности в электроэнергии

Мини электростанция

Если же вам не нужны киловатты мощности, а достаточно того чтобы был свет и электричество для телевизора, ноутбука и зарядки телефонов, то тут все гораздо проще, и даже можно отказаться от инвертора и перевести все на питание от 12 вольт и сэкономить на самом инверторе. А так-же инвертор сам имеет КПД 80-90%, то-есть без него в среднем 15% энергии еще можно использовать с пользой, а не на нагрев инвертора. Конечно у потребителей на 12вольт тоже есть свои блоки питания, но когда мы делаем все на 220 вольт и ставим инвертор, то мы из 12вольт инвертором преобразовываем в 220v теряя 15% энергии, и далее примерно столько-же на преобразователях из 220v в 19v, 12v, 5v. Если из этой цепочки исключить инвертор, то 15% энергии мы сможем экономить.

Так-же можно экономить и на аккумуляторах. К примеру свинцово-кислотные аккумуляторы имеют кпд около 85-90% если они работают в номинальном режиме, но если их заряжать и разряжать током больше чем 1:10 от емкости, то КПД заряд-разряд становится еще меньше. То-же самое и с щелочными, КПД которых самый плохой. А если использовать литий-железо-фосфатные аккумуляторы, то их КПД 95-98%, и при этом он не особо ухудшается даже когда его заряжают разряжают большими токами, при этом стоят такие АКБ как щелочные и дорогие тяговые свинцовые. Сэкономив на инверторе и поставив аккумуляторы-lifepo4 , выгода составит в среднем 30%, а это значит нужно ставить или на 30% меньше солнечных батарей, или у вас будет на 30% больше энергии. Я думаю это очень важно, особенно когда энергии не хватает, и бюджет ограничен.

Если же вам иногда нужно что-то включать от 220 вольт, например электроинструмент небольшой, то можно отдельно поставить дешевый инвертор с модифицированной синусоидой мощностью на 1кВт, и через него будет работать дрель, маленькая болгарка и прочее. Но циркуляционные насосы и холодильники через дешевые инверторы работать часто отказываются, и тут лучше сразу брать инвертор с чистой синусоидой на выходе.

Но мы все привыкли к 220вольт, и если вы все хотите перевести на 220 вольт, то покупайте хороший инвертор с запасом по мощности и тут уже увеличивайте мощность солнечных панелей и емкость аккумуляторов. Вообще если что-то покупать для своей автономной системы, то тут как ни где действует правило что скупой платит дважды, а если до него не доходит, то так и будет менять отказавшие в работе устройства. Я на себе все это испытал, и это особенно касается аккумуляторов, тут лучше меньше, чем через год их на свалку отправлять.

Расчет небольшой электростанции для минимальных потребностей

К примеру если у вас на даче нет электросети, а заводить автомобиль чтобы зарядить (телефон, ноутбук, планшет, или фонарь, или посмотреть телевизор и пр.) не хочется и это не удобно, то можно установить солнечную электростанцию. Поставить на крыше дома солнечную панель, или несколько, примерно на 200ватт (цена 15000руб), аккумулятор с рабочей емкостью на 500-700ватт (10-20т.руб.), контроллер зарядки АКБ(цена 3-5т.руб). Этого хватит чтобы у вас работал круглосуточно небольшой телевизор на 12вольт диагональю 15-19дюймов, и много чего еще, ну и конечно свет по дому (2-3 лампочки небольшой мощности). Если планируется и зимой пользоваться постоянно, то придется или добавить бензогенератор, или ветрогенератор мощностью 600ватт, но все зависит от наличия ветра в вашей местности.

Мини электростанция

Небольшая самодельная электростанция

Расчет мощной электростанции

Если вы хотите питать весь дом круглый год, и потреблять по 200кВт в месяц, то тут мощность солнечных панелей должна быть от 1,5кВт/ч, рабочая емкость аккумуляторов от 10кВт, хороший преобразователь на 220вольт, ну и все остольное. А для зимы или бензогенратор, или ветрогенератор. Цена получается примерно такая, на солнечные панели около 100-150т.руб, аккумуляторы 200-250т.руб, контроллер 10-15т.руб. инвертор 15-30труб, ну и там далее еще дополнительно - индивидуально для каждого.

Вообще весь расчет всегда должен начинаться с полного анализа ваших потребностей и условий, чтобы не прогадать и тратить деньги наиболее рационально. Альтернативная энергетика это дорогое удовольствие и в итоге все равно не заменяет сабой электросеть, и тут нужно это понимать и оптимизировать электропотребление. Нужно экономить и переходить на более низкое электропотребление, а так если вы хотите по превычке пользоваться электронагревателями, мощными насасами, прожорливой бытовой техникой, то лучше тянуть электросеть, иначе своя электростанция будет стоить очень много, вполне под миллион рублей, и еще требовать обслуживания.