Альтернативное мышление - шаги к обретению личной энергонезависимости

В условиях дефицита централизованного получения и распределения тепловой и электроэнергии встает вопрос о локальных способах получения и сохранения тепла и электричества.

 1. Получение электрической энергии от Солнца.

    Преобразование дневного прямого светового потока (ясное безоблачное дневное небо) либо рассеянного светового потока (облачное дневное небо, дождь, сумерки или рассвет) происходит в основном при помощи кремниевых солнечных батарей (панелей), которые по технологии изготовления и КПД преобразования различаются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные. Наиболее продуктивными есть монокристаллические солнечные панели. Их КПД преобразования может доходить до 19%. 

    Мощность панели, указанная на ее бирке, приведена для реальной ее работы в солнечный безоблачный июльский день ближе к полудню при перпендикулярном падении солнечных лучей на плоскость панели с температурой поверхности до 40 град.С. Во всех остальных случаях ее мощность меньше и может достигать в дождливую дневную погоду до 20% от ее номинала. 

   Солнечные панели (или солнечные батареи - коротко СБ) вырабатывают постоянный электрический ток (обычно) малого напряжения, непригодное для непосредственного использования бытовыми электроприборами. Ток генерации СБ примерно можно определить, разделив мощность панели на 15 для 12-вольтовой системы, на 30 - для 24-вольтовой системы. Напряжение на панели в 12-вольтовой системе может быть от 6 до 22 Вольт и зависит от уровня ее освещенности.

    Сгенерированную солнечной панелью электроэнергию можно сразу употребить, если

         а) запитать термоэлектрический нагреватель (ТЭН) соответствующим напряжением и мощностью, который будет разогревать воду в бойлере , масло в масляном радиаторе или проточный воздух в конвекторе

         б) преобразовать ее в сетевом контроллере в переменный ток напряжением 220Вольт. В этом случае мощность панелей должна быть в 2-3 раза большей суммарной мощности всех одновременно включенных обычно используемых бытовых электроприборов. Такие системы называются солнечными сетевыми электростанциями и используются с целью в конечном счете экономии затрат на электроэнергию в условиях действия со стороны государства зеленого тарифа и требуют ночного трафика обычной электроэнергии. В условиях аварийного отключения горсети они неэффективны.

   Обычно сгенерированную солнечными батареями электроэнергию постоянного тока (обычно до 80-100Ампер) относительно малого напряжения (обычно до 100В) при помощи контроллеров заряда запасают в аккумуляторных батареях. 

   Контроллеры заряда технологически различают как ШИМ - контроллеры (или PWM - контроллеры, они дешевле) и MPPT - контроллеры (подороже). Наиболее продуктивными и совершенными являются  MPPT - контроллеры. Контроллеры заряда позволяют правильно управлять зарядом и состоянием аккумуляторных батарей, не допуская перезаряда и проводить их плановое обслуживание.

   Аккумуляторные батареи (АКБ), которые используются в солнечных электростанциях, различаются как свинцово - кислотные (мультигелевые AGM (подешевле, но меньшее число циклов заряда-разряда, срок жизни примерно 4-6 лет) и гелевые GEL (подороже, но значительно большее количество циклов, срок жизни 6-8 лет)), литий - ионные, литий - полимерные и другие. Наиболее широко распространенные, доступные и безопасные являются на сегодня свинцово - кислотные АКБ технологии AGM или GEL. В крайних случаях при наличии вентиляции в помещении допустимо использование обычных наливных свинцово - кислотных АКБ герметизированного типа большой емкости (до 190 АЧ) - при этом нужно помнить, что срок активной эксплуатации таких АКБ может составить 1 - 2 года.

   ВАЖНО ПОМНИТЬ, что солнечные панели с контроллером заряда - по сути являются зарядным устройством от Солнца буферных аккумуляторных батарей. Есть дневной солнечный свет - есть заряд в АКБ, нет дневного света - нет заряда АКБ.

   Накопленную в АКБ энергию соответствующего напряжения нужно преобразовать в сетевое напряжение 220В преобразователем (инвертором) постоянного напряжения в переменное соответствующей мощности.

    Инверторы различают с модифицированной и чистой (PURE SINUS) синусоидальной формой выходного напряжения. Инверторы с модифицированной синусоидой подешевле, но работают только с активной нагрузкой (нагреватели) и с импульсными блоками питания (малая аудио и видеотехника), для работы на индуктивную нагрузку (электродвигатели, компрессоры , автоматика котлов и т.д.) - неприменимы. Инверторы с чистой синусоидой работают со всеми видами нагрузок.  

   Инверторы характеризуются максимальной (пиковой или кратковременной) мощностью (обычно она указывается крупными цифрами на лицевой панели) и номинальной (продолжительной или CONTINUOUS POWER). Пиковая мощность - мощность запуска нагрузки в течении короткого (1-3 сек) времени, номинальная мощность - мощность, допустимая длительный период времени (еще называют рабочей мощностью).  Как правило, номинальная меньше пиковой мощности в два раза.

    Для домохозяйств обычно используют инверторы синус 12В или 24В мощностью в номинале 1500Вт (холодильник, освещение 2-3 светодиодные лампы, маленький плоский ТВ диагональ до 32) либо 2000Вт (плюс газовый котел, ноутбук, немного гаджетов). ВАЖНО ПОМНИТЬ , что ток разряда на нагрузке 2000Вт на двух последовательно включенных АКБ общим напряжением 24В составит с учетом потерь в инверторе примерно 100 Ампер, а время автономной работы только на АКБ , к примеру , 200АЧ составит реально чуть более 1 часа.  

    Есть устройства, которые в одном корпусе содержат контроллер заряда СБ (обычно МРРТ - типа), инвертор синусоидального напряжения (обычно с 24В или 48В DC в 220В AC, мощность в номинале от 1,5 до 4 кВт), зарядное устройство внешних АКБ от горсети и как опция - стабилизатор проходящего сетевого напряжения. Такие устройства называются гибридными контроллерами (к примеру, бренда SmartWatt); удобны тем, что к ним подключается только внешние АКБ и СБ, а сами они включаются в разрыв начала общедомовой сети (после счетчика, естественно). 

   В любом случае для повышения устойчивости работы инверторов на больших нагрузках нужно использовать инверторы с больших входным напряжением (оптимально - 48В DC до 4кВт номинала), при этом помня о том, что любой АКБ стоит рассматривать как расходный материал из-за его ограниченного количества циклов полного заряда - разряда.  

      1.1. Пример простой солнечной электростанции

  В условиях длительного отключения электроэнергии есть потребность в аварийном освещении и подзарядки гаджетов. 

  Состав простой автономной солнечной электростанции (СЭС): - панель монокристаллическая 150 Вт = 1шт; контроллер заряда PWM 12В/24В 10Амп (мощностью 150 Вт) = 1шт; - аккумулятор свинцово-кислотный (желательно технологии GEL, AGM, но возможно использование обычного стартерного) емкостью от 65АЧ до 100АЧ = 1шт; - светодиодные ленты или лампы питанием 12 Вольт необходимой длины и количества общей мощностью до 20Вт; - USB зарядное устройство в автоприкуриватель (переходник DC - DC 12V - 5V 2A) = 1шт. 

    Производим монтаж панели в незатененном с востока , с юга и с запада месте, ориентируя панель на юг с наклоном к горизонту 45 град.  Весь проводной монтаж выполняем самостоятельно проводом ПВС 2х4кв.мм. Сначала к контроллеру подключаем АКБ, затем панель. Непосредственно к АКБ по мере необходимости подключаем приборы светодиодного освещения или переходник для зарядки гаджетов. 

    Такая СЭС гарантированно обеспечит аварийное освещение помещения и зарядку гаджетов. 

                                       ВАЖНО! Не допускайте разряд АКБ ниже 10,5 Вольт! 

2. Получение электроэнергии от ветра

     Братья из КНР предоставляют нам широкие возможности относительно недорогих способов получения электрической энергии при помощи ветрогенераторов (и ветроэлектростанций (ВЭС) в целом) в диапазоне декларируемых мощностей от 200 до 20000 Вт. 

    Из опыта многолетнего прямого соприкосновения с этой внешне оптимистичной тематикой, можно сделать некоторые обобщения (приводимые ниже).

     1. ПЛЮСЫ ВЭС. Если у вас довольно ветренно и ваше жилище размещено на возвышенности, соседские дома размещены не менее 10 - 15 м от вас, есть место для устройства бетонного фундамента 1мх1мх2м глубиной и установки мачты из стальной трубы диам 80 - 100 мм с длиной 10 - 8 м (на растяжках), то вам нужен ветряк на 2,2 - 3,3 кВт номинальной мощности с медными обмотками с Uвых 3х48V AC и качественный MPPT - контроллер заряда АКБ на 48В 60А с мощным выпрямителем Илларионова на входе , с мощным нагрузочным резистором торможения (спиралью) в комплекте. Данная ВЭС позволит заряжать АКБ 48 В имеющейся солнечной электростанции при отсутствии должной соляризации и самостоятельно тянуть минимально необходимые нагрузки вашего домохозяйства.

    Если вам необходимо оперативно и автономно запитать очень нужное маломощное (до 350 Вт) оборудование  220В и у вас есть возможность изготовить простую шестиметровую мачту из трубы диам 63 мм, укрепив ее на растяжках на несложном фундаменте, - приобретайте просто пяти- или трехлопастный ветряк, который будет обозначен как 600 - 800 Вт 12 Вольт. Обычно в комплекте поставки к нему идет маленькая смешная коробочка с проводками, на которой виднеется надпись MPPT 12V 30A. Эту коробочку лучше сразу выбросить в мусорное ведро, а вместо нее приобрести качественный MPPT - контроллер заряда АКБ на 12В 30А (описание см. выше). Эта ВЭС позволит вам заряжать 100АЧ АКБ 12В и через инвертор DC-AC обеспечит автономную и бесперебойную работу нужного маломощного сетевого оборудования, либо без инвертора, при помощи светодиодных лент 12В - многосуточное освещение помещений. 

 2. МИНУСЫ ВЭС. а) Многодневний штиль  б) Шум при работе  в) Необходимость периодического техобслуживания механизмов ветряка г) Опасность ухода в разнос при шквальном ветре