Электроснабжение коттеджей: автономное «плавание» в пригороде

В наше время, характеризующееся ростом цен на энергоносители и всё возрастающим количеством бытовой техники, необходимой для комфортной жизни, вопросы нехватки электроэнергии особенно актуальны. А перебои с электроснабжением в загородных домах, связанные с плановым ремонтом или непредвиденной аварией, могут существенно осложнить жизнь домовладельцев. Решение проблемы – в использовании автономных устройств, вырабатывающих электрический ток, то есть электростанций для индивидуального использования.

Занимательная электрика

GS Cursor250E – электростанция IVECO MOTORS мощностью 200 кВт, закрытая в кожухеЗадача № 1 при выборе электрогенератора – определение требуемой мощности прибора. Для этого необходимо определить суммарную мощность всех потребителей электрической энергии и прибавить 10–30% запаса. Есть нюансы – устройства индуктивного типа (например, холодильники) требуют увеличения мощности в 1,5–2 раза, а использование насосов – вообще в 3–6 раз. При этом генератор не стоит эксплуатировать на полную мощность (то есть ту, которая указана на каждой модели) – это снижает ресурс двигателя, и он быстро выходит из строя.

Диапазон выбора довольно велик – современные генераторы имеют мощность от 0,5 до 200 кВт. Есть и более мощные, но их применение целесообразно уже в качестве аварийных источников энергии в коттеджных посёлках.

Генератор может быть синхронным или асинхронным. Генератор синхронного типа со стабильными параметрами напряжения и частоты выдерживает высокие пусковые токи и нагрузку на полную мощность. Используется при подключении различного электроинструмента, не слишком требовательного к качеству тока, а также бытовой техники. Для асинхронных генераторов, напротив, перегрузка пусковыми токами нежелательна. Они незаменимы при подключении чувствительной к перепадам напряжения аппаратуры – компьютеров, музыкальных центров и т. д.

В электростанциях могут использоваться однофазные или трёхфазные генераторы. Однофазные выдают переменный ток напряжением 220 В и применяются при использовании однофазных электропроводок и электроприборов, а «трёхфазники» рассчитаны и на 220, и на 380 В, только вот при подключении к ним однофазных потребителей может возникнуть проблема перекоса фаз (разность в мощности подключённых потребителей), что может привести к выходу генератора из строя. Чтобы избежать перекоса, нужно равномерно нагружать фазы генератора, хотя некоторые модели выдерживают перекос фаз до 80%.

Другая важная для потребителя характеристика генератора – уровень шума. Предпочтительнее механизмы в шумозащитном кожухе, что, конечно, существенно увеличивает стоимость станции, однако кожух в нынешних приборах – это не просто металлический «капот», а целая конструкция с системами охлаждения, отвода выхлопных газов и, естественно, шумоизоляции.

Домашнюю систему автономного питания следует также снабдить стабилизатором напряжения для решения проблем со слабым напряжением внешней сети или его скачками.

Чаще всего станции комплектуются электрогенераторами от METALLWARENFABRIK GEMMINGEN (под маркой Geko выпускаются преимущественно станции с асинхронными, а под маркой Eisemann – с синхронными генераторами.), GENERAC, STANFORD, MARELLI, LEROY SOMMER, YAMAHA, SAWAFUJI ELECTRIC, SINCRO.

На какой колонке заправиться?

GE VECTOR650E – электростанция IVECO MOTORS мощностью 520 кВт, открытая на рамеГенератор приводится в действие двигателем, который может работать на бензине или дизельном топливе. Нaмнoгo мeньшeй пoпуляpнocтью из-зa дopoгoвизны и cлoжнocтeй в уcтaнoвкe и экcплуaтaции пoльзуютcя элeктpocтaнции нa пpиpoднoм или cжижeннoм гaзe.

Бензиновые «движки» намного дешевле дизельных, они более компактны, менее шумны, а при одинаковых размерах и массе – и более мощны. Так что, если электростанция необходима как аварийный источник энергии на небольшие промежутки времени, то более целесообразно использовать бензиновые электростанции. При этом понятно, что стоимость самого топлива (автомобильный бензин) на порядок выше, чем у дизельной станции. Плюс затраты на масло. Агрегаты с бензиновым двигателем имеют ограничение по мощности – они выпускаются в диапазоне от 0,5 до 12 кВт. На нашем рынке представлены бензиновые двигатели японских компаний KUBOTA, MITSUBISHI, ROBIN, HONDA, YAMAHA, SUZUKI, а также американской BRIGGS & STRATTON, итальянских LOMBARDINI и TECUMSEH.

Когда же предполагается использовать электростанцию в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течение длительного времени или требуется большая мощность, следует приобретать дизельный агрегат. Конечно, он подороже – даже при одинаковой мощности с бензиновым дизельный двигатель стоит в 2 раза больше, но впоследствии затраты окупятся за счёт дешёвой солярки и большего ресурса работы.

GE Cursor13 400E – электростанция IVECO MOTORSДизельные электростанции подразделяются на высокооборотные (3000 об/мин) и низкооборотные (1500 об/мин). Последние имеют увеличенный ресурс, пониженный уровень шума и используются при интенсивной эксплуатации – от 500 моточасов в год. Различаются дизельные двигатели и по способу охлаждения. Воздушные (на портативных и переносных станциях) охлаждаются притоком воздуха, а в жидкостных в качестве хладагента применяется тосол. Последние используются, в основном, в стационарных электростанциях с радиатором в шумозащитном кожухе, под которым нельзя обеспечить достаточно эффективное воздушное охлаждение.

Дизели производят и большинство вышеперечисленных компаний, и популярные в России итальянские фирмы IVECO MOTORS и RUGGERINI, и немецкие HATZ и DEUTZ.

Эта музыка будет вечной...

GE Vector 720 E – электростция IVECO MOTORS мощностью 576 кВт, открытая на рамеДля предотвращения колебаний напряжения в сети применяются инверторные (или аккумуляторные) источники бесперебойного питания. Основа системы – инвертор, прибор, преобразующий постоянный ток аккумуляторов 12 вольт в переменный ток напряжения 220 вольт. При наличии напряжения в сети он работает в качестве стабилизатора, а при отключении способен поддерживать заданные параметры до нескольких часов. Понятно, что при длительных перебоях с электроэнергией (или если электричество вообще не подведено) без генератора не обойтись, ведь для длительной работы инверторной системы требуется много батарей, а они довольно дороги. Поэтому лучше установить и генератор, и инверторную систему: генератор будет автоматически включаться инвертором для зарядки аккумуляторных батарей по необходимости или в заданное время, после чего можно использовать энергию от батарей через инвертор. При этом, помимо прочих удобств, заметно повышается срок службы генератора. Таким образом, система автономного питания может состоять из инвертора, аккумуляторных батарей и автономного источника питания.

Работа систем энергоснабжения, как, впрочем, и любого другого современного инженерного оборудования загородного дома, строится сегодня на принципе автоматизации и централизованного управления. Блок контроля и автоматики с программируемой системой автозапуска предназначен для контроля состояния питающей сети, защиты потребителей электроэнергии от повышенного (пониженного) напряжения, а также для автоматического запуска электростанции, если напряжение питающей сети находится за допустимыми пределами. Электронная система автоматического регулирования оборотов двигателя позволяет сэкономить топливо и снизить шумы. Конечно, система автоматического регулирования повышает стоимость электростанции, но на этом экономить уж точно не нужно.

Пусть всегда будет Солнце!

Наиболее перспективное направление в решении проблем энергообеспечения – автономные системы на базе солнечных модулей. У солнечных батарей множество плюсов: им не нужно топливо, они не выделяют вредных веществ, не изнашиваются и требуют минимального обслуживания. Есть и минусы – солнечные модули обладают низким КПД, весьма чувствительны к механическим воздействиям, а их работоспособность зависит от местных климатических условий, времени года и суток. Хотя последний фактор снижает возможность использования солнечной энергии в наших северных широтах не столь значительно, как это может показаться. Исследования специалистов Института высоких температур РАН показали, что поступление энергии солнечного излучения во многих регионах страны ненамного отличается от одного из самых солнечных районов Европы – юга Испании.
Солнечные батареи, которые устанавливаются на крышах домов, могут работать и во время низкого солнцестояния, и в пасмурную погоду. Ни ветер, ни низкая температура воздуха не являются помехой для сбора энергии. Кроме того, эти батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от других систем энергоснабжения.
Фотоэлектрические солнечные модули состоят из монокристаллических или мультикристаллических элементов. Фронтальная поверхность модуля покрыта высокопрозрачным закалённым стеклом для защиты от механических и климатических воздействий. Под стеклом ячейки встроены в мягкий пластик, который способствует термическому расширению клеток. Тыльная сторона модуля всегда герметично закрыта белым многослойным пластиковым листом высокой прочности. Рама модуля состоит из алюминиевого профиля, устойчивого к скручиванию, который благодаря своей антикоррозийной анодированной поверхности может успешно противостоять различным неблагоприятным атмосферным воздействиям. Для оптимизации улавливания солнечной энергии используются трекеры, поворачивающие панели в течение дня и отслеживающие движение солнца, а также концентраторы – зеркала, увеличивающие степень освещения.
Другая технология «солнцедобычи» – использование тонких полимерных плёнок со встроенными молекулами, собирающими энергию. Такие плёнки не столь эффективны при сборе солнечной энергии, как панели, но производство тонкоплёночных солнечных панелей обходится значительно дешевле. А стоимость солнечных панелей на сегодняшний день достаточно высока: в пределах от 5 до 10 евро за ватт. Для использования солнечной энергии в бытовых целях потребуются не только солнечные панели, но также и специальное преобразующее и аккумулирующее оборудование, стоимость которого также необходимо учитывать.
Вообще, специально для регионов с холодным климатом разработаны вакуумные солнечные коллекторы. Для аккумулирования энергии в таких условиях необходимы: контроллер заряда солнечных панелей, аккумуляторные батареи и инвертор.
Мировые лидеры в производстве оборудования для солнечной энергетики – компании Xantrex, OutBack и Morningstar. На Северо-Западе России пользуется спросом также продукция фирм Napssystems, Oy и Thermo-Sol, представителей Финляндии и Дании – стран со схожими климатическими условиями.

10 кВт на десяти ветрах...

Ещё один альтернативный способ получения энергии – использование экологически безопасной ветроэнергетической установки. Для преобразования энергии ветра в электрическую применяются в основном горизонтально-осевые модели, представляющие собой ветроколесо с одной или несколькими лопастями. Хвостовая конструкция такой установки ориентирует плоскость ветроколеса строго перпендикулярно ветровому потоку. При чрезмерно высоких скоростях ветра срабатывает система складывания, располагающая колесо под углом к ветровому потоку. В результате обеспечиваются ограничение частоты вращения и защита установки от перегрузок.
Для наиболее эффективной эксплуатации установки предлагается сооружать мачту такой высоты, чтобы ось ветроколеса была как минимум на 3–4 м выше преград, расположенных на расстоянии менее 200 метров.
На рынке производителей ветроэнергетических установок более, чем в других областях, представлена продукция отечественных компаний. Это «САПСАН-ЭНЕРГИЯ ВЕТРА», «ЭЛЕКТРОСФЕРА», «ВИНДЭК», ЦНИИ «ЭЛЕКТРОПРИБОР», ГМКБ «РАДУГА». Среди иностранных можно выделить английские К1Л1-АМО и МАК1-ЕС.
Естественно, что подключать солнечные батареи или ветряк напрямую к нагрузке недопустимо – электроприборы могут преждевременно выйти из строя вследствие резких перепадов величины и частоты напряжения. Поэтому следует организовать упоминавшуюся систему бесперебойного питания с комплектом аккумуляторных батарей. А в идеале в комплект системы бесперебойного питания загородного дома можно включить дизельный или бензиновый электрогенератор – для подстраховки. Включённый в систему электроснабжения, такой генератор будет работать как резервный источник питания в период, когда солнечная и ветроэнергетическая установки не смогут выдавать номинальное напряжение. Таким образом, будет создана надёжная и экономичная система бесперебойного электроснабжения.

Текст: Эдуард Доминов
Консультанты и фото:
ООО «БРИЗ МОТОРС» и ООО «МС-ГРУППА»

«Загородное строительство» № 5 (33), май 2008 г.

Похожие статьи: