Источники альтернативной энергии в микроэнергетике
Автономное снабжение загородного дома или коттеджа электричеством и теплом - заманчивое, однако отнюдь не дешевое предприятие. Прежде, чем приступать, необходимо тщательно просчитать все предполагаемые шаги по его реализации, что позволит избежать ненужных расходов на комплектующие и существенно повлиять на достигнутые результаты в целом.
Важным моментом должен стать выбор системы энергоснабжения. Сегодня промышленностью предлагаются ветряные генераторы мощностью от 300 Вт до 20 кВт и выше, электрические солнечные батареи мощностью от нескольких сот ватт до десятков кВт в зависимости от комплектации, а также ряд неэлектрических источников альтернативной энергии - солнечных коллекторов и гелиоустановок.
Учитывая, что размеры и стоимость устройств, преобразующих солнечную энергию и энергию движения воздушных масс в электричество, напрямую зависят от количества и мощности используемой электронагрузки, весьма целесообразно отказаться от электрического отопления - электрокаминов или полов с электрическим подогревом. Такие приборы потребляют очень большую мощность и затраты энергии на отопление в зимний период могут составить до 80% от общего энергопотребления, а летом дорогостоящее оборудование будет простаивать, отрабатывая лишь часть своих расчетных возможностей. Используя же для отопления и горячего водоснабжения солнечные коллекторы, можно существенно снизить затраты на систему в целом, поскольку их стоимость обычно на порядок ниже стоимости ветрогенераторов и полупроводниковых элементов солнечных батарей. На рис.1, 2 показан внешний вид некоторых имеющихся в продаже коллекторов. Обычно их габаритные размеры составляют 1,2…1,5X1,9…2,3 метра, объем накопительного резервуара 150 л и больше, а температура нагрева воды в вакуумных коллекторах может достигать 95 C при сохранении работоспособности до - 30…- 45 C в зимний период. При необходимости можно пакетно устанавливать два, три и более нагревателя, увеличивая тем самым площадь нагрева и объем используемой в системе горячей воды.
Помимо экономии материальных затрат еще одним плюсом такого разделения системы энергоснабжения на электрическую и неэлектрическую отопительную подсистемы является ее более высокий КПД, поскольку удается избежать ненужного двойного преобразования солнечного тепла сначала в электрическую энергию, а затем снова в тепловую.
Следующим, после решения вопроса об обогреве, шагом должен стать выбор оборудования, которое непосредственно будет вырабатывать электрический ток для бытовых нужд. Чтобы сделать такой выбор необходимо предварительно подсчитать общее количество требующейся энергии для питания всех бытовых энергопотребителей. Пример такого расчета приведен в таблице ниже.
Исходя из полученной потребляемой суточной мощности, можно определить требуемое количество фотоэлектрических солнечных модулей с известными характеристиками или необходимую мощность ветряного генератора.
Безусловно, применяя в описываемых системах особые гелиевые аккумуляторы в качестве накопителей можно использовать один определенный вид источников альтернативной энергии: солнечные фотоэлементы или ветрогенераторы, однако наиболее оптимального результата можно добиться при их комбинированном включении в гибридных автономных системах солнце-ветер, в которых они дополняют друг друга.
Пример такой системы приведен на рис.3.
При таком включении при отсутствии ветра систему будут питать солнечные фотоэлементы, а при отсутствии солнечного излучения (ночью) и в штиль, в дело вступит ранее накопившая энергию аккумуляторная батарея.
Обычно в поставляемые комплекты оборудования для получения "чистой" энергии производители включают контроллеры заряда аккумуляторных накопителей, преобразователи и инверторы переменного напряжения на 220 вольт, поскольку полупроводниковые модули генерируют постоянное напряжение 12 или 24 вольта. Все же, во многих случаях при индивидуальном проектировании автономных систем имеет смысл подбирать комплектующие с соответствующими характеристиками отдельно.
Во многих методиках предлагается при расчете систем исходить из максимально возможной потребляемой мощности, увеличивая ее при получении итогового значения еще на 30…40%.
Однако к этому следует подходить с большой осторожностью и тщательно анализировать действительный расход энергии, т. к. неоправданное завышение влечет за собой расходы на приобретение и установку, растущие в геометрической прогрессии по отношению к увеличению мощности ветрогенераторов.
Очень важную роль также играет и аккумуляторная батарея, как накопитель. При правильном проектировании и грамотной установке, системе с расходом электроэнергии около 5 кВт в сутки (150 кВт в месяц) вполне хватит небольшого ветряка с номинальной выходной мощностью 500 Вт и трех фотоэлектрических модулей по 170 Вт каждый.
Производители различного оборудования для автономных систем "чистой" энергии гарантируют срок службы своей продукции порядка 10…15 лет. За это время затраты на реализацию такого проекта вполне могут окупиться, а учитывая, что ресурсы аппаратуры обычно превышают гарантируемое время эксплуатации - даже принести определенную экономию.
