Автономная система электрической сети
Краткая характеристика автономной системы электроснабжения
Любая автономная система электроснабжения состоит из генератора электрической энергии, аккумулятора энергии, инвертора, контролера заряда, приборов, потребляющих электричество (нагрузки), а также различной коммутационной аппаратуры.
В нашем случае интерес вызывают нетрадиционные способы получения электричества, в частности возможности, использовать для этих целей тепло обычной отопительной печи, энергию солнца и ветра. При этом могут быть задействованы самые различные устройства: солнечные батареи, ВЭУ, термоэлектрические генераторы и двигатели Стерлинга. Одновременно могут работать несколько электрогенерирующих приборов и устройств.
Например, в солнечную ветреную погоду могут одновременно использоваться ВЭУ и солнечная батарея. Зимой выработка электричества может вестись термоэлектрическим генератором на основе горячей печи отопления, и ВЭУ.
Характерной особенностью возобновляемых источников энергии является их непредсказуемость и невозможность планировать поступления электрической энергии. Например, сегодня ветреная погода и ветрогенератор работает на полную мощность, а завтра полный штиль и лопасти устройства находятся в полном покое. Это значит, что излишки энергии необходимо запасать впрок, аккумулировать и использовать при необходимости. Вывод: нужен аккумулятор как можно большей емкости, что позволит делать "солидные" запасы энергии.
Для включения в сеть приборов переменного тока нужен инвертор. Понадобится он и в том случае, если потребители энергии (приборы) находятся на некотором расстоянии от аккумулятора. Что приводит к значительной потере мощности в проводах постоянного тока при низком напряжении.
Еще один прибор, необходимый для работы сети это зарядное устройство или контролер заряда. Он предназначен для предотвращения глубокого разряда или перезаряда аккумуляторов.
Это перечень минимального количества оборудования, необходимого для создания и успешной работы автономной электрической сети загородного дома. Но для успешной работы системы должен иметься запас энергии, достаточный для обеспечения напряжения в сети на протяжении нескольких дней, в зависимости от выбранного способа генерации электричества и климатических условий.
Например, солнечных дней летом, больше, чем дождливых, и при сгустившихся тучах можно быть уверенным, что через пару дней солнце выглянет вновь. Значит и энергию при использовании солнечных батарей следует запасать на 2-3 дня.
А вот при использовании ВЭУ запасы энергии лучше увеличить, безветренной погода может быть на протяжении целой недели. Для этого в систему необходимо включить механический накопитель энергии, предварительно выбрав для использования подходящее по всем параметрам устройство. В качестве примера рассмотрим использование пневматического аккумулятора на основе нескольких баллонов со сжатым воздухом.
Как все это работает
Электрогенераторы постоянно находятся в рабочем состоянии. Для их включения не нужно выполнять никаких манипуляций. При наличии необходимых условий (солнечного света, ветра. или нагретой поверхности) начинается процесс выработки электрической энергии.
Если электрические приборы выключены, все полученное электричество направляется на аккумуляторную батарею. В том случае, если сеть не свободно и есть потребители энергии, полученное электричество расходуется через инвертор на их работу, а на аккумулятор идет только "лишняя" энергия.
Уровень заряда батареи контролируется при помощи зарядного устройства. При работающих генераторах и поступающей электроэнергии контролер заряда отключит автоматически генераторы от аккумулятора при достижении предельного уровня заряда.
Если расхода энергии нет, а аккумулятор полностью заряжен, происходит включение в сеть компрессора, накачивающего воздух в баллоны и аккумулирующего таким образом дополнительное количество электрической энергии. В том случае, если произойдет полное заполнение всех аккумуляторов. А поступление электроэнергии не прекратится, электрогенераторы просто автоматически отключаются от сети и работают на холостом ходу.
Включенные в сеть электрические приборы могут потреблять энергию непосредственно от генераторов, а могут использовать запасы аккумулированной энергии. При разряде аккумуляторов они автоматически отключаются от сети. Это делается для предотвращения глубокого разряда устройства.
Если в сети нет тока, происходит запуск пневматического аккумулятора. Если в сети вновь появляется напряжение, пневматический аккумулятор блокируется и переходит в режим приема воздуха под давлением.
В системы должны быть предусмотрены возможности ее аварийной остановки, например, при превышении допустимого значения давления воздуха в баллонах или при возникновении перегрузки сети.
Если монтаж сети проводится самостоятельно, следует помнить некоторые правила для работы с постоянным током низкого напряжения. Например, расстояние между инвертором и аккумуляторной батареей должно быть минимальным, это позволит сократить потери мощности. Маневрировать лучше за счет передачи переменного тока, используя для этих целей обычные удлинители.
6-вольтовые батареи, соединенные последовательно (серийно) для удвоения напряжения до 12 вольт 12-вольтовые батареи, соединенные параллельно для удвоения емкости (Ач)
Оптимальным вариантом считается жесткое соединение инвертора и аккумуляторной батареи.
В целях безопасности, подача электроэнергии потребителям должна осуществляться через обычный коммутаторный щит. Электрическая проводка в доме при автономной электрической сети ничем не отличается от обычной разводки.
Все необходимые приборы и устройства лучше располагать в специальном металлическом шкафу, который можно изготовить на заказ на основе предоставленной схемы электроснабжения.
Это делается, прежде всего, для безопасности людей. Не стоит забывать, что электрический ток является источником повышенной опасности, независимо от того, поступает он из городской электрической сети или от солнечной батареи.