Электроэнергия в своём поместье

2

Собственная электроэнергия в своём поместье

Обоснование необходимости

Начнём с того, что читающий эти строки, решил покинуть искусственные условия существования, созданные современной цивилизацией, отдалиться от них на разумное расстояние, построить собственное поместье, в условиях, близких к природным и жить, самостоятельно обеспечивая себя всем необходимым, по мере собственных сил и возможностей.

Будущий житель экологического поселения добровольно обязуется вести образ жизни, при котором не противопоставляются друг другу человек и окружающая его биосфера.

Поэтому, каждый из нас должен критично подойти к «достижениям цивилизации», которые хотелось бы «взять с собой» и к которым мы привыкли за свою жизнь. Например, -- электрическая энергия.

Сейчас мало кто из нас задумывается, включая электроприбор, какой путь проходит электричество до того, как попасть на наш выключатель.

Его источник -- большая электростанция, работающая на энергии воды, тепла или атома, как наиболее распространённых сегодня.

Любая из них -- источник негативной антропогенной нагрузки на окружающую среду.

ГЭС образует гниющие водохранилища, ТЭЦ требует добычи угля или газа (невозобновляемых природных ресурсов), а АЭС провоцирует радиоактивное загрязнение, все последствия которого нам ещё, возможно, аукнутся через несколько поколений.

Доставка энергии потребителю ведётся через высоковольтные линии, распространяющие вокруг себя вредные излучения, а вторичная сеть электрораспределения существует вокруг нас, подобно паутине, в подземных кабелях и воздушных линиях, замурованная в стенах наших квартир.

Конечно, централизованное электроснабжение, это удобно, если не думать обо всём вышесказанном. Зашёл домой, повернул выключатель, -- светло.

Никто из нас не готов отказаться от такого удобства. Но, в наших силах, отказаться от использования центральных сетей, чтобы не быть соучастниками глобального негативного воздействия на природу.

Кроме того, пользуясь услугами поставщиков электричества, мы ставим себя в зависимость от проводимой ими политики цен, порой, основанной на собственном обогащении, к тому же, они не слишком утруждают себя заботой о качестве своей работы и мы часто сидим в темноте по причине внезапного отключения. В общем, долой Чубайса!

Что нам дает автономное электроснабжение?

ь Во-первых, независимость от внешних источников, их руководителей и их бесхозяйственности.

ь Во-вторых, отсутствие затрат на оплату энергопотребления.

ь В-третьих, использование возобновляемых источников энергии: ветра и солнца.

ь В-четвёртых, что важно для людей, желающих гармонии существования с природой, автономное электроснабжение исключает ваше участие в глобальном негативном антропогенном факторе -- разрушительном влиянии энергосистем на окружающий мир и здоровье живых существ, в том числе и самого человека.

О возобновляемых энергоресурсах Хабаровского края

Это -- солнце и ветер. Они, конечно, есть везде, но не всегда в достаточном количестве. В этом отношении -- нам повезло, в хабаровском крае достаточно и того и другого.

Климат у нас ветреный, мы на себе это чувствуем. По данным ветрового атласа России, Хабаровский край является перспективным в отношении использования энергии ветра, несмотря на то, что среднегодовая скорость здесь не превышает 5 м/с.

Современные ветрогенераторы работают, начиная с 3 м/с, при этом, не шумят, имеют малогабаритные размеры, симпатичный дизайн и приличный ресурс.

Количество солнечных дней в году в Хабаровском крае превышает 300, что делает привлекательными солнечные модули для получения электроэнергии.

Конечно, у нас -- не Ялта и длина светового дня зимой существенно ниже, чем летом. Кроме того, морозная дымка, влияет на количество светового потока.

Оптимальный угол наклона плоскости солнечного модуля на нашей широте составляет 52%, хотя никто не мешает сделать регулируемые крепления и менять угол для зимы и для лета.

Компоненты собственной электростанции

Солнце светит, в лучшем случае, только половину суток, а ветер дует не всегда, поэтому, рассчитывать на прямое питание электроприборов от солнечных модулей или ветрогенератора не стоит.

Электроэнергию надо накапливать и хранить. Возникает скользкий вопрос об эксплуатации аккумуляторных батарей, которые, как известно, весьма вредные устройства.

Однако, современные аккумуляторы имеют достаточно долгий срок эксплуатации -- до 15 лет, а их вредные компоненты надёжно упрятаны в герметичный корпус, не боятся низких температур, не требуют обслуживания и не выделяют испарений.

Кроме того, отслужившие свой срок аккумуляторы перерабатываются на специализированных предприятиях, с которыми всегда можно заключить договор.

Бытовые приборы, в основном, рассчитаны на переменный ток напряжением 220 В. Ветрогенератор и солнечный модуль вырабатывают постоянный ток напряжением 12 В (можно 24 В, 48 В).

Поэтому, потребитель может найти приборы, питающиеся от источника постоянного тока, а может укомплектовать свою электростанцию инвертором, который хоть и увеличит общую стоимость, но избавит вас от поиска редкоиспользуемых 12 вольтовых устройств и от контроля за зарядом/разрядом аккумуляторов.

Таким образом, схематично, ваша электростанция выглядит следующим образом:

Для расчёта параметров каждого из компонентов необходимо знать несколько простых вещей:

электроэнергию ваши приборы потребляют не постоянно, а ограниченное время;

аккумуляторную батарею желательно иметь с запасом ёмкости;

не стоит бездумно тратить электричество, в условиях автономности этот вопрос, как никогда, актуален;

мощность вашей электростанции можно наращивать постепенно;

лучше иметь две малых системы, чем одну большую;

А теперь, перейдём к подробному анализу каждого из компонентов.

Нагрузка или потребляемая мощность ваших электроприборов

Можно сказать сразу -- забудьте о мощной бытовой технике. Не планируйте применение 1,5 кВт электрочайников, фритюрниц, тостеров, электроплит, микроволновых печей и прочей ерунды, без которых вполне можно обойтись.

Кроме того, влияние на организм человека пищи, приготовленной в микроволновой печи, например, ещё далеко не изучено. Если у вас пылесос 1,5 кВт -- лучше оставьте его родственникам и купите послабее.

Используйте вместо ламп накаливания экономичные-люм, дающие такую же силу света, но потребляющие в 3-4 раза меньше электроэнергии.

Стиральную машину-автомат приобретайте с возможностью подключения горячей и холодной воды, без нагревательного элемента, потому что горячую воду вы сможете получать иным способом, без электрозатрат. Составьте список электроприборов по степени убывания их важности.

Разделите список на группы, если будете наращивать мощность своей электростанции постепенно, т. е., сначала подключив самую важную группу, через пару месяцев -- другую, после приобретения, к примеру, дополнительной солнечной батареи и аккумулятора и т. д. Например:

Группа-1

1. Осветительные приборы.

2. Утюг.

3. Стиральная машина.

4. Насос для воды .

Группа-2

5. Пылесос.

6. Телевизор.

7. Компьютер.

8. Холодильник.

Группа-3

9. Видеомагнитофон.

10. Электроинструмент.

11. Кофеварка.

Для кого телевизор важнее, чем насос для воды, поменяйте местами, или просто добавьте его в группу первой важности.

У каждого электроприбора есть паспортная потребляемая мощность, измеряемая в Ваттах (или в кВт, киловаттах).

Если люм-лампа, дающая свет, как 100-ваттная лампа накаливания, потребляет всего 30 Вт, то пользуясь ею 5 часов, вы потратите всего 150 Втч электроэнергии.

Если у вас в доме 20 лампочек, по 30 Вт каждая и вы, не заботясь об экономии, включите в 6 часов вечера сразу все и будете жечь их до 12 ночи, то потратите 3600 Втч или 3,6 кВтч, за 6 часов.

Но нужны ли были вам сразу все лампы всё время? Конечно, нет! Помните плакат: «Уходя, гасите свет!»

Не принимайте на веру слова «знающих» специалистов, которые ссылаются на нормы -- думайте сами. Вполне возможно, что нормы рассчитаны не на вас.

Так что, если вам скажут, что надо считать, исходя из 1 кВт на человека, -- усомнитесь, сядьте за калькулятор и пересчитайте.

Начнём с освещения

Допустим, вы имеете дом с тремя спальнями. В добавление к этому -- прихожая, гостиная, кухня, две лестницы и подвал.

Помните, как горит 100 Вт лампочка? Её вполне хватает для освещения одной комнаты. Для гостиной -- прибавим ещё одну, а на лестницы и подвалы возьмем по 60 Вт.

По потреблению электроэнергии 100 Вт-ой лампочке соответствует 30 Вт-ая, а 60 Вт-ой -- 15 Вт-ая. Значит, всего потребляемой мощности у вас набирается 255 Вт. Т. е., если вы включите их все одновременно, энергопотребление составит 255 Вт/час.

Но вы же не будете так делать! Если у вас в семье четыре человека и все сидят вечером по разным комнатам, то должно гореть максимум 5 ламп, т. е., по максимуму -- 150 Вт/ч.

Освещение вы используете лишь вечером, т. е., 5-6 часов в сутки. Таким образом, в сутки вы потратите на него всего лишь 900 Вт/ч, прибавим к этому 100 Вт на походы в подвал и другие неожиданные включения, получим 1 кВт/ч в сутки.

Стирка и глажение белья

Автоматическая стиральная машина, без электронагревателя воды, потребляет около 600 Вт в час. Полный цикл редко превышает 1 час.

Если считать, что вы будете стирать трижды в неделю (обычно, хватает и двух), то за месяц вы потратите на стирку 7200 Вт/ч. Отведём на глажение белья 20 минут в день -- добавим ещё 300 Вт/ч.

Результат:

полный постирочный день -- 900 Вт/ч;

средний суточный расход -- 360 Вт/ч (из расчёта среднего за месяц).

Подкачка воды

Мощность насосов для воды обычно составляет 250-500 Вт. Возьмём 400 Вт насос. Воспользуемся нормой водопотребления -- 40 л на человека в сутки. Для четверых членов семьи -- 160 л/сут.

Такой насос может подавать воду -- до 1.5 куб.м/ч, т. е., для обеспечения водой всех членов семьи, он должен работать чуть больше часа (можно приобрести более мощный насос и качать воду за 10 минут).

Результат: 500 Вт/ч в сутки.

Итого, по первой группе энергопотребления:

ь среднесуточный расход -- 1860 Вт/ч;

ь максимальный расход в сутки -- 2400 Вт/ч (светим, стираем, гладим и льём воду);

ь минимальный расход в сутки -- 1500 Вт/ч (не гладим, не стираем).

Остальные группы энергопотребления вы можете рассчитать сами, далее в этой статье будем использовать только 1-ю группу и по самому худшему дню, а именно -- 2400 Вт/ч в сутки.

Аккумуляторные батареи

Аккумуляторы -- очень хозяйственные приборы. Они сохранят каждый ватт электроэнергии, который вы не успели растранжирить.

Вы спите и в доме ничего не работает -- энергия накапливается, вы ушли на работу и в доме никого нет -- энергия накапливается, вы пользуетесь всего двумя лампочками -- остальная энергия накапливается.

Но, вот выдался плохой день -- ни ветра, ни солнца, т. е., аккумулятор не заряжается. Энергетики, в таком случае, считают по принципу: на сколько времени хватит энергии аккумулятора, если подключить всю имеющуюся нагрузку?

Надо понимать так, что если вы вдруг замечаете темноту и полный штиль, то тут же включаете все электроприборы и сидите с секундомером, злорадно потирая руки: «Вот я сейчас посмотрю, когда ты сдохнешь…», думая об аккумуляторе. Это же -- бред!

Но, всё равно, -- посчитаем. Пусть ваша совесть не позволила вам включить утюг и три лампочки, т. е., вы решили умертвить ваши аккумуляторы нагрузкой в 2000 Вт.

По данным сайта четыре аккумулятора, каждый ёмкостью по 190 А/ч, перестанут снабжать вас энергией через 4 часа.

Но, если у вас хватит ума, в таком случае использовать только 10 ламп одновременно на освещение, то батарея будет работать 26 часов.

А если учесть, что освещение нам надо только 6 часов в сутки, то, при полном штиле и абсолютной темноте, мы сможем жить при электрическом свете аж 4 с лишним суток! При этом, солнце может не всходить…

Для того, чтобы узнать, сколько времени Т (ч) понадобится батарее ёмкостью С (А/ч), чтобы разрядиться под воздействием нагрузки мощностью Р (Вт) используйте следующую формулу:

Т = (С х 8.5) / Р.

Производство электроэнергии. Ветрогенераторы

Будем ориентироваться на недорогие, малошумные и компактные ветряки с многолопастным ветроколесом. Для нас наиболее интересными будут являться те, что на выходе имеют мощность не менее 0,5 кВт.

Надо учесть, что, в зависимости от скорости ветра, они вырабатывают разное количество электроэнергии.

Обычно, номинальная мощность ветрогенератора рассчитывается для скорости ветра 9-10 м/с. График зависимости выработки генератором электрической мощности от скорости ветра выглядит, примерно, так.

У некоторых генераторов хуже, у некоторых -- лучше, но, в настоящее время выпускаются ветрогенераторы, которые, при скорости ветра выше 5 м/с, вырабатывают уже 50% мощности.

Необходимо учитывать, что скорость приземного ветра всегда ниже, потому что при соприкосновении с землёй, воздушный поток замедляется.

Чем выше, тем скорость ветра больше. График зависимости скорости ветра от высоты над уровнем моря выглядит, примерно, так.

Метеостанции обычно измеряют скорость ветра на высоте 10 м.

Пусть наш ветрогенератор расположен именно на этой высоте (чуть выше конька крыши двухэтажного дома) и примем скорость ветра, равную 5-6 м/с, обычную для Хабаровска.

Значит, имея номинальную мощность 0,5 кВт, он будет вырабатывать 250 Вт/ч электроэнергии в час, а в сутки -- 6000 Вт/ч (6 кВт/ч)!

Даже, если в течение 12 часов будет стоять полный штиль, что весьма нехарактерно для нашей местности, мы можем получить не менее 3 кВт/ч.

Если у вас достаточно аккумуляторной ёмкости, то всю её можно будет сохранить и использовать в удобное для вас время. Обратите внимание, что полученного запаса вполне достаточно, чтобы перекрыть потребность в электричестве для первой группы потребления.

Ниже приведены картинки с ветрогенераторами мощностью 0,5 кВт. Генератор Aero6Gen, Англия и генератор WindElectric, Украина.

Солнечные модули

Преобразование энергии солнца в электрическую осуществляют пластины из монокристаллического кремния.

Несколько пластин крепятся на каркасе, закрываются специальным стеклом и получается симпатичная панель, называемая солнечным модулем.

В зависимости от количества пластин, они бывают разной мощности, но, обычно, мощность одного модуля не превышает 100 Вт. Размеры 100 ваттного модуля, примерно, 1580х720х50 мм, а вес -- около 16 кг.

Если вы установили 100 Вт солнечный модуль, это не значит, что он будет выдавать вам 100 Вт в час.

Всё зависит от уровня освещённости, температуры модуля (чем он сильнее нагревается, тем меньше его КПД), угла наклона к направлению солнечного потока.

Судя по данным, приведённым на различных сайтах, уровень солнечной радиации в нашей местности позволяет надеяться лишь на 40-70% от номинальной мощности солнечного модуля, в зависимости от времени года, хотя, возможно, что я ошибаюсь. Пусть пять 100 ватных модулей дают нам, в среднем, 250 Вт в час с 10 часов утра до 17 часов вечера, т. е., в течение 7 часов. Это позволит нам сохранить в аккумуляторах 1750 Вт/ч в сутки. Таким образом, одними солнечными батареями нам не обойтись, но в часы безветрия они не позволят нам остаться без подзаряда аккумуляторов.

Стоимость собственной электростанции. Ориентировочные цены

Наименование	Характеристика	Цена
Ветрогенератор Aero6Gen, мощностью	500 Вт	$1170 (Санкт-Петербург)
Ветрогенератор WindElectric, мощностью	1 кВт	$795 (без пошлины и доставки с Украины)
Инвертор, мощностью	3 кВт	$400 (МАП Энергия)
Инвертор, мощностью	1,5 кВт	$230 (МАП Энергия)
Солнечный модуль	100 Вт	$400 (Солнечный дом)
Аккумулятор COSLIGHT	200 А/ч	$200 (Хабаровск)

Для обеспечения электроэнергией 1-й группы потребления, в нашем расчёте можно ориентироваться, примерно, на такую конфигурацию собственной электростанции:

Ветрогенератор Aero6Gen, мощностью 500 Вт -- 1х$1170=$1170

Инвертор, мощностью 3 кВт -- 1x$400=$400

Аккумулятор COSLIGHT 200 А/ч -- 4x$200=$800

Солнечный модуль 100 Вт -- 2x$400=$800

Итого: $3170

Можно начать с двух аккумуляторов и без солнечных батарей, но лучше не рисковать. Можно приобрести украинский ветрогенератор, в общем вариантов много.

В любом случае, энергообеспечение собственного дома, очень даже доступно и реально. Остальные электроприборы, указанные во второй и третьей группах, потребляют не так уж и много энергии, так как работают ограниченное время.

Считайте и комбинируйте. Учитесь разумному расходованию электроэнергии.