Альтернативная энергия

Электрогенератор и энергия ветра

Ветер — еще один экологически чистый вид энергии. Но если солнечная энергия преобразуется в электрическую при помощи фотоэлементов просто (с точки зрения конечного потребителя), то ветряной электрогенератор — это сложное инженерное сооружение, требующее проведения целого комплекса работ. По сути в домашних условиях необходимо повторить промышленную установку.

Электрогенератор ветряной

Основные узлы: двигатель — мультипликатор (редуктор) — генератор постоянного тока — контролер заряда аккумулятора — аккумулятор — преобразователь напряжения.

Ветряной двигатель, или ветроколесо, может быть с горизонтально ориентированной осью и вертикальной. В первом случае — это знакомая (и самая распространенная) конструкция с пропеллером.

Ветрогениратор горизонтальный

Вертикальная ось — это ветродвигатели на основе ротора Дарье или Савониуса. Из них двоих сделать электрогенератор своими руками проще по второму варианту.

Ветрогениратор вертикальный

Необходимые расчеты

Чтобы обеспечить все бытовые электрические приборы энергией, необходимо сделать расчет солнечной электростанции. Суммарная сила потребления тока приборами не должна превышать вырабатываемое генератором количество энергии.

Смотрим видео, особенности выбора электростанции:

Составьте список всех потребителей энергии в вашем доме, и укажите их мощность.

При расчете следует учитывать пусковую величину электротехники. При запуске некоторых приборов (компрессор, холодильник) пусковая мощность превышает номинальную в пять-шесть раз. Для экономии энергии не допускайте одномоментного включения приборов с высокой пусковой величиной.

Выясните, какое количество времени работают ваши электроприборы. После этого определите средний показатель потребления энергии в сутки. Для этого умножьте номинальную мощность электрического прибора на рабочее время. К примеру, 100 Вт х 3 часов = 300 Вт/ч. Получается, что прибор потребляет 300 Вт энергии в день. Затем сложите все показатели, и вы получите среднесуточное потребление электротока.

Узнайте в местном метеоцентре о среднем количестве энергии солнца, на которое можно рассчитывать при работе домашней солнечной электростанции. Вам нужны данные о среднегодовой и среднемесячной гелио активности, а именно, о самых низких ее показателях. Среднегодовые показатели позволят вам определить примерный месячный расход энергии.

Теперь нужно определить, сколько фото модулей вам необходимо. Для этого разделите показатель потребления энергии на производимую мощность фото модуля. Если мощность модуля не перекрывает необходимое потребление энергии, нужно приобретать две или три батареи. При покупке солнечной электростанции для вашего дома учитывайте, что ее мощность должна перекрывать потребность в энергии.

Особенности монтажа

При монтаже гелиостанции нужно учитывать наличие фотоэлементов. Батареи необходимо устанавливать таким образом, чтобы на них попадали солнечные лучи под прямым углом. В этом случае вы повысите КПД электростанции. Угол отклонения от перпендикуляра не должен превышать отметку в +15%, с учетом перемещения солнечного диска.

Итог

Выбор и установку солнечной электростанции для дома лучше доверить профессионалам. Для лучшей производительности требуются определенные знания, иначе система будет работать не качественно. Приобретение фотоэлектрической системы должно согласовываться с уровнем потребления энергии в конкретном случае. Необходимые расчеты вам поможет сделать специалист.

Купить гелиоустановку для дома или же для дачи не составляет труда. Но цена подобных систем нередко оказывается чрезмерно завышенной. А между тем их изготовление своими руками – вовсе не такой невозможный процесс, как кажется на первый взгляд. Достаточно подобрать нужные компоненты и произвести соответствующие расчеты. Разумеется, также необходимы определенные навыки работы с электрооборудованием (для подключения аккумуляторов, инверторов и т.д.).

Устройство гелиосистемы

Помимо них в конструкцию могут входить дополнительные компоненты: солнечные коллекторы, резервные генераторы, контроллеры заряда и иные составляющие.

Схема подключения

  • Модули, улавливающие энергию солнечных лучей;
  • Аккумуляторы для накопления энергии;
  • Инвертеры, преобразующие ток в переменный;

Солнечные модули являются основным компонентом гелиосистемы, они улавливают лучевые импульсы и преобразуют их в электроэнергию. Выбор определенного модуля зависит от вырабатываемой им мощности.

Инвертеры дают выработанному току переменную частоту, необходимую для потребления бытовыми приборами. Аккумуляторы энергии, выполняющие функцию накопительной системы, создают условия независимости электропитания при любых погодных условиях.

Использование электростанций в мире

В настоящее время самым активным пользователем солнечной энергии является Америка. Например, на территории Канады построен крупнейший промышленный комплекс, мощностью 80 мВт. А 10–15% населения США, уже используют автономные солнечные электростанции в своих частных домах.

В России, солнечная энергетика находится пока в зачаточном состоянии, суммарная мощность всех используемых станций составляет всего 5 мВт. Но постепенно, доля альтернативной энергии в нашей стране все же увеличивается. Начинают развиваться производства солнечных технологий, а население, задумываясь об экономии, приобретает небольшие домашние электростанции. И судя по еще редким отзывам пользователей солнечных решений, альтернативную энергию ждет светлое будущее.

В ходе научно-технического прогресса люди научились рационально распоряжаться ресурсами природы и получать возобновляемую энергию солнца, воды или ветра. Сегодня в «умном» доме или квартире для снижения стоимости коммунальных услуг уже нередко устанавливаются солнечные батареи. Они вырабатывают энергию, поглощая солнечные лучи.

Для обеспечения бесперебойного снабжения небольшой семьи энергией вам нужно будет купить панели площадью 15-20 кв. м. Один её квадратный метр на доме сможет дать энергии на 120 Вт. В месяце при этом должно быть около 20 ясных дней, а площадь крыши дома составлять не менее 40 кв. м. Стоимость всего комплекса, согласно отзывам, окупается уже за первые несколько лет.

Альтернативная энергия

Принцип работы системы

Солнечные панели поглощают лучи и преобразуют их в постоянный ток, основная часть которого поступает в аккумуляторы. Напрямую от панелей могут быть запитаны лишь небольшие электроприборы (часы, калькуляторы и т. п.).

Контроллер регулирует процесс заряда АКБ, то есть не допускает перезаряда и полного разряда аккумуляторов. Иногда его заменяют на силовой диод, для удешевления конструкции, но тогда будет необходимо постоянно контролировать состояние батарей вручную.

Накопительные аккумуляторы служат основным источником питания всего здания и бытовых приборов. Но напрямую от них могут работать только те устройства, которые имеют блоки питания на 12/24 вольт (компьютерная и радиоэлектронная техника, зарядные устройства и др.).

Инверторы преобразуют постоянный ток аккумуляторов в переменный,напряжением 220 вольт. Они необходимы для подключения более мощных устройств (холодильников, стиральных машин, пылесосов).

Особенности расчета

Чтобы сделать расчет полной стоимости солнечной электростанции, прежде всего нужно узнать:

  • суточную потребность семьи в электричестве;
  • максимальную мощность всех потребителей, включенных одновременно;
  • рассчитать, на какое время нужен запас энергии.

Для примера возьмем семью из трех человек, проживающую в частном доме:

Альтернативная энергия

Теперь давайте произведем расчет количества компонентов:

Солнечные панели. Необходимо разделить суточное количество потребляемой энергии в ваттах, на среднее время работы всех приборов за день. То есть 10 000 Вт делим на 8 часов, получаем 1250 Вт/час. В зависимости от производительности панелей (от 150 до 300 Вт) рассчитываем их количество. Если покупаете 250 ватные, тогда 1250 Вт/250 Вт = 5 панелей. Если получается не целое число, то округляем результат в большую сторону.

  • Аккумуляторы. Рассмотрим систему, построенную на 12 вольтовых батареях, емкостью 200Ач. Делим суточное потребление энергии на напряжение, т. е. 10 000 Вт/12В = 833Ач. Теперь для подсчета количества АКБ делим полученный результат на емкость батарей, 833 Ач/200 Ач = 4,1 шт. Как и с панелями округляем значение, получается 5 аккумуляторов.
  • Контроллер. Он должен быть соответствующего вольтажа и выдерживать определенную силу тока. Берем мощность всех панелей и делим ее напряжение наших аккумуляторов. То есть, есливыбрали АКБ на 24 вольта, получаем 1250 Вт/24 В = 52 А – такую минимальную силу тока должен выдерживать наш контроллер. Ну и, конечно, нужно брать с запасом, на 60 А.
  • Инвертор. Ранее мы уже высчитали общую мощность всех потребителей тока – 2800 Вт или 2,8 кВт. Соответственно минимальная пиковая нагрузка будущего инвертора должна быть не менее 3 кВт, можно больше.
  • Если вы же сомневаетесь, что сможете самостоятельно произвести все расчеты, обратитесь за помощью к специалистам.

Как выбирать солнечную батарею

Если предполагается использовать солнечную электростанцию
круглогодично, расчёт надо производить по месяцам с наихудшими параметрами по инсоляции (конечно, если предполагается использовать только солнечную энергию). КПД солнечных батарей
для расчётов надо принимать не выше 14% (а лучше 12%)
, т.к., несмотря на КПД элементов 16 или даже 17 % (а чаще используются элементы с КПД 14-15%), часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы (даже если используется антибликовое стекло), часть излучения погасится в толщине стекла, т.к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами (между ними есть зазоры 2-3 мм). Кроме этого некоторые элементы имеют обрезанные углы, что также уменьшает полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.

Альтернативная энергия

Теперь, чтобы определить количество солнечных батарей
, необходимо разделить желаемую потребность в энергии на возможную выработку энергии одной батареей в те месяцы, когда будет использоваться солнечная электростанция. Естественно, расчёт ведется по самым наихудшим параметрам по инсоляции.

Например, установка будет эксплуатироваться круглогодично, потребность в энергии 100 кВт час/месяц, одна батарея из выбранных вами произведёт в декабре не более 2 кВт-час энергии, 100: 2 = 50 батарей. При тех же условиях, но неизвестной производительности батареи, а известной её площади 0,7 м², определяем, что за месяц будет произведено примерно 20 х 0,7 х 0,12(КПД) = 1,68 кВт-час энергии (инсоляция в декабре составляет примерно 20 кВт-час/м²). Для определения количества солнечных батарей необходимо разделить желаемое количество энергии на выработку одной батареи: 100: 1,68 =59,5 шт., округляем в большую сторону 60 шт.

Следует отметить, что все эти расчёты носят приблизительный, ориентировочный характер, т.к. количество солнечных дней может сильно отличаться в разные годы. Всегда надо учитывать, что запас только улучшает параметры системы.

Увеличение производительности солнечных батарей – это отдельная большая тема. Можно отметить только несколько способов увеличения производительности:

Выбор оптимального угла установки
. Желательно, чтобы поверхность солнечной батареи располагалась перпендикулярно к лучам солнца, с максимальным отклонением в ту или иную сторону на не более, чем 15°. В связи с тем, что солнце в течении года постоянно меняет высоту над горизонтом, желательно устанавливать солнечные батареи под тем углом, который обеспечивает максимальный выигрыш по производительности в нужное время. Например, если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, то батареи устанавливают под углом + 15° к широте местности, а если только в летние месяцы, то под углом – 15° от широты местности.

Поворот солнечной батареи вслед за солнцем в течение дня
(применим только для небольших систем), таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.

Купить гелиоустановку для дома или же для дачи не составляет труда. Но цена подобных систем нередко оказывается чрезмерно завышенной. А между тем их изготовление своими руками – вовсе не такой невозможный процесс, как кажется на первый взгляд. Достаточно подобрать нужные компоненты и произвести соответствующие расчеты. Разумеется, также необходимы определенные навыки работы с электрооборудованием (для подключения аккумуляторов, инверторов и т.д.).

Устройство солнечных элементов

Состоят все батареи из солнечных элементов. Они представляет собой полупроводники — пару кремниевых пластин, которые присоединяются друг к другу. В кремний добавляются примеси для получения нужных свойств конструкции. Например, одна пластинка будет иметь в избытке валентные электроны, а у второй будет наблюдаться их недостаток. Таким образом, полупроводниковый слой получит отрицательно и положительно заряженные частицы. Граница, где элементы соприкасаются, содержит запирающий слой, который предотвращает переход избытка электронов.

При подключении источника питания извне электроны преодолеют зону замыкания, а проводник будет проводить ток.
Нечто похожее происходит, когда на солнечный элемент батареи действует энергия солнца. При попадании на поверхность конструкции фотона от него будет передаваться энергия высвобождающимся электронам. А на место появления так называемой дырки станут перемещаться электроны из второй части проводника.

Альтернативная энергия

Соответственно, сила тока, которую может создать элемент, будет разной в зависимости от количества фотонов, попавших его поверхность. Количество попадающих на поверхность фотонов, в свою очередь, зависит от:

  • площади батареи;
  • интенсивности солнечного света;
  • срока использования;
  • коэффициента полезного действия конструкции;
  • температуры (если она значительно повышается, проводимость конструкции снижается).

Несмотря на то что отзывы об установленных покупных батареях положительные, многие хотят снизить стоимость панелей, собрав устройства для преобразования солнечного света самостоятельно. Это достаточно трудоемкий процесс, и лучшим вариантом будет приобретение готового комплекта.

Что для этого нужно

Фотомодули

Прежде всего необходимы сами фотоэлементы. Их количество и площадь определяются на основе норм энергопотребления и среднесолнечной географической активности. Каждый модуль можно собрать и самостоятельно, купив только кремниевые фотоячейки. Также можно приобрести уже готовые гелиоблоки, если их параметры удовлетворяют всем требованиям.

Аккумуляторные батареи

Их наличие необходимо для предотвращения перебоев энергоснабжения. Если солнечная электростанция не объединена с другими энергоисточниками, то именно данные аккумуляторы будут поддерживать жизнеобеспечение дома в пасмурные дни.

Контроллеры заряда

Представляют собой электронные устройства, предназначенные для предохранения аккумуляторов от чрезмерной зарядки/разрядки. При полной зарядке батареи они снижают вырабатываемый солнечным модулем ток до величины, позволяющей компенсировать саморазряд. В случае же критической разрядки эти контроллеры прерывают подачу электроэнергии на бытовые устройства. Если собрать солнечную электростанцию самостоятельно и оснастить ее подобными приборами, то срок службы установки значительно увеличится.

Инверторы

Это устройства, преобразующие постоянный ток от гелиоячеек в переменный, от которого «запитано» все бытовое оборудование. Кром того, инверторы производят электричество лучшего качества, чем то, которое поступает из местных энергосетей. Как правило, изготовление солнечной электростанции своими руками подразумевает использование синусоидальных моделей. Дело в том, что такие инверторы менее дороги и идеально подходят именно для домашних сетей. Еще одно назначение этих приборов – роль своеобразного «буфера» между домашней энергосистемой и коммунальной, что позволяет передавать избыток сгенерированного электричества в общую сеть.

Кабели

Ни одна солнечная электростанция не обходится без специальных коммутационных кабелей. Для минимизации энергопотерь кабели между элементами системы должны пролегать по наиболее коротким путям и иметь соответствующее сечение (не менее 4-6мм2). Внешние кабели должны быть устойчивы ко всем погодным явлениям.

Instagram строителя, который переехал жить в Таиланд
Adblock
detector