Хочу продумать автономное электроснабжение нашего дома. Будет ли в выбранном нами поселении электричество или нет — неизвестно. Да и самостоятельность приятнее.

В этой статье соберу обзор разных бытовых приборов и способов получения электричества, чтобы потом выбрать подходящие. Если неинтересно изучать циферки и технические детали, то стоит сразу прочитать выводы в конце статьи :)

Кстати, мы каждое лето семьей снимаем домик без электричества на Рижском взморье. Оказалось, что и без света с холодильником жить можно неплохо. Правда это летом, когда темнеет поздно. Забавно, что нам настолько полюбились вечера при свечах, что и в квартире частенько, собираясь вместе на кухне, выключаем свет и зажигаем свечи. Здорово так! Особенно если гудящий холодильник из сети выдернуть, то атмосфера создается почти та же :)

Круговорот электричества в поместье

Автономное электроснабжение выглядит так:

1. Солнечная батарея, ветряк и/или другой источник вырабатывает электричество. Как правило они сильно зависят от сезона, времени суток, погоды.
2. Электричество накапливается в аккумуляторах, чтобы не зависеть от капризов природы и чтобы кратковременно подключить мощные приборы.
3. Аккумулятор выдает постоянный ток, например, 12 В. Чтобы заработали бытовые приборы на 220 В, необходим инвертор.
4. Полученное электричество используется для разных полезных дел. Ура! :)
5. За распределением электричества и контролем заряда аккумуляторов следит блок управления.

Обо всем этом напишу подробнее и для начала хочу выяснить, сколько же электричества необходимо производить.

Электроприборы

В прошлой статье описал свой первый опыт со светодиодным освещением, в котором разочаровался. Через несколько дней светодиоды решили взять реванш и мне на испытание попала лампочка, которая работает от обычной сети. Мне она понравилась своей яркостью и экономичностью (1,5 Вт). Три-четыре (шесть-восемь) таких ламп хорошо осветят ванную комнату.

Воодушевившись находкой, стал изучать ассортимент светодиодных ламп и был приятно удивлен. Чего только нет :) Например, предлагается такая же лампочка на 12 вольт. Есть и ярче на 3 Вт, 5 Вт и даже “прожекторы” на 100 Вт.

Альтернативно можно использовать люминесцентные лампы. Они тоже экономичны, но содержат ртуть, поэтому надо быть осторожным, чтобы их не разбить. Перегоревшие лампы принимают в специальных пунктах сбора. В итоге я решил остановится на светодиодах.

Для наглядности соберу разные приборы в табличку. На точность расчетов не претендую, мне скорее интересен порядок чисел.

	Мощность, Вт	Использование в месяц, ч	Потребление в месяц, кВт·ч	Пояснение
Свет	90	4·30=120	10,8	3 комнаты по 30 Вт освещаются 4 часа в день
Компьютер/ноутбук	180/90	8·22+2·8=192	34,6/17,3	Если использовать для работы 8 часов и 2 часа по выходным
Насос для воды “Малыш“	280	13	3,7	Качает 450 л/ч, расход воды — 6000 л в месяц
Маленький холодильник	300	постоянно	17	≈200 кВт·ч в год
Бойлер	2000	Нагрев: 30·1,383=41,5	Нагрев: 41,5·2=83 Поддержание: 30·1,11=33,3 Всего: 116,3	Расход горячей воды — 50 л в день, нагревается за 83 минуты (1,383 ч) плюс 1,11 кВт·ч в сутки на поддержание температуры (статья о бойлерах).
Стиральная машина	2200	10 стирок	10	1 кВт·ч за стирку
Утюг	1400	2	2,8
Чайник	2000	2	4
Швейная машина	80			Бывают с двигателем на постоянном токе и меньшей мощности (30 Вт)
Дрель	650

Сразу в глаза бросается нагрев воды. Что-то мне подсказывает, что в поместье потребуется смекалка и некоторый пересмотр уклада жизни :) В летнее время воду может нагревать солнышко, а в зимнее — печка. А еще заметно разделение приборов на мощные, работающие временно, и постоянные, но более экономичные.

Получается, что на свет, компьютер и насос для воды потребуется 30-50 кВт·ч в месяц и мощность до 500 Вт. Если добавлять еще приборы, то может выйти и 200 кВт·ч в месяц с мощностью в 2-3 кВт.

Источники электричества

В статьях по автономному электричеству предлагается использовать вместе солнечные батареи и ветряк, потому что летом солнечно, а зимой ветрено.

Солнечные батареи

Батареи хорошо вырабатывают электричество с марта по октябрь, а зимой эффективность падает в десять раз (график). Выпускаются модулями разной мощности (6-240Вт), поэтому можно подобрать под себя и если надо со временем увеличить количество. Модуль на 100 Вт стоит примерно 400 €.

Солнечные батареи можно установить на крыше плашмя или под углом, чтобы работала и тыльная сторона. Они достаточно большие по размерам и могут занять несколько квадратных метров. А еще так как солнечные батареи черные, думаю, летом будут заметно нагреваться, что тоже стоит учесть. Хорошо бы раз в несколько месяцев менять угол наклона батарей вслед за солнышком. Тогда повысится эффективность, да и зимой снег не будет накапливаться.

В общем мне солнечные батареи понравились, правда зимой им потребуются помощники.

Ветряки

В противоположность солнечным батареям ветряки более эффективны с осени по весну. Мне встретились две конструкции — крыльчатая и парусная.

Крыльчатые ветряки наиболее распространены. Их выпускают небольшими партиями промышленно мощностями от 300 Вт и до 10 кВт, а умельцы собирают сами. Такие ветряки начинают работать при ветре более 3-4 м/с, а рабочий ветер — 8-10 м/с (график). Небольшой ветряк в диаметре составляет около трех метров и устанавливается на высокой мачте (5-15 м). Скорость вращения может достигать 600 оборотов в минуту, от чего ветряк шумит. К тому же есть мнение о вреде для природы, поэтому некоторые экопоселенцы относятся к ветрякам негативно и это надо учитывать. Модель на 500 Вт стоит 1000-1250 €, мачта зачастую продается отдельно (500 €).

Парусные ветряки менее мощные и от того больше по размеру. Зато они работают даже при ветре 2 м/с и рассчитаны на малые обороты, а потому не шумят. Есть мнение, что этот тип ветряков неэффективен, видно поэтому я нашел лишь одного конструктора, которой ими занимается. Если паруса весело разукрасить, то может получиться неплохой вариант для поместья :)

Не смотря на скептическую статью, мне больше приглянулся парусный ветряк. Думаю, он лучше подходит для не очень ветренной центральной полосы России. Такой ветряк надо будет сооружать самому. А что, это даже интересно :)

Термоэлектрические генераторы

Альтернативой ветряку на зимний период может стать генератор, работающий на перепаде температур печки. Термогенераторами занимается фирма Термокластер, сайт которой я нашел только в архиве. Работает ли компания сейчас неясно. Для коттеджей предлагается источник на 200 Вт, работающий на газу. Стоит отметить, что это лишь проект. Ориентировочная стоимость — 1500 €. Сложно сказать насколько реален печной вариант, но судя по тому, что сделали из походного котелка, возможен :)

Очень заманчиво получать от печки электричество, но чтобы воплотить этот проект потребуются значительные усилия.

МикроГЭС

Если рядом с поселением протекает река, то электричеством может обеспечить миниатюрная гидроэлектростанция. В зависимости от силы потока мощность микроГЭС может варьироваться от 1 кВт до 100 кВт, а это уже обеспечение целого поселка. Электростанция на 1 кВт стоит 750-1000 €, а на 15 кВт — 10 000 € (производители разные).

На выходе микроГЭС получаем переменный ток 220 В большой мощности круглыми сутками, а потому можно пользоваться сразу и без инвертора с аккумуляторами. Но тянуть провода от реки все же придется. К тому же стоит учитывать сезонность уровня воды и замерзание зимой.

Обычно микроГЭС представляет из себя шланг, забирающий из реки часть воды, которая вращает генератор. Выходит, что нужен перепад высот несколько метров между началом и концом шланга. Без плотины этого можно достичь в холмистой местности. Нашел альтернативную конструкцию, которая устанавливается прямо в реку. Она простая и, думаю, при достаточном упорстве можно собрать самостоятельно.

В итоге, микроГЭС — это скорее коллективный проект, причем меняющий внешний вид берега. Совсем отбрасывать этот вариант не стоит, но и рассчитывать на него тоже не буду.

Бензиновый генератор

Бензиновые (дизельные, газовые) генераторы выдают мощность от 1 до 10 кВт и привычные 220 В. Однако они гудят и постоянно требуют топлива. На одном баке работают 3-10 часов. Бывает ручной и автоматический запуск, если нет напряжения от основной сети.

Такой источник может использоваться как запасной или временный для электроинструментов.

Центральная сеть

И конечно можно просто подключиться центральной электросети, протянув провода по столбам или в земле (дороже). О стоимости подключения пока нашел лишь одно упоминание.

В данное время подключение в Волгоградской области, для новых домов в сельской местности, ориентировочно стоит: 180 т.р. трансформатор (на 5-10 подключений), плюс каждый столб – 5 т.р. плюс провода 25 т.р. 100 метров, плюс само подключение 180 т.р. для каждого. И люди выкручиваются в сторону удешевления, доставая б/у трансформаторы, провода. Но все равно получается дорого!

“Автономное энергообеспечение – опыт пятилетней практики”, А. Кашелев

Встречал в интернете жалобы на нестабильность работы электросети в сельской местности. Да и рассчитывать на большую мощность, к которой привык в городе, тоже не стоит. Хотя это зависит от реальных условий конкретного места. Конечно на фоне сезонности автономных источников электричества, электросеть выглядит стабильной. К тому же починкой будут заниматься специалисты электросети.

Все вместе

Итак, представляю солянку сборную собственного приготовления по источникам электричества. Ингридиенты из интернета, поэтому не судите строго :) Честно говоря, сопоставлять эффективность разных источников сложно, потому что она зависит от множества факторов, включая человеческий (хочется ведь похвалить свою разработку :).

	Напряжение, В	Выработка электричества, кВт·ч в месяц	Цена, €	Срок службы, лет
Солнечная батарея (100 Вт, 1 м²)	12, 24	От 5 в декабре и до 50 в июне	400	> 20
Ветряк (500 Вт)	12, 24	Не знаю :) Зависит от ветра и модели, цифры встречал самые разные от 30 до 350	1500	7
Термогенератор на газу (200 Вт)	12	До 800 за отопительный сезон	1500	> 20
МикроГЭС Шар Булак 1.0 (1 кВт)	~220	720	750	7
Бензиновый генератор Hitachi E24SB (2,1 кВт)	~220	6,3 кВт·ч за 3 часа при расходе 3,8 л бензина	415	?
Центральная сеть (допустим 2 кВт)	~220	1440, если без перебоев	?	:)

Аккумуляторы и электроника

Для автономной электросистемы лучше использовать специальные гелевые аккумуляторы, которые не требуют обслуживания и работают лет десять. Автомобильные стартерные выходят из строя за пару сезонов, хотя и они используются поселенцами. Гелевый аккумулятор на 200 А·ч стоит 350-400 €, автомобильный на 50 А·ч — 60 €.

Аккумуляторы — самые неэкологичные элементы системы и к тому же с весьма ограниченным сроком службы. Чтобы уменьшить их использование, можно наполнять водонапорный бак, пока работают солнечные батареи. Хотя это лишь часть решения, лампочки все равно нужны с заходом солнышка. Кстати, по такому принципу устроены фонтаны на солнечной батарее.

Аккумуляторы оказались весьма капризными и не любят как перезарядки, так и глубокой разрядки (график). Чтобы этого не происходило можно использовать контроллер заряда. Модель на 10 А (240 Вт от солнечных батарей на 24 В) стоит 30 €.

И наконец, чтобы электричество добралось до прибора на 220 В, нужен инвертор. На преобразовании тока из постоянного в переменный теряется 10-20% электроэнергии, к тому же модели подешевле упрощенно имитируют переменный ток (модифицированная синусоида), отчего к ним нельзя подключить некоторые приборы (принтеры, насосы, некоторые швейные машинки и электроинструмент). Инвертор Mean Well S1500 с настоящим переменным током на 1,5 кВт стоит 475 €, а простой Mean Well A302-300-F3 на 300 Вт — 40 €.

Если учесть, что многие бытовые приборы на самом деле работают от постоянного тока, то использование инвертора стоит свести к минимуму.

Выводы

Для начала помотав головой, вытряс из нее киловатты и модифицированные синусоиды :) Что в итоге получается?

1. Свое электричество выходит дорогим (800-4000 €) и прослужит лет десять. Потом придется менять аккумуляторы.
2. Вместо ожидаемой экологичности и независимости я встретил химические аккумуляторы и множество технических ограничений.
3. Если нам будет достаточно света и мелких приборов, то автономное электричество вполне подходит. Иначе лучше подключиться к центральной электросети.
4. Сделанные выводы могут поменяться :) Необходимо оценить условия выбранного места, тогда и решать. В одной из следующих статей по этой теме сделаю детальный расчет использования электричества в поместье.

Полезные статьи и сайты

• Статья “Мы будем говорить об автономных источниках электроснабжения“
• Статья “Автономное энергообеспечение – опыт пятилетней практики” и сайт автора
• solar-battery.narod.ru — о солнечных батареях, продажа солнечных модулей и отдельных фотоэлементов. Описан расчет системы на СБ, можно посчитать стоимость киловатта для разных источников.
• Solar Home — об автономной энергетике, магазин
• Inverta — магазин инверторов, солнечных батарей, аккумуляторов
• Gravio — про парусные ветряки
• Статья “Парусный ветряк. Анализ конструкции парусного ветряка, примеры использования, мощность“
• Архив сайта фирмы Термокластер, предложение о сотрудничестве
• ИНСЭТ, Гидропоника, СЭС — микроГЭС
• Бесплотинная ГЭС Н.И. Ленева