Автономне і резервне електропостачання будинку

Якщо в місцевості, де розташований ваш будинок або дачну ділянку з будинком, часті раптові відключення електроенергії тривалістю кілька годин, то для повноцінного проживання (нормальної роботи системи освітлення, сигналізації, опалення та побутової техніки) вам необхідно встановити систему резервного електропостачання.

Якщо ж в місцевості, де знаходиться ваше житло чи дача взагалі немає стаціонарного електропостачання, вам доведеться задуматися про установку системи автономного (незалежного) електропостачання. Різниця між ними тільки в тривалості роботи, резервна система розраховується на деякий кінцевий час роботи (зазвичай на максимальний час відключення мережі електропостачання). Автономна ж система призначена для постійної роботи.

Необхідно відзначити, що оскільки в природі діє закон збереження енергії, то ми не зможемо витратити енергії більше, ніж виробили і накопичили. У цьому плані можна привести аналогію з грошима як засобом обліку праці. Ми не зможемо витратити більше грошей, ніж їх є в нашому розпорядженні. Цікаво зауважити, що автономній системі енергопостачання відповідає (по аналогії з грошима) наша заробітна плата, резервній системі – кредити і позики (на якийсь час).

Звідси випливає важливий висновок, що без розрахунків, без проекту, хоча б приблизного, прикидочного, створити працездатну систему резервного та автономного електропостачання не можна!

Що ж нам знадобиться для створення системи автономного або резервного електропостачання?

По перше, генератори електроенергії – пристрої, що перетворюють в електричну енергію інші види енергії. На сьогодні промислово випускаються блоки з двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) і генератора, який перетворює спочатку за допомогою ДВС енергію палива в механічну енергію, а потім механічну енергію двигуна за допомогою електрогенератора – в електричну. Для отримання механічної енергії, що перетворюється генератором, можуть використовуватися вітряні двигуни (вітряки) або гідротурбіни. Можуть бути використані і відносно нові джерела електроенергії – сонячні батареї, в яких енергія сонячного світла безпосередньо перетворюється в електричну енергію.

Всі ці пристрої мають свої переваги (у генераторів з приводом від ДВС – стабільна безперервна робота; у вітрових, гідростанцій і сонячних батарей – практично дармова енергія) і недоліки (у генераторів з приводом від ДВС – висока вартість палива і обмежений моторесурс, у вітрових і сонячних батарей – залежність від наявності вітру і сонячного світла). Для установки мінігідроелектростанцій необхідна наявність поруч з будинком водного потоку. Знову-таки при виборі генеруючого пристрою необхідно звернення до фахівців і пошук з їх допомогою найбільш економічно вигідного варіанту виробництва електроенергії.

По-друге, пристрою накопичення і збереження електроенергії. Це, як правило, акумуляторні батареї. Вони дозволяють перетворити нерівномірне і нестабільне надходження електроенергії від генеруючих пристроїв в постійне і стабільне. За аналогією можна розглянути систему пневмопостачання промислових підприємств – використання енергії стисненого повітря для роботи обладнання. Стискає повітря компресор видає на виході пульсуючий потік стисненого повітря, а для роботи обладнання потрібно стабільний і постійний потік з тиском 6 атмосфер. Щоб його отримати, після компресора ставиться ресивер – ємність для накопичення і зберігання стисненого повітря з клапаном регулювання тиску. В результаті на виході ресивера ми маємо постійний потік повітря під тиском 6 атмосфер, причому тиск зберігається, навіть якщо компресор на час припиняє роботу.

Ось таким «ресивером» в нашому випадку і є акумулятори. Основний показник акумуляторної батареї – це електрична ємність, яка вимірюється в ампер-годинах (А-ч). Що вона означає? Наприклад, батарея ємністю 200 А-ч теоретично здатна видавати струм в 200А протягом години, або струм 20А протягом 10 годин. Практична ж віддача у батарей завжди менше теоретичної і залежить від багатьох факторів, наприклад температури.

Неважко підрахувати, що акумуляторна батарея з робочою напругою 12 вольт і ємністю 200 А-ч накопичує теоретично 12х200 = 2400 ват-годин або 2,4 кВт-годин електроенергії. Практично – близько 2 кВт-год, що може забезпечити, наприклад, освітлення будинку потужністю 500 ват протягом 4 годин або приготування обіду на електроплиті (2кВт) протягом години.

Зазвичай використовується кілька батарей, яке визначається розрахунком – проектом автономного або резервного електропостачання будинку. Батареї можуть з’єднуватися послідовно, підвищуючи вихідну напругу, або паралельно, забезпечуючи роботу при тій же напрузі, але з підвищенням токоотдачи.

По-третє, перетворювачі струму, так звані інвертори.

Справа в тому, що акумуляторні батареї акумулюють і видають електроенергію у вигляді постійного струму напругою 6, 12, 24 і т.д. вольт. Сонячні батареї – постійний струм напругою 24 вольта. Для зарядки акумуляторів потрібна напруга вище робочого і автоматично регульований ток зарядки. А для роботи домашніх електроприладів та побутової техніки потрібно змінний струм під напругою 220 вольт і з частотою 50 герц.

Для перетворення постійного струму під низькою напругою 12 – 24 вольта в змінний струм під напругою 220 вольт і служать інвертори. Інвертор – електронний прилад (без рухомих частин) як раз і робить таке перетворення. Варто сказати кілька слів про форму перетвореного інвертором струму. Справа в тому, що у змінного струму, одержуваного з стаціонарних мереж електроживлення, зміна напруги у часі відбувається по синусоїді (геометричної кривої) з частотою 50 циклів у секунду. Це обумовлено конструкцією промислових генераторів – обертанням ротора. У перетворювачі спосіб отримання синусоїди інший – штучний. Тому видається перетворювачем струм по формі лише наближається до синусоїди (його форма – так звана «квазісінусоіда»). Це може впливати на роботу деяких електронних приладів – телевізорів, моніторів і т.д. і викликати у звукової апаратури так званий «фон» – неприємний призвук.

Дорожчі інвертори рекламуються як видають «чисту синусоїду». При виборі інвертора це необхідно враховувати і при необхідності використовувати інвертори з «чистою синусоїдою».

І ще, електродвигуни в момент пуску (коли ротор ще нерухомий) працюють як би в режимі короткого замикання, пусковий струм обмежується тільки опором обмоток, яке невелика. Тому пускові струми таких пристроїв, як електронасоси, пилососи і т.д. можуть в 4-5 разів перевищувати номінальні. А інвертори допускають перевищення струму в 1,5 рази. Потрібно мати це на увазі і для вирішення проблеми звертатися до фахівців.

По-четверте, електронні пристрої автоматичного управління, регулювання та захисту.

Як правило, ними оснащуються сучасні інвертори. Це можуть бути релейні пристрої, автоматично запускають генератор з двигуном внутрішнього згоряння для зарядки акумуляторів при їх розряді. Це пристрої, які швидко і непомітно для споживачів електроенергії переводять домову електромережу в режим резервного живлення при раптовому відключенні мережі.

Більш детально з пристроями інверторів можна ознайомитися за їх опису і проконсультувавшись з фахівцями.

Так само пристроями управління, регулювання та захисту оснащуються генератори з приводом від ДВС.

На закінчення наведемо кілька прикладів типових схем резервного та автономного електропостачання:

1. Найпростіша система резервного електроживлення = інвертор + акумулятор

Доповнення до електромережі при частих відключеннях. Поки в електромережі є напруга-інвертор включає зарядку акумулятора і регулює її, при раптовому отключеніі- інвертор моментально (непомітно для підключених приладів) підключає до будинкової мережі живлення від акумулятора. Застосовується при нетривалих відключеннях і при невеликому обмеженому енергоспоживанні (як правило, деякою групою особливо важливих споживачів (сигналізація, холодильник і т.д.))

2. Автономне і резервне електроживлення = генератор з приводом від ДВС + акумулятори + інвертор

При розрядці акумуляторів інвертор через реле автоматично запускає двигун генеруючої установки і заряджає акумулятори. Двигун внутрішнього згоряння працює циклами, що збільшує його моторесурс і зменшує витрату палива. У разі використання установки в якості резервного електропостачання, інвертор при відключенні основної мережі автоматично перемикає живлення на резервне від акумуляторів.

3. Автономне електропостачання від генератора з приводом від ДВС

Цілком прийнятний варіант – випускаються двигуни-генератори розраховані на таку роботу. Однак необхідно врахувати, що двигуни мають обмежений моторесурс, наприклад, дешеві двотактні двигуни мають ресурс всього 500 – 1000 годин. До того ж електроенергія, що виробляється таким чином, має високу собівартість. Іншими словами, такий варіант підходить при тимчасовому (сезонному) проживанні, наприклад, для дач. А для автономного електропостачання за умови постійного проживання найкраще застосувати наступний варіант.

4. Автономне електропостачання = Вітровий електрогенератор або (+) сонячні батареї або (+) мініГЕС або (+) генератор з приводом від ДВС + акумулятори (кілька штук з розрахунку) + інвертор

Найбільш оптимальний варіант з економічної точки зору, до того ж досить довговічний. Однак і найдорожчий.

Сподіваємося, що дана стаття допоможе вам більш усвідомлено підійти до вибору системи автономного або резервного електроживлення і її елементів. При бажанні обладнати свій будинок такими системами – звертайтеся до фахівців, які складуть проект і кошторис витрат і дадуть поради щодо вибору конкретного, найбільш відповідного обладнання.

Ссылка на основную публикацию