Солнечные или ветровые батареи для дома. Что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи? Состав гибридных систем

Использование солнечных батарей позволяет обеспечить дома бесплатной энергией, особенно в условиях нестабильности электроснабжения. Однако у этого метода есть один недостаток – в пасмурную погоду эффективность гелиосистемы очень низка, и дому требуется дополнительный источник энергии. Применение разного рода генераторов (бензиновых, дизельных) неудобно, поскольку они требуют значительных расходов и очень шумят. Лучший выход – комбинированные установки, включающие в себя солнечные батареи и ветрогенераторы.

Такие гибридные комплексы позволяют в полной мере использовать возможности природной энергетики и компенсировать их отдельные недостатки. К примеру, ветрогенераторы в принципе нецелесообразно применять без резервного энергоисточника. Дело в том, что при нескольких безветренных днях подряд (что отнюдь не редкость) аккумуляторы разряжаются слишком сильно, что негативно сказывается на их работоспособности и ресурсе.

Солнечные же батареи малоэффективны в пасмурную погоду, которая обычно сопровождается ветреностью. Таким образом, ветряки и гелиопанели отлично дополняют друг друга, обеспечивая постоянную зарядку АКБ и поддерживая энергоснабжение дома на должном уровне. Еще одно преимущество – солнечные системы не требуют расходов на содержание и топливо, при этом они максимально эффективны в летний период, когда скорость ветров обычно ниже.

В летний период и солнечной зимой максимальная энерговыработка будет идти от солнечных батарей. А вот в пасмурное межсезонье, когда облачность значительна и дуют сильные ветра, производить энергию будут преимущественно ветряки.

Состав гибридных систем

Каждая комбинированная солнечно-ветровая установка включает в себя гелиопанели, ветрогенератор, зарядный контроллер, аккумуляторы и инвертор. Мощность компонентов подбирается исходя из нужд энергопотребления. Но нужно учитывать и еще один фактор – тип ветрогенератора.

Различают ветрогенераторы:

• Горизонтальные. Эти установки дешевле, но они эффективны при господствующих ветрах одного направления. В условиях переменных ветров их производительность минимальна;
• Вертикальные. Стоят эти источники энергии примерно в 2-3 раза дороже горизонтальных, но при этом эффективно работают и в случае постоянно меняющегося направления ветра.

Таким образом, ветрогенераторы и солнечные батареи могут полностью обеспечить энергонезависимость жилья. Кроме того, такие системы отличаются более гибкими возможностями подбора конфигурации, чем чисто солнечные или чисто ветряные установки. Вполне приемлемы и расценки на них.

Например, система из ветряка мощностью 600 Вт и батареи в 250 Вт (с контроллером, инвертором и АКБ) обойдется примерно в 85 тыс. рублей. Выработка установки составит порядка 100 кВтч/месяц.

Установка и коммутация

Монтируются элементы в гибридной системе также, как и в случае независимой установки. Солнечные батареи располагают на крыше или на отдельной монтажной ферме (в этом случае можно оптимально отрегулировать их наклон относительно горизонта), а ветряки – на мачтах возле дома.

Несмотря на то, что при вращении лопасти ветряков издают специфический звук (что многие относят к их недостаткам), они не создают дополнительных неудобств. Дело в том, что звук достаточно монотонен и не резок, поэтому люди очень быстро перестают замечать его.

Подключение проводится по классической схеме. Ветрогенератор и солнечные панели через контроллер коммутируются к АКБ, где и накапливается выработанная энергия. Потребители переменного тока подсоединяются через инвертор.

Затраты

Как и любая другая автономная энергосистема, солнечно-ветряная установка требует солидных первоначальных расходов. Однако все вложения окупаются полной энергонезависимостью от центральных сетей. Расходов же на обслуживание такая система не требует. Окупаемость проекта зависит от сложности установки и нагрузки на систему, но в среднем она составляет 2-3 года. Этот срок может показаться слишком большим, но нужно учитывать, что цены на электричество постоянно поднимаются, кроме того, подключение коттеджа к центральному энергоснабжению и установка соответствующего оборудования (трансформатора, кабельной трассы) также требуют солидных затрат.

Таким образом, для дома установка гибридной системы будет лучшим решением. На даче ставить подобные комплексы нерационально, поскольку они рассчитаны на круглогодичное использование, а дачей пользуются в основном в летний сезон.

Ни один ветряк не будет вырабатывать электроэнергию при скорости ветра меньше 3 м/с, а эффективной его работа становится при скорости ветра не ниже 4-5 м/с. В средней полосе России преимуществом обладают ветрогенераторы, рассчитанные на работу при слабом ветре.

Ветрогенератор лучше устанавливать на открытой местности, желательно на возвышенности, и чем выше мачта, тем лучше. Длина лопастей тоже имеет значение, особенно при слабом ветре. Лопасти с самолетным профилем намного (в 2-4 раза) эффективнее плоских.

Существуют ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения примерно вдвое дороже, но и ресурс у них почти в два раза выше - 20-25 лет против 10-15.

Существует два типа мачт для ветряков: 1) мачты с поддержкой тросами могут быть легко подняты, но тросовые растяжки занимают большую площадь; 2) независимые мачты-башни, у которых нет тросов, тяжелые и дорогие, их установка сложна, но они не занимают много места. Для использования на даче или в загородном коттедже лучше всего подходят ветрогенераторы мощностью 2-5 кВт.

В районах со слабыми ветрами, а к таковым относится Подмосковье, чтобы получить хоть какую-то энергию, следует выбирать ветряк с лучшей отдачей при малом ветре, имеющий притом большую мощность.

Солнечные батареи напрямую преобразуют энергию солнечного излучения в электричество, которое может поступать непосредственно в сеть или накапливаться в аккумуляторах. Лучше всего работают солнечные панели из монокристаллического кремния. Их срок службы составляет примерно 50 лет, а КПД достигает 18%.

Несколько уступают по этим показателям солнечные батареи из мультикристаллического кремния. Изредка можно встретить вовсе отсталые панели из аморфного кремния - самые дешевые, разумеется. Для того чтобы добывать солнечную энергию летом, желательно установить солнечные панели по всему южному скату крыши под углом примерно 45° к горизонту. Зимой же все иначе: солнечные панели должны располагаться почти вертикально, под углом 70-80° к горизонту, из-за снега и низкого положения Солнца.

Чтобы обеспечить автономную работу нескольких люминесцентных или светодиодных энергосберегающих ламп, холодильника и телевизора на даче, можно установить несколько солнечных батарей суммарной мощностью 500-600, а лучше 1000 Вт. Такой комплект солнечных батарей дополняется блоком аккумуляторов общей емкостью 200-400 ампер - час и инвертором от 2 до 6 кВт с солнечным контроллером. Столь большая мощность инвертора нужна для того, чтобы обеспечивать пиковые нагрузки и пусковые токи. От комплекта солнечных панелей мощностью 2-4 кВт можно запитать небольшой коттедж, обеспечив комфортное проживание.

Для балансировки поступления энергии от альтернативных источников часто возникает желание совместить солнечные батареи и ветрогенератор в одной системе.

В каких случаях стоит это делать и какой источник альтернативной энергии выбрать, можно понять, рассмотрев плюсы и минусы ветряков и солнечных панелей.

Плюсы солнечных панелей:

• Надежность — проработают 25 лет и более, поскольку они не имеют подвижных частей и какой-либо электроники в своем составе, а закаленное стекло, прочная алюминиевая рама и надежная герметизация элементов обеспечивает беспроблемную эксплуатацию панелей в любых погодных условиях при любой температуре.
• Простота установки — при помощи стандартных можно легко закрепить панели на крыше или на стене дома.
• Отсутствие необходимости технического обслуживания — единственное, что рекомендуется для увеличения выработки энергии, это раз в год вымыть поверхность солнечных панелей моющим средством для стекла, но и это не обязательно.

Минусы солнечных панелей:

• Низкая среднесуточная выработка электроэнергии в зимнее время — в 5-10 раз меньше, чем летом для средней полосы России, в 2-3 раза меньше — для южных регионов и полное отсутствие выработки зимой в северных регионах за полярным кругом. Для компенсации недостатка электроэнергии необходимо использовать дизель-генератор, бензогенератор или ветрогенератор.
• Сильная зависимость выработки электроэнергии от погоды. В облачную погоду выработка снижается до 5-20% по сравнению с безоблачной погодой. Однако, устранить эту зависимость в автономной солнечной электростанции можно применив аккумуляторы повышенной емкости, обеспечивающие запас электроэнергии на 5-7 дней.

Плюсы ветрогенераторов:

• Выработка электроэнергии не зависит от времени суток и времени года , если есть ветер.
• В местности, где часто дуют ветры (в горах, в степях, на берегах рек и морей), ветряк может выработать значительное количество электроэнергии. Однако общая площадь таких мест, населенных людьми, в Российской Федерации составляет менее 1% от всех населенных мест.

Минусы ветрогенераторов:

• Необходимость монтажа на мачте высотой более 25 метров на 99% местности Российской Федерации , поскольку жилая застройка и леса сильно снижают скорость ветра близко к земле — стоимость монтажа ветрогенератора во много раз превысит стоимость самого ветрогенератора.
• При средней скорости ветра в России, равной 3-4 метра в секунду, ветрогенератор будет вырабатывать около 1-3% процентов от своей номинальной мощности. Номинальная мощность ветрогенератора указана для ветра скоростью 10-12 м/сек.
• Отсутствие надежности в сегменте маломощных ветряков мощностью до 10 кВт — большинство дешевых маломощных ветряков не проработает больше 2-х лет без поломок, хотя . Если Вам известны факты более продолжительной работы без поломок, поделитесь этим со всеми на нашем .
• Необходимость ежегодного технического обслуживания для поддержания ветрогенератора в рабочем состоянии.
• Замерзание смазки при отрицательных температурах приводит к невозможности старта ветряка зимой.
• Свист маломощных ветряков , работающих на высоких оборотах при большой скорости ветра — не доставит удовольствия ни Вам, ни Вашим соседям.
• Низкочастотный инфразвук мощных ветрогенераторов при любой скорости ветра и маломощных при небольшой скорости ветра — как известно, инфразвук оказывает отрицательное влияние на здоровье человека и всего живого. Именно по этой причине промышленные ветроэлектростанции расположены на значительном удалении от жилых массивов.

Подведём итог:

Использование ветрогенератора, как дополнительного источника энергии для солнечной электростанции имеет экономический смысл только в местности, где часто дуют ветры, при условии, что есть возможность его установки вдали от жилья. При этом необходимо устанавливать надежные мощные модели с мощностью от 10 кВт и обязательно проводить их ежегодное техобслуживание.

О том, имеет ли экономический смысл установка солнечных батарей, читайте .

Вопрос читателя:

Готовлюсь построить загородный дом в местности, где нет общей электрической сети, поэтому хочу установить систему альтернативной энергии, но не знаю, какую выбрать. Имеются возможности использовать различные возобновляемые ресурсы, но никак не могу принять решение, как расставить приоритеты. Вот некоторые факты оценки, которые я собрал:

• 3,3 солнечных часов (среднесуточные за год) при минимальном затенении на моем участке.
• 3,5-4 м/с средняя скорость ветра на высоте 30 м башни, 10 м над верхушкой самого высокого дерева.
• Поток воды с перепадом высоты от 9 м до 120 м, около 0,15 м³/мин доступны круглый год, с возможностью расположения генератора в 220 м от дома.

Говорят, ГЭС является "лучшим" выбором, поскольку требует постоянный сильный ветер, а солнечные батареи дороже, но более надежные и, вероятно, оправданы в долгосрочной перспективе. Возможно, мне потребуется несколько источников.

Расход электроэнергии у меня довольно экономный. На данный момент я расходую около 8 кВтч в день в моей городской квартире. Я также планирую покупать энергосберегающую технику, поэтому ожидаю, что расход в моем загородном доме не будет сильно превышать городской расход. Что необходимо предусмотреть при выборе альтернативной системы, чтобы избежать дорогостоящих ошибок?

Приятно иметь дело с таким четко сформулированным вопросом. Наиболее важным параметром является выработка требуемой энергии (8 кВтч/сутки), хотя также важно учесть потери. Энергия теряется в проводах, аккумуляторе, инверторе, перепадах нагрузки и т.д., поэтому нужно рассчитывать, в среднем, на 12 кВтч/сутки.

Гидрогенератор , вероятно, является самым дешевым источником энергии. Кроме того, ГЭС также работает ночью и в зимний период, что позволит сэкономить на использовании дорогостоящих аккумуляторов. Вы можете оценить доступную мощность ГЭС (ватт) путем умножения разницы высоты потока и деления на 10. В вашем случае, хорошо скомпонованная система может дать 120 Вт. За 24 часа получится: 120 × 24 ÷ 1000 = 2,88 кВтч/сутки. Дополнительные затраты на трубы и провода будут небольшими по сравнению с преимуществами. Если вы установите гибридную солнечно-гидро-электростанцию, дополнительные кВт в дождливую погоду будут особенно приятны, когда производительность солнечных батарей уменьшается.

Хотя трубы 3 дюймового диаметра будут хорошо работать с объемом 0,15 м³/мин, 4 дюймовый трубопровод позволит сократить потери трубы с 12% до 3%, а также увеличит возможный объем до 0,3 м³/мин или больше, если таковой имеется.

Удаленность 220 метров – это довольно длинный кабель передачи, поэтому следует также учитывать потери из-за сопротивления. Рассмотрите возможность использования генератора более высокого напряжения, соединенного через контроллер слежения за точной максимальной мощностью (MPPT), чтобы предотвратить перегрузки. MPPT автоматически управляет системой при изменениях в потоке, избегая необходимости ручной настройки при изменяющихся условиях.

Солнечная электроэнергия является следующим вариантом. Хорошая новость – это то, что цены на солнечные батареи падают. Фотоэлектрическая система будет дополнять гидросистему, так как она работает лучше в сухую, солнечную погоду, но ее производительность может разочаровать зимой. Предположительно, вы можете получить около 70% требуемой энергии. Например, при 3,3 солнечных часах 3 кВт батарея производит около 7 кВтч/сутки. Опять же, MPPT может помочь улучшить эту картину.

Энергия ветра , возможно, была бы интересна, но в данном случае не самая рациональная. Установка 30 метровой башни стоит не дешево, а энергии, произведенной при скорости 3,5-4 м/с, будет не много. Ветер является неустойчивым источником энергии, требуя дорогостоящие аккумуляторы и резервный генератор . С точки зрения усилий и затрат, ветер является более дорогим и сложным выбором для вашей местности.

Для более точной оценки сравните технические характеристики производителей альтернативных систем. Но учтите, что они, как правило, предоставляют оптимистичные данные. Обратите внимание, что получите в два раза больше энергии при средней скорости ветра 5 м/с по сравнению с 3,5-4 м/с. Вы можете определить среднесуточную выработку кВтч путем деления годового объема производства на 365. Тем не менее, не забывайте, в течение многих дней вообще не будет вырабатывать практически ничего.

Независимо от того, какой источник вы выберете, вам понадобится эффективный аккумулятор резервного копирования. Постарайтесь свести к минимуму его использование. Хотя, он может понадобиться, чтобы спасти вашу систему, когда природные условия будут против вас. Если ваш гидроисточник действительно течет круглый год, и вы готовы к резким сокращениям использования энергии время от времени, можете избежать использования больших аккумуляторов.

В любом случае, прежде чем принять окончательное решение, куда вложить свои инвестиции, убедитесь, что знаете, чего ожидать, прежде чем сделать решающий шаг.