Полная энергетическая автономия или как выжить с солнечными батареями в глубинке (часть 1. теоретическая)

Все начиналось с того, что я приобрел участок земли в деревне, мимо которого не проходили электрические провода. «Ничего страшного, — подумал я. — Ведь по закону меня должны подключить к электросетям за 6 месяцев с момента заключения договора». Если бы я тогда знал, что мне придется освоить автономное энергоснабжение и окунуться в мир солнечной энергетики…





В первой части постараюсь осветить теоретическое обоснование своего выбора и расчеты, которые облегчат понимание объемов вложений для построения собственной энергосистемы.
Во второй части опишу практическую реализацию своих идей с экономическими выкладками, примененным оборудованием и схемотехникой рабочей энергосистемы. Также опишу достоинства, недостатки и собственные ошибки в реализованном проекте.
В третьей, если до нее дойдет, расскажу о планах интеграции автономной энергосистемы и обычной сетевой энергосети в частном доме.

Осознание того, что электричества еще нет, а дом уже собран, пришло весной, когда начался строительный и отделочный сезон. И если дом собирали при помощи тарахтящего бензинового генератора, то жить с такой тарахтелкой в деревне невозможно, да и накладно ради дрели или пары лампочек гонять 2,5 кВт бензогенератор. Тут очень легко вывести первое правило: в деревне нужен бензогенератор, если есть необходимость в электроснабжении в любое время. Сети нестабильны и чинить их никто не будет в первые минуты после сбоя. Второе правило: генератор должен работать на том же виде топлива, что и машина. Если топливо внезапно кончилось, можно слить из машины, а если бак в машине пересох, то можно провести обратную процедуру.



Если посмотреть в левый угол, то видно как генератор работает ради одной дрели и радиоприемника. После этой картины начали закрадываться мысли, что электричества нужно не так уж много, но часто. К примеру, вечером нужно освещать дом, на что требуется порядка 100 Вт энергии. Витали мысли о покупке второго, маломощного бензогенератора, но были отметены по ряду причин: тарахтение, обслуживание, механика, а значит износ и рано или поздно, выход из строя. Нужно было что-то автономное, простое, надежное.

Изучив форум автономщиков, перечитав сотни веток и научившись отличать монокристалл от поликристалла, было принято решение применить солнечную энергетику на благо конкретно взятого дома. Ведь на Хабре немало сообщений о том, как очередная сотовая компания в отдаленном регионе потратила много рублей и смогла сэкономить еще больше, а тут все наглядно, своими руками и на своем примере.

Перейдем к теории. Основное, с чем придется бороться в доме с автономной энергетической системой (далее автономкой), так это с желанием всех домочадцев включать чайники, утюги, микроволновки и прочую бытовую технику, потребляющую сумасшедшие киловатты энергии. Для фенов и утюгов можно запустить электрогенератор.



Итак, первым делом необходимо исключить большинство электроприборов, которыми мы пользуемся в обычной жизни: электрочайники, электроплиты и прочее. Заменой будет любая газовая плита и баллон с газом, который могут заправить почти на любой АГЗС. Итак, готовим и греем при помощи газа — это третье правило автономки.

Освещение светодиодами. Можно брать светодиодные сборки, отдельные светодиоды или светодиодные ленты. В последнем случае можно закупиться оптово в китайском интернет-магазине сразу на весь дом и прилично сэкномоить. Основная задача — это выбрать напряжение светодиодов равное напряжению накопителей энергии в доме. Ведь любое преобразование будет съедать лишние Ватты. Отсюда четвертое правило: светодиодное освещение везде, где это возможно.

Датчики движения серьезно помогают экономить электричество — это также выявлено опытным путем. По пути в туалет, по лестнице на второй этаж или в прихожей лучше всего поставить датчик движения и светодиодную ленту. Это позволит избежать хождения в темноте к выключателю и избавит от лишних потерь энергии, когда кто-то забыл щелкнуть клавишей.



Стоить такой датчик будет порядка 300-350 рублей, но он сэкономит массу нервов и энергии. Собственное потребление мизерно в сравнении со включенным и забытым освещением. Один забавный случай из практики: домашние питомцы быстро вычислили радиус действия датчика и ночами развлекались входя и выходя из зоны видимости, включая себе свет.

А теперь о технике, которая понадобится, чтобы создать автономку на солнечной энергии:

1. Солнечные батареи:



2. Контроллер заряда аккумуляторов от солнечных батарей:



3. Аккумуляторы. При обсуждении типа аккумуляторов было сломано столько копий, что даже вспоминать не хочется. Одна из самых сложных задач и наиболее дорогая часть системы:



4. Инвертер из постоянного тока, в переменный с напряжением 220В:



Это четыре основных элемента автономной энергетической системы, основанной на солнечных батареях. О расширении функционала я расскажу во второй, практической, части, а пока распишу минимальную автономку для дачного домика, где хочется вечером посмотреть телевизор, выйти с ноутбука в сеть и при свете лампы посидеть за столом. Все считается исходя из средней полосы России в период с апреля по сентябрь. В другое время года солнца заметно меньше, да и дачный сезон практически закрыт или еще не открыт.

Берем исходное потребление:
1. среднестатистический ноутбук с потреблением 80 Вт*ч будет работать 5 часов в день
2. среднестатистический телевизор с потреблением 40 Вт*ч (ЖК) будет работать 3 часа в день
3. освещение 3 светодиодными лентами (24 Вт\шт), которых хватит на помещение порядка 40 м.кв. будет работать 4 часа

Итого мы имеем необходимость энергии: 808 Вт*ч
Если в качестве энергонакопителя будет выбран обычный автомобильный аккумулятор с напряжением в 12 В, то за вечер будет потрачено 67 Ач. Чтобы не высадить аккумулятор и продлить срок его службы, рекомендуется разряжать аккумулятор не более, чем на 30%, а значит необходимая емкость составляет от 200 Ач и выше. Кроме того, за световой день необходимо будет восполнить потраченные амперчасы, а еще нужно учесть КПД и непостоянство солнца, чтобы подобрать необходимое количество солнечных батарей. Допустим, что солнце будет светить в течение 8 часов, из них будет облачно 3 часа и эффективность выработки энергии упадет. Таким образом, мы должны компенсировать 67 Ач за 5 часов. Казалось бы, нет ничего проще: 14 А вливаем 5 часов и все, но у солнечной энергетики масса нюансов. Аккумуляторы не принимают заряд линейно — к «наполнению» аккумулятора энергией принимаемый ток снижается и последние часы зарядка идет крайне медленно.

Переходя к подсчету необходимого оборудования, которое потребуется преобрести для электрификации дачного домика, получаем:
1. Солнечная батарея 2 шт х 100 Вт — 15000 р
2. Контроллер заряда самый простой — 800р
3. Аккумулятор 190 Ач — 8500 р
4. 3 светодиодные ленты — 1200 р.
5. Инвертер 12В-220В — 2000р.
Итого: 27500 рублей

Оборудование считалось самое недорогое с учетом того минимума комфорта, который описан выше. Если материал понравился и хочется увидеть реализацию более мощной и действующей системы, прошу дать знать, чтобы я принялся за написание второй части.

Источник: habrahabr.ru/post/251359/