В наше время вполне доступно создание системы электроснабжения частного дома на солнечных батареях различной сложности. Наиболее простая система имеет на выходе низкое напряжение постоянного тока (обычно 12 или 24 В). Такие системы применяются для обеспечения работы освещения и небольшой нагрузки постоянного тока в доме — радио, телевизор, ноутбук, магнитофон и тому подобное. Можно использовать различные автомобильные аксессуары, вплоть до холодильников.
Фотоэлектрические системы электроснабжения частного дома, типовая схема, расчеты нагрузки, примеры комплектации для разных конфигураций.
Однако в случае создания фотоэлектрической системы электроснабжения частного дома на основе низкого напряжения постоянного тока в 12 или 24 В, будет необходима прокладка отдельной проводки постоянного тока со специальными розетками и вилками, которые исключают неправильную полярность подключения.
При подключении светильников с лампами постоянного тока необходимо также соблюдать полярность и следить за тем, чтобы при замене ламп они имели такую же полярность подключения, как и те, которые использовались ранее. В противном случае возможен выход из строя ваших потребителей.
Обычно такие системы электроснабжения частного дома применяются, если максимальное расстояние от аккумулятора до самой дальней подключенной нагрузки не превышает 10-15 метров, а ее мощность — не более 100 Вт.
При этом надо следить за тем, чтобы падение напряжения при всех включенных потребителях в самой дальней точке было в пределах допустимого (обычно не более 10%). Для правильного выбора сечения провода вы можете воспользоваться справочной информацией по выбору сечения провода исходя из допустимого падения напряжения на участке электропроводки.
Типовая схема простейшей фотоэлектрической системы электроснабжения частного дома.
Если у вас нагрузка превышает указанные рекомендованные максимальные значения, или потребители электроэнергии находятся на значительном расстоянии от аккумулятора, необходимо добавить в систему электроснабжения частного дома инвертор. Инвертор — это преобразователь постоянного тока низкого напряжения от аккумуляторов в 220 В переменного тока. В этом случае вы сможете питать практически любую бытовую нагрузку суммарной мощностью, не превышающей мощность инвертора.
Система электроснабжения частного дома с выходом переменного и постоянного тока на базе фотоэлектрической солнечной батареи включает в себя практически те же компоненты, что и схема выше, плюс контроллер заряда аккумуляторной батарея, а именно:
— Солнечная батарея необходимой мощности.
— Контроллер заряда аккумуляторной батареи, который предотвращает губительные для батареи глубокий разряд и перезаряд.
— Батарея аккумуляторов.
— Инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.
— Энергоэффективные нагрузки переменного тока.
Для обеспечения надежного электроснабжения частного дома необходим резервный источник электропитания. В качестве такого источника может быть небольшой (2-6 кВт) бензо или дизелельный электрогенератор. Введение такого резервного источника электроэнергии резко сокращает стоимость солнечной батареи из-за отсутствия необходимости рассчитывать ее на худшие возможные условия (несколько дней без солнца, эксплуатация зимой и т. п.).
В этом случае в систему также вводится зарядное устройство для быстрого заряда (в течение нескольких часов) аккумулятора от жидкотопливного электрогенератора. Возможно применение блока бесперебойного питания, в котором возможность заряда аккумулятора уже встроена.
Пример комплектации фотоэлектрической системы электроснабжения частного дома.
Рассмотрим пример комплектации фотоэлектрической системы электроснабжения частного дома. На рисунке ниже приведен вариант системы для электроснабжения удаленного жилого дома.
Принимаются следующие исходные данные:
— Суточное потребление энергии 3 кВтч.
— Приход солнечной радиации — 4 кВтч/м2 в день. Это средний приход солнечной радиации для европейской части летом.
— Максимальная пиковая мощность нагрузки — 3 кВт. Можно одновременно включить стиральную машину и холодильник.
— Для освещения используются только компактные люминесцентные лампы переменного тока.
— В пиковые часы (максимальная нагрузка, например, когда включены стиральная машина, электрокипятильник, утюг и т. п.) для предотвращения быстрого разряда аккумулятора включается бензиновый или дизельный электрогенератор.
Генератор также будет включаться при пасмурной погоде, если аккумулятор разряжается до нижнего допустимого напряжения. Возможно включение генератора как в ручном режиме, так и полностью в автоматическом. В последнем случае система также должна включать модуль автоматического запуска и останова генератора, а сам генератор должен быть немного доработан для возможности подключения системы автоматики.
Если необходимо минимизировать время работы жидкотопливного электрогенератора с целью сохранения топлива, солнечная фотоэлектрическая система электроснабжения частного дома будет состоять из элементов со следующими параметрами:
— Пиковая мощность солнечной батареи равна 1000 Вт. Выработка до 5 кВтч в сутки.
— Минимальная номинальная мощность инвертора — 2 кВт с возможностью кратковременной нагрузки до 4 кВт. Входное напряжение 24 или 48 В.
— Аккумуляторная батарея общей емкостью 800 Ач (при напряжении 12 В), что позволяет запасать до 4,5 кВтч электроэнергии при 50% разряде аккумулятора.
— Контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В).
— Дизель или бензогенератор мощностью 3-5 кВт.
— Зарядное устройство для заряда аккумулятора от бензогенератора на ток до 150 А. Может быть встроено в инвертор.
— Кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты и т. п.)
Стоимость такой фотоэлектрической системы электроснабжения частного дома будет довольно высока. Если допустимо увеличение времени работы дизель-генератора, стоимость системы можно снизить за счет его более частого включения.
В этом случае:
— Энергия от солнечной батареи будет использоваться для электроснабжения минимальной нагрузки — освещение, радио, телевизор.
— Генератор будет включаться несколько раз в день, в зависимости от выбранной емкости аккумулятора.
При этом начальная стоимость фотоэлектрической системы электроснабжения частного дома снижается как за счет уменьшения пиковой мощности солнечной батареи, так и за счет снижения емкости аккумулятора.
Такая оптимальная фотоэлектрическая система для электроснабжения частного дома может состоять из следующих компонентов:
— Солнечной батареи с пиковой мощностью 300—400 Вт.
— Инвертора мощностью 2-4 кВт, входное напряжение 24 или 48 В.
— Аккумуляторная батарея общей емкостью 400-600 Ач (при напряжении 12 В).
— Контроллер заряда на ток до 40-50 А (при напряжении 24 В).
— Генератор мощностью 4-6 кВт.
— Зарядное устройство для заряда аккумулятора от бензогенератора на ток до 150 А.
— Кабели и коммутационная аппаратура (выключатели, автоматы, разъемы, электрощиты).
Стоимость такой системы электроснабжения частного дома будет находится в разумных пределах. Однако при этом необходимо учитывать, что возрастут эксплуатационные расходы за счет большего расхода топлива.
По материалам книги «Альтернативные источники энергии и энергосбережение».
