Способи організації автономного енергопостачання для житла через ВДЕ

02 вересня 2022

Короткий посібник для тих, хто планує інвестувати в енергетичну безпеку та економію споживання енергії

Системи, що генерують електричну енергію і тепло, дедалі більше зосереджуються на малих джерелах, залучаючи звичайних споживачів до ринку енергетики.

Раніше, у 90-х, енергетичне забезпечення ґрунтувалося на великих електростанціях. З початку 2000-х, через збільшення споживання енергії, зростання інтересу до змін клімату та впровадження більш доступних технологій, відбулися суттєві зміни в підходах до енергозабезпечення. Технології, випробувані в Україні, включають дахові сонячні електростанції, вітрові електростанції, теплові насоси та котли, які використовують місцеву біомасу для генерації тепла та електричної енергії.

У контексті військових дій, наявність локальних енергетичних потужностей підвищує стійкість і виживання окремих домівок та громад. Загроза відключення електро- і газопостачання залишається актуальною. Які відновлювальні джерела енергії можна впровадити у приватних будинках?

Сучасні екологічні технології для будинків

1. Електростанції

Електростанції малого масштабу, такі як вітрові (ВЕС) і сонячні (СЕС). Кожна станція складається з трьох частин: генератора, інвертора та резервуару для акумуляторів. У СЕС паперові панелі, головним чином кремнієві, є генератором, а у ВЕС це вітровий генератор.

У залежності від обсягу капіталовкладень, більшою мірою використовують сонячні електростанції, оскільки вітрові потребують значніших витрат. Проте, вони можуть доповнювати одна одну. При розрахунках потужності станцій, які ви плануєте для особистих потреб, важливо зрозуміти, що максимальна проєктна потужність досягатиметься лише в ідеальних умовах: із безпосереднім сонячним світлом або стабільним вітром. В умовах хмарності та безвітря імпульси можуть знижуватися у десять разів. Тому СЕС і ВЕС, щоб компенсувати нестачу в постачанні, часто доповнюються акумуляторами, здатними віддавати енергію в ці моменти.

Фактична вихідна потужність сонячних панелей змінюється в ясний сонячний день та похмурий. Тобто, якщо ви встановите 10 кВт панелей, не варто очікувати, що вони завжди будуть видавати максимальну потужність.

Приватна сонячна електростанція (СЕС). Найкраще комбінувати гібридну сонячну станцію з окремою мережею. Гібридна СЕС гарантує енергетичну незалежність об'єкта та можливість продавати надлишкову енергію через «зелений» тариф. Вона підходить для будинків із постійним або сезонним проживанням.

Мережева СЕС, в свою чергу, не має акумуляторів і функціонує тільки в зв'язці з зовнішньою мережею. Слід зазначити, що мережева СЕС є найвигіднішою з точки зору повернення інвестицій.

Таке поєднання дає змогу мати безперервне електропостачання протягом восьми місяців на рік. Проте, восени і взимку сонячні панелі не може задовольнити всі потреби сім'ї в теплі.

Панелі не обов'язково розміщувати на даху. Можна збудувати опору з дерева, піднявши над землею хоча б на півметра, щоб уникнути заметів. Це дасть можливість швидко розібрати конструкцію у надзвичайних ситуаціях, або коли ви вирішите взимку підключити додаткову генерацію, окрім дизель-генератора. Це актуально також для електроенергії загального користування.

Вітряна електростанція (ВЕС). Для того щоб вітрогенератор працював належно і забезпечував потрібну енергію, слід коректно визначити параметри потужності. Наприклад, при паспортних 2-3 кВт у нормальних вітрових умовах (властивих нашій географії) вітрогенератор продуктивний в межах 200-300 Вт. А 2 кВт він, швидше за все, досягне лише напередодні урагану.

Оптимальним варіантом для домашнього використання буде комбіноване рішення – фотоелектричні панелі та вітрогенератор.

Для автономного та додаткового електропостачання домашніх господарств і невеликих об’єктів характеризуються вітроенергетичними установками малої потужності до 10-20 кВт.

2. Тепловий насос

Тепловий насос дозволяє використовувати безкоштовну енергію навколишнього середовища для опалення та нагріву води. Він складається з конденсатора, дросельного клапана або детандера (теплового двигуна), випарника, компресора, терморегулятора та холодоагенту.

Помпи працюють у режимах "повітря-вода" або "грунт-вода" (другий має більший коефіцієнт корисної дії, адже на 1 кВт електрики можна отримати 4-5 кВт тепла).

Один з датчиків терморегулятора рекомендують розмістити на зовнішній стіні будівлі, а інший — у центральному приміщенні. Тепловий насос обробляє інформацію з обох датчиків і регулює температуру до заданого вами значення. Така конструкція дозволяє повністю відмовитись від газу для обігріву житла, адже він підігріває воду, яку можна використовувати для системи гарячого водопостачання та обігріву.

Експерти радять комбінувати сонячні колектори та насос у компактну систему. У такій конфігурації тепловий насос призначений виключно для опалення, а воду нагрівають колектори.

Сонячні колектори функціонують за принципом перетворення сонячної енергії в теплову завдяки підігріву і циркуляції води. Пристрій складається з самого колектора, теплообмінного контуру та акумулятора тепла (водяного бака).

Цей варіант дозволяє суттєво зменшити залежність від газового опалення, одночасно забезпечуючи постійну наявність гарячої води і невелике навантаження на котел.

3. Резервні котли для опалення

Опалювальні котли забезпечують автономне теплопостачання шляхом спалювання біомаси у випадках, коли зовнішні газові або електричні мережі недоступні чи економічно невигідні.

Сучасні котли працюють на різних видах місцевого пального: вугіллі, дровах, щепі (пресованих пелетах і брикетах), хмизі, залишках сільськогосподарських рослин, паперових відходах, але найбільш вигідним є використання щепи.

Запроваджуються комбіновані котельні, в яких основне теплове навантаження забезпечується біокотлами, а "пікове" навантаження (в періоди морозів) — котлами на природному газі. Такі рішення вже реалізуються на рівні міст, як, наприклад, у Рівному.

Основна перевага котлів, що працюють на місцевих видах пального, полягає у їхній низькій вартості у порівнянні з природним газом. Крім того, такі котли є безпечніше для здоров’я на відміну від спалювання вугілля чи газу.

Важливо звертати увагу на котли з технологією подвійного допалювання, яка забезпечує більше повне згоряння СО₂. Ця система включає вторинну подачу повітря в камеру згоряння через окремий канал. Такий котел має кращий ККД і є більш екологічним.

Для котлів є вкрай важливі гарантія від виробника, правильний монтаж і відповідне паливо. Не слід економити на димоході; він має бути якісним, щоб уникнути витоків диму. Котел повинен перебувати в окремому нежитловому приміщенні.

Рекомендації з технічних аспектів:

Інвертор – незамінний елемент побутових електростанцій. Він перетворює постійний струм на змінний, регулюючи напругу. У поєднанні з акумуляторними батареями (АКБ) інвертор забезпечує безперебійне живлення для пристроїв, які до нього підключені. АБК і генератори виробляють DC, а інвертор перетворює його на AC 220V для споживання.

При цьому АКБ варто періодично заряджати від гібридної СЕС або ВЕС, та чи не забувати про генератор, коли рівень заряду знижується нижче певної позначки.

Рекомендується обрати гібридний інвертор, який дозволяє в подальшому розширити вже наявні потужності СЕС, додаючи певну кількість панелей чи вітрогенератор, які забезпечать додаток до генерації електрики.

Батарея акумуляторів і контролер – це компоненти, які дозволяють зберігати баланс між споживанням і генерацією. Контролер забезпечує належне електроживлення для дому на мінімально комфортному рівні (для холодильника, насоса води, освітлення, ноутбука). Рекомендується приділити належну увагу розробці контролера з метою точного розрахунку споживаного електричного навантаження, оскільки споживання в побуті може бути дуже нерівномірним (пікове значення може перевищувати середнє у 100 разів).

У практичному аспекті це виглядає так: коли баланс між виробництвом та споживанням електроенергії у домогосподарстві є зривом, у кращому випадку відбуваються значні стрибки напруги. Якщо навантаження перевищує генерацію, електроприлади «загаснуть», або «стрибатимуть» напруга, якщо ситуація протилежна.

Саме в цій проблемі важко обійтись без батареї акумуляторів. Оптимальна загальна ємність одного акумулятора – від 800 Ам/год. Експерти радять надавати перевагу літієвим акумуляторам, оскільки звичайні автомобільні служать лише рік.

Енергоефективність

Головна особливість автономного енергозабезпечення полягає в постійному контролі обсягу електроенергії, яку ви отримуєте і витрачаєте, тобто важливий баланс між споживанням і генерацією. Для цього, крім наявності акумуляторів, варто приділяти увагу енергоефективності вашого домогосподарства.

Експерти радять правильно прорахувати необхідну потужність для роботи в автономному режимі.

Побутова техніка за важливістю:

1. Надзвичайно важливі електроприлади: аварійне освітлення, охоронні та пожежні системи, електронні замки, автоматичні котли опалення, насоси для свердловин тощо. Повноцінна робота таких пристроїв вимагає безперебійного електроживлення, що необхідно забезпечити за допомогою резервних джерел.

2. Прилади, що створюють комфорт в житті: основне освітлення, кондиціонери, кухонна техніка тощо.

3. Електроприлади, без яких можна обійтись: наприклад, «тепла підлога», локальне освітлення, настінні інфрачервоні панелі тощо.

Щоб уникнути перевантаження енергомережі та можливих відключень, рекомендується не вмикати одночасно пральну машину, пилосос, посудомийну машину, праску чи духову шафу (замість цього скористатися мікрохвильовкою).

Якщо ви живете у будинку з індивідуальним тепловим пунктом (ІТП), його належне налаштування професіоналом допоможе зекономити 5-30% тепла.

Цю публікацію підготовлено за фінансової підтримки Європейського Союзу у рамках проекту "Інтеграція сталого розвитку в Україні згідно з Європейським зеленим курсом". Інститут реалізує консорціум громадських організацій: "DiXi Group" (координатор), Ресурсний аналітичний центр "Суспільство і довкілля", Асоціація "Енергоефективні міста України", "Українська академія лідерства", "Жіночий енергетичний клуб України", "ДЗИГА", "ПЛАТО".
Зміст даної публікації є виключною відповідальністю ГО "ДІКСІ ГРУП" і не може відображати позицію Європейського Союзу.

Теги:Поділитись