Использование альтернативных источников энергии становится всё более популярным, а среди методов получения нетрадиционной энергетики выходят на новый уровень ветровые и солнечные электростанции.
Ещё в прошлом веке технологии получения электричества из возобновляемых ресурсов были весьма сомнительными и малоэффективными, а ветряки ещё и издавали много шума, то сейчас инновационные технологии позволяют полностью перейти на сторону экологичной энергетики без всяких неудобств.
Современные установки отвечают требованиям в вопросах габаритов, мощности и дизайна, делая нетрадиционные источники по-настоящему прогрессивным выбором. Что же лучше ветрогенератор или солнечные батареи для дома?
Сравнительная характеристика ветровых и солнечных электростанций
1. Рациональность покупки.
Ветрогенератор для дома – отличная идея, но только в случае, когда в вашем регионе имеются сильные ветра. Предпочтительно устанавливать ветряки в частных домах, фермах в степовой или приморской зоне, где скорость ветра обеспечивает эффективность установки. При этом, маленький ветряк может вполне обеспечить работу небольших электроприборов, а турбина способна генерировать столько электричества, что хватит для удовлетворения потребностей нескольких домов.
Солнечные батареи для дома – непривередливые конструкции, которые можно устанавливать при любом климате, хотя чем жарче, тем эффективнее будут работать панели. В отличии от ветряка, который работает только в момент наличия ветра, солнечные модули способны собирать энергию даже при пасмурной погоде.
Небольшие, портативные солнечные батареи весьма удобны для обеспечения работы небольшой техники, а вот система из нескольких модулей способна дать энергетическую независимость для частного дома или квартиры.
2. Стоимость конструкции.
Раньше ветровые электростанции стоили на порядок дешевле солнечных батарей, но теперь всё кардинально переменилось. Мощная установка солнечных модулей имеет тенденцию к спаду цен и при этом её намного проще монтировать и эксплуатировать, к тому же срок работы намного выше, чем у ветряков.
Таким образом, солнечная энергия выгоднее ветровой, но это не касается случая, когда турбины устанавливаются в местах с сильными ветрами – такие конструкции очень мощные и быстро окупают себя.
3. Окупаемость.
Ветровые электростанции – довольно дорогое удовольствие, так как помимо основных элементов зачастую приходится дополнительно тратить деньги для строительства башен для турбин и другие причины.
Если регион не подразумевает сильных и частых ветров, то может случиться и так, что мощная конструкция изживёт своё за 20 лет, так и не окупив тех средств, что были на неё затрачено.
Солнечные электростанции изначально стоят намного меньше, но и эффективность их работы слегка проигрывает. Несмотря на это, солнечные модули могут работать даже ночью или в пасмурную погоду, что позволяет вырабатывать больше электроэнергии. Учитывая долгий срок эксплуатации и возможность воспользоваться таким проектом, как зелёный тариф для солнечных батарей, модули окупаются в среднем за 10 лет.
Сравнивая ветряки и солнечные модули, можно прийти к выводу, что для частных домов и квартир энергия солнца будет более уместна, а владельцы ферм, плантаций и других значительных площадей могут комбинировать эти источники энергии и получать двойную выгоду.
Сегодняшнюю статью меня побудило написать то обстоятельство, что время от времени упорно продолжает звучать вопрос: Что лучше использовать как альтернативный источник электрической энергии, ветрогенератор, солнечные батареи? Уверен, тем кто уже относит себя к “альтернативщикам” с опытом подобный вопрос “режет слух”.
Действительно, чтобы чувствовать ответ на него следует хотя бы пару лет пособирать по крупицам такие желанные Ватты. А говоря серьезно, это равносильно вопросу: Что лучше использовать гидроэлектростанцию или теплоэлектростанцию? Там, где есть река и её поток обеспечивает возможность использования гидроэлектростанции, выбор очевиден хотя бы потому, что её киловатт будет дешевле. Ну а там, где нет реки, остается ставить теплоэлектростанцию.
Разумеется каждый из вариантов способен удовлетворять выполнение поставленных задач при определенных специфических условиях. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые мы вынуждены учитывать при выборе одного, более соответствующего нашим требованиям и замыслам.
В равной степени это относится и к выбору ветрогенератора или солнечной батареи. Там, где объекты открыты, как говорится, всем ветрам, напрашивается использование ветрогенератора. Но, по большому счету, это не исключает возможности использования домашней электростанции на солнечных батареях.
Более того, эту особенность альтернативных источников следует использовать себе на пользу. Что я имею в виду? Предположим вы собрались обеспечивать себя электроэнергией от альтернативного источника в районе систематических и регулярных ветров. Выбор ветрогенератора или ветрогенераторов (вопрос о количестве, это отдельный вопрос) для вас очевиден. Согласен с вами и я. НО!
Обязательно, рассмотрите вариант использования и солнечной батареи тоже. В каком уж процентном соотношении распределить общую мощность между ними это дело расчета. Важнее другое, следует учесть, что если в вашем районе присутствует сезонность, значит без сомнения будут периоды, когда производительность ветрогенератора значительно снизится, но в этот же период повысится производительность солнечной батареи. Тем самым исключив из всего периода вашего электропотребления сезонный провал.
Это же можно отнести и к районам с преимущественным солнечным излучением. Не рассматривать использование ветрогенератора вообще было бы по меньшей мере нерентабельно.
Другими словами, целесообразно использовать ветрогенератор, солнечные батареи совместно. В средней полосе России летом основная нагрузка ложится на солнечные батареи. Это и понятно. Световой день длиннее, солнце выше. Весной же и осенью, если не брать в расчет мартовские отражения от снега, тем более зимой, листвы на деревьях нет, пространства для ветра открыты. Тут-то ветряк становится Королем.
Я всегда отдавал свои предпочтения солнечным батареям. Бесшумные труженицы. Ломаться нечему, нет механических вращающихся частей. Тем не менее, я никогда не стану советовать ограничиваться лишь солнечными батареями. Допускаю, что могут быть районы, где целесообразно использовать только либо ветрогенератор, либо солнечные батареи. Но это скорее исключение, чем правило.
Скачки напряжения в сети и перебои с поставкой электроэнергии способны доставить много хлопот владельцам отдаленных загородных домов или даже парализовать работу фермерского хозяйства, находящегося на отшибе. Покупка отдельных ИБП для циркуляционного насоса, компьютера, котла, кондиционера и холодильника может решить проблему, если электричество включат в течение часа. Отсутствие напряжения в сети в течение суток грозит глобальной катастрофой на местном уровне. Домовладельцы поневоле задумываются о приобретении автономного источника энергии. Дизельный или бензиновый генератор не стоит даже рассматривать ввиду дороговизны топлива, необходимости постоянного пополнения запасов и чрезвычайной опасности пожара. Остается сделать выбор между ветряной и солнечной электростанцией. Изучив требования к установке, особенности монтажа и обслуживания, возможные проблемы и пути их решения и сопоставив с вашими запросами и местными условиями, можно принимать окончательное решение о целесообразности использования силы ветра или энергии солнца в каждом конкретном случае.
Стоимость оборудования
Для монтажа автономной бытовой электростанции, кроме солнечных панелей и генератора с лопастями понадобится следующее:
- инвертор;
- контроллер;
- аккумуляторные батареи.
Стоимость приобретения и монтажа всего комплекса оборудования при установленной мощности в 20 кВт приблизительно будет равна. Цена ВЭУ будет меньше, однако ее установка обойдется дороже, чем инсталляция солнечных батарей. Существуют сотни вариантов комплектации солнечной и ветряной электростанции для бытового пользования. Однако можно смело сказать, что за 2 миллиона рублей можно заказать «под ключ» современную электростанцию, использующую силу ветра или энергию солнца. Говорить о стоимости 1 кВт в автономной системе некорректно, так как вопрос стоит о наличии или отсутствии электричества.
Срок эксплуатации солнечных панелей больше приблизительно на 10 лет. Окупаемость проекта рассчитать будет проще, если вы имеете приносящее доход приусадебное хозяйство, наладить которое было бы в принципе невозможно без электричества.
Предварительные изыскания и консультации
На установку ветряка должны дать согласие соседи. Данное требование может остановить работы еще в самом начале. Обычно на монтаж ВЭУ решаются домовладельцы, живущие на окраине населенных пунктов и имеющие земельные участки более 1 га, что позволяет не спрашивать мнение односельчан. В любом случае не получиться избежать проведения экологической экспертизы, так как лопасти генератора потенциально опасны для гнездящихся в вашем районе птиц.
Лучше всего устанавливать оборудование на вершине холма, даже если он находится в некотором отдалении от дома и хозяйственных построек. Для изучения ветрового потенциала необходимо предварительно получить данные с предполагаемого места монтажа оборудования. Так как лопасти ВЭУ должны находиться на высоте 25-35 метров, необходимо построить стальную мачту. После получения от специалистов проекта фундамента, можно начинать бурить отверстия. Арматурные каркасы готовятся на поверхности и опускаются перед заливкой бетона. Расчет количества раствора очень важен, потому что весь монолитный слой должен укладываться единовременно. Столь строгие требования связаны с тем, фундамент будет нести значительные нагрузки. Мачта монтируется на болтовых соединениях. На ее вершине устанавливается свободно вертящийся по принципу флюгера анемометр. С момента подключения к компьютеру станции наблюдения за ветром должен пройти 1 год, чтобы получить заключение об экономической целесообразности монтажа ВЭУ. В случае негативных выводов, мачту можно разобрать и продать, а на фундаменте построить подсобное помещение.
Для установки солнечных панелей необходимо выделить участок земли площадью около трех соток, позволяющий расположить каркас, ориентированный строго на юг. Крепить батареи на крыше, располагая свободным пространством во дворе, не имеет смысла. Это обойдется дороже и внесет дополнительные сложности в решение проблемы разворота панелей вслед за изменяющейся траекторией движения солнца по небосклону. Следует заметить, что неправильный угол наклона рабочей поверхности снижает эффективность работы батарей на 30%.
Монтаж оборудования
Установка ветровой электрической установки осуществляется на построенную ранее мачту при помощи крана с телескопической стрелой, длина которой 40 метров. Все работы должны проводиться специализированной организацией, которой дилер дал разрешение устанавливать свое оборудование. Кроме лопастей и генератора на вершине мачты будут установлены датчики направления ветра и электромеханический привод, который предназначен для разворота рабочей части в нужном направлении.
Монтаж солнечных панелей начинается с заливки столбчатого фундамента. К закладным металлическим деталям приваривается швеллер высотой около 2,5 метров. При помощи лазерного уровня размечается точка крепления поворотного каркаса. Монтаж автоматического поворотного механизма будет означать для вас удорожание проекта на 30-40 процентов. В бюджетных бытовых электростанциях угол наклона регулируют вручную, выставляя опорный рычаг на одно из четырех положений в зависимости от времени года. На металлический каркас навешиваются солнечные панели и закрепляются при помощи болтов и гаек. При монтаже конструкции необходимо предусмотреть аварийное положение, в котором она закрепляется в случае объявления штормового предупреждения. Огромная парусность солнечных панелей является серьезной проблемой, поэтому все работы должны осуществляться в полном соответствии с проектом. Вдоль ряда столбов нужно выкопать траншею, куда будет уложен силовой кабель, ведущий к инвертору.
Принцип действия и обслуживание
Благодаря своим аэродинамическим особенностям лопасти ветряной турбины максимально используют силу ветра для вращения. Внутри турбины электромагнитная система преобразует эти вращательные движения в электричество. Поворот лопасти приводит в движение центральную ось, которая соединена с ротором внутри генератора. Магниты, закрепленные по окружности, создают движущееся магнитное поле. Подчиняясь законам физики, электроны в катушках стартера также приходят в движение. Возникает переменный ток.
Техническое обслуживание генератора осуществляется в среднем один раз в год. Оно включает в себя тестирование всех систем и проверку износа механических деталей. Необходимо периодически менять подшипники и смазывать трущиеся части.
Чем сильнее ветер, тем быстрее вращаются лопасти, и больше вырабатывается энергии. Однако при скорости воздушных потоков, превышающей 40 метров в секунду, ВЭУ должна прекратить выработку электроэнергии. Лопасти автоматически переводятся в аварийный режим. Покупка блока управления и системы приводов на случай урагана увеличат сумму сметы, однако рисковать не стоит, даже если в вашей местности смерчи — крайне редкое явление.
Фотоэлектрические панели не имеют трущихся механических частей. Солнечный свет, проникая через первый «дырочный» слой кремния или перовскита, "отрывает" электроны внутри второго слоя материала. Возникает электрическое напряжение.
Учитывая вышеизложенное, все обслуживание должно сводиться к регулярной очистке внешней поверхности от пыли и грязи. Так как каркас установлен на земле, сделать это будет несложно. Манипуляции лучше проводить не реже одного раза в неделю. Учитывая площадь панелей, время уборки не будет превышать 1 час.
Одной из главных проблем эксплуатации солнечных батарей является снижение их эффективности при перегреве рабочей поверхности. Каждый градус нагрева фотоэлемента снижает его отдачу на 1-2%. В последнее время достаточно востребованы на рынке пленки, которые пропускают внутрь панели только фотоны света, не позволяя инфракрасному излучению нагревать кремний. Однако высокая стоимость этих современных покрытий ставит под вопрос экономическую целесообразность их применения.
Познакомившись с особенностями монтажа, эксплуатации и обслуживания ветровой и солнечной электростанции, вы должны ответить на 4 вопроса:
- Есть ли на вашем участке место, соответствующее описанным требованиям?
- Готовы ли вы мириться с шумом, производимым вращающимися лопастями?
- Сколько будет стоить ежегодное сервисное обслуживание оборудования в вашем районе?
- Какая электростанция больше соответствует климатическим особенностям данной местности?
Установив рядом с усадьбой автономную электростанцию, вы перестанете зависеть от перебоев в централизованном энергоснабжении и обеспечите бесперебойное питание для котла, циркуляционного насоса и всех систем жизнеобеспечения.
