Альтернативные источники энергии для дома: солнечные батареи и ветрогенераторы

Наибольшее распространение из альтернативных источников электроэнергии получили солнечные батареи и ветрогенераторы. Обе технологии достаточно хорошо отработаны, цены на оборудование постепенно снижаются, и сейчас, например, солнечный модуль мощностью 200–250 Вт можно приобрести за 15–20 тыс. руб.

Какой и как источник выбрать?

Вначале определитесь с количеством электроэнергии, которое вам понадобится. Собираетесь ли вы построить систему энергоснабжения дома полностью на солнечной или ветровой энергии или использовать её в качестве аварийной системы энергоснабжения? Ведь ценники получаются очень разные. Для аварийной системы (с выходной мощностью 200–500 Вт) достаточно одного-двух солнечных модулей и дополнительного оборудования — всего на сумму порядка 40–50 тыс. руб. А вот полностью перейти на автономное энергоснабжение будет стоить гораздо дороже. Например, система на солнечных батареях с выходной мощностью 2500 Вт обойдётся в 300–400 тыс. руб. Аналогичный порядок цифр и в ценниках на ветрогенераторы.

Непосредственно выбор типа «зелёного» источника зависит от климатических и географических особенностей местности. Скажем, для низкоширотных рай­онов с малооблачной погодой (например, в Крыму) лучше всего подходят солнечные батареи. В открытой местности, на возвышенностях и морском побережье, для которого характерны продолжительные сильные ветры, хорошо зарекомендовали себя ветрогенераторы. На большей части европейской России мало найдётся мест с климатом, идеально подходящим для того или иного типа генераторов электроэнергии. В таких условиях имеет смысл устанавливать оба типа генераторов, которые будут подстраховывать друг друга. Конечно, такая система получается значительно дороже — но что поделать, таковы особенности российского климата.

Солнечные батареи

В настоящее время получили распространение два вида этих устройств: кремниевые и плёночные. Каждый из них подразделяется на типы:

1. кремниевые монокристаллические. Каждый отдельный светоприёмный модуль выполнен на основе пластины кремния, вырезанной из цельного кристалла. Эти батареи отличаются наибольшим КПД (до 22–24 %), но и самой высокой стоимостью;
2. кремниевые поликристаллические. Пластина отдельного модуля имеет структуру, состоящую из нескольких кристаллов кремния, за счёт чего устройство удешевляется примерно вдвое. КПД 13–15 %;
3. кремниевые аморфные. По стоимости процентов на 20 ниже поликристаллических, КПД примерно 6–8 %;
4. плёночные, на основе теллурида кадмия, селенида меди, полимерных материалов и др. Они появились недавно и не получили широкого распространения, но рассматриваются многими производителями как весьма перспективные. КПД и стоимость примерно на 20 % выше, чем у аморфных.

Наибольшее распространение получили сегодня панели поликристаллические и на основе аморфного кремния. Эти модификации проще в изготовлении и дешевле, нежели панели на основе монокристалла, а кроме того, батареям на основе аморфного кремния не требуется прямое облучение потоками солнечного света, они более эффективно воспроизводят электричество при рассеянном освещении и, соответственно, лучше подходят для средней полосы России, где много облачных дней. Для регионов с преобладанием ясной погоды (Крым, Центральная Азия), наоборот, лучше использовать моно- и поликристаллические батареи.

Ветрогенераторы

Ветрогенератор преобразует ветровую энергию в электрическую. Современные модели способны работать уже при небольшом ветре (2–3 м/с), хотя оптимальная скорость ветра для их работы выше и составляет обычно 10–12 м/с. При скорости ветра 3 м/с такой ветрогенератор будет выдавать примерно 5 % мощности от возможной, при скорости 7 м/с — около 50 %. Поэтому при подборе модели генератора необходимо учитывать среднегодовую скорость ветра в вашей местности, этот показатель всегда указывается в описании.

Выбирают ветрогенератор и по величине ежемесячной выработки тока. Вы должны подсчитать, сколько электричества вам потребуется. Скажем, вы решили быть экономными и ограничиться аварийным освещением, работой циркуляционного насоса и возможностью зарядки смартфона или ноутбука. Тогда вам потребуется выходная мощность тока 150–200 Вт, это примерно 50–100 кВт • ч в месяц. Такую выработку обеспечат модели небольшой мощности, их можно приобрести сегодня за 20–30 тыс. руб. А если вам требуется больше энергии, то и ветрогенератор следует выбрать мощнее: модели, вырабатывающие за месяц несколько сотен киловатт-часов, но и цена у них будет выше — 100–150 тыс. руб.

Аналогично производится и расчёт для солнечных батарей. Подсчитывается необходимое количество электроэнергии, и на основании расчёта подбираются модули, чтобы их совокупная производительность с гарантией обеспечивала ваши потребности. Расчёт получается чуть сложнее, так как величина ежемесячной выработки тока сильно меняется от времени года. Летом она максимальная, а зимой едва достигает 10–20 % от летней. Поэтому выбирайте солнечные батареи в зависимости от того, собираетесь ли пользоваться ими только в тёплое время года (в дачный сезон) или круглый год. Кроме того, эффективность выработки сильно зависит от того, насколько удачно вы расположили солнечные батареи. Если их не получилось развернуть в нужном направлении и под нужным углом, то эффективность выработки энергии заметно уменьшится — на 20–30 %, а то и больше. Поэтому лучше, чтобы расчёты по требуемой производительности батарей с учётом места их расположения делал специалист.

Примерная схема гибридной ветро-солнечной инсталляции

Сравнительные преимущества и недостатки солнечных кремниевых батарей 

Где и как устанавливать батареи и ветрогенераторы

Солнечные батареи должны располагаться по мере возможности так, чтобы на них отвесно падал солнечный свет. В Северном полушарии солнечные батареи разворачивают в южном направлении, под наклоном, соответствующим географической широте. На практике солнечные батареи обычно устанавливают на южном склоне крыши. Если такой возможности нет, то батареи размещают в менее выгодном положении, при этом в расчёт производительности следует внести корректировки. Возможно, потребуется увеличить количество модулей.

Хорошо, если у вас останется запас по монтажной площади, на которой в дальнейшем можно будет установить дополнительно один или несколько модулей. Потому что рано или поздно вам придёт в голову мысль, что неплохо бы увеличить производительность системы.

Солнечные панели нужно устанавливать так, чтобы их можно было обслуживать. Это касается не только ремонтных работ, но и чистки — её надо производить регулярно, убирая с панелей опавшую листву, пыль и грязь. Особенно важна доступность панелей при круглогодичном использовании из-за необходимости их чистки от снега.

Ветрогенераторы рекомендуется устанавливать на самом высоком участке местности. Не стоит экономить на мачте: на высоте 8–10 м сила ветра возрастает примерно на 30 %. Ветряк при работе может шуметь, поэтому лучше устанавливать его не ближе 20 м от дома. К счастью, низкочастотные шумы, влияющие на здоровье и животный мир, производят только ветрогенераторы очень больших мощностей — от 100 кВт и выше. Поэтому лёгкие и маломощные модели ветрогенераторов иногда устанавливают и на крышах зданий, и для таких случаев желательно использовать демпфирующие подкладки.  

Ветрогенераторы особенно хорошо зарекомендовали себя на северных российских землях (в Приполярье и Заполярье), где, как правило, дуют достаточно сильные среднегодовые ветры (выше 7 м/с).

Дополнительное оборудование

Помимо генераторов тока (ветрогенератора или солнечной батареи) вам потребуются:

1. Инвертор — преобразует постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей или аккумулятором, в переменный ток мощностью 220 В.
2. Аккумуляторные батареи (АКБ). В них накапливается запас электроэнергии на случай пикового потребления или для той ситуации, когда генератор не вырабатывает ток (например, солнечные батареи ночью).
3. Контроллеры заряда — устройства, отвечающие за направление потоков электроэнергии, вырабатываемой генератором. Без них генератор придётся вручную отключать от АКБ на каждую ночь и в конце каждого заряда. Кроме того, контроллеры повышают эффективность работы генератора на 30–50 %.
4. Крепление генератора. В случае с ветрогенератором это мачта высотой 8–10 м. Для солнечных панелей это  кронштейны для установки на крыше либо отдельно стоящие конструкции.

Как показывает практика, за комплект оборудования придётся заплатить примерно столько же, сколько за генератор. 

• Источник: Журнал «Идеи вашего дома»№227