АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ДОМА

В нашей республике нет собственных топливно-энергетических ресурсов в достаточных количествах для того, чтобы удовлетворить потребности страны. Поэтому в основном в Беларуси используется природный газ, который импортируется из Российской Федерации. Основная составляющая теплоэлектростанций в республике работают на природном газе. Он используется в промышленных предприятиях, коммунально-бытовом секторе, а также используется населением для приготовления пищи, отопления.

В последние десятилетия стало распространенным использовать возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Существует так называемый «зеленый тариф» - тариф на покупку произведенной от ВИЭ энергии, созданный для развития использования возобновляемых источников. Данный закон обязывал государство покупать энергию, произведенную возобновляемыми источниками, по повышенному тарифу. Это привело к быстрому росту количества установок ВИЭ в Беларуси.

С быстрым ростом количества установок государству пришлось повысить свои затраты за счет покупки «зеленой энергии», а значит также пришлось бы повышать стоимость товаров и услуг, а также тариф на электроэнергию с увеличением установок ВИЭ в республике, чтобы государству было «по карману» оплачивать подобные установки.

В данный момент все еще существует «зеленый тариф», но для того, чтобы продавать полученную энергию по завышенному тарифу, нужно сначала подать заявку, утвердить количество вырабатываемой электроэнергии, а затем уже тариф на ее продажу. Причем тариф для каждого объекта рассматривается отдельно, к нему же применяются принципы минимизации. Однако для установок, созданных для собственных нужд, установлен понижающий коэффициент 0,7, который при увеличении срока службы будет немного уменьшаться, что невыгодно в случае продажи электроэнергии государству при использовании установки в целях энергетического обеспечения хозяйственной деятельности. А значит, делать бизнес на «зеленом тарифе» как раньше, уже не имеет смысла. Установки с возобновляемыми источниками теперь более актуальны для решения локальных задач, например, обеспечение электроэнергией объектов, находящихся далеко от электросетей. [1]

Согласно информации, содержащейся в государственном кадастре возобновляемых источников энергии, в настоящее время в Республике Беларусь функционирует 232 установки на возобновляемых видах энергии, установленная мощность которых составляет 288,9 МВт. Значительная часть объектов – 156 — работает на энергии древесного топлива и иных видов биомассы, а также на энергии естественного движения водных потоков (38).

Среди возобновляемых источников, используемых в республике, 14 объектов работают на энергии солнца, 14 на энергии биогаза, 7 объектов используют энергию ветра и 3 объекта — энергию тепла земли. 

Перечисленные установки ВИЭ способны сэкономить более 313602,552 условного топлива в год. [2]

Одними из возобновляемых источников энергии являются солнечные панели и коллекторы. Солнечный коллектор – это устройство для сбора тепловой энергии солнца. Солнечная панель – устройство, преобразующее солнечный свет в электрическую энергию.

Солнечные коллекторы вырабатывают тепловую энергию для горячего водоснабжения, отопления, поддержания температуры в бассейнах. А солнечные панели вырабатывают электричество, вследствие чего можно бесплатно им пользоваться, освещать здания и дороги, и даже зарабатывать на продаже электроэнергии по «зеленому тарифу».

Принцип работы установки на солнечных батареях для электропитания бытовых приборов дома изображен на рисунке 1.

Рисунок 1. Система электропитания на солнечных батареях

Электричество, которое вырабатывается установкой, нужно применять по мере необходимости, а значит, полученную энергию нужно где-то хранить. Для этих целей используется аккумулятор.

Если электроэнергии выработалось с избытком, то на этот случай предусмотрен контроллер заряда. Он позволит заряжать аккумулятор требуемым напряжением, а также не разрушить его при превышении требуемого напряжения.

Далее в данной цепи присутствует инвертор. Инвертор – устройство, преобразующее энергию в аккумуляторах в напряжение нужное нам  - 220 В. Также инвертор снабжен функцией переключения питания потребителей с внешней электростанции на внутреннюю. Инвертор должен иметь мощность, превышающую суммарную мощность всех электроприборов, иначе он выйдет из строя.

Вкратце опишем, из чего состоит расчет мощности и количества солнечных панелей для какого-либо объекта. Для начала нужно посчитать, сколько мощности потребляет объект в общем в сутки, отсюда мы и узнаем, на какую мощность должна быть рассчитана установка, чтобы обеспечить электропотребление данного  объекта. Затем нужно прибавить 40% на потери в АКБ и в инверторе и еще 20%, если в системе электропитания будет установлен PWM(ШИМ) контроллер.

Для выбранного объекта  – загородного дома – занесем в таблицу 1 данные о потреблении энергии различных приборов:

Таблица 1.

Потребление энергии электроприборами за сутки

Получается, что за сутки выбранный объект потребляет 38624 Вт/ч электроэнергии, а значит, именно столько должен накапливать массив из солнечных батарей. При расчете берем рабочее время – 7 часов, когда солнце светит лучше всего, тогда в час установка должна воспроизводить 5517,7 Вт.

Далее к результату прибавляем 40% на потери в АКБ и инверторе:

Если в системе установлен PWM контроллер, то

А значит для питания загородного дома летом требуется массив из солнечных батарей мощностью в 9,3 кВт. Чтобы весной и осенью получать достаточно получать достаточно энергии лучше увеличить полученный массив еще на 50%, значит прибавить ≈ 4,7 кВт – получаем массив в 14 кВт. Для зимы в продолжительные пасмурные периоды можно установить дополнительно ветрогенератор мощность также не менее 9,3 кВт.

Далее следует определить, на какое напряжение будет установка. Выбор величины напряжения системы необходим для того, чтобы приборы системы были согласованы по напряжению с инвертором, контроллера заряда. Также от величины выбранного напряжения будут зависеть схемы соединения панелей и аккумуляторов.

Обычно для автономных систем электроснабжения дома выбирается 12, 24, 36 или 48 В. Большее напряжение выбирается, если объект потребляет много мощности, чтобы уменьшить токи в цепях, а значит, использовать кабель меньшего сечения.

Для определения требуемого количества энергии в сутки необходимо значение суточного потребления – в данном случае 38624 Вт/ч разделить на выбранное напряжение системы – 36 В. Результат составит 1073 А∙час.

Входное напряжение инвертора должно соответствовать выбранному напряжению системы – 36 В. Мощность инвертора должна быть не менее суммарной потребляемой объектом мощности, а значит, в рассматриваемом случае мощность инвертора должна достигать не менее 38,6 кВт.

Оптимальный запас ёмкости АКБ – это суточный запас энергии в аккумуляторах. Значит, при полученном суточном потреблении 38,6 кВт∙ч, рабочая ёмкость АКБ должна быть равна полученному требуемому количеству энергии в сутки – 1073 А∙ч. Для определения количества аккумуляторов нужно выбрать конкретную модель, и, в зависимости от характеристик, рассчитать. 

Список литературы:

1. «Зеленый тариф» [Электронный ресурс] / Блог о солнечной энергетике. – 2017. – Режим доступа: https://blog.solarenrg.by/?p=36. – Дата доступа: 09.03.2019.
2. Возобновляемые источники энергии [Электронный ресурс] / БеларусьФакты. – 2017. – Режим доступа: http://belarusfacts.by/ru/belarus/economy_business/key_economic/energetics/. – Дата доступа: 09.03.2019.