Автономный дом | Солнечные батареи. Ветрогенераторы

Свежий воздух, размеренная жизнь на лоне природы, тишина - то, к чему стремятся перебирающиеся за город красноярцы. Но вместе с тем они могут получить то, чего и не искали: недостаток мощности и скачущее напряжение в сети. Удивляться тут нечему, ведь при строительстве пригородных подстанций никто не загадывал, какое количество населения через несколько лет они будут обеспечивать электричеством. Частично или полностью решить эти проблемы призваны автономные системы, самостоятельно снабжающие дом или коттедж электричеством и теплом.

В пригороде Красноярска коттеджи с недостающей электрической мощностью не такая уж редкость. Обитатели этих усадеб с едва горящей лампочкой изо дня в день вынуждены решать одну и ту же нехитрую задачу - выбирать, какой из приборов включать в конкретный момент времени: чайник, утюг или микроволновку. Оказавшимся в такой ситуации, конечно, не позавидуешь. Они могут годами ждать строительства обещанной подстанции, время от времени предпринимая попытки его ускорить. Или пойти другим путем: не дожидаясь милости от властей, установить систему автономного получения электричества и тепла. Разнообразных вариантов альтернативной энергетики масса - только выбирай. К услугам самостоятельных домовладельцев солнечные батареи, ветрогенераторы и тепловые насосы.

Насколько задействовать природные ресурсы при обеспечении дома светом и теплом - решать собственнику. Во первых, автономная система может стать дополнительным источником энергии и тепла при существующем централизованном электроснабжении. Тогда в систему ставится автомат включения резерва, задача которого распределять нагрузку между двумя источниками электроэнергии - центральным и автономным. "Нарастив" таким образом общую мощность энергосистемы дома, можно раз и навсегда решить проблему со скачущим напряжением.

Во вторых, на дублирующее снабжение от автономной системы из соображений экономии стоит переходить владельцам больших коттеджей, отапливаемых электричеством.
И, наконец, в третьих, - выбрать полную автономность от центральных сетей. Установить на участке систему из ветряка и солнечной батареи полностью переключиться на автономное снабжение и получив коттедж, который будет самостоятельно обеспечивать свои потребности в электроэнергии и тепле.

Плата за самостоятельность

Как и всякая сложная техника, покупка теплового насоса, ветряка и солнечной батареи потребует от владельцев солидных первоначальных затрат. Экономия придет потом. Сравнивать эффективность получения электричества от любого из существующих автономных источников и из центральной сети невозможно в принципе. Понять, в чем эта разница состоит, можно на примере двух владельцев, один из которых поставил в дом автономную систему, а второй пошел по проверенному годами пути - установил в коттедже централизованное электроснабжение от сети. Первый отдаст деньги при покупке солнечной батареи и ветрогенератора, но через несколько лет, когда экономия от их использования покроет сумму первоначальных расходов, перестанет тратиться на электричество. В отличие от него, собственник дома, "питающегося" от сети, сначала заплатит за подключение и прокладку кабеля, после чего будет продолжать оплачивать счета от энергетиков. Если для первого владельца загородного дома примерно через три года (таков срок окупаемости автономной системы при большой нагрузке) энергия станет бесплатной, то для второго этот момент не наступит никогда, и через год, и через три, и через десять лет он будет также платить за электричество.

Чтобы подключить дом к центральной сети понадобится заплатить энергетикам за подключение каждого киловатта 15 600 рублей, что в среднем при мощности в 20 кВт составит примерно 300 тысяч рублей. Кроме того, от владельца коттеджа потребуется выполнение технических условий, что выражается в необходимости проложить трассу и оплатить за собственные деньги установку трансформатора. А если вы решили построить дом там, где электричества вовсе нет? Тогда другого выхода, кроме как перейти на самообеспечение светом и теплом из альтернативных источников, у вас не просто нет.

Энергия ветра и солнца

Самый распространенный способ получения альтернативной электроэнергии - использование энергии солнца и ветра. Брать электроэнергию от природы принято у рачительных европейцев. В Европе владельцы домов с альтернативным электричеством, не тратящие дорогие невозобновляемые ресурсы, вправе рассчитывать на налоговые льготы от государства. Число переходящих на самообеспечение собственников ежегодно растет, а воодушевленные этими цифрами правительства строят планы по переводу на природную энергию всей страны.

У нас на преимущества автономных систем обратили внимание в конце 70 х гг. Но стоило начать разработки и создать два специализированных института, как программу тут же прикрыли. Кто-то решил, что в стране, где хватает дешевых источников электроэнергии, тратить деньги на получение энергии альтернативной нет смысла. Поэтому альтернативная энергетика у нас удел частников, и то не всех, а тех, кто умеет считать деньги и не хочет зависеть от энергетиков.

Заново достоинства природных источников электроэнергии открыли для себя жители южных районов. Получать электроэнергию от солнца здесь стремятся не только владельцы частных домов: в столице Кубани административное здание с работающей на крыше солнечной батареей обычное явление. Красноярску, конечно, не сравнится с Краснодаром по числу солнечных дней в году, но обрести полную независимость от центральной сети можно и у нас. Естественно при условии, что автономная система будет создаваться с поправкой на сибирский климат.

Летом солнечного света в Сибири достаточно, чтобы дом полностью "питался" от солнечных батарей. Поглощаемая ими солнечная энергия сначала накапливается в аккумуляторе и лишь затем подается в энергосистему дома. Присутствие в системе аккумулятора гарантирует, что ток к домашним приборам будет поступать в любое время, независимо от того, светит ли за окном солнце или идет дождь. В пасмурный день за обеспечение энергией дома отвечает накопленный резерв. Заряда аккумулятора средней солнечной батареи мощностью 10 кВт хватит на 6 часов непрерывной работы.

Солнечная баратея размером 65см на 100 см имеет мощность 150 160 Вт и стоит 12 тысяч рублей. Для обеспечения дома электроэнергией, достаточной для освещения и работы приборов, нужно соединить 8 10 таких модулей. Вообще, чтобы обеспечить энегосистему дома мощностью 1, 5 кВт, достаточно солнечной батареи мощностью в 1 кВт. Разница возникает из за буферного режима, в котором работает система: сначала энергия накапливается в аккумуляторе. Вновь поступившую энергию вместе с уже накопленной аккумулятор подает в виде тока к домашним приборам.

В отличие от солнца, не балующего сибиряков своим теплом, ветра у нас дуют весь год. Поэтому зимой основным поставщиком электроэнергии вместо батареи становится ветрогенератор. По данным мониторинга, который проводят фирмы поставщики автономных установок, абсолютно безветренная погода случается в Красноярске не чаще двух дней в году, причем длится полное безветрие два - три часа. Беспокоиться владельцам не о чем, в это время обеспечивать дом электричеством будет накопленный в аккумуляторе резерв. Модели ветрогенераторов подбирают с расчетом на ветровую нагрузку в нашем регионе. Чтобы заставить турбину работать, хватит ветра скоростью 2, 5 3 м/с.

Представление о том, что ветрогенераторы, которые вырабатывают электроэнергию при помощи вращения лопастей, при работе шумят, действительности не соответствует. На самом деле шумно работают лишь гигантские скоростные турбины, которые снабжают электричеством целые города. Ветряки, призванные обеспечивать электроэнергией коттеджи, тишины не нарушают. Производимый при их работе звук не поднимается выше 30 децибел, так шумит листва в лесу. Некоторые модели, вроде ветряка "Виспер", при мощности в 10 кВт работают еще тише остальных, за что и получили свое название (whisper - по английски значит "шепот"). Чтобы оградить владельцев коттеджа и от этого звука, ветряк ставят на небольшом удалении от дома.

Готовить специальную площадку для солнечной батареи нет необходимости, обычно место для нее оставляют на крыше, а если коттедж в течение дня хорошо освещен, то батареи крепятся прямо на фасаде. А мачта, на которую крепится ветряк, не должна подниматься выше чем на 10 метров, чтобы не создавать угрозу пролетающим вертолетам.

Чтобы на собственном опыте убедиться в преимуществе получения энергии альтернативным путем, специалисты советуют владельцам коттеджей для начала подключить автономную систему параллельно с уже существующим в коттедже электроснабжением от сети. Тогда электрический котел сможет работать от централизованной сети, а все освещение вместе с домашними приборами - от автономной системы. Такое комбинированное электроснабжение и поможет сэкономить, и защитит технику от перепадов напряжения. Чтобы полностью перевести дом на самообеспечение, достаточно просто "нарастить" мощность системы, увеличив число батарей и поменяв ветряки на более сильные.

Сколько стоит стать энергетиком?

Расходы владельца коттеджа при переходе на автономную систему будут складываться из затрат на разработку ее проекта, покупку оборудования и проведение монтажа. Цену самой автономной установки, определяет необходимая нагрузка. Ее нетрудно определить, если сложить электропотребление всех приборов в доме. В среднем, чтобы обеспечить коттедж мощностью в 20 кВт, мощность ветряка должна быть 10 кВт, мощность солнечной батареи может быть чуть меньше - 8 9 кВт. При покупке системы за каждый киловатт электроэнергии, который должен вырабатывать ветрогенератор, нужно отдать 1000 долларов, цена электричества, полученного от солнечной батареи, немногим дороже - 1200 долларов за кВт.

Другой фактор, определяющий мощность установки (и соответственно ее цену) - местоположение коттеджа. Чтобы обеспечить электричеством усадьбу, стоящую на площадке, открытой всем ветрам, достаточно недорогого двухлопастного ветряка с диаметром винта 2, 5 м. Коттеджу, расположенному в лесу, вырабатывать электроэнергию поможет большая ветротурбина, винт которой в диаметре может доходить до 11 м, а мощность до 50кВт. Ставить более или менее мощный ветряк, двухлопастной или трехлопастной, с одним большим винтом или несколькими маленькими, всегда решает специалист, выезжающий на место.

В каждом конкретном случая расходы определяются особенностями проекта. Поэтому установка автономной системы из ветрогенератора и солнечной батареи для дома может стоить и двести тысяч рублей, и восемьсот. Дорого? На первый взгляд, да, но это смотря с чем сравнивать. "Покупатели не понимают, почему при одинаковой мощности ветрогенератора и дизель генератора, работающего на бензине, первые стоят на порядок дороже, - рассказывает главный специалист по ветрогенераторам ООО "Интас Красноярск" Владлен Савин. - Дело в том, что на их производство идут редкие магниты, добываемые всего на двух месторождениях в мире, а разработкой формы лопастей занимаются авиастроители. Отсюда и немалая цена ветряка. Но установив такое оборудование, собственник получает больше чем технологию. Американцы в таких случаях говорят: "Вы покупаете не электрогенератор, а независимость на десятки лет". К тому же абсолютно экологичные ветряки нельзя сравнивать с дизельными генераторами, которые поглощают недешевое топливо и к тому же чадят, отравляя воздух".

Те, кто не прочь сэкономить, могут комбинировать оборудование, например, установить в доме систему из американского ветрогенератора и сделанной в Китае солнечной батареи. Стоят китайские солнечные коллекторы на 15 20% дешевле американских образцов. Правда, стоит учесть, что их характеристики поскромней. Американцы же выпускают автономные системы давно, и добились в этом деле определенных результатов. Один из американских производителей Sunrise известен тем, что является подразделением "Боинга" и использует для своих систем научные разработки авиастроителей. Специалисты говорят, если от автономной системы требуется максимальная надежность, если ей предстоит стать единственным источником электроснабжения дома, то оборудование должно быть только американским.

Сократить затраты на установку автономной системы можно и не поступаясь качеством. Путь к экономии открыт перед владельцами коттеджей, занимающих соседние участки, они могут объединиться и поставить один ветрогенератор на несколько домов.
Помимо затрат на покупку и монтаж установки, собственников ждут траты на техническое обслуживание. Последующее пятилетнее обслуживание обойдется им в 28 тысяч рублей, в него входит плановый осмотр оборудования специалистом. Кроме того, поверхность солнечной батареи понадобится время от времени очищать от оседающей на ней пыли.

Отапливайтесь при помощи воздуха

Но прежде чем подсчитывать, во что лично вам обойдется покупка автономной системы, сначала можно попытаться уменьшить потребление электроэнергии, сократив расходы на отопление.
Так, можно установить в доме систему воздушного отопления. Система, в которой воздух нагревается внутри воздуховода, сочетает сразу несколько преимуществ: позволяет задавать свою температуру для каждой комнаты в доме, благодаря присоединенной к ней приточной вентиляции обеспечивает его свежим воздухом и за счет технической разработки, являющейся ноу хау производителя, отличается небольшим энергопотреблением.

Затраты на работу системы воздушного отопления сравнимы с теми, что ежемесячно несут собственники домов с самым дешевым на сегодня видом отопления - угольным. Но при одинаковых расходах, уровень комфорта двум этим собственникам гарантирован разный. Чтобы сохранить в доме тепло в морозные дни, хозяину коттеджа с воздушным отоплением не нужно вставать ночью и подкидывать в топку угля, не нужно искать, на кого оставить дом в свое отсутствие. В усадьбе, отапливаемой углем, от этого не уйти. Система же воздушного отопления управляется так же просто, как электрический котел. При желании ее можно оснастить микропроцессорным блоком управления, и тогда свой климат можно будет выбрать для каждой комнаты, например, сделать температуру в спальне чуть более прохладной, чем в остальном доме, а в детской чуть теплее.

Система воздушного отопления обеспечивает владельцев коттеджа не только теплом, но и свежим воздухом. Если следовать действующей норме, то каждый час в помещение должно поступать 3 кубометра свежего воздуха на 1 м2. За соблюдением баланса следят стоящие в каждой комнате датчики. Как только компьютер замечает, что содержание углекислого газа в комнате достигло определенного уровня, в нее тут же подается подогретый свежий воздух. Такую систему компания "ЭкоДом Енисей" устанавливает в коттеджах на улице Брянской.

Установка оборудования в компании "Экодом Красноярск" обойдется в 1 тысячу рублей на обогрев одного квадратного метра. Таким образом, монтаж системы отопления вместе с вентиляцией для коттеджа площадью в двести "квадратов" потребует от собственника затрат в размере 200 тысяч рублей. Кроме того, система воздушного нуждается в техническом обслуживании, за которое нужно отдавать еще 3 тысячи рублей в год.

Тепло от земли

Для отопления частного коттеджа можно использовать тепловой насос - прибор, принцип действия которого похож на принцип работы холодильника, с той разницей, что вырабатывает он не холод, а тепло. Тепловой насос забирает низкотемпературное тепло подземного источника, чтобы отдать его отопительной системе коттеджа. Из чего это тепло извлекать, для теплового насоса не имеет значения. Для него годятся и грунт, и подземные воды, и вода со дна ближайшей реки. Единственное требование: температура этого источника не должна круглый год опускаться ниже 1 С. Все, что теплее этой отметки, подходит, чтобы тепловой насос его тепловую энергию выжал, усилил, и заставил работать на обогрев дома.

Стабильным источником тепла является грунт. Его способность сначала накапливать энергию солнца, а потом подолгу ее хранить, обеспечивает одинаковую температуру земли на глубине, распложенной ниже точки промерзания.

Трубы теплового насоса укладываются в земле горизонтально, так чтобы расстояние между соседними трубопроводами не оказывалось больше 0,8 1,2 м. Для установки насоса, поставляющего в дом 10 кВт тепла, нужен земляной контур длинной 600 метров. Чтобы его уложить потребуется участок площадью около 600 400 кв. метров. Большая площадь занятого трубопроводом участка, ни в коем случае не должна напугать владельцев дома. Если все расчеты произведены верно, спрятанный в землю контур не помешает разбить на участке грядки.
Грунтовая вода также хорошо хранит однажды полученное от солнца тепло. На большой глубине ее температура держится на отметке +4С, это означает, что она может быть эффективным теплоносителем. Чтобы заставить это тепло работать на обогрев дома, на участке бурится скважина, куда опускают трубу теплового насоса.

Но самый оптимальный источник тепла для теплового насоса - это вода в ближайшей реке. Во первых, на ее транспортировку к насосу потребуется труба меньшей длины, чем в других случаях. Во вторых, температура воды на дне реки выше, чем у подземных источников тепла. Но вместе с преимуществами у воды в ближайшей реке есть и свои ограничения в использовании. Первое - водоем должен быть относительно большим и обязательно проточным. И второе - нужно будет как то организовать отвод отработанной холодной воды, и без разрешения водоохранных организаций не обойтись. Проложить трубу позволят на дне не каждого водоема.

Плюсы автономности

Главный плюс, который должны ощутить на себе владельцы коттеджа, после установки теплового насоса, - его экономичность. Повышенная теплоотдача - то, что отличает тепловой насос от котлов, работающих на газе или электричестве. На каждый кВт поглощаемой электроэнергии, тепловой насос выдает 3,5 кВт тепла. Агрегат, обогревающий коттедж площадью 200кв.м. для своей работы будет потреблять всего 5 кВт в час. Но, чтобы подстраховаться на случай экстремальных холодов, производители советуют дополнительно к тепловому насосу все же поставить электрокотел.

Другое качество, выделяющее тепловой котел среди отопительных приборов, - функциональность. За его работой, в отличие, например, от угольного котла, не нужен неусыпный контроль. Поставлять тепло и удалять отработанный источник тепла тепловой насос способен в автономном режиме. В этом смысле он не отличается от холодильника, которым, большим холодильником с обратным принципом работы он, в общем то, и является.

От котлов, работающих на жидком и твердом топливе, тепловой насос отличает пожаробезопасность. Для того, чтобы насос начал поставлять тепло, не нужно топлива и огня, и значит, нет опасности возгорания. Летом, когда необходимость в тепле отпадает, насос может охлаждать батареи как кондиционер. К тому же, тепловой насос долговечен. Он будет бесперебойно служить, по первому требованию поставляя в дом тепло в течение 15 лет. Именно такой срок "жизни" агрегата установленный в документах производителей, на деле же он вполне может растянуться на 25 30 лет. В Красноярске посмотреть тепловой насос в работе можно в офисе самой "Политехники" - компания сознательно перешла на этот способ обогрева помещения. Кроме того, тепловые насосы вот уже год согревают дома в поселке Манском и в Ачинске.

Расходы владельца коттеджа на установку теплонасоса складываются из двух составляющих. Во первых, это покупка и монтаж оборудования, им собственников коттеджей, площадью в две сотни квадратных метров в компании "Политехника" берутся обеспечить за 200 тысяч рублей. Другая часть расходов (иной раз способная превысить стоимость оборудования) приходится на земляные работы: бурение скважины и прокладку траншей. Насколько серьезными окажутся эта затраты, будет зависеть от того, кто возьмется за рытье скважин и траншей: специализированная буровая компания или небольшая бригада подрядчиков. Кроме того, сэкономить при установке теплового насоса получится, установив один большой коллектор на несколько соседних домов.

По затратам тепловой насос ничем не отличается от любой другой системы автономного энергоснабжения. Любая из них предполагает первоначальные вложения, достаточно большие из за сложности составляющего ее оборудования, но тому, кто на эти траты идет, гарантировано больше, чем экономия - он начинает сам определять степень своей зависимости от энергетиков. А учитывая постоянно растущие тарифы на их услуги, несложно предположить, что число людей, желающих переключиться на автономную энергию, с каждым годом будет только увеличиваться.

Татьяна Крупко