Альтернативные источники энергии для дома: солнечные батареи и ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии для дома: солнечные батареи и ветрогенераторы

«Зелёные» источники энергии набирают всё большую популярность. Рассказываем, что лучше выбрать для частного дома — солнечные батареи или ветрогенераторы, и описываем нюансы их установки.

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?

Разные типы кремниевых солнечных батарей. Вариант с монокристаллическими модулями (пластина модуля выполнена из цельного кристалла кремния). Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

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.

Контроллеры солнечных батарей, инверторы и современные аккумуляторные батареи в условиях жилого помещения не занимают много места и не требуют отдельного помещения. Их обслуживание и эксплуатация может производиться как локально, так и удалённо, с помощью планшета или смартфона (через сеть Ethernet или Wi-Fi). Фото: ABB

С поли­­кристал­­лическими модулями (содержит несколько кристаллов). Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

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.

С аморфными модулями. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

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.

Комплексное решение с солнечными батареями и мощными ветрогенераторами, рассчитанными на ветер, меняющийся в широком диапазоне скоростей. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru

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

Визуализация: Игорь Смирягин/Burda Media

Что лучше и выгоднее – ветрогенератор или солнечная батарея? Сравнение

Современная промышленность предлагает различные варианты установок, вырабатывающих электричество с помощью солнечных батарей и ветрогенераторов. Вот только рядовому потребителю продукции альтернативной энергетики не так просто самостоятельно решить проблему, что выгоднее – ветрогенератор или солнечная батарея.

А выбор этот принципиален – и в каждом отдельном случае зависит от множества факторов.

Чтобы разобраться, что лучше, ветрогенератор или солнечная батарея, в первую очередь необходимо знать плюсы и минусы их конструкций и особенности эксплуатации.

Сравнение ветрогенератора и солнечной батареи

1. Солнечные электростанции

Преимущества:

• длительный срок службы солнечных батарей. Популярные производители фотоэлектрических солнечных модулей предоставляют гарантию на брак своей продукции до 10 лет (+25 лет гарантия на выработку). Без чрезвычайных происшествий солнечная электростанция (СЭС) будет стабильно работать десятилетиями, несмотря на непогоду и различные колебания температур;
• обслуживание. Так как солнечные модули не имеют подвижных частей и сложных электросистем, они не нуждаются в частом обслуживании. Достаточно периодически осматривать модуль, очищать его поверхность от крупного мусора, следить за состоянием электропроводки;
• простота монтажа. Солнечные батареи крепятся на любой плоской поверхности с помощью обычных крепежных элементов.

Кроме явных преимуществ в работе солнечных панелей есть свои нюансы, которые тоже необходимо заранее просчитать перед строительством и запуском солнечной электростанции.

Особенности СЭС, работающих на солнечной радиации:

• падение объема среднесуточной выработки электричества зимой. В среднем, производительность батарей падает в 4-5 раз;
• зависимость от погодных условий. В плохую погоду показатель производительности фотоэлектрических панелей падает до 20%. Этот недостаток можно нивелировать, если укомплектовать СЭС аккумуляторами повышенной емкости, которые будут накапливать электроэнергию на случай непогоды.

2. Ветроэлектростанции

Преимущества ветрогенераторов:

• круглосуточная работа (современные ветряные генераторы активны даже при слабых ветрах);
• большая производительность ветряка. Такие установки экономически выгодно устанавливать в той местности, где преобладают ветра. В основном это большие открытые пространства: вершины/склоны невысоких гор, прибрежные зоны рек и морей, степи, пустыни.

Скорость монтажа, также можно отнести к плюсам ветроэлектростанций. Бытовые ветрогенераторы можно установить за несколько часов, а промышленные – за пару недель.

При этом споры специалистов относительно актуальности использования ветряных электростанций все еще продолжаются из-за некоторых недостатков ветрогенераторов.

Недостатки ветряных электроустановок:

• высокая стоимость монтажа. Обычно генератор приходится устанавливать на высокой опоре (более 20 метров), чтобы повысить производительность. Это обстоятельство влияет на продолжительность окупаемости электроустановки;
• небольшой КПД установки. Например, номинальной мощность ветряка в 10 кВт получится добиться при условии, что ветер дует со скоростью 10 м/ч. Но такие ветра в большинстве регионов бывают не часто. Поэтому ветрогенератор обычно работает при ветре 2-4 м/с и выдает объём электричества меньше номинального значения;
• небольшой срок эксплуатации. Большинство простых моделей, которые используются в частных домохозяйствах, приходится ремонтировать хотя бы 1 раз в 2-3 года;
• периодическое техобслуживание;
• замерзание смазки в холодное время года;
• шум. Низкочастотный инфразвук, отрицательно влияет на самочувствие человека и животных (этот недостаток актуален по отношению к большим промышленным моделям ветрогенераторов).

Наглядно сравнение «солнца» и «ветра» можно представить в виде таблицы:

Характеристики и ограничения	СЭС	Ветряки
Срок службы	10-25 лет	10-25 лет (с ремонтами)
КПД	5-25%	0-45% (от скорости ветра)
Сложность монтажа	низкая	высокая
Сложность обслуживания	низкая	высокая
Стоимость обслуживания	очень низкая	высокая
Зависимость от сезона	да	нет
Зависимость от времени суток	да	нет
Зависимость от места установки	средняя	высокая
Шумность	отсутствует	высокая

3. Гибридные электростанции

В 2012 году компания SolarMill предложила оригинальное решение вопроса, что лучше — ветрогенератор или солнечная батарея. Инженеры компании попробовали объединить достоинства и свести к минимуму недостатки первых и вторых. И разработали гибридную солнечную электростанцию.

В комплект последней модели входит:

• 6 ветрогенераторов с ротором Савониуса (общей мощностью в 1КВт);
• 6 монокристаллических панелей (1,5КВт) со встроенным микроинвертором.

В общей сложности в солнечный и ветреный день установка может генерировать до 2,5КВт/час, а ночью основная генерация идет от ветрогенераторов, которые начинают вырабатывать электроэнергию уже при скорости ветра в 2 м/с.

Солнечные батареи или ветрогенератор: что и когда лучше?

Основываясь на плюсах и минусах альтернативных источников энергии можно сделать предварительные выводы о том, что выгоднее – ветрогенератор или солнечная батарея.

Если электростанцию необходимо установить в северных широтах (с коротким световым днем), на открытой территории или рядом с морем – лучше сделать выбор в сторону ветрогенераторов.

В случае если площадь для комплекса ограничена, в плотной городской застройке или с длительными световыми периодами дня – тут выигрывает СЭС.

Идеальным вариантом, конечно, является комбинированный гибридный вариант. Но он является и самым дорогостоящим проектом.

Выгодные и экономные панели

Один из главных минусов большинства СЭС – зависимость от яркости и угла падения лучей. Однако сегодня появились технологические решения, снижающие зависимость от указанных параметров на 30-40%.

Так, тонкопленочные гибридные батареи на теллуриде кадмия от компании Green Tech Trade эффективно преобразовывают даже рассеянный солнечный свет. С продукцией компании и ценами можно ознакомиться на сайте.

Источник https://www.ivd.ru/stroitelstvo-i-remont/gazo-i-energosnabzenie/alternativnye-istochniki-energii-dlya-doma-solnechnye-batarei-i-vetrogeneratory-21981

Источник https://greentechtrade.com.ua/ru/vetrogenerator-y-solnechnaya-batareya-chto-luchshe/