Ветрогенератор или солнечные батареи?

Когда-нибудь войны из-за ресурсов закончатся, и человечество будет вовсю использовать нескончаемую мощь ветра и солнца. Но это, когда-нибудь… Что же касается нынешнего времени, то популярность ветрогенераторов и солнечных батарей только растёт. В данной статье строительного журнала будет рассмотрен вопрос о том, что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи и почему это так.

Что такое ветрогенератор и в чем его преимущества?

Что такое ветрогенератор? Наверняка этим вопросом задавались многие люди, мечтающие об альтернативных источниках электроэнергии. Ветрогенератор — это устройство способное благодаря ветру вырабатывать .

Ветрогенератор не может напрямую работать подключённым к различным бытовым электроприборам в доме. В его конструкции обязательно предусмотрены два главных узла - это аккумулирующая электричество аккумуляторная батарея и преобразователь тока.

Также в конструкции есть лопасти, матча на которой закреплён генератор способный вырабатывать постоянное напряжение. Нередко умельцы собирают небольшие по мощности ветрогенераторы из , которые выступают в роли генератора и способны заряжать малые по емкости АКБ.

Наибольшую эффективность ветрогенератор приносит в регионах с частыми ветрами. Неоспоримыми преимуществом ветрогенераторов, является их незначительный вес по сравнению с солнечными батареями, а также то, что они занимают гораздо меньше площади при установке.

Что такое солнечные батареи и в чем их преимущества?

О том, что такое , слышали многие. И, как становится понятным из названия, солнечная батарея способна перерабатывать энергию солнца в электричество. Под воздействием солнечных лучей, происходит активизация фотоэлектрических преобразователей, который начинают вырабатывать электричество, аккумулируя его в аккумуляторные батареи.

Также как и в случае с ветрогенераторами, для преобразования постоянного тока в переменный, в устройстве всей системы стоит инвертор, АКБ и электрический узел контролирующий зарядку аккумулятора. И если говорить про преимущества солнечных батарей, то они, также имеются.

В первую очередь это немалый срок эксплуатации и возможность установки в тех регионах, где практически круглый год светит солнце. Кроме того, к плюсам следует отнести и возможность организации полностью посредством солнечных батарей. К сожалению, если взглянуть более детально, то и солнечная батарея имеет ряд существенных недостатков.

Что лучше — ветрогенератор или солнечные батареи?

Итак, подводя итоги, нужно выделить основные преимущества и недостатки и того и другого способа создания альтернативного источника электроэнергии, дабы понимать, что лучше — или солнечные батареи?

К неоспоримым преимуществам ветрогенераторов следует отнести малую площадь установки, значительно меньшую стоимость, чем солнечных батарей и возможность эффективного использования в тех регионах, где постоянно дуют ветра.

Минусами ветрогенератора, являются:

1. Невозможность выработки электроэнергии в безветренную или даже в маловетреную погоду;
2. В конструкции ветрогенераторе гораздо больше различных трущихся и движущихся деталей, что самым негативным образом сказывается на его сроке эксплуатации.

Теперь, что касается солнечных батарей, основными преимуществами которых, является: долговечность в использовании и возможность обустройства автономной системы энергоснабжения дома. Однако, как было сказано выше, есть у солнечных батарей и ряд существенных недостатков.

Во-первых, это высокая стоимость, которая намного выше, чем стоимость . Вследствие этого, сроки окупаемости солнечных батарей исчисляются десятилетиями. Конечно же, мало кто сегодня захочет вкладывать собственные деньги на 20 или 40 лет, но и такие люди, поверьте, найдутся.

Вторым недостатком солнечных батарей, впрочем, как и ветрогенераторов тоже, является серьёзная зависимость от погодных условий. Но и кроме этого, для установки солнечных батарей нужна большая площадь, что нередко является существенным ограничением, связанным с использованием солнечной энергии.

Использование солнечных батарей позволяет обеспечить дома бесплатной энергией, особенно в условиях нестабильности электроснабжения. Однако у этого метода есть один недостаток – в пасмурную погоду эффективность гелиосистемы очень низка, и дому требуется дополнительный источник энергии. Применение разного рода генераторов (бензиновых, дизельных) неудобно, поскольку они требуют значительных расходов и очень шумят. Лучший выход – комбинированные установки, включающие в себя солнечные батареи и ветрогенераторы.

Такие гибридные комплексы позволяют в полной мере использовать возможности природной энергетики и компенсировать их отдельные недостатки. К примеру, ветрогенераторы в принципе нецелесообразно применять без резервного энергоисточника. Дело в том, что при нескольких безветренных днях подряд (что отнюдь не редкость) аккумуляторы разряжаются слишком сильно, что негативно сказывается на их работоспособности и ресурсе.

Солнечные же батареи малоэффективны в пасмурную погоду, которая обычно сопровождается ветреностью. Таким образом, ветряки и гелиопанели отлично дополняют друг друга, обеспечивая постоянную зарядку АКБ и поддерживая энергоснабжение дома на должном уровне. Еще одно преимущество – солнечные системы не требуют расходов на содержание и топливо, при этом они максимально эффективны в летний период, когда скорость ветров обычно ниже.

В летний период и солнечной зимой максимальная энерговыработка будет идти от солнечных батарей. А вот в пасмурное межсезонье, когда облачность значительна и дуют сильные ветра, производить энергию будут преимущественно ветряки.

Состав гибридных систем

Каждая комбинированная солнечно-ветровая установка включает в себя гелиопанели, ветрогенератор, зарядный контроллер, аккумуляторы и инвертор. Мощность компонентов подбирается исходя из нужд энергопотребления. Но нужно учитывать и еще один фактор – тип ветрогенератора.

Различают ветрогенераторы:

• Горизонтальные. Эти установки дешевле, но они эффективны при господствующих ветрах одного направления. В условиях переменных ветров их производительность минимальна;
• Вертикальные. Стоят эти источники энергии примерно в 2-3 раза дороже горизонтальных, но при этом эффективно работают и в случае постоянно меняющегося направления ветра.

Таким образом, ветрогенераторы и солнечные батареи могут полностью обеспечить энергонезависимость жилья. Кроме того, такие системы отличаются более гибкими возможностями подбора конфигурации, чем чисто солнечные или чисто ветряные установки. Вполне приемлемы и расценки на них.

Например, система из ветряка мощностью 600 Вт и батареи в 250 Вт (с контроллером, инвертором и АКБ) обойдется примерно в 85 тыс. рублей. Выработка установки составит порядка 100 кВтч/месяц.

Установка и коммутация

Монтируются элементы в гибридной системе также, как и в случае независимой установки. Солнечные батареи располагают на крыше или на отдельной монтажной ферме (в этом случае можно оптимально отрегулировать их наклон относительно горизонта), а ветряки – на мачтах возле дома.

Несмотря на то, что при вращении лопасти ветряков издают специфический звук (что многие относят к их недостаткам), они не создают дополнительных неудобств. Дело в том, что звук достаточно монотонен и не резок, поэтому люди очень быстро перестают замечать его.

Подключение проводится по классической схеме. Ветрогенератор и солнечные панели через контроллер коммутируются к АКБ, где и накапливается выработанная энергия. Потребители переменного тока подсоединяются через инвертор.

Затраты

Как и любая другая автономная энергосистема, солнечно-ветряная установка требует солидных первоначальных расходов. Однако все вложения окупаются полной энергонезависимостью от центральных сетей. Расходов же на обслуживание такая система не требует. Окупаемость проекта зависит от сложности установки и нагрузки на систему, но в среднем она составляет 2-3 года. Этот срок может показаться слишком большим, но нужно учитывать, что цены на электричество постоянно поднимаются, кроме того, подключение коттеджа к центральному энергоснабжению и установка соответствующего оборудования (трансформатора, кабельной трассы) также требуют солидных затрат.

Таким образом, для дома установка гибридной системы будет лучшим решением. На даче ставить подобные комплексы нерационально, поскольку они рассчитаны на круглогодичное использование, а дачей пользуются в основном в летний сезон.

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 . Но, по большому счету, это не исключает возможности использования .

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.

Вопрос читателя:

Готовлюсь построить загородный дом в местности, где нет общей электрической сети, поэтому хочу установить систему альтернативной энергии, но не знаю, какую выбрать. Имеются возможности использовать различные возобновляемые ресурсы, но никак не могу принять решение, как расставить приоритеты. Вот некоторые факты оценки, которые я собрал:

• 3,3 солнечных часов (среднесуточные за год) при минимальном затенении на моем участке.
• 3,5-4 м/с средняя скорость ветра на высоте 30 м башни, 10 м над верхушкой самого высокого дерева.
• Поток воды с перепадом высоты от 9 м до 120 м, около 0,15 м³/мин доступны круглый год, с возможностью расположения генератора в 220 м от дома.

Говорят, ГЭС является "лучшим" выбором, поскольку требует постоянный сильный ветер, а солнечные батареи дороже, но более надежные и, вероятно, оправданы в долгосрочной перспективе. Возможно, мне потребуется несколько источников.

Расход электроэнергии у меня довольно экономный. На данный момент я расходую около 8 кВтч в день в моей городской квартире. Я также планирую покупать энергосберегающую технику, поэтому ожидаю, что расход в моем загородном доме не будет сильно превышать городской расход. Что необходимо предусмотреть при выборе альтернативной системы, чтобы избежать дорогостоящих ошибок?

Приятно иметь дело с таким четко сформулированным вопросом. Наиболее важным параметром является выработка требуемой энергии (8 кВтч/сутки), хотя также важно учесть потери. Энергия теряется в проводах, аккумуляторе, инверторе, перепадах нагрузки и т.д., поэтому нужно рассчитывать, в среднем, на 12 кВтч/сутки.

Гидрогенератор , вероятно, является самым дешевым источником энергии. Кроме того, ГЭС также работает ночью и в зимний период, что позволит сэкономить на использовании дорогостоящих аккумуляторов. Вы можете оценить доступную мощность ГЭС (ватт) путем умножения разницы высоты потока и деления на 10. В вашем случае, хорошо скомпонованная система может дать 120 Вт. За 24 часа получится: 120 × 24 ÷ 1000 = 2,88 кВтч/сутки. Дополнительные затраты на трубы и провода будут небольшими по сравнению с преимуществами. Если вы установите гибридную солнечно-гидро-электростанцию, дополнительные кВт в дождливую погоду будут особенно приятны, когда производительность солнечных батарей уменьшается.

Хотя трубы 3 дюймового диаметра будут хорошо работать с объемом 0,15 м³/мин, 4 дюймовый трубопровод позволит сократить потери трубы с 12% до 3%, а также увеличит возможный объем до 0,3 м³/мин или больше, если таковой имеется.

Удаленность 220 метров – это довольно длинный кабель передачи, поэтому следует также учитывать потери из-за сопротивления. Рассмотрите возможность использования генератора более высокого напряжения, соединенного через контроллер слежения за точной максимальной мощностью (MPPT), чтобы предотвратить перегрузки. MPPT автоматически управляет системой при изменениях в потоке, избегая необходимости ручной настройки при изменяющихся условиях.

Солнечная электроэнергия является следующим вариантом. Хорошая новость – это то, что цены на солнечные батареи падают. Фотоэлектрическая система будет дополнять гидросистему, так как она работает лучше в сухую, солнечную погоду, но ее производительность может разочаровать зимой. Предположительно, вы можете получить около 70% требуемой энергии. Например, при 3,3 солнечных часах 3 кВт батарея производит около 7 кВтч/сутки. Опять же, MPPT может помочь улучшить эту картину.

Энергия ветра , возможно, была бы интересна, но в данном случае не самая рациональная. Установка 30 метровой башни стоит не дешево, а энергии, произведенной при скорости 3,5-4 м/с, будет не много. Ветер является неустойчивым источником энергии, требуя дорогостоящие аккумуляторы и резервный генератор . С точки зрения усилий и затрат, ветер является более дорогим и сложным выбором для вашей местности.

Для более точной оценки сравните технические характеристики производителей альтернативных систем. Но учтите, что они, как правило, предоставляют оптимистичные данные. Обратите внимание, что получите в два раза больше энергии при средней скорости ветра 5 м/с по сравнению с 3,5-4 м/с. Вы можете определить среднесуточную выработку кВтч путем деления годового объема производства на 365. Тем не менее, не забывайте, в течение многих дней вообще не будет вырабатывать практически ничего.

Независимо от того, какой источник вы выберете, вам понадобится эффективный аккумулятор резервного копирования. Постарайтесь свести к минимуму его использование. Хотя, он может понадобиться, чтобы спасти вашу систему, когда природные условия будут против вас. Если ваш гидроисточник действительно течет круглый год, и вы готовы к резким сокращениям использования энергии время от времени, можете избежать использования больших аккумуляторов.

В любом случае, прежде чем принять окончательное решение, куда вложить свои инвестиции, убедитесь, что знаете, чего ожидать, прежде чем сделать решающий шаг.

Ни один ветряк не будет вырабатывать электроэнергию при скорости ветра меньше 3 м/с, а эффективной его работа становится при скорости ветра не ниже 4-5 м/с. В средней полосе России преимуществом обладают ветрогенераторы, рассчитанные на работу при слабом ветре.

Ветрогенератор лучше устанавливать на открытой местности, желательно на возвышенности, и чем выше мачта, тем лучше. Длина лопастей тоже имеет значение, особенно при слабом ветре. Лопасти с самолетным профилем намного (в 2-4 раза) эффективнее плоских.

Существуют ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения примерно вдвое дороже, но и ресурс у них почти в два раза выше - 20-25 лет против 10-15.

Существует два типа мачт для ветряков: 1) мачты с поддержкой тросами могут быть легко подняты, но тросовые растяжки занимают большую площадь; 2) независимые мачты-башни, у которых нет тросов, тяжелые и дорогие, их установка сложна, но они не занимают много места. Для использования на даче или в загородном коттедже лучше всего подходят ветрогенераторы мощностью 2-5 кВт.

В районах со слабыми ветрами, а к таковым относится Подмосковье, чтобы получить хоть какую-то энергию, следует выбирать ветряк с лучшей отдачей при малом ветре, имеющий притом большую мощность.

Солнечные батареи напрямую преобразуют энергию солнечного излучения в электричество, которое может поступать непосредственно в сеть или накапливаться в аккумуляторах. Лучше всего работают солнечные панели из монокристаллического кремния. Их срок службы составляет примерно 50 лет, а КПД достигает 18%.

Несколько уступают по этим показателям солнечные батареи из мультикристаллического кремния. Изредка можно встретить вовсе отсталые панели из аморфного кремния - самые дешевые, разумеется. Для того чтобы добывать солнечную энергию летом, желательно установить солнечные панели по всему южному скату крыши под углом примерно 45° к горизонту. Зимой же все иначе: солнечные панели должны располагаться почти вертикально, под углом 70-80° к горизонту, из-за снега и низкого положения Солнца.

Чтобы обеспечить автономную работу нескольких люминесцентных или светодиодных энергосберегающих ламп, холодильника и телевизора на даче, можно установить несколько солнечных батарей суммарной мощностью 500-600, а лучше 1000 Вт. Такой комплект солнечных батарей дополняется блоком аккумуляторов общей емкостью 200-400 ампер - час и инвертором от 2 до 6 кВт с солнечным контроллером. Столь большая мощность инвертора нужна для того, чтобы обеспечивать пиковые нагрузки и пусковые токи. От комплекта солнечных панелей мощностью 2-4 кВт можно запитать небольшой коттедж, обеспечив комфортное проживание.