За три года проживания в загородном доме без централизованного электроснабжения мне удалось наладить автономную энергосистему, позволившую жить в этом доме круглогодично.
В современной жизни многие стремятся построить загородные дома и по возможности проводить там больше времени. При этом энергетика пригородов развивается слабо, оборудование в сильно изношенном состоянии, провода воруют, отключения на неопределенный срок (как правило, тогда, кода больше всего нужно) стали привычным явлением.
Прогноз развития ситуации скорее всего пессимистический — ситуация будет только ухудшаться, а электроэнергия дорожать???
Тем, кто не хочет ждать «у моря погоды», обращен этот материал и надежда найти единомышленников. Вот некоторые соображения и описание достигнутого.
Задача автономного электроснабжения может решаться двумя принципиально разными способами:
- установка постоянно (когда это необходимо) работающей электростанции, которая обеспечивает все потребности в электричестве;
- создание комплексной системы электропитания, которая может в себя включать и электростанцию, но работающую только тогда, когда нужна большая мощность или другие источники энергии исчерпаны.
Первый способ обладает тем преимуществом, что позволяет не решать множество задач и дает возможность пользоваться стандартными техническими решениями, но имеет несколько противопоказаний:
- необходима электростанция, имеющая большой моторесурс, малый расход топлива, предназначенная для круглосуточной эксплуатации в необслуживаемом режиме, не создающая радио помех, шума и вибраций, а следовательно дорогая (правда некоторые из этих проблем можно свести на нет своими силами);
- необходимо хранилище топлива и при том пожаробезопасное;
- для установки электростанции нужно специальное помещение, позволяющее отчасти скрыть недостатки доступных электростанций т.е. имеющее хороший фундамент, толстые стены, вытяжную вентиляцию, уходящую в небо выхлопную трубу;
- для устранения неприятных запахов желательно установить достаточно высокую выхлопную трубу, но у нее при эксплуатации в зимнее время возникнет проблема, состоящая в том, что большая часть трубы не будет прогреваться выше точки росы и как следствие после остановки электростанции собравшая в трубе вода будет замерзать и закрывать трубу.
Эту проблему можно решить, установив у нижней точки трубы сливной кран с которого спускать конденсат перед выключением электростанции или (и) обеспечив теплоизоляцию всей трубы.
Снизить расходы на топливо можно переведя электростанцию с жидкого топлива на газообразное, что одновременно снизит токсичность выхлопных газов, но этот способ применим только для четырехтактных двигателей.
Все перечисленные соображения были использованы при установке электростанции АБ-4, которая во многом уступает импортным, но имеет и крупные преимущества: дешевизна, нетребовательность к условиям эксплуатации, большой моторесурс, доступные запчасти — в её основе используется двигатель (вернее его 1/2 часть) от 30 — сильного "Запорожца". На АБ-4 легко монтируется автомобильный стартер и АКБ, в результате чего получается удобная электростанция, которую может завести и ребенок.
АБ-4 была установлена в пристройке к гаражу и часть охлаждающего потока воздуха (у неё воздушное охлаждение) в зимнее время подается в гараж. Выхлопная труба 3/4" соединена с электростанцией отрезком гофрированной трубы из нержавейки, а перед трубой на стене помещения смонтирован автомобильный глушитель. В качестве топлива используется газ пропан в баллонах по 50 л.
Мощности АБ-4 вполне достаточно для работы любых электроинструментов, включая электросварку. Но используется она не постоянно так как при всех ухищрениях уровень шума все же заметен в особенности вечером летом, а зимой, когда окна и двери закрыты в доме ничего не слышно. Кроме того на самом деле постоянно такая мощность не нужна, а использование электростанции практически на холостом ходу очень непрактично — износ все равно идет и кпд стремится к нулю.
Поэтому мной был реализован более сложный вариант, соответствующий второму способу.
Для начала были подвергнуты сомнению некоторые сложившиеся стереотипы:
- Ток должен быть переменным. Это утверждение навязано производителями электрооборудования во времена, когда единственным способом изменить напряжение был использование трансформатора. Сейчас, когда большинство устройств имеет бестрансформаторные блоки питания, которым всё равно постоянным током их питают или переменным. Простейший способ проверить годится ли Ваше устройство на питание постоянным током — убедиться в наличие автовольтажа или спросить у специалиста. Естественно для постоянного тока прекрасно подходят все лампы накаливания, электронагревательные приборы и устройства с коллекторными двигателями. Внимательно ознакомившись с имеющейся бытовой техникой, вы убедитесь, что проблемы возникают только с асинхронными двигателями, лампами дневного света, телевизорами (в части системы размагничивания кинескопа) и холодильниками. Все эти проблемы преодолимы. И поэтому, у себя в доме я проложил две электросети: постоянного и переменного тока. Обе напряжением 220 вольт. В результате чего всё освещение и те устройства, которые удалось приспособить для постоянного тока подключены к первой, а остальные ко второй и работают только при наличии переменного напряжения то есть когда работает электростанция. Такая схема позволила использовать для запасания электроэнергии аккумуляторные батареи 12 в 7 А⋅ч из числа применяемых в устройствах гарантированного электропитания компьютеров. Их установлено два комплекта по 17 шт. АКБ данного типа являются необслуживаемыми, герметичными, не боящимися полного разряда и замерзания. Они развивают ток до 30 ампер, что при 220 вольтах дает весьма солидную мощность. Запасенной в них электроэнергии мне хватает при разумной экономии на пару суток. Но все же я предпочитаю раз в сутки заводить электростанцию на два–три часа и подзаряжать АКБ. Одновременно можно выполнять множество работ для которых нужен переменный ток.
- Второе заблуждение, что холодильник должен быть обязательно электрическим. На самом деле в СССР даже серийно выпускались холодильники питающиеся бытовым газом пропаном. На их основе делались и электрические холодильники абсорбционного типа: "Морозко", "Иней", "Ладога" и т.д. Вся разница состояла в том, что вместо миниатюрной горелки устанавливался электронагреватель. Если взять такой холодильник, вынуть из него нагревательный элемент, поставить запальник от водогрея и вытяжную трубу вывести через отверстие, где установлен переключатель режимов, то получится отличный газовый холодильник, расходующий около одного 50 л баллона пропана на два месяца непрерывной работы. Естественно нужно вытяжную трубу вывести на улицу и соблюдать другие меры противопожарной безопасности.
- Использование преобразователей постоянного напряжения в переменное — инверторов для питания всей сети переменным током приносит больше проблем, чем удовольствия. Это связано с тем, что выпускаемые сейчас инверторы выполнены, как правило, с повышением напряжения с 12/24 вольт до 220. Следовательно, запасать энергию придется в автомобильных АКБ со всеми их недостатками. Такие инверторы на достаточную мощность крайне дороги и не выносят работы на произвольную нагрузку (например холодильник), кроме того, что бы не писали в рекламных проспектах, на их выходе не синусоидальное напряжение, а прямоугольные импульсы, к которым многие электромоторы относятся очень плохо. И само главное — в условиях сельской местности в зоне неуверенного телевизионного приема даже незначительный уровень помех, создаваемый инвертором, лишает вас возможности смотреть телевизор. И всех ваших соседей тоже! Поэтому мне пришлось отказаться от использования инверторов везде, где это возможно и если иначе никак то устанавливать самодельные бестрансформаторные инверторы 220 — 220 работающие на одну конкретную нагрузку, а не на всю сеть. Они получаются недорогие и не создающие помех.
- Система размагничивания кинескопа в современных телевизорах и мониторах компьютеров ежедневно не нужна. Эти приборы, как и сами компьютеры прекрасно работают от постоянного тока, а петлю размагничивания надо отключить поставив дополнительный тумблер. Его можно включать, когда телевизор питается переменным током и выключать при постоянном.
Чтобы получить окончательное представление о созданной системе её надо дополнить ветрогенератором и солнечной батареей. Правда эти части в большей степени требуют доработки, но свою функцию всё же выполняют.
Ветрогенератор заряжает АКБ круглосуточно (когда есть ветер). Так что к выходным АКБ полностью заряжена. Ветрогенератор изготовлен полностью самостоятельно так как всё, что предлагается, несет в себе стремление к гигантизму и плохо приспособлено к жизни. Поэтому ветроколесо выполнено карусельного типа из стеклопласта на эпоксидной смоле и размеры его невелики — 1*1,5 м.
Такое колесо по силам изготовить и установить любому технически подготовленному человеку. Оно не отражает радиосигналы и шум. Место установки — конек крыши — наименее доступно для посторонних и наиболее доступно для ветра.
В перспективе колес будет несколько, стоящих радом. Малые размеры колеса определяют его невысокую мощность, но и малую ветровую нагрузку на стропила и отсутствие вибраций.
Конечно снимаемая с колеса мощность невелика — в среднем около 30 Вт, но это в среднем — мощность зависит от куба скорости ветра. В два раза больше скорость ветра — в восемь раз больше мощность. И не надо забывать, что генератор используется не для питания, а только для зарядки АКБ.
В качестве генератора используется переделанный генератор автомобиля у которого вместо обмотки возбуждения установлены постоянные магниты, а статорная обмотка перемотана тонким проводом. Это дает возможность получать приемлемый КПД так как не расходуется весьма значительная мощность на возбуждение.
Получаемое сильно меняющееся от скорости вера напряжение выпрямляется и преобразуется к напряжению 220 вольт. Ветроколесо соединено с генератором повышающим редуктором 1:5 и это большой недостаток.
Хотелось бы переделать генератор, установив в нем более мощные «редкоземельные» магниты и желательно увеличив число полюсов, тогда можно получить более высокий КПД и эффективную работу при очень малых ветрах без редуктора.
Солнечная батарея может хорошо дополнять ветрогенератор для тех же целей, но с ней все те же проблемы: то что предлагают очень дорого и имеет низкое напряжение. Эксперименты с 12 вольтовой маломощной батареей показали, что при безоблачном небе можно рассчитывать на 12 вольт 0,1 ампера, что вполне достаточно, если установить 20 шт. таких батарей, но где их взять по разумной с точки зрения покупателя цене?
Изложенные соображения и результаты экспериментов показывают, что с теми или иными сложностями задача решается даже в кустарных условиях, надо только оторваться от традиционных представлений. Конечно, это не серийные образцы, но работу свою выполняют уже не один год.
В заключение хочу напомнить, что по мнению большого числа независимых экспертов и моему тоже, ситуация в энергетике будет постоянно усложняться и доля автономии ни кому не вредила.
С удовольствием вступлю в переписку со всеми, кто готов к практическому движению в теории или деловому сотрудничеству, именно деловому — это не погоня за инвесторскими деньгами.
Олег Игоревич Васильков