Украинская Альтернативная Энергетика

Официальный блог компании по возобновляемой энергетике

В течение нашей работы мы принимаем сотни телефонных звонков и получаем электронные письма, из которых становится ясно, что большинство людей полностью не понимает принцип работы ветряков.

В этом посте я «на пальцах» объясню, как работает ветрогенератор или солнечная батарея, сравнивая их с баком для накопления дождевой воды. Сравнение будет простым и наглядным. С его помощью любой, даже совершенно не разбирающийся в электрике человек, сможет быстро понять, как работает система ветрового электрогенератора или солнечная батарея, и для чего нужен каждый компонент этой энергетической системы.

На сегодня существует два основных варианта работы ветрогенераторов (следует читать «ветрогенераторов и солнечных панелей», так как в большинстве своем общий принцип работы ветрового генератора и солнечного модуля идентичен, но для легкости написания я буду далее употреблять просто общее слово «ветрогенераторы»):

  1. Классическая несетевая схема: работа с аккумуляторными батареями и обычным инвертором. Этот вариант позволяет полностью или частично использовать автономное энергообеспечение. Для него не важно наличие общественной электросети.
  2. Сетевая схема: работа с сетевым инвертором без аккумуляторных батарей. В этой схеме вы можете частично или полностью компенсировать ваши расходы на электроэнергию. Также возможна продажа электроэнергии по «зелёному тарифу». Наличие общественной сети необходимо.

Существует также множество комбинированных и второстепенных по значимости вариантов работы ветровых станций и солнечных панелей (без инвертора, с источником бесперебойного питания и т.д.), но я не буду подробно их здесь рассматривать.

Сегодня мы рассмотрим классическую схему работы ветрового электрогенератора или солнечной батареи:


Работа ветрогенератора с аккумуляторными батареями и несетевым инвертором

Источника воды в округе нет, до ближайшего водопровода десятки километров, а под землёй непроходимый гранитный пласт и скважину не пробьешь. Где же взять воду?

Итак, представим, что у нас есть дом, который надо обеспечить водой. В этом месте регулярно идут дожди с разной интенсивностью, что позволит нам собирать дождевую воду.

Когда идет дождь, вся дождевая вода, которая падает на крышу, стекает по водосточной трубе прямо в накопительный бак, который мы предварительно купили и установили рядом с домом. Дождевая вода постепенно собирается в баке, позволяя нам её набирать для собственных нужд через кран внизу бака в любой момент, когда нам это понадобится.

Вся эта элементарная система состоит из нескольких составных:

  1. Дождевая вода
  2. Крыша дома
  3. Бак для воды
  4. Кран на дне бака для подачи воды потребителям

...но какое отношение это всё имеет  к ветрогенераторам??? Объясняю:


Дождевая вода — это энергия

В моём примере роль энергии, которая передается ветром и затем преобразовывается в электрическую энергию, выполняет дождевая вода. Она так же приходит извне и не зависит от потребителя, как и энергия ветра. Она будет существовать всегда и для её появления не нужно расходовать ресурсы. Ветер и дождь — это два возобновляемых природных явления, которые не зависят от человека. Вы не можете прямо повлиять на интенсивность выпадения осадков и скорость ветра, но они зависят от региона и конкретного географического местоположения.

Можно измерить средний уровень выпадения осадков для каждого месяца на 1 квадратный метр. Тогда мы можем произвести расчёт: сколько воды получим с определенной площади.

Выходит так, что скорость ветра и интенсивность солнечного света постоянно меняется, а иногда вообще отсутствует, но можно произвести замер скорости ветра или интенсивность солнечного излучения в месте установки ветряка или солнечной батареи и, исходя из этих данных, приблизительно рассчитать: сколько энергии мы получим ежемесячно с каждой модели ветрогенератора в этом конкретном месте.

Скорость ветра и солнечная радиация — это единственный необходимый параметр, который не зависит от нас, но его необходимо знать, так как от него зависит количество электроэнергии, которое мы сможем получить впоследствии.


Крыша дома — это ветровой электрогенератор

Дождевая вода собирается благодаря крыше дома. Тут мы наблюдаем прямую зависимость между площадью крыши и количеством собранной воды: если увеличить площадь крыши, то количество воды также увеличится.

К примеру, мы потребляем 200 литров воды ежемесячно. Если в этом регионе в среднем выпадает 1 литр осадков в месяц на 1 квадратный метр, то для того, чтобы собрать 200 литров дождевой воды, нам необходима площадь крыши в 200 квадратных метров. Именно такая крыша обеспечит нас каждый месяц необходимым количеством воды.

К сожалению, мы не можем наращивать площадь крыши в любой момент, когда захотим. Площадь крыши необходимо рассчитать заранее, исходя из нашего планируемого ежемесячного потребления воды и количества осадков в этом месте. К тому же делать большую крышу — это удовольствие не из дешёвых.

Если мы изначально сделаем маленькую крышу, то собираемой каждый месяц воды не будет хватать. Конечно же, можно специально для этого достроить рядом ещё одно здание и увеличить таким образом площадь крыши или нарастить площадь уже существующей крыши. Но новая незапланированная стройка может сопровождаться большими непредвиденными расходами.

А если крыша будет изначально больше, чем нам необходимо, то вся дождевая вода не будет реализована. Да и хранить-то её будет негде, а излишки будут попросту выливаться на землю. Ко всему прочему мы изначально затратим гораздо больше денег на строительство такой крыши, чем нам было необходимо, что означает пустую трату денег.

Тут можно провести аналогию между крышей дома и самим генератором: ветрогенератор вырабатывает электрическую энергию из кинетической энергии ветра, которая попадает на его лопасти. Чем мощнее сам ветрогенератор, тем больше электроэнергии он сможет выработать при одинаковой скорости ветра. Нам необходим такой ветряк, который сможет за месяц собрать необходимое нам количество энергии из ветра в месте его установки.

К примеру, если мы потребляем 400 киловатт-часов электроэнергии ежемесячно, а средняя скорость ветра в месте монтажа установки (именно в месте монтажа, а не в регионе!) составляет 6 метров в секунду, то нам подойдёт модель ветрогенератора EuroWind 2, так как она, исходя из её графика производительности, способна вырабатывать 450 кВт*ч электроэнергии в месяц при скорости ветра 6 м/с.

Так же, как и с крышей для сбора дождевой воды, необходимо соблюдать баланс и произвести правильный первоначальный расчет при выборе ветровой электростанции. Если мы установим ветряной генератор меньшей мощности, чем необходимо, вырабатываемой электроэнергии не будет хватать. А если ветряк будет мощнее, чем надо, то излишки электроэнергии будут попросту пропадать, и к тому же мы понесём излишние затраты на совершенно не нужное нам более мощное оборудование.

Именно поэтому ветрогенератор должен подбираться с умом, после предварительного расчета на основе всех технических данных (контроллер, который управляет основными функциями генератора, уже сразу идёт с ним в комплекте).


Бак для воды, как аккумуляторная батарея

Так, ну а далее собранная вода поступает в большую емкость, которую мы используем для хранения дождевой воды. Наличие такого себе бака для воды позволяет нам запасать воду во время дождя и использовать её по мере надобности. Без него воду, поступающую с крыши во время дождя, нужно было бы использовать сразу в момент её стока, что зачастую просто неприемлемо. Только представьте себе: варить суп только во время дождя, или набирать ванную для купания только при хорошем ливне!

Критическую роль играет и объем бака. При малом объеме он может очень быстро заполняться и переливаться затем на землю, расходуя необходимую и драгоценную воду впустую. В этом случае рекомендуется использовать большие по объему баки. Но большой бак стоит дорого и занимает много места, к тому же, большой бак требует большего обслуживания — чистки, покраски, заделыванию дыр и т.п. Часть воды ещё и испаряется из бака со временем.

Аккумуляторные батареи (АКБ или АБ) — это накопительная ёмкость для произведённого ветрогенератором электричества. Электроэнергия направляется в аккумуляторы и находится в батареях до того момента, пока вы не воспользуетесь ею. Задача аккумуляторов состоит в сохранении электроэнергии в промежутке между её производством и потреблением.

Если объем аккумуляторной батареи будет мал, то она будет быстро заполняться, а излишки энергии будут пропадать. Объем аккумуляторной батареи должен быть большим, иначе потерь электроэнергии не избежать. Но большая батарея стоит дороже, занимает больше места и требует большего ухода. А если купить батарею огромного объема, то она никогда не будет заполняться на полную ёмкость, что будет элементарным расточительством средств. Необходимо учесть также и саморазряд батарей в течение очень длительного хранения энергии, что соответствует испарению дождевой воды из бака.

Объем аккумуляторной батареи должен быть таким, чтобы при выработке ветряного электрогенератора или фотомодулей на максимальной мощности или при максимальном потреблении электроэнергии процесс заряда-разряда аккумуляторной батареи составлял не менее 10 часов (это обязательное условие для всех свинцовых, кислотных, AGM, щелочных и гелевых батарей). К примеру, если номинальная мощность нашего ветряка 5 кВт, то объем аккумуляторной батареи должен составлять не менее 50 киловатт-часов.


Кран на баке — это ваш инвертор

Ну вот, набрали мы воды в бак... и что дальше? А дальше открываем краник внизу бака и используем воду для наших нужд: набираем в чайник для чая, набираем в кастрюли для супа, подключаем к душу, набираем ванну и т.п.

Но вот незадача! Диаметр краника настолько мал, что может пропустить через себя только небольшое количество воды за час. Чайник ещё можно набрать минуты за 3-4, кастрюлю минут за 10, но ванну набирать надо полдня, а о принятии душа вообще речь не идёт, так как струя воды очень слабенькая. А уж одновременно выполнять все эти задачи наш краник тем более не может. Что делать?

Можно заменить этот маленький краник на больший. Естественно, что есть какой-то физический предел по диаметрам кранов и не всегда есть настолько большой, который удовлетворит наши потребности. Но тогда можно установить в бак ещё один дополнительный кран и использовать воду сразу из двух источников. К примеру, один источник побольше для ванной, а второй поменьше для кухни.

Вывод: кран должен быть установлен такой, чтобы мог обеспечить водой всех потенциальных потребителей одновременно. Естественно, что если в доме две кухни, то одновременно они не будут использовать воду или вероятность этого очень мала. Но ко всему этому надо учитывать и то, что все краны слегка разбрызгивают воду при использовании (давайте условимся, что около 5-10% воды при использовании крана разбрызгивается попусту). И чем больше диаметр нашего крана, тем больший объем воды он разбрызгивает при использовании.

Перенесём этот пример на нашу ветроэлектростанцию или фотоэлектрические модули. Инвертор, преобразовывающий постоянный ток из аккумуляторных батарей в переменный ток, необходимый для домашней сети, выполняет функции такого краника в баке. Именно к нему уже подключаются потребители и электроприборы. Мощность инвертора (он же частотный преобразователь) ограничивает максимальную мощность всех электроприборов, которые могут работать от вашей системы одновременно. То есть, если ваш инвертор ограничен по мощности 3 киловаттами, то вы никак не сможете одновременно использовать оборудование на 5 киловатт, то есть вы не сможете подключить одновременно электрочайник (2 кВт), электробойлер (3 кВт) и две-три лампочки (по 100 Ватт каждая). Тут у вас есть выход: использовать эти приборы поочерёдно или наращивать количество/мощность инверторов. Можно установить более мощный инвертор на 6 или 7 кВт, но если такого инвертора не существует, то можно добавить к системе ещё один инвертор 3 кВт и разделить между ними электроприборы: первый инвертор будет для чайника и лампочек, а второй — для электробойлера.

Но не забываем, что все инверторы потребляют сами на себя на свои нужды 5-10% электроэнергии! Это означает, что при получении на выходе 5 киловатт-часов, инвертор потребит из аккумуляторной батареи 5,2-5,5 киловатт-часа.
Тут вывод аналогичен: необходим инвертор или группа инверторов, которые по мощности смогут обеспечить одновременное подключение всех потенциальных потребителей.


Подведём итог

В энергосистеме мы имеем:

  1. Сила ветра или интенсивность солнечного излучения (энергетический потенциал)
  2. Мощность ветрогенератора (вырабатывает электроэнергию)
  3. Емкость аккумуляторной батареи (накапливают электроэнергию)
  4. Мощность инвертора (выдают электроэнергию потребителю)

Каждый компонент энергетической системы работает независимо от других, но определяет тот или иной важный параметр. Каждый параметр критичен и от него зависит общая работоспособность системы возобновляемой энергетики (ветрового генератора или солнечных фотомодулей).

Для того чтобы система ветрогенератора функционировала правильно, необходимо четко сформулировать задачи, которые надо достичь и предоставить исходные данные для расчета. В таком случае успех гарантирован.


Остальные методы работы я опишу в следующий раз.

А сейчас буду рад ответить на ваши вопросы по этой теме, а также узнать какие темы вас  интересуют ещё?


  1. standrive добавляет:

    Предельно наглядно. Спасибо!

    Аркадий Семёнович отвечает:

    Спасибо за благодарность! Я постараюсь подготовить информацию по самым интересным вопросам.

  2. marina добавляет:

    Действительно, все очень наглядно. Красиво, я бы сказала. а как все обстоит на деле? У нас с мужем давний спор по этому поводу, и основной аргумент «против» — государство обложит такими налогами, что ни о каком экономическом интересе не будет и речи, даже немалые затраты на покупку и установку отработать не сможем. Читала закон, но что-то не понятно по-поводу таких как мы — если электроэнергия для себя — т.е. безсетевая схема.

    Аркадий Семёнович отвечает:

    Марина, извините за задержку с ответом! Был в отпуске.

    Если вы используете ветрогенератор в своих личных целях для выработки электроэнергии для своих нужд или нужд своего бизнеса, то налогами это не облагается. Во всяком случае, так в Украине.

    Использование ветряка можно приравнять к использованию бензиновой электростанции — вы же не платите налог государству, когда у вас пропадает свет и вы запускаете бензиновый генератор?

    Вот если вы хотите электроэнергию продавать в сеть, то такое действие уже будет облагаться налогами. Это уже считается получением прибыли и закон по этому поводу, как и любое другое налогообложение прибыли, существует.

    Если у вас есть сомнения по поводу разрешительных документов или налогообложения данной деятельности в Украине, вы можете поискать в нормативно-правовой базе. На сегодняшний день такие документы отсутствуют. Да и существовать они уже вряд ли будут, ведь наша страна идёт семимильными шагами по пути Европы, копируя все их законы и нормы. А политика ЕС как раз сводится к упрощению использования альтернативных источников энергии и беспрепятственному их использованию.

    Поэтому не переживайте на счет каких-то там налогов и обеспечьте себе автономный источник энергии!

Добавить комментарий

Вы должны войти для того, чтобы добавить комментарий.

Подписаться, не комментируя