Электроснабжение

11 мая 2013 Автор: Elvis-Pelvis

Современное жилище невозможно представить без электричества. С помощью электрической энергии работает освещение, отопление, бытовая техника и всё остальное, что можно включить в розетку… Типовая схема электроснабжения дома включает в себя автоматический выключатель на вводном фидере питания, счётчик электроэнергии, устройство защитного отключения, автоматические выключатели по группам нагрузок (комнатам, этажам).

Их обычно устанавливают в настенных электрошкафах. Автоматический выключатель предназначен для размыкания цепи при перегрузках (коротких замыканиях). Раньше их функцию выполняли плавкие предохранители (“пробки”). Устройство защитного отключения предназначено для защиты человека от поражения током при утечке в изоляции бытовых приборов. В ряде случаев для загородных домов подключение к централизованной сети бывает непростым. Как альтернатива или дополнение к основной сети существуют автономные источники электроэнергии. Чаще всего это бензиновые или дизельные электрогенераторы разной мощности (от сотен ватт до сотен киловатт). Они бывают переносные (для кратковременного электроснабжения потребителей небольшой мощности)

и стационарные (способные продолжительное время обеспечивать электроэнергией весь дом).

По способу запуска они делятся на генераторы с ручным или с автоматическим пуском. В настоящее время имеется большой выбор генераторов, способных в большинстве случаев решить проблему резервного электроснабжения. Но они потребляют топливо, шумят и требуют периодического ухода. Есть и другие источники электричества, работающие на энергии воды, ветра или Солнца. Разумеется, их применение не всегда и не везде возможно – большей частью это касается микро-гидроэлектростанций. В то же время применение солнечных батарей и ветряных электрогенераторов может быть вполне оправдано.
Микро-ГЭС.
Как следует из названия, этому типу электростанций для работы нужна вода. Принцип действия всякой гидроэлектростанции основан на вращении турбины (или колеса) под действием потока воды.

Для достижения требуемого давления воды в турбине возводят плотины. За счёт веса образовавшегося водяного столба приводятся в движение лопасти турбин (водяные колёса), которые передают усилие на электрогенератор. Для микро-ГЭС плотину не строят – её заменяет длинный шланг (водовод), установленный выше по течению так, чтобы высота водяного столба была достаточной для вращения турбины. Чем больше перепад высот на водоводе, тем большую мощность может отдать в нагрузку генератор. Для разных микро-ГЭС эта высота может составлять от 1…2 до 10 метров. Поэтому такие электростанции возможно устанавливать на горных реках, ручьях и водопадах. Мощность микро-ГЭС может достигать десятков кВт и более.

Современная технология позволяет извлекать энергию и на “равнинных” реках. Для этого применяют так называемые погружные гидроэлектростанции. Принципиальное их отличие в большей площади лопастей гидротурбины, за счёт чего возможно снижение удельного давления потока воды. Но и для них, всё же, требуется скорость течения не менее 1 метра в секунду. Это более громоздкая конструкция, её труднее устанавливать.

Микро-ГЭС способны обеспечить электроэнергией дом и даже небольшой посёлок круглогодично. Для работы в зимний период водозабор должен устанавливаться ниже глубины замерзания, а водовод должен иметь теплоизоляцию. Такие электростанции просты, надёжны и не требуют ухода. Удельная стоимость 1 кВт мощности гидроэлектростанции составляет ~1 тысячу долларов США.
Ветряные электростанции.
Энергию ветра люди научились использовать давно. Даже сейчас ещё можно встретить действующие ветряные мельницы.

Ветряные генераторы работают по тому же принципу: ветер вращает лопасти ветряного колеса, а они передают усилие на электрогенератор. Современные ветряные генераторы способны работать при скоростях ветра 3…4 метра в секунду, самостоятельно ориентируются по направлению ветра и автоматически регулируют скорость вращения ветряного колеса. С увеличением высоты подьёма ветроколеса средняя скорость ветра существенно возрастает (примерно на 1,5…2 м/сек при кратном подьёме).
Существуют ветряные генераторы и с вертикальной осью вращения. Такие агрегаты работают при меньших скоростях ветра и не нуждаются в ориентировании. Но они дороже традиционных “ветряков” с горизонтальной осью вращения.

Однако, ветер – явление не постоянное. Для обеспечения электроэнергией в штиль применяют аккумуляторные батареи и инвертор. Инвертор – это преобразователь постоянного напряжения аккумуляторов в переменное бытовой электросети.

В настоящее время существует много разных моделей ветряных генераторов и инверторов разной мощности, от сотен ватт до десятков киловатт и больше. Известны промышленные ветряные генераторы, способные развивать мощность до 1 МВт. Такие электростанции целесообразно устанавливать в приморских и степных районах с высоким ветряным потенциалом. Удельная стоимость 1 кВт мощности ветряного генератора составляет 1,5…2 тысячи долларов США. В остальных случаях для подзарядки аккумуляторных батарей часто в дополнение к ветряку устанавливают солнечные батареи.
Солнечные батареи.
Современные солнечные батареи способны развивать мощность 100 Вт и более с одного квадратного метра поверхности в ясную погоду. Солнечная батарея состоит из множества соединённых между собой фотоэлементов.

Солнечные фотоэлементы бывают кристаллические и аморфные. Кристаллические фотоэлементы – это полупроводниковые структуры, которые формируются на поверхности кристалла кремния, используя его материал для построения производящего электричество p-n-перехода. Они обладают высокими коэффициентом полезного действия (20% и выше) и долговечностью. Но они хрупкие и требуют механической защиты. Поэтому их помещают под стекло в жесткие алюминиевые рамки. Такая конструкция обладает достаточной прочностью, герметичностью и, как следствие, большим весом. Аморфные фотоэлементы представляют собой плёнку кремния, осаждённую на гибкую подложку (например, металлическую фольгу). Они имеют меньший чем кристаллические КПД, обладают высокой механической прочностью, могут гнуться. В настоящее время технологии производства фотоэлементов и солнечных батарей бурно развиваются. Однако их стоимость ещё достаточно высока: 4…5 тысяч долларов США на 1 кВт мощности солнечной батареи. Солнечные батареи получили широкое распространение в США, Европе, Японии и других регионах, где много солнечных дней в году. Часто их встраивают в крышу домов.

Суммарная солнечная радиация для городов России, кВт*час/кв.метр:
янв. фев. март апр. май июнь июль авг. сент. окт. нояб. дек. в год
Москва 20,6 53,0 108,4 127,6 166,3 163 167,7 145 104,6 60,7 34,8 22 1173,7
Воронеж 30,7 60,1 117 129 169 166 176 151 120 81,8 50,3 37,1 1245
Краснодар 42,8 77,8 127 147 178 171 194 172 148 123 81,7 55,6 1433
Рязань 21,2 55 109 130 168 165 169 147 106 62,3 35,2 23 1174
Используя энергосберегающие технологии и альтернативные источники можно добиться значительной экономии средств за оплату тепла и электричества, поступающего централизованно.

Популярность: 2%