Автономное электричество для частного дома: как правильно выбрать систему энергоснабжения.

готовые решения — схемы и фото автономного электроснабжения загородного дома

Автор: Кургузов А.В, инженер по электроснабжению

Постоянный рост тарифов на услуги поставщиков электроэнергии ведет к неоправданному увеличению расходов на содержание частного жилья. Автономное электроснабжение дома, организованное одним из многочисленных, существующих на данный момент способов, поможет эффективно решить эту проблему и обрести независимость от централизованных энергосетей

Требования к автономным системам электроснабжения

Чтобы автономное электроснабжение частного коттеджа оправдало вложенные в его организацию средства, надежно функционировало в течение длительного периода времени с обеспечением должного уровня безопасности, необходимо, чтобы оно соответствовало целому ряду требований:

1. Неукоснительное соответствие эксплуатируемого оборудования нормам пожарной и электробезопасности
2. Невысокий уровень шумов или наличие соответствующей звукоизоляции
3. Возможность работы энергосистемы без вмешательства человека в течение длительного периода времени
4. Экономичность за счет низкого потребления энергоносителей
5. Ремонтопригодность и несложное эксплуатационное обслуживание
6. Надежная работа независимо от времен года и погодных условий
7. Экологическая безопасность устанавливаемого оборудования

Но главным требованием является бесперебойность и устойчивость электропитания всех энергопотребителей и электрооборудования, составляющего систему жизнеобеспечения вашего жилища.

Монтажу независимой системы должен предшествовать этап создания проекта электрики с предварительными расчетами всех необходимых параметров.

Более подробно о требуемых характеристиках можно прочесть в ПУЭ, а так же других действующих нормативах, регламентирующих данную область деятельности.

Плюсы и минусы автономного электроснабжения

Современные достижения науки и техники позволяют применять в автономных схемах электроснабжения самые разнообразные энергоресурсы и способы преобразования энергии. Все они имеют, как свои преимущества, так и недостатки.

Плюсы независимых энергосистем

• Возможность организации полноценного энергоснабжения коттеджа в удаленных и малонаселенных пунктах с отсутствием доступа к централизованной подаче электроэнергии
• Отсутствие необходимости платить за услуги поставки электричества и соблюдать социальные нормы потребления энергии
• Независимость качества и бесперебойности электрики от внешних факторов и энергопоставляющих компаний
• Отсутствие риска выхода из строя бытового электрооборудования из-за внезапных скачков напряжения (при правильных предварительных расчетах и соблюдении эксплуатационных норм для используемых систем)
• Возможность получения дополнительного дохода от продажи излишков электроэнергии государственным структурам в рамках одной из действующих экспериментальных программ

Минусы:

• Оборудование независимых систем электропитания является дорогостоящим
• Независимое энергоснабжение имеет длительный срок самоокупаемости
• Все расходы на ремонт и обслуживание ложатся на плечи домовладельца
• Необходимость самостоятельного регулярного ухода и обслуживания установленного оборудования

Виды и выбор источников энергии

Проблема выбора того или иного вида независимого электроснабжения для загородного коттеджа сводится к поиску доступного и недорогого источника энергии. К таковым относятся топливные электрогенераторы, работающие на бензине, солярке, других нефтепроизводных и природном газе.

Наиболее дешевым топливом считается природный газ. Но, чтобы такая энергосистема работала бесперебойно, необходимо наличие газификации.

Генераторы, использующие дизельное топливо, бензин и пр., потребуют наличия специальной емкости для хранения горючих жидкостей с необходимостью регулярного пополнения их запасов.

Среди автономных систем, преобразующих общедоступные природные виды бесплатной энергии, наибольшее распространение сегодня получили:

• Полупроводниковые панели, преобразующие солнечную энергию в электрическую – солнечные батареи
• Ветровые генераторы, вращаемые энергией ветра
• Небольшие гидроэлектростанции

Выбирая тот или иной вид электроснабжения для своего коттеджа, необходимо учесть все его технические характеристики, плюсы и минусы, имеющиеся потребности в электроэнергии, а также экономическую составляющую вопроса.

Далее рассмотрим более подробно каждую из перечисленных независимых энергетических систем в плане использования их на практике.

Готовые решения – какие бывают?

В настоящее время промышленность предлагает множество вариантов по организации независимого электроснабжения частных домов. В зависимости от поставленных целей, а так же имеющегося бюджета, Вы можете выбрать для себя одно из них. А предоставленная ниже информация поможет сориентироваться в достоинствах и недостатках каждого из вариантов и определиться с выбором.

Генераторы, работающие на жидком горючем

Это наиболее распространенные виды электрогенерирующих установок. Они позволяют быстро организовать независимое снабжение электричества Вашего коттеджа и участка, обладают для этого достаточной мощностью и надежностью.

Главным преимуществом жидкотопливных генераторов является их независимость от внешних погодных и других условий. Однако, из-за дороговизны дизельного топлива, бензина и других нефтепроизводных, данные системы получили распространение только в качестве резервных, используемых при отключении централизованной подачи электроэнергии.

Мало кто может себе позволить сжигать от 0,25 до 1 литра топлива в час круглосуточно и ежедневно. Да и требующееся регулярное техническое обслуживание подобных агрегатов обходится недешево.

Еще один недостаток жидкотопливных энергетических установок – это высокий уровень шумов и повышенные требования безопасности. По этим причинам под дизельный или бензиновый генератор приходится оборудовать отдельное помещение, включая установку отдельной емкости для хранения запасов топлива.

Газовые электрогенераторы

Еще один вариант, с помощью которого можно реализовать автономное электроснабжение загородного дома – готовые решения с использованием оборудования, работающего на природном газе. Данные установки считаются экономически более выгодными в сравнении с жидкотопливными генераторами.

Однако их монтаж требует большого количества разрешительной документации, а так же профессиональных монтажных работ, выполняемых специалистами газовой компании. Также, при выборе данного варианта необходимо заказать проекта установки и последующего его согласование со всеми заинтересованными инстанциями.

Солнечные батареи

Солнечные батареи состоят из множества полупроводниковых элементов, в которых происходит преобразование световой энергии солнца в электричество.

Солнечная домашняя электростанция не требует никакого дополнительного топлива. А расходной частью при ее обустройстве является лишь стоимость закупаемого оборудования (солнечные панели, аккумуляторные батареи, инверторы, контроллеры, прочая аппаратура и материалы).

Эксплуатационное обслуживание солнечных батарей заключается в их правильной ориентации относительно солнца, а так же в регулярном протирании панелей от пыли, грязи, посторонних предметов, включая уборку снега в зимний период. Впрочем, установка панелей под определенным углом (около 70° относительно поверхности), препятствует скоплению на них снежных масс.

Возможность круглосуточного использования солнечной энергии обеспечивают накапливающие ее в течение дня аккумуляторы. При этом солнечная электростанция абсолютно бесшумна и экологически безвредна.

Заявленная производителем мощность солнечных батарей сохраняется в течение первых 20-25 лет эксплуатации. Затем уровень вырабатываемой электроэнергии снижается примерно на 20% и сохраняется в течение следующих 20 лет.

Облачность и другие погодные условия незначительно снижают производительность такого энергогенерирующего комплекса. Серьезно повлиять на эффективность солнечных панелей может только искусственная затененность и неправильное расположение их относительно солнца. Как правило, батареи должны «смотреть» на юг своей лицевой частью, где и расположены полупроводниковые элементы.

При размещении солнечных батарей на крыше коттеджа стоит позаботиться о дополнительном креплении кровли. Панели имеют немалый вес, что может пагубно сказаться на прочности не усиленных несущих конструкций.

Мощность солнечной электростанции можно наращивать в широких пределах, добавляя дополнительные панели и аккумуляторные банки, в зависимости от имеющихся энергетических потребностей.

Ветровые генераторы

Еще один источник альтернативной энергии – ветрогенератор. Он позволяет организовать экологически чистое автономное электроснабжение частного коттеджа за счет бесплатной энергии ветра.

Технически устройство представляет собой турбину, вращаемую атмосферными воздушными потоками. Ветряки располагают обычно на крышах зданий, а так же на стойках, мачтах и башнях высотой более 3 м.

В подобных генераторах происходит преобразование кинетической энергии вихревых воздушных потоков в механическую энергию вращающегося ротора, который и вырабатывает электричество для бытовых целей.

Чтобы определить целесообразность монтажа ветровой установки и ее будущую эффективность, необходимо тщательно изучить статистические данные метеослужб о силе и направлении ветров в районе проживания. Это надо сделать хотя бы за последние пару десятков лет. Подобную информацию можно почерпнуть в интернете, на сайтах погодной тематики.

Оптимальным условием для полноценной работы ветрового электрогенератора считается наличие постоянных ветров со скоростью 14 км/ч и более. Иначе, дорогостоящий агрегат просто не будет справляться со своими функциями, и вырабатывать достаточно электроэнергии для нужд вашего жилища.

К дополнительным достоинствам ветровых электрогенераторов можно отнести высокую надежность, отсутствие вредных выбросов и отходов, загрязняющих атмосферу и окружающую среду.

Бытовые гидроэлектростанции

Использование бесплатной энергии воды в целях вырабатывания электрической энергии требует наличия вблизи коттеджа естественного водоема. Системы переработки гидроэнергии в электрическую обладают высоким КПД, отличными показателями безопасности и экологичности.

Современные гидравлические турбогенераторы имеют высокую степень автоматизации и обеспечивают надлежащее качество вырабатываемой электроэнергии – стабильные показатели по частоте и напряжению.

Установка подобного агрегата в личных целях требует наличия проекта, согласованного с ведомством, управляющим водными ресурсами данной местности, а также иной разрешительной документации.

Как сделать автономную электростанцию своими руками

Полноценную систему независимого электроснабжения коттеджа можно сегодня собрать самостоятельно. Для этого необходимо обладать определенным опытом, техническими навыками, а так же знаниями о составе и принципе действия независимых энергетических комплексов.

В состав любой альтернативной схемы снабжения коттеджа электроэнергией входят следующие компоненты:

1. Исходный источник электрической энергии – топливный генератор или один из альтернативных источников, описанных выше (солнечные батареи, ветровая или гидравлическая турбина)
2. Блок заряда аккумуляторов, преобразующий параметры электроэнергии от первичного источника для передачи и накопления ее в аккумуляторных батареях
3. Накапливающие электроэнергию аккумуляторные батареи
4. Инверторное устройство, преобразующее напряжение аккумуляторов до необходимых параметров бытовой электросети (220 В, 50 Гц)
5. Кабели и провода электропроводки, выключатели, автоматы, розетки, распределительные щитки и т. д.

Подобрать и приобрести необходимые составляющие не составит труда. Все упирается лишь в финансовые возможности и существующие потребности в электроэнергии.

Эффективность будущей энергосистемы будет зависеть от правильности первоначальных расчетов, качества подобранного электрооборудования и ваших умелых действия как монтажника.

Поскольку стоимость большей части необходимых устройств довольно велика, если Вы не уверены в своих навыках и умениях, лучше обратиться за советом и помощью в монтаже к профессионалам. Только так Вы получите гарантию эффективности и окупаемости своей независимой системы энергоснабжения.

Читайте другие статьи по данной тематике

Услуги по данной тематике

Системы автономного электроснабжения для частного дома

Устройство независимой электросистемы позволит обеспечить энергией частные постройки, не подключенные к централизованным сетям. Результат поможет сократить энергетические расходы дач и домов. Но для того чтобы воспользоваться перечисленными плюсами, надо точно знать, как сделать автономное электроснабжение частного дома. Ведь правда?

Мы расскажем об устройстве независимых систем энергоснабжения. У нас вы найдете основополагающие принципы устройства и важные нюансы организации подачи электричества в частные жилые объекты. Представленная нами информация тщательно проверена, систематизирована, сведения соответствуют строительным нормативам.

В предложенной нами статье досконально разобраны варианты устройства частных энергетических систем, приведены и оценены все возможные источники получения энергии. Подробно изложены принципы сооружения и действия автономного электроснабжения, представленные данные подкреплены фото и видео.

Содержание статьи:

Общие требования к домашним автономным системам

Чтобы автономный комплекс корректно работал и производил объем энергии, полностью покрывающий потребности всех домашних устройств и предметов бытовой техники, перед монтажом оборудования проводят предварительный расчет общей мощности имеющихся в наличии электропотребителей.

К их числу относятся такие агрегаты, как:

• отопительная система жилого дома;
• холодильная техника;
• устройства по очистке/охлаждению воздуха;
• крупно- и мелкогабаритные бытовые приборы;
• насосный комплекс, осуществляющий поставку в дом воды из колодца или скважины;
• электрический инструмент для текущего ремонта, осуществляемого своими руками, и ухода за строениями и приусадебным участком.

Базовую мощность узнают из сопроводительных документов, выданных производителем и прилагающихся к каждому агрегату. Этот показатель у всех разный, но любые приборы и устройства одинаково требуют стабильной подачи энергии с определенной частотой электропотока и без перепадов напряжения.

В некоторых случаях учитывают еще и такой параметр, как синусоидальность формы переменного напряжения.

Галерея изображений

Фото из

Причиной организации автономного энергоснабжения чаще всего бывает неразвитая или слаборазвитая инфраструктура, в которой строится частный дом или дача

Нередко бывает, что автономные системы, генерирующие ток, сооружают в качестве резервного источника тока, чтобы минимизировать неудобства при перебоях с поставкой в централизованной сети

Для обеспечения питанием слаботочных электролиний и не особо «прожорливых» электропотребителей частники нередко прибегают к устройству экологически безопасных систем

Проще и выгоднее использовать в устройстве автономного электроснабжения газовые, бензиновые и дизельные генераторы. Они производительней, с установкой нет проблем, но к безопасным для окружающей среды источникам это оборудование не относится

Угрозы окружающему природному пространству не создают так называемые «зеленые источники»: ветер, вода, солнце. Их энергия неисчерпаема, к тому же она восстанавливается сама и совершенно ничего не стоит

Ветрогенераторы и солнечные панели на дачах пригодятся для поставки энергии уличному и домашнему светодиодному освещению. Подойдут они для питания жидкокристаллических телевизоров и зарядки мобильной медиа-техники

В удаленном от благ цивилизации туристическом городке ветряки и солнечные панели снизят нагрузку на генератор, обслуживающий весь туристический городок

Если вы счастливый обладатель участка, построенного на берегу реки или бурного горного ручья, есть возможность устроить гидроэлектростанцию. Однако так везет зачастую только жителям поселка, а не частникам

Дом в регионе с неразвитой инфраструктурой

Резервный вариант энергообеспечения

Солнечная электростанция — распространенный тип

Газовый генератор в загородном доме

Ветряки и солнечные панели

Ветрогенераторы в дачном поселке

Энергосистемы туристического городка

Автономная поселковая гидроэлектростанция

Данные о мощности приборов суммируют и таким способом выясняют, сколько реальных киловатт часов должна бесперебойно вырабатывать в день автономная электросистема. Рекомендуется превышать полученное число на 15-30%, чтобы в будущем иметь солидный запас на увеличение потребления энергии.

Автономная электрическая система позволяет круглогодично обеспечивать необходимый уровень комфорта в домах, расположенных далеко от центральных коммуникационных систем, отвечающих за поставку энергоресурса в жилые помещения

На следующем этапе определяют основные технические характеристики будущей энергосистемы. Эти параметры напрямую зависят от ее назначения.

Собираясь сделать резервный источник, подключающийся только в определенный момент, когда недоступно получение электричества через централизованные коммуникации, устанавливают предполагаемое время работы автономного оборудования, и на основании этих данных вычисляют нужную для нормального функционирования системы мощность.

Наличие в частном доме комплекса автономного электроснабжения обеспечивает владельцу полную свободу действий. У него в распоряжении всегда будет нужный ресурс, независимо от того, какую цену установит на электричество государство

Если же на «плечи» автономного оборудования планируют возложить все электрообеспечение в жилом помещении, хозяйственных постройках и на самом приусадебном участке, заранее четко высчитывают примерное дневное потребление.

На эту цифру накидывают еще 20-25% и таким способом получают фактическую базовую мощность, необходимую для полноценной работы коммуникационных сетей, оборудования и бытовой техники.

Выбирая в качестве альтернативного источника поставки энергии солнечные батареи, следует помнить, что в зимний период модули производят в 2-3 раза меньше ресурса, нежели во время наивысшей солнечной активности (с марта по сентябрь)

Имея на руках подробную техническую информацию, приступают к разработке проекта и выводят смету с полным объективным обсчетом предстоящих финансовых затрат на покупку агрегатов и оплату услуг по установке.

Специалисты, разумеется, справятся с монтажом быстрее и качественней, однако попросят за это солидную сумму. Домашние мастера тоже могут осилить основные части задачи, но для осуществления отдельных этапов все же разумнее будет пригласить профессионалов или хотя бы воспользоваться их советами.

Взвешенная оценка независимой системы

Современные системы для автономного электроснабжения используют самые разные ресурсы для выработки энергии. Это позволяет получать качественное электричество без перепадов даже в самых отдаленных и малонаселенных местах, куда еще не успели добраться все блага цивилизации.

Достоинства автономной электрики

Основное достоинство систем автономного электроснабжения – отсутствие норм потребления и платы за использованную энергию. Это позволяет обеспечить в жилом доме любой уровень комфорта, независимо от того, проходят ли рядом центральные коммуникации или нет.

Если предварительные расчеты мощности произведены верно и не занижены, система будет работать как часы и хозяева не столкнутся с такими проблемами, как неожиданное отключение электричества и перепады напряжения.

Веское преимущество автономного энергоснабжения заключается в отсутствии скачков, падения и превышения напряжения в сети, из-за которого в разы быстрее выходит из строя бытовая и компьютерная техника

Сведется к нулю риск того, что бытовая техника, имеющаяся в жилом помещении, выйдет из строя или сгорит из-за неожиданного скачка мощности. Количество и качество получаемой электроэнергии всегда будет одинаковым и именно таким, как было запланировано изначально в проекте.

Оборудование, обеспечивающее независимые поставки электроэнергии, имеет высокий уровень надежности и крайне редко выходит из строя. Это преимущество сохраняет актуальность при соблюдении базовых правил эксплуатации и регулярном обслуживании отдельных элементов и всей системы целиком.

Кроме того, уже сегодня работают экспериментальные программы, позволяющие владельцам продавать излишки электроэнергии государству. Однако об использовании этой интересной возможности стоит подумать заблаговременно, еще на стадии разработки проекта системы электрообеспечения.

Дополнительно потребуется оформить пакет разрешительных документов, подтверждающих способность имеющихся в наличии приборов вырабатывать нужный объем энергии надлежащего качества.

Недостатки независимого электроснабжения

К минусам независимой системы электроснабжения относят довольно высокую стоимость оборудования и значительные расходы на эксплуатацию.

К недостаткам автономного энергоснабжения относят необходимость выделять пространство под размещение оборудования, проводить самостоятельное обслуживание системы и замену изношенных элементов за свой счет

Электрики настоятельно рекомендуют хозяевам очень внимательно производить все расчеты и четко выяснять технические параметры запланированной к монтажу системы. Иначе может возникнуть ситуация, когда агрегат, производящий электроэнергию, выйдет из строя, так и не успев окупиться.

Ремонт автономного комплекса владельцы тоже осуществляют за свой счет, а эти услуги стоят значительных денег. Если же дом находится в отдаленном или труднодоступном районе, за мастерами придется поехать лично или дополнительно оплачивать выезд бригады на место.

Причем делать все понадобится достаточно быстро, так как домашние коммуникации и удобства, работающие на электроэнергии, в это время будут недоступны.

Если в качестве автономной системы по выработке энергии выбраны модули из солнечных батарей, их потребуется периодически очищать от мусора в ветреную погоду, а в зимний период обязательно освобождать от снега. Только при таком уходе они будут полноценно функционировать в течение всего эксплуатационного периода

Значительно снизят шанс поломки автономных устройств регулярный профилактический осмотр и плановое техническое обслуживание действующих агрегатов, но и для этого может понадобиться визит специалистов, стоящий денег.

Конечно, часть таких работ хозяин сделает самостоятельно, но более серьезные моменты, требующие определенного опыта и специфических знаний, все равно повлекут за собой профессиональное вмешательство.

Определение наилучшего источника энергии

Выбор альтернативного источника энергии для автономного – очень важный и ответственный момент, требующий серьезного подхода.

К самым популярным и наиболее распространенным вариантам относятся:

• генераторы, работающие на дизельном топливе или бензине;
• солнечные батареи;
• аккумуляторы большого объема и мощности;
• гидроэлектросистемы;
• преобразователи ветряной энергии.

Каждый источник имеет собственные уникальные характеристики и особенности. Владельцам следует заранее с ними ознакомиться и на основании этой информации определить оптимальный вариант системы, способной удовлетворить все электрические нужды частного жилого дома.

Особенности работы генераторов

Генератор – это самый быстрый и простой способ обеспечить частный дом электричеством. Для работы агрегат использует бензин или дизельное топливо и в результате его сжигания выдает необходимое количество энергии.

Главным преимуществом является полная независимость устройства от сезонных изменений и погодных колебаний. К недостаткам относится обязательное наличие на участке специально оборудованного хранилища для топлива, рассчитанного на объем от 200 литров.

Дизельная генераторная установка удобна и проста в эксплуатации, но для полноценного функционирования ей необходимо получать не менее 250 мл горючего в час. Мощные станции, способные обеспечить энергией небольшой частный домик с фактическим потреблением ресурса в несколько киловатт за сутки, будут «есть» примерно литр солярки в течение 60 минут

Чаще всего бензиновые и дизельные генераторные установки используют в качестве резервных или временных источников получения электроэнергии. Это обусловлено тем, что для полноценной работы приборы требуют значительных объемов горючего, стоимость которого постоянно увеличивается.

Мощный бензиновый или дизельный генератор способен при наличии нужного объема топлива обеспечить бесперебойную подачу электричества. Однако устройство в процессе работы производит очень много шума. Чтобы не страдать из-за нежелательных звуков, стоит разместить агрегат в одном из прилегающих хозяйственных помещений, расположенных на некотором расстоянии от собственного жилья и соседских домов

Само оборудование тоже имеет высокую цену и нуждается в профилактическом обслуживании. К более выгодным вариантам генераторных установок относят газовые агрегаты. Они не нуждаются в бесперебойных поставках горючего и не требуют наличия хранилища для топливных материалов.

Однако полноценную работу этих приборов обеспечивает такой пункт, как обязательное подключение к центральной газовой сети, что далеко не всегда является возможным и доступным.

Установка в доме газового генератора осуществляется только на основании пакета разрешительных документов и при обязательном участии в монтаже бригады мастеров из местного газораспределительного предприятия. Подключать к газопроводу прибор самостоятельно не рекомендуется во избежание потенциально возможных в будущем утечек и различных неполадок

Именно из-за этих сложностей генераторы редко выбирают в качестве основного источника для поставки электричества в частный дом.

Зато генераторы – идеальное решение для временного использования, к примеру, на время строительства загородного дома и оформления документов для его подключения:

Галерея изображений

Фото из

Генератор на время проведения строительных работ

Четыре аккумулятора и инвертор

Освещение ночью и в вечерние часы

Освещение для проведения проводки и отделки

На протяжении первых этапов строительства генератор послужит основным источником энергии, а после оформления документов и получения разрешений на подключение к общей энергосети, он станет резервным оборудованием и безусловно не раз пригодится.

Автономные солнечные электростанции

Для снабжения частного жилого дома применяют коллекторы или . Эти устройства поглощают световую энергию и преобразовывают ее в ток, который потом питает системы, устройства и приборы, работающие на электричестве.

Галерея изображений

Фото из

Солнечные электростанции — один из самых практичных, а потому и самых востребованных вариантов организации автономной системы получения электроэнергии

Солнечные панели, генерирующие электричество из падающего на них солнечного света, размещают в большинстве случаев на крышах домов, гаражей, бытовок, террас и подобных сооружений. Они занимают минимум пространства и не доставляют хлопот

Установка и крепление солнечных батарей на крышах и навесах производится по рейкам, способным выдержать вес автономной электростанции

Каждая солнечная батарея состоит из 36 или 72 фотоэлектрических элементов. Число батарей рассчитывают, исходя из реальных потребностей хозяев в электроэнергии. При необходимости систему можно расширить путем установки дополнительных панелей

Для работы солнечной электростанции кроме панелей нужна функциональная аппаратура: контроллер, аккумулятор, инвертор. Все перечисленные приборы выполняют функцию, благодаря которой владельцы систем могут использовать получаемый электроток

Электроэнергия, вырабатываемая солнечной электростанцией, накапливается в аккумуляторах. Их мощность подбирают так, чтобы запаса хватило минимум на сутки работы в пасмурный день

Для того чтобы уберечь оборудование от глубокой разрядки, перегрева и превышения заряда, автономную солнечную электростанцию оснащают контроллерами

Для питания обычных электроприборов, подключаемых к сети переменного тока в 220 В, в схему солнечной электростанции включают инвертор. Гибридные модели этих преобразователей дополнены контроллерами

Сооружение солнечной электростанции

Размещение солнечных панелей на крышах

Установка и крепление солнечных батарей

Модульный принцип сборки системы

Компоненты частной гелио-электростанции

Батарея аккумуляторов для гелиоустановки

Контроллер — средство защиты от перегрева

Преобразователь полученной энергии

Солнечные батареи (панели) представляют собой набор соединенных вместе и заключенных в раму полупроводниковых элементов, перерабатывающих ресурсы света в электрическую энергию. Оборудование не потребляет топлива и не нуждается в сложном высокопрофессиональном обслуживании.

Для содержания объекта в порядке достаточно просто время от времени протирать поглощающее зеркало от пыли и убирать с него мелкий мусор. Установка агрегата на некотором возвышении под углом около 70 градусов создаст условия, при которых в зимний период времени снег не сможет скапливаться на поверхности батарее и препятствовать ее корректной работе.

Регулировка гелиосистемы происходит автоматически. Владельцу не требуется включать или выключать оборудование. Выработанная энергия скапливается в специальных аккумуляторных комплексах и позволяет использовать электричество круглосуточно в индивидуальном, удобно лично для хозяина режиме.

Солнечная батарея напрямую преобразует энергию света в электроток и, в отличие от генераторных установок, делает это абсолютно бесшумно, не мешая таким образом ни жильцам, ни соседям

Солнечные батареи высокого качества очень надежны и рассчитаны на полноценную эксплуатацию в течение как минимум 25 лет. К концу этого периода их работоспособность немного снижается и следующие 20 лет панели выдают ресурс в объеме около 80% от базовой изначальной мощности, заявленной производителем.

Таким образом, общий срок службы батарей составляет 45 лет, что значительно превышает показатели прочих автономных систем.

В отличие от ветряных генераторов, напрямую зависящих от определенных метеорологических явлений, солнечные батареи гарантированно выдают электроэнергию каждый день. В непогожие пасмурные дни их производительность становится немного меньше, но не прекращается полностью

Так как солнечный свет имеется практически везде, гелиопанели почти не имеют ограничений по установке. Размещать их можно на любом незатененном пространстве участка, обращая принимающую поверхность под определенным углом на южную сторону.

Выбирая место для расположения солнечных панелей на приусадебной территории, нужно следить, чтобы рядом не было высоких деревьев и строений, загораживающих солнце и отбрасывающих тень. Иначе батарея не сможет работать в полную силу

Если размеры приусадебной территории не позволяют выделить для оборудования отдельное свободное место, уместно использовать для монтажа системы поверхность крыши жилого дома или кровлю хозяйственных построек.

Несмотря на некоторую хрупкость, солнечные панели имеют значительный вес и требуют четкого и надежного крепления. Перед монтажом надо оснастить кровельную конструкцию прочными балками или подпорками, чтобы в будущем крыша не обвалилась, не выдержав дополнительной нагрузки, не предусмотренной изначальным проектом

Ветряные и гидроэлектрические системы имеют фиксированный уровень мощности. У гелиосистем эта величина плавающая и зависит только от количества установленных батарей. Солнечные панели можно использовать в качестве дополнительных энергетических источников. В этом случае понадобится , с которым ознакомит рекомендуемая нами статья.

Если в большом количестве энергии на данный момент нет потребности, можно поставить агрегат миниатюрных габаритов, а в случае надобности в удобное время нарастить дополнительные панели и увеличить объем получаемого ресурса.

Энергия ветра для автономного электроснабжения

В том случае, когда метеорологические или какие-либо другие объективные причины не позволяют установить солнечные батареи или коллекторы, есть смысл обратить внимание на . Он представляет собой турбину, размещенную на высоких (от 3 метров) башнях.

Она улавливает кинетическую энергию вихревого потока, преобразует ее в механическую энергию вращением ротора и потом превращает в электроресурс посредством специальных инверторов.

Владелец частного дома, запланировавший установку ветряного генератора мощностью более 10 кВт, должен тщательно изучить информацию об изменениях направления и силы ветра в своей местности за последние 20 лет

Статистику могут предоставить метеослужба и различные интернет-сервисы, позволяющие наблюдать за погодой в онлайн-режиме. Если ветра в регионе считаются редким явлением и не имеют нужной силы, монтировать «ветряк» будет нецелесообразно.

Галерея изображений

Фото из

Ветрогенератор на загородном участке

Контроллер для ветряных установок

Аккумуляторы для запаса заряда

Инвертор для преобразования получаемого тока

Агрегат отличается надежностью, не создает вредных выбросов в атмосферу и не оставляет отходов производства, но для полноценной работы остро нуждается в постоянном ветре, дующем со скоростью не менее 14 километров в час. Это очень важное условие, и если его не соблюсти, прибор просто не справится с поставленными задачами.

Локальные системы гидроэнергии

Использование гидротурбины для обеспечения жилого дома электричеством – вполне реальный и выгодный вариант, но лишь в том случае, когда вблизи строений располагаются речка или озеро. Небольшая система, работающая на энергии воды, абсолютно безопасна как в экологическом, так и в социальном плане, очень проста в эксплуатации и имеет хороший КПД.

Малые гидротурбины полностью автоматизированы и не требуют участия в своей работе человека. Качество вырабатываемой ими энергии соответствует всем требованиям ГОСТа как по частоте, так и по уровню напряжения

Срок полноценной работы превышает 40 лет. Для корректного функционирования система не нуждается в крупных водохранилищах и не требует затопления больших территорий.

Галерея изображений

Фото из

Вариант использования энергии воды

Самодельная турбина из колесных ободов

Принцип работы мини гидроэлектростанции

Шнек в устройстве гидроэлектростанции

Перед установкой необходимо составить проект монтажа и получить соответствующие разрешительные документы.

Аккумуляторы для автономных систем

Принцип работы аккумулятора понятен и несложен. Пока в центральной сети имеется электричество, батареи заряжаются от розетки и накапливают в своих блоках ресурс. функционируют аналогичным образом.

Когда поставки энергии прекращаются, модули через специальную отдают электрику бытовым приборам и различным домашним системам.

Выбирая аккумулятор для создания резервной электросистемы в жилом доме, стоит определить, какие приборы и модули бытовой техники обязательны к подключению в случае отсутствия света. Сложив вместе их базовую мощность, можно получить число, обозначающее емкость аккумулятора, способного обеспечить энергией самые необходимые устройства

Для постоянного обеспечения жилого помещения электричеством они не подходят, зато с ролью резервного комплекса справятся на отлично.

С лучшими разработками для организации альтернативной энергетики загородного дома ознакомит , полностью посвященная этому интересному вопросу.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик №1 наглядно продемонстрирует, как собрать своими руками автономную систему электроснабжения частного дома из солнечных батарей. В видео даны полезные советы от мастера с подробным показом каждого действия и описанием используемого оборудования:

Ролик №2 знакомит с тем, что следует выбрать для создания в доме резервной электрической системы: генератор или аккумулятор. Обзор агрегатов, плюсы и минусы, сравнительные характеристики и принцип работы поможет самостоятельным мастерам в осуществлении идеи:

Ролик №3 представляет, как работает ветрогенератор, способен ли он покрыть все потребности среднестатистического жилого дома в электроэнергии:

Роликом №4 представлен независимый комплекс электроснабжения для загородного дома с использованием различных ресурсов и установок. Обозначены достоинства и недостатки системы из солнечных панелей, инвертора МАП и прогрессивного ветрогенератора:

Потребность в организации автономного электричества для частного дома может возникнуть по разным причинам, например, из-за проблематичности подключения к уже существующей сети или ввиду отсутствия центральных коммуникаций в районе расположения жилья.

Нестабильно подающееся напряжение, перебои питания или регулярные отключения тоже могут вынудить владельцев недвижимости задуматься о получении энергии из альтернативных источников. Правильно рассчитанная и корректно смонтированная система позволит забыть о всех проблемах с электрикой.

Расскажите о том, как сооружали автономную систему энергообеспечения на загородном участке. Не исключено, что в вашем арсенале есть способы, не приведенные в статье, и сведения, полезные для посетителей сайта. Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, делитесь впечатлениями, размещайте фото, задавайте вопросы.

Автономное электроснабжение дачи и коттеджа на основе инвертора

Для организации автономного электроснабжения дачи с домиком сезонного проживания, частного дома или коттеджа часто применяют солнечные электростанции с аккумуляторными батареями высокой емкости. Такая система обеспечивает бесперебойное электропитание потребителей независимо от того, имеется ли основной источник электроснабжения или нет. Рассмотрим особенности автономного электроснабжения на основе солнечных электростанций, и какую роль в оборудовании играют инверторы.

Особенности и принцип работы солнечной электростанции для дачи и коттеджа

Все солнечные электростанции делятся на 3 типа:

• Сетевые. Вырабатывающаяся электроэнергия поступает во внутреннюю сеть, а при её нехватке для потребителей происходит отбор из промышленной сети.
• Автономные. Подключение к промышленной сети отсутствует. Вырабатываемое электричество питает потребителей, а избытки энергии накапливаются в аккумуляторных батареях. Питание в темное время суток осуществляется от АКБ.
• Гибридные. Днем питание осуществляется от электроэнергии, полученной от солнечных панелей, способствуя снижению электропотребления из промышленной сети. В случае отключения основного источника питания электричество поступает уже от АКБ.

Автономные или гибридные системы состоят из PV модулей (фотоэлектрические панели), контроллера, блока аккумуляторных батарей, инвертора. Преобразованная в электричество энергия солнечного света через контроллер направляется на АКБ, после чего с инвертора переменным током на все потребители (например, дверной замок). Для автономных или гибридных систем используются необслуживаемые GEL аккумуляторы.

Для эффективной работы автономных солнечных электростанций требуется строгое соответствие нескольким условиям:

• Установка PV панелей на крыше или стене дома, коттеджа или на отдельно стоящем каркасном сооружении. Солнечные панели должны быть установлены под определенным углом и направлены на юг, во избежание больших потерь энергии.
• Быстрый доступ к панелям для очистки от загрязнений, снега в зимнее время.
• Достаточное количество панелей и аккумуляторных батарей для бесперебойного снабжения основных потребителей электроэнергии (освещение, телевизор, холодильник и пр.).

Частые отключения электроэнергии на даче или в доме

Если используется гибридная солнечная электростанция, есть возможность питания от промышленной сети или имеется только промышленная сеть, а установка PV панелей нецелесообразна, но при этом часто встречаются отключения электричества на несколько часов, то решить проблему поможет система резервирования на основе инвертора.

Принцип работы инверторного ИБП следующий:

1. При наличии основного источника питания ток не поступает на АКБ (нет буферного режима, срок службы аккумулятора увеличивается).
2. Если происходит отключение электричества, то цепь питания автоматически переключается на резерв – постоянный ток из АКБ через инвертор преобразуется в переменный, и поступает на потребителей.
3. При возобновлении основного электроснабжения происходит обратное переключение цепи.
4. В солнечную погоду PV модули преобразуют энергию света в электричество, которое через контроллер поступает на блок АКБ для их подзарядки.
5. После заряда аккумуляторов ток на них не поступает, электроэнергия, получаемая от солнечных батарей, поступает к потребителям вместе с электричеством из промышленной сети (гибридная система).

Инверторный источник бесперебойного питания позволяет решить проблему с частыми отключениями электроэнергии в дачных или коттеджных поселках. При выборе подходящего варианта для работы совместно с солнечной электростанцией учитывают пиковую потребляемую мощность, частоту и продолжительность отключений электричества (влияет на время резервирования, количество аккумуляторных батарей в блоке).

Системы резервирования могут успешно применяться не только с солнечными электростанциями, но и с ветрогенераторами. Можно подобрать решение для резерва на время вплоть до 24-48 часов. Среди готовых источников бесперебойного питания на основе инвертора есть варианты на 1-3 кВт, а также на 5-10 кВт и выше, что позволит обеспечить электричеством дачу или коттедж с большим количеством одновременно работающих потребителей тока.

Обратите внимание, долговечность системы зависит от условий эксплуатации.

Необслуживаемые AGM аккумуляторы, используемые в в источниках бесперебойного питания, прослужат до 8-10 лет при хранении в нормальных условиях.

В циклическом режиме (то есть при частых циклах заряда-разряда и глубокого разряда) может наблюдаться выход АКБ из строя уже через 3-5 лет.

Автономное электричество для дома: сравнение эффективности и стоимости

Современная цивилизация целиком и полностью зависит от электричества. Без него не может быть и речи о комфорте и тепле в доме. К сожалению, наличие в сети тока ни коим образом не зависит от воли хозяина дома. Часто случаются аварии или регламентные работы, которые порой на несколько часов могут оставить пользователей без электроснабжения. В условиях суровой зимы это может привести к достаточно серьезным последствиям вплоть до размораживания системы отопления. Особенно эти проблемы актуальны для жителей частного сектора или загородных домов. В таких условиях вполне логичной видится возможность устройства автономной системы электроснабжения, которая может быть использована в случае аварийных ситуаций с целью временного поддержания работоспособности хотя бы основных электроприборов. Мы предлагаем вашему вниманию несколько способов, позволяющих подвести автономное электричество для дома: сравнение эффективности и стоимости этих моделей.

Пример энергонезависимого домохозяйства

Автономное электроснабжение загородного дома: выбор подходящего источника

Вся большая проблема создания системы автономного электроснабжения для дома упирается в сами источники альтернативного обеспечения электричеством, которых в современном мире придумано пока еще не очень много. Их можно с легкостью сосчитать на пальцах одной руки – это бензиновый, дизельный или ветряной электрогенератор, аккумуляторы и солнечные батареи. Все эти альтернативные источники обладают не только преимуществами, но и определенными недостатками, с которыми требуется непременно разобраться в первую очередь.

• Различного рода генераторы являются наиболее простыми и дешевыми техническими устройствами, которые могут эффективно обеспечить домовладение определенным количеством электроэнергии. Большинство из них работает от двигателя внутреннего сгорания, бензинового или дизельного. Поэтому для их эффективного и бесперебойного функционирования требуются достаточно большие запасы бензина или дизельного топлива. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии на протяжении хотя бы 2 – 3 дней, потребуется не менее 100 – 200 л. топлива. В этом плане выгодно отличаются особые газовые электрогенераторы, которые работают от природного газа, подведенного к дому. В этом случае автоматически решается проблема с источником топлива. Также отличным вариантом обеспечения дома беспрерывной подачей электроэнергии является ветряной генератор, но у него имеется достаточно большой недостаток – чаще всего, подобные установки обладают немалыми размерами, и к тому же для своей эффективной работы они требуют наличия целого комплекса дополнительного электротехнического оборудования. Но об этом поговорим позже, а сейчас рассмотрим иные источники резервного автономного электроснабжения для частного дома.

Генератор с двигателем внутреннего сгорания, выполняющим функцию силовой установки

• Солнечные фотоэлементы способны обеспечить «дармовой» электроэнергией не только ваш дом, но соседей. В западных странах излишки полученной таким путем электроэнергии скупают у собственников энергетические компании. Контроль учета проданной электроэнергии измеряется счетчиком, только хозяин не платит по нему, а получает деньги. Нам пока еще до этого далеко, но первые дома, оборудованный солнечными панелями уже появляются. У такого источника имеется недостаток – это его габариты. Для обеспечения дома достаточным количеством энергии вся его крыша должна быть покрыта солнечными батареями. Кроме того, к ним еще нужно большое количество различного дополнительного оборудования, которое призвано не только накопить, но и преобразовать низковольтный ток в подходящий для электроприборов. Обычно такие приборы занимают площадь не менее 6 м2, поэтому для них требуется отдельное помещение.

Солнечные батареи, покрывающие крышу частного дома

• Аккумуляторные батареи, которые можно использовать только в качестве аварийного электроснабжения, либо в качестве накопителей для различного рода генераторов. Во время присутствия в сети электричества эти батареи будут заряжаться, а в его отсутствии они начнут отдавать энергию потребителям. Этот процесс регулирует так называемый инвертор, который просто повышает напряжение в 12V до пригодных нам 220V. Очевидно, что такой источник нужно использовать только для обеспечения энергией жизненно важных приборов, и то в течение короткого времени. Чем больше суммарная емкость аккумуляторов, тем больше времени они смогут обеспечивать электроэнергией приборы.

Система аккумуляторов для аварийного электроснабжения

Это все возможные источники электроснабжения, если не брать во внимание совсем уж экзотические вроде геотермальных, водяных или работающих по принципу термопары. Теперь рассмотрим то, как они устроены и работают.

Системы на топливных генераторах

Основная мега задача дизельного, бензинового либо газового генератора в схеме работы системы бесперебойного снабжения электроэнергией жилого или нежилого объекта – вовремя подключаться к работе и обеспечивать необходимое оборудование дома автономной электроэнергией. Кроме того, не менее важной задачей такого источника электроэнергии имеет место быть своевременное его отключение. Это важно, так как при столкновении двух встречных потоков заряженных электронов в проводниках произойдет, как минимум полное перегорание некоторых приборов, возможно дорогостоящих, а как максимум настоящий пожар со всеми тяжелыми вытекающими последствиями.

Исходя из этих принципов уже давно разработана принципиальная схема и алгоритм включения любых топливных генераторов в работу. В случае, когда в электрической сети имеется напряжение, они просто спят тихим и непоколебимым сном, но как только по какой-то причине оно пропадает, специальное электромеханическое реле тут же замыкает цепь между блоком аккумуляторов и генератором, в результате чего последний просыпается, заводится и начинает исправно вырабатывать электроэнергию. Обратный процесс происходит при внезапной подаче электроэнергии в сеть из вне. Контакт контроллера размыкается и генератор останавливается, поток электронов прекращается.

Схема подключения генератора к сети внутри дома

По такому немудреному принципу работает автономное резервное электроснабжение при участии топливных электрогенераторов. А вот когда речь идет о постоянном, а не резервном электроснабжении, то здесь все еще элементарнее – вместо единственного генератора используется два. При этом второй является просто резервным и включается только тогда в работу, когда первый ломается или в нем заканчивается топливо. Также существуют грамотные схемы поочередного подключения генераторов – такой принцип позволяет не слишком перегружать один из агрегатов, что значительно увеличивает срок их службы. Системы, основанные на топливных генераторах не так дороги, как бестопливные устройства и менее сложны. Их эффективность тоже гораздо выше. Однако для их функционирования требуется топливо.

Принцип работы и устройство бестопливных источников электроснабжения

Автономная система снабжения электроэнергией с участием бестопливных источников энергии в настоящее время является самой технологичной и сложной. Это обусловлено тем, что кроме технологичности данных устройств, которые способны из «ничего» вырабатывать электричество, существует и значительный по объему комплекс вспомогательного, но необходимого оборудования. Его назначением является накопление и переработка электрической энергии в абсолютно пригодный для бытовых приборов электрический ток.

Схема рассматриваемых нами систем работает по вполне понятному и простому принципу, несмотря на большую сложность используемого в ней оборудования. Ее можно разделить на три главные части:

• Сам источник, вырабатывающий электроэнергию, в качестве которого чаще всего выступают ветрогенератор, солнечные батареи и прочие другие источники низковольтного тока.
• Массивная и объемная накопительная часть, которая представлена блоком аккумуляторов.
• Система преобразования, в основу работы которой положен принцип действия инвертора. Он является той необходимой частью системы, которая определенным образом способна преобразовывать низкое напряжение в более высокое.

Все эти составные части являются важными составляющими элементами системы автономного энергоснабжения. Существование и работа их друг без друга невозможны.

Каким должна быть система резервного электроснабжения

В заключение нужно сказать несколько слов о том, как можно сделать достаточно эффективный источник бесперебойного электропитания своими собственными руками. Для этой цели понадобятся всего три составляющие: несколько щелочных или кислотных аккумуляторов, которые соединяются по параллельной схеме для увеличения их суммарной емкости, зарядное устройство для них и инвертор. Пока в сети имеется штатное напряжение, аккумуляторы спокойно заряжаются от зарядного устройства, которое просто включено в сеть, а как только электрическая энергия в сети общего пользования исчезает, они начинают стабильно выдавать электроэнергию во внутридомовую проводку посредством этого самого инвертора. Стоимость бестопливных установок пока еще очень высока, чтобы в нашей стране осуществлялось их массовое использование. Однако они не требуют никакого топлива и полностью экологически безопасны.

Инверторов в магазинах продается великое множество. Они рассчитаны на работу с потребителями определенной мощности. В зависимости от поставленной задачи, можно купить инвертор, на выходе которого будет мощность всего 300Вт, что достаточно для освещения в одной двух комнатах или поддержания работоспособности газового котла отопления, а можно и на 4кВт, что уже обеспечит энергией весь дом. От этой мощности напрямую зависит количество тех электроприборов, которые смогут подпитываться от такого источника. Нужно только понимать, что чем большее количество приборов вы подключаете к такому бесперебойнику, тем больше понадобится увеличить суммарную емкость аккумуляторов. Если емкость подобрать неправильно, то батарей разрядятся быстро и толку от такой системы не будет никакого.

Вот, в общем то, и все способы, при помощи которых возможно оборудовать автономным электроснабжением частный дом. Как видим, выбор не особенно велик, но, все же, он есть. А что касается финансовой стоимости создания таких систем, то большинству людей она может показаться слишком высокой, особенно если брать во внимание топливные расходы. В этом отношении более привлекательнее смотрятся такие неиссякаемые и совершенно бесплатные источники энергии, как солнце либо ветер. Такие системы хотя и стоят намного дороже, но они с запасом окупаются тем, что отсутствуют затраты на топливо для генератора.

Система резервного автономного электроснабжения загородного дома

Электроснабжение в доме играет очень большую роль. От него напрямую зависит работа практически всех коммуникаций. Особенно это важно, если в доме имеется насосная система подачи воды или нет газового обеспечения. Всё основывается на электричестве, и большинство людей для загородных домов выбирают центральную подачу электричества, но некоторые делают ставки на автономное электроснабжение дома.

Вернуться к оглавлению

Содержание материала

Центральное электроснабжение

Для обеспечения электричеством загородного дома может служить несколько источников:

• центральная электрическая сеть;
• топливные электростанции;
• возобновляемые источники.

Центральное обеспечение электричеством довольно дорогое удовольствие и не всегда применяется в загородных домах.

Совет. Перед тем, как заключать договор с центральной станцией электрообеспечения, предварительно стоит оценить свои затраты электроэнергии. Возможно, выгоднее осуществлять автономное обеспечение электрической энергией.

Топливные электростанции

Топливные электростанции считаются автономным обеспечением электричества, так как работают на основе топлива. Они имеют один большой недостаток, который основывается на том, что топливные генераторы не могут обеспечивать круглосуточное бесперебойное обеспечение электричеством всего дома. Также генератор во время своей работы издаёт довольно неприятные звуки. Покупка такого источника электричества обойдётся в копеечку – станет постоянной необходимость приобретать топливо. Но если всё-таки есть возможность приобрести его, то лучше всего остановить свой выбор на более известных фирмах производителей.

Совет. Топливный генератор можно использовать в доме, предназначенном для временного проживания, и подача электричества производится выборочным путём.

Схема работы топливной электростанции для частного дома

Генераторы могут подавать электрический ток, независимо от погодных условий и состояния центральных электрических сетей. Такой метод обеспечения электричеством дачного домика считается экономически выгодным, так как на генератор работает не постоянно. Но есть такой тип генераторов, которые способны вырабатывать электроэнергию постоянно, они требуют значительных финансовых затрат.

Вернуться к оглавлению

Возобновляемые источники подачи электричества

Такими источниками вырабатывания электрического тока могут быть ветер или солнце. Природные источники энергии считаются экологически чистыми и с каждым годом набирают всё большую популярность. Практически каждый фермер стремится отказаться от центрального электроснабжения и обезопасить себя от ненужных расходов на оплату электричества, и сделать это можно с помощью солнечных батарей на крыше дома.

Возобновляемые источники электрической энергии не требуют топлива и лишних затрат, так как их стоимость зависит от ценовой политики такой системы электрообеспечения, экологически чистые источники энергии считаются экономически выгодными.

Солнечные батареи, расположенные на крыше дома

Выбор электрообеспечения

При постройке дома собственнику приходится решать большое количество вопросов, связанных с коммуникациями. Первым делом встаёт вопрос об обеспечении дома или дачи электричеством.

Очень часто с помощью электричества работает система водоснабжения и даже канализации. Именно по этой причине загородный дом требует постоянной подачи электричества. Чему именно отдать предпочтение решать может каждый самостоятельно. Но в большинстве случаев предпочтение отдают автономному электроснабжению.

Вернуться к оглавлению

Система автономного электроснабжения дома

Такие системы представляют собой совокупность источников преобразования электроэнергии, которые могут существовать отдельно от центрального электрообеспечения. Они в состояние обеспечивать электричеством не слишком большой объект. Для них как раз подойдёт маленький дачный домик.

Совет. Если площадь дачного или загородного дома довольно большая, то будет уместно использовать не один, а несколько таких систем для обеспечения электричеством дома.

Система автономного электрического тока включает в себя:

• непосредственный источник электрической энергии;
• систему преобразования энергии;
• автоматический пуск;
• аккумуляторные батареи;
• блок коммутации;
• стабилизатор напряжения;
• подвод внешней электрической энергии.

Схема подключения такого электроснабжения небольшого дачного дома

Как правило, на сегодняшний день отключение электрической энергии происходит только в аварийных ситуациях. К сожалению, на дачных участках бесперебойной подачи электричества нет, и очень часто энергия поступает до определённого времени. Решением такой проблемы стали системы автономного электрического обеспечения. Современные системы продуманы до мелочей. Они могут обеспечивать электричеством огромные здания и даже стадионы, и дают возможность бесперебойно работать любому жилому помещению.

Топливные генераторы

топливные генераторы имеют два вида обеспечения: бензин и дизель.

Для маленького дачного домика, который будет обеспечиваться электричеством непостоянно, будет рационально использовать электрический генератор, который работает на бензине. Его мощность относительно небольшая. Он имеет свои преимущества:

• низкий уровень шума при работе;
• доступная цена;
• компактность;
• практичность.

Как правило, такие модели генераторов оснащены автозапуском и электростартером. Они могут автоматически запускаться при отключении основного питания и помогают предотвратить некоторые нежелательные последствия, которые связаны с потерей электричества.

Если перебои в подаче электрической энергии очень частые, то в таком случае будет лучше использовать генератор, который работает на дизеле. Он поможет обеспечить электричеством жилой дом на довольно длительный промежуток времени. Зачастую он способен достигать и нескольких дней. Такой генератор остаётся выбором большинства людей.

Схема устройства топливного генератора

Дизельные генераторы стоят в разы дороже генераторов, которые работают на бензине. Но, не смотря на это, такой вид автономного электроснабжения считается экономичным. Всё это происходит по причине низкой стоимости самого топлива и экономичном расходе его при работе генератора.

Совет. Если площадь дома велика, то лучше всего использовать дизельные генераторы, которые вырабатывают электрическую энергию в несколько раз дольше и больше, чем бензиновые.

Не стоит забывать и о безопасности дизельных генераторов. Дизель в обычных условиях не имеет тенденцию к возгоранию и горению. Но здесь необходимо учесть качество самого топлива, которое должно соответствовать всем ГОСТам и европейским стандартам. Перед применением топлива нужно провести ряд работ. Надо очистить дизель при помощи специальных фильтров — влагоотделителей.

Выбор генератора

Осуществлять выбор такого автономного электрического обеспечения, нужно исходя из требуемой мощности. Для этого необходимо определится с приборами, которые будут использоваться в доме и определить их характеристики. Большое значение имеет применение в доме насосов, разнообразных моек, сварочных аппаратов и много другого. Расчёт необходимой мощности немного усложняется.

Совет. Если в доме будет использоваться большое количество электрических приборов, то лучше остановить свой выбор на мощном генераторе, который обеспечит бесперебойную работу всех приборов.

Для того чтобы обеспечить правильное обеспечение электрической энергией загородного дома, изначально стоит сделать правильную разводку электропроводов и рационально распределить напряжение в сети.

Дизель-генератор высокой мощности

Такие генераторы способны удовлетворять потребности довольно большого жилого дома. Иногда их используют для обеспечения электрической энергии целого посёлка или промышленного предприятия. Такой вид генератора считается очень серьёзным аппаратом, который в полной степени может заменить центральное электроснабжение. Самым главным в любом генераторе будет его двигатель, который может быть бензиновый или дизельный.

Пример дизель-генератора высокой мощности

Фазы генератора

При выборе генератора стоит обращать внимание не только на вид топлива, от которого он будет работать, но и на количество допустимых фаз. Генератор может быть однофазным и трёхфазным.

Трёхфазные модели рассчитаны на большие площади. Генераторы с одной фазой очень часто применяют для маленьких дачных домиков, где требуется обеспечить бесперебойную работу только бытового оборудования. Если же в дальнейшем будет нужда применять и другое оборудование, которое требует большой подачи электрической энергии, то можно и приобрести трёхфазный генератор. Есть возможность также выбрать вид топлива, на котором будет работать такой агрегат. Такую установку можно приобрести на шасси, что в значительной степени обеспечит лёгкость при транспортировке аппарата.

Совет. Помещение для генератора также должно соответствовать всем стандартам. В нём не может быть повышенной влажности, постоянно должен поддерживаться один и тот же температурный режим.

Шумоизоляция и охлаждение генератора

В любом генераторе уже имеется система собственного охлаждения. Она может быть двух видов: жидкостной и воздушной.

Воздушное охлаждение очень часто применяется только в генераторах с небольшой мощностью. Жидкостное охлаждение приемлемо для более мощных аппаратов, между такими видами охлаждения практически нет разницы.

Работа генератора создает много шума, для того чтобы в доме обеспечить комфортное пребывание, стоит изначально задуматься над системой звукоизоляции помещения, в котором будет работать генератор.

Чертёж устройства системы охлаждения генератора

На сегодняшний день очень большое количество производителей генераторов выпускают модели таких агрегатов с низким уровнем шума. Генератор имеет дополнительный шумоизоляционный кожух. Также сам двигатель стоит в линейке низкошумных аппаратов. Всё это не может обойти стороной и ценовую политику. Такой генератор будет стоить в несколько десятков раз дороже, чем стандартные модели.

Совет. Можно специально для генератора изготовить контейнер, в который он будет помещаться вместе с блоком автоматического управления.

Как правило, резервное электроснабжение дома осуществляется при помощи генераторов.

Газопоршневые электростанции

Такие системы электроснабжения работают на основе природного газа. Они привлекают покупателей своей стоимостью. Мощность мини-станции довольно небольшая. Система подключается непосредственно к газопроводу. Газопоршневые электростанции можно использовать только в том случае, если на дачном участке есть газовое обеспечение. В противном случае, применение таких аппаратов просто невозможно.

Газопоршневая электростанция

Солнечные батареи

На сегодняшний день способ обеспечения электрической энергией при помощи солнечных батарей очень популярен. Деньги на установку такой системы могут быть потрачены значительные, но в скором времени они окупятся и станут даже приносить прибыль.

Схема устройства электроснабжения дома с помощью солнечных батарей

Выработка электричества в таких системах зависит от количества поступающей солнечной энергии на специальный фотоэлектрический модуль. А солнечная энергия в каждом регионе может быть разной. Именно по этой причине стоит предварительно перед вложением в солнечные батареи оценить количество поступающей солнечной энергии в определённом месте и составить чертёж расположения панелей. Это можно сделать на основе исследований разнообразных метеостанций или гидрометеослужб.

При строительстве загородного дома всегда желательно предварительно продумать автономное электроснабжение дома. Оно может понадобиться в любой момент в случае аварийного отключения централизованного электропитания.

Автономное электричество для дома | ИнноваСтрой

Таким образом, очень популярно стало пользоваться автономным электричеством. Оно стало особо популярным среди любителей загородных домов, расположенных вдали от шумных городов на лоне первозданной природы. 

В основном, в таких районах нет стационарного электроснабжения. И тогда владельцу приходится заплатить кругленькую сумму, чтобы подключиться к централизованной электросети. То есть все расходы по прокладке низковольтных линий электропередач, оборудованию трансформаторных подстанций и оформлению документации ложатся именно на ваши плечи. Кроме того, процесс занимает много времени, а в результате все, что было сделано за ваш счет, будет числиться на балансе компании энергоресурсов. А вам еще и придется платить за электричество по тарифу. Установить систему автономного электричества дома – это самое правильное и оптимальное решение, при принятии которого владельцы получают ряд преимуществ и возможностей:

 

• Вы становитесь полностью независимыми от государственных тарифов на электроэнергию, поскольку все необходимые ресурсы будут вырабатывать установленные технологии.

• Проблемы с местной электросетью (разного рода аварии и поломки) больше вас не побеспокоят, так как в вашем доме электричество будет всегда.

• Можно приобрести дом или участок в любой местности. Вам нравятся живописные пейзажи и уютные домики на берегу речки или возле леса, но останавливает отсутствие необходимых коммуникаций? Решите эту проблему одним звонком! Закажите установку автономного электричества для частного дома от компании «ИнноваСтрой».

• Появляется возможность выгодно сэкономить при покупке дома, поскольку участок без подведенных коммуникаций стоит намного дешевле.

• Благодаря использованию альтернативных источников энергии уменьшится пагубное влияние электрогенерации на экологию местности.

 

При желании владельцы такой системы могут даже продавать электроэнергию соседям, извлекая из этого дополнительный доход.

Как сделать автономное электричество?

Многие задаются вопросом, как сделать автономное электричество в частном доме. Этого можно добиться путем установки одного из следующих агрегатов:

 

• Фотоэлектрическая (солнечная) батарея. Оснащена множеством полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Предназначена для монтажа на крыше, так как туда попадает наибольшее количество солнечного света.

• Ветроэлектрическая установка. Устройство, превращающее кинетическую силу ветра в электроэнергию. Домашние ветрогенераторы рентабельно устанавливать в местностях со средним показателем ветра 8 м/с. При необходимости устройство можно дополнить дизель-генератором или фотоэлектрическими элементами, которые повысят мощность и производительность установки.

• Генератор, работающий на жидком топливе (бензине или солярке). Такой агрегат обладает рядом достоинств: портативностью, длительным сроком беспрерывной работы (до 40 тысяч моточасов), сравнительно низким уровнем шума, охлаждается естественным путем с помощью воздуха, может быть установлен как в помещении, так и во дворе. Устройства чаще используются в качестве резервных источников, поскольку их нужно заправлять топливом, а это выходит недешево.

• Собственная мини гидроэлектростанция. Это оборудование может иметь мощность до 3 тысяч кВт и работает следующим образом: водный поток попадает на лопасти турбины и вращает гидропровод. Последний соединен непосредственно с генератором, обеспечивающим выработку электроэнергии. Такой вариант стоит выбирать, если поблизости есть природный водный источник (речка, ручей и др.). Тип конструкции турбины нужно выбирать зависимо от интенсивности водного потока.

 

В качестве автономного электричества дома также может служить сетевая, автономная или гибридная солнечная станция.

Чтобы обеспечить автономное электричество для частного дома, необходимо уточнить и согласовать некоторые нюансы:

• Узнать о наличии каких-либо препятствий установки собственной электростанции – юридических или природных.

• Рассмотреть возможность сочетания альтернативного источника с другими приборами, предназначенными для подачи электричества.

• Предусмотреть установку резервного генератора, например, аккумуляторной батареи.

Из чего состоит система автономного электричества дома? 

Как и каждый комплекс оборудования, данная конструкция имеет основу и сопутствующие приспособления. Составляющими системы автономного электричества для частного дома являются несколько элементов, обеспечивающих надежность и функциональность устройства:

 

• Инвертор – преобразователь тока с постоянного в переменный. Альтернативные источники энергии способны вырабатывать только постоянный ток, который нельзя использовать для трансформатора. Именно инвертор помогает справиться с этой проблемой. Приспособление стоит устанавливать, если в доме есть приборы, находящиеся на большом расстоянии от аккумуляторной батареи и требующие напряжения 220 Вольт.

• Аккумуляторная батарея. Необходимый элемент конструкции, который помогает справиться с перебоями электроэнергии, подаваемой от возобновляемого источника энергии. То есть при слишком маленькой скорости ветра или в пасмурные дни батарея заменит основной источник.

• Контроллер заряда. Залог безопасности конструкции, поскольку он предотвращает перезаряд автономных энергетических систем путем блокировки зарядки при достижении конкретного уровня. Таким образом, происходит компенсация самозаряда и обеспечивается сохранность аккумулирующего устройства.

• Электротехнические приспособления. Не менее важными составляющими конструкции являются и механические приспособления разного рода: кабели, выключатели, предохранители, автоматы и др. Эти детали обязательно должны быть качественными, надежными и при этом слажено работать, ведь от них может зависеть безопасность целой системы.

• Осветительные приборы. Для освещения дома специалисты рекомендуют выбирать люминесцентные или светодиодные лампы, так как эти устройства отличаются высокой энергоэффективностью и экономностью. Лампы накалывания быстрее сгорают и потребляют до 10 раз больше электроэнергии в сравнении с предыдущими вариантами.

Как сделать автономное электричество? Профессиональная установка – залог долговечности 

Перед тем как сделать автономное электричество в частном доме, важно правильно и внимательно провести все расчеты. Для начала определите суммарное число употребляемой электроэнергии. Для этого нужно подсчитать мощность приборов, учитывая работу на постоянном или переменном токе. Исходя из подсчетов, подбираются инверторы и аккумуляторные батареи. Тогда следует этап вычисления количества солнечных панелей и площади, необходимой для их установки. 

Чтобы комплекс оборудования приносил максимальную эффективность, нужно определить оптимальное место для расположения возобновляемого источника и правильно подключить все элементы. Если вы не знаете, как сделать автономное электричество, пригласите высококвалифицированных специалистов от компании «ИнноваСтрой» – они проведут все работы по монтажу систем электроснабжения.

Опытные специалисты, выгодные цены в компании «ИнноваСтрой» 

Построить уютный и красивый дом по последнему слову техники, где каждая деталь была бы продуманной и функциональной – ваша давняя мечта? Тогда хватит ждать и смотреть, как ее исполняют другие. Обратитесь в компанию «ИнноваСтрой» и воспользуйтесь всеми преимуществами строительства вместе с нами. Команда профессионалов готова выполнить любые пожелания клиентов, касающихся следующих услуг:

 

• Архитектурного проектирования домов. Инженеры и архитекторы предлагают заказчикам выбрать типовой проект частного дома из каталога или создадут индивидуальный план здания. Для идеальной точности всех расчетов мастер выезжает на местность и проводит геодезию и геологические изыскания на участке. Такое планирование включает не только схему здания, но и территории вокруг него.

• Строительства. Дом или коттедж выполняют из надежных и качественных материалов: кирпича, газо- и пеноблоков или блоков из керамики. К тому же, строительный процесс протекает быстро и всегда заканчивается в условленный срок.

• Устройства инженерных систем. Специалисты с высокой квалификацией проведут все необходимые коммуникации (отопление, электро- и водоснабжение) еще на этапе строительства. Они качественно и надежно установят как традиционные системы, так и возобновляемые источники энергии: солнечные батареи, мини гидроэлектростанции, ветрогенераторы и др.

• Разработки дизайна интерьера и экстерьера. Классика или лофт, французский прованс или хай-тек, королевский или этнический стиль – выбор только за вами!

Компания сотрудничает с надежными и проверенными поставщиками, поэтому гарантирует качество материалов. Заказывайте строительство коттеджей в Москве от «ИнноваСтрой» по выгодной цене – спешите осуществить свою мечту!

 

Автономное Электроснабжение для Домов и Предприятий в Одессе и Украине

---

Это были чаше всего фермерские хозяйства расположенные удалённо от централизованного электроснабжения, дачи в сельской местности, охотничьи и рыбацкие домики и, пожалуй, всё. Для них вопрос автономного электроснабжения был и есть безальтернативным.

На фоне тех событий, которые потрясают нашу страну, потребность в автономном электроснабжении стала гораздо больше и к «традиционным» потребителям этой услуги добавились новые категории:

• частные дома — автономное электроснабжение дома; многоквартирные дома — автономное электроснабжение квартиры;
• гостиницы и рестораны — автономные системы энергоснабжения;
• малый и частный бизнес — автономные источники электроснабжения;
• производственные предприятия — автономное электропитание;
• медицинские учреждения — автономное энергоснабжение;
• детские учреждения и общеобразовательные школы.

И, к сожалению это далеко не весь перечень лиц и компаний, для которых вопрос автономного электропитания стал ребром.

Мы хотим предложить несколько принципиальных подходов к поставленным задачам и помочь Вам сориентироваться в той массе вариантов, которые предлагает рынок автономной энергетики.

Автономная система электроснабжения квартиры

Для решения задачи автономного электроснабжения квартиры, достаточного минимального комплекта оборудования. Инвертор для дома + аккумуляторы. Более подробно про инверторы для дома описано на странице нашего сайта.

Автономная система электроснабжения дома

Для частного дома или дачи можно расширить спектр применяемого оборудования(автономные источники энергии) и помимо инвертора для солнечных батарей и аккумуляторов, установить сами солнечные батареи, которые, позволяя не только создавать резерв, накапливая автономную электроэнергию в аккумуляторах, но и генерировать электричество позволяя продлевать период автономного электропитания дома в разы.

Зеленый тариф для физических лиц на ПРОДАЖУ сгенерированной электроэнергии.

Автономные источники электроэнергии для малого и частного бизнеса, медицинских и детских учреждений

Для объектов, где потребляемая мощность относительно высока (7-15 кВт/час), целесообразно разбивать нагрузку на две не равные части. Нагрузку до 5 кВт/час разумно запитывать автономной энергией от системы солнечных батарей + инверторы для солнечных батарей + аккумулятор (описанную Выше). Для периодов, когда мощность потребления превышает 5 кВт/час целесообразно устанавливать дизель генератор с автоматическим запуском. Такое решение автономного энергоснабжения (солнечные батареи или дизельный генератор) эффективно в случае инсталляции оборудования по принципу «полная автономия» когда всё работает без участия человека.

Автономные системы энергоснабжения производственных предприятий

Для решения задач автономного электроснабжения при больших мощностях, разумно рассматривать два варианта: инвертор для солнечных батарей или купить дизель генератор большой мощности.

Как одна из возможностей – купить инвертор Schneider Electric. С его помощью можно решать вопросы автономного электричества мощностью от 5 кВт до 50 кВт в 1-но и 3х фазном режиме.

В качестве альтернативы — дизельные генераторы трехфазные для автономного электроснабжения мощностью от 12 кВт до 2000 кВт. Такие дизельные электростанции способны поддерживать полную автономию на Вашем объекте, в течение нескольких суток.

Зеленый тариф для юридических лиц на ПРОДАЖУ сгенерированной электроэнергии

---

3 вида генераторов для частного дома

В частном секторе отключения электроэнергии случаются чаще, чем в городах. Причина тому — высокая степень износа загородных сетей электроснабжения, а часто и форс-мажорные ситуации — грозы и снегопады. К тому же последствия аварий в стране ликвидируются не так быстро, как в областных центрах и столице. А если регулярные отключения электроэнергии — серьезная проблема, ее можно устранить, установив электрогенератор в подсобке дома или на улице.

Поддержание жизнедеятельности многих ответственных систем и механизмов дома обеспечивается электричеством, а без электричества не будут работать не только важные бытовые приборы, например, холодильник, но и основные инженерные системы коттеджа. Ведь водопровод обычно работает за счет скважинного электрического насоса, система отопления — за счет электроциркуляционного насоса и котла, автоматика которого также подключена к электросети.Кроме того, в некоторых системах автономной канализации есть электрический компрессор, нагнетающий воздух в резервуар для сточных вод.

В случае аварии и длительного отключения электроэнергии комфортно жить в доме без воды, тепла, освещения и хорошей канализации. А потому многие домовладельцы оборудуют дачу резервным источником электроэнергии — жидкотопливным (бензиновым или дизельным) или газогенератором.

Каково основное назначение, а также преимущества и недостатки этих устройств?

Вариант 1.Бензиновый или дизельный генератор

Для многих установка резервного бензинового или дизельного генератора в вашем доме — самый простой и очевидный способ организовать дополнительное электроснабжение. Такие мини-электростанции дешевле газовых вариантов, не требуют подключения к центральным коммуникациям, также на рынке представлен огромный перечень однофазных и трехфазных жидкотопливных устройств разной мощности.

Однако во время работы такие генераторы выделяют выхлопные газы, издают довольно громкие звуки и требуют регулярного обслуживания.Жидкотопливный генератор необходимо заправить дизелем или бензином, поменять в нем масло, очистить фильтры, поменять свечи зажигания и т. Д.

Популярные модели бензиновых генераторов компактнее и слабее дизельных, занявших более мощную нишу на рынке. Бензиновые устройства имеют относительно небольшой срок эксплуатации и, соответственно, не очень высокую цену. Чаще всего их покупают для ситуативного использования в качестве резервного источника электроэнергии.

Наибольшим спросом пользуются портативные бензиновые мини-электростанции с четырехтактным двигателем мощностью от 2 до 8 кВт со сроком службы от 1500-2000 до 4000 часов.Такие устройства превосходят возможности самых слабых сверхкомпактных генераторов, которые не могут удовлетворить потребности всего коттеджа. Переносные бензиновые устройства позволяют подключать от 2 до 4 потребителей электрического тока. В большинстве случаев они обеспечивают однофазное питание 220 В и имеют механический, а иногда и автоматический запуск.

Ходовые модели дизель-генераторы обычно мощнее, экономичнее, надежнее и дороже бензиновых. Их чаще покупают в тех случаях, когда необходимо установить систему резервного питания на более или менее регулярную многочасовую работу, а не ситуативное использование.Серьезные дизельные мини-электростанции мощностью 5-6 кВт и более не рассчитаны на частое включение и выключение, для них характерны повышенные требования к качеству топлива и срок службы 10 000 часов и более.

Вариант 2. Газогенератор

Современной альтернативой мощным дизельным мини-электростанциям, также рассчитанным на регулярное использование, являются газогенераторы мощностью от 5 до 30 кВт. Они подключаются к газопроводу или баллону со сжиженным газом, отличаются высокой ценой, довольно сложной (при подключении к газопроводу) установкой, простой и удобной эксплуатацией.

Газогенераторы намного тише жидкотопливных, их использование дешевле за счет, во-первых, более низкой стоимости самого топлива, а, во-вторых, меньшего расхода масла и комплектующих. Газовые установки более надежны, «щадящие» и экологически чистые, как дизельные, так и бензиновые. А в случае подключения к трубопроводу в дозаправке не требуется.

Запуск газовых устройств, которые, как и дизельные мини-электростанции, часто устанавливают на улице, несложен даже при температуре -40 ° С.Они одинаково хорошо работают как на нулевой, так и на максимальной мощности, что также отличает их от дизельных агрегатов.

Определение мощности генератора

Ключевым критерием, от которого зависит выбор подходящего электрогенератора, является рабочая мощность устройства. Этот показатель проще всего получить, сложив значения мощности всех важнейших бытовых приборов (котла, холодильника, скважинных и циркуляционных насосов, освещения и т. Д.) И инструментов, которые необходимо подключить к резервному источнику питания.При этом мощность генератора должна быть не менее чем на 20% выше суммарной мощности всех потребителей электроэнергии. Также следует учитывать, что пусковой ток и пусковая мощность многих устройств намного выше, чем рабочая мощность бытовых приборов и инструментов.

В среднем в большинстве случаев для резервного электроснабжения частного дома достаточно однофазной установки мощностью 3-5 кВт. Если необходимо подключить серьезный электроинструмент или электроплиты, необходимы трехфазные мини-электростанции мощностью не менее 5-7 кВт.

Автономный дом — обзор

3.2 Концептуальное развитие энергетической автономии

С точки зрения концепции энергетической автономии и ее определения, энергетической независимости или самодостаточности, а также создания автономии — и того, как пользователи, сообщества, муниципалитеты или нации могут достичь этого — обсуждается под разными названиями в исследованиях энергетики. Чаще всего используются понятия «автономия» [1], «суверенитет» [13,14], а иногда и «автаркия» [15]. Хотя все эти концепции имеют схожий основной принцип стремления к балансу между самодостаточным потреблением энергии и производством, эти концепции имеют разное наследие и концептуальные разработки с течением времени.

Термин энергетическая автономия появился в академической литературе в начале 1990-х годов, когда в домах и общественных зданиях были установлены новые технологии возобновляемой энергии, такие как солнечные фотоэлектрические системы [16]. Например, в 1992 году произошло плодотворное развитие, когда Институт систем солнечной энергии им. Фраунгофера построил энергетический автономный дом во Фрайбурге, Германия [17]. Институт стремился построить самодостаточное здание, желая понять возможности и ограничения децентрализованного производства энергии.Это хорошо иллюстрирует, как одним из центральных принципов энергетической автономии с самого начала была самодостаточность. ³ Однако с 2010 года понятие самодостаточности считалось слишком узким, а социальные аспекты были признаны другими важными вопросами, что расширило круг литературы по этой теме.

Несмотря на то, что термин энергетическая автономия не так широко использовался, как энергетическая автономия, он включен здесь кратко, поскольку он использовался в литературе по крайней мере так долго, как термин энергетическая автономия, также для обозначения самодостаточности [ 18].Мюллер и др. [15] представили идею энергетической автаркии в 2011 году как концептуальную основу для устойчивого и регионального развития. Они приняли несколько иную точку зрения, используя целостный подход, выходящий за рамки самодостаточности, подчеркивая взаимозависимость между энергией и тройной нижней линией устойчивости — то есть экологическими, экономическими и социальными целями — в пределах региона. Это понятие также включает вопрос о процессе; и как гражданское общество, политика и управление [15] или точки зрения безопасности [19] должны быть вовлечены в процесс создания автаркической энергетической системы.Вскоре после публикации Müller et al. В статье [15] концепция энергетической автономии была расширена в результате работы Рэй и Брэдли по энергии сообщества в 2012 году [2]. С этого момента можно сказать, что термины «энергетическая автономия» и «энергетическая автономия» частично совпадают и используются как синонимы.

Обзор показывает, что в ограниченном количестве исследований термин «энергетический суверенитет» используется вместо энергетической автономии или энергетической автономии. Делл’Анна и Менкони [20], например, исследуют энергетический суверенитет в сельских районах и подчеркивают социальные аспекты этой концепции.Энергетический суверенитет признает «право человека на энергию». Кроме того, суверенитет стремится вернуть контроль отдельным потребителям энергии и сочетает выгоды, получаемые коммунальными предприятиями, с выгодами, полученными гражданами [21], подчеркивая социальное неравенство, присущее современным энергетическим системам [14]. Единица анализа в исследованиях энергетического суверенитета варьируется от масштабов местного сообщества и сельских регионов [13] до энергетических систем национального масштаба [14,22].

Как видно, нет четких различий между концепциями энергетической автономии и энергетической автономии (в целом последняя остается довольно ограниченным потоком исследований [23–27]).Частичное использование терминов также показывает, что необходимо выйти за рамки цели самодостаточности и понять, как социальная организация, связанная с обеспечением энергией, формирует способность самоопределения обеспечения энергией.

Энергетическая автономия, как концепция, влечет за собой политические, экономические и технологические аспекты [1]. Хотя этот термин обычно связан с использованием возобновляемых источников энергии, он не ограничивается простым измерением того, сколько энергии удовлетворяется за счет возобновляемых источников энергии. Энергетическая автономия также влечет за собой социальные процессы, практические стратегии и автономные инициативы различных субъектов (например,g., отдельные лица, сообщества, посредники, компании и муниципалитеты), которые вместе работают над изменением существующих энергетических режимов [1]. Таким образом, в этом обзоре основное внимание уделяется анализу концепции энергетической автономии, поскольку это наиболее широко используемый термин в литературе (хотя также признаются другие соответствующие термины [например, самодостаточность] и когда они по существу относятся к той же концепции). .

Электростанция будущего прямо у вас дома

Перед тем, как стать руководителем Holy Cross в 2018 году, Ханнеган был директором-основателем Центра интеграции энергетических систем в Национальной лаборатории возобновляемой энергии за пределами Денвера.Объект был задуман как «сетка в коробке», где исследователи могли изучать, как солнечные панели, электромобили, аккумуляторные системы хранения и другие так называемые «распределенные энергоресурсы» влияют на то, как электричество перемещается по сети.

По мере того, как все больше домов и предприятий устанавливают свои собственные системы генерации и хранения энергии из возобновляемых источников, централизованным коммунальным предприятиям становится все труднее управлять спросом и предложением электроэнергии. Обеспечить доставку электроэнергии потребителям, которые в ней нуждаются, и тогда, когда они в ней нуждаются, проще, когда у вас есть небольшое количество крупных электростанций, работающих на предсказуемых видах топлива, таких как уголь, природный газ или атомная энергия.Но энергия, производимая распределенными энергетическими системами, имеет тенденцию быть возобновляемой и, следовательно, очень изменчивой — иногда солнце светит, иногда нет. Более того, существует лот, распределенных систем. Вместо того, чтобы управлять несколькими крупными электростанциями, коммунальным предприятиям пришлось бы управлять миллионами маленьких.

«Коммунальные предприятия переходят от простой продажи электроэнергии конечным пользователям к управлению сетями и потоками электроэнергии», — говорит Хареш Камат, старший менеджер программы по распределенным энергетическим ресурсам в некоммерческом научно-исследовательском институте электроэнергетики.«Есть много преимуществ в том, чтобы эти энергетические системы располагались рядом с конечными пользователями, особенно если у коммунальных предприятий есть способ их организовать и координировать».

Производство и хранение возобновляемой энергии ближе к месту ее использования может повысить отказоустойчивость сети, гарантируя, что электричество продолжает поступать к пользователям, даже если остальная часть сети повреждена лесными пожарами или другими бедствиями. Но цена устойчивости — эффективность. Распространение распределенных переменных энергоресурсов создает неопределенность в отношении спроса на электроэнергию; коммунальные службы будут производить либо слишком много, либо недостаточно.Для Ханнегана и его коллег из NREL Energy Systems Integration Facility было ясно, что для создания экологически чистого, устойчивого, эффективного по стандартам и электроснабжения энергосистеме будущего придется в значительной степени управлять собой.

В 2016 году Министерство энергетики предоставило Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии грант в размере 4,2 миллиона долларов на разработку программного обеспечения для управления автономными энергосистемами в рамках программы Network Optimized Distributed Energy Systems или NODES. Идея, по словам руководителя проекта NODES Андрея Бернштейна, заключалась в создании алгоритмов, оптимизирующих распределение электроэнергии как на уровне отдельных домов, так и на уровне всей сети.

«Проблема в том, что нынешняя технология не может интегрировать очень большие объемы распределенных энергоресурсов», — говорит Бернштейн. «NODES производит платформу plug-and-play, которая позволяет интегрировать миллионы устройств, таких как солнечные панели, батареи и электромобили, которыми можно управлять на границе системы».

Алгоритмы, разработанные Бернштейном и его коллегами, превращают сетку в улицу с двусторонним движением. Вместо нисходящего подхода, при котором централизованное коммунальное предприятие распределяет электроэнергию конечным пользователям, программное обеспечение для автономного управления позволяет распределенным энергетическим системам отправлять излишки электроэнергии обратно в более крупную сеть наиболее эффективным способом.Если сегодня солнечный день и солнечные панели на крыше вырабатывают намного больше энергии, чем нужно их владельцам, у коммунального предприятия нет причин сжигать столько угля или природного газа. Но без сети автономных контроллеров, следящих за распределенной генерацией, коммунальное предприятие имеет слепую зону и не может воспользоваться избытком чистой энергии.

Программное обеспечение для управления автономной сетью, разработанное в NREL, было разработано для управления десятками тысяч энергосистем. Но то, что работает в лаборатории, не обязательно сможет справиться с хаосом реальной жизни.Итак, после трех лет тестирования алгоритмов в лаборатории NREL «сетка в коробке» команда NODES была готова протестировать их в полевых условиях. Автономное программное обеспечение сначала было протестировано в микросети на небольшом винограднике в Калифорнии, а затем было установлено в небольших блоках управления в подвалах первых четырех домов, построенных в Basalt Vista.

Автономный дом

Новый автономный дом — La maison autonome

от Brenda и Роберт Вейл

Источник: http: // genoa.ecovillage.org/genoceania/resources/autnmshse.html

В 1975 году Бренда и Роберт Вейл опубликовал «Автономный дом», манифест, предлагающий практичные предложения по строительству домов, которые не загрязняют окружающую среду. земли или разбазаривать ее ресурсы. Их книга получила огромную похвалу по всему миру и рассматривался как значительный шаг в сторону зеленого архитектура. Почти двадцать лет спустя, в начале 1990-х, Вейлс решили воплотить свои новаторские идеи в жизнь.

Новый Автономный Дом записывает их строительство дома на принципах устойчивого ресурсы в небольшом городке Саутуэлл в британском Мидлендсе. В виде специалисты в области зеленой архитектуры, Вейлы стремились создать экологически чистый дом с четырьмя спальнями, который не был экзотикой в внешний вид ни сложен в обслуживании. Они документируют философию, проектирование и строительство здания, которое может производить электроэнергию из солнце и получить питьевую воду из дождя.

Новый Автономный Дом имеет простой, но революционный посыл: жить в недорогой дом, добрый планете и раскрепощающий своего хозяина от коммунальных платежей. The Vales дают пищу для размышлений и практичны. решение экологических проблем, вызванных домами, в которых мы живем, образец зеленой архитектуры для будущих поколений.

Бренда Вейл — профессор Архитектурные технологии, Роберт Вейл — старший научный сотрудник Оклендский университет, Новая Зеландия.Авторы Green Архитектура: дизайн для устойчивого будущего, они живут в полуавтономное сообщество.

«Текст, полный с чертежами и спецификациями жизненно важных систем здания, предлагается как доказательство того, что такие дома могут соответствовать эстетическим, практичным, и политические требования жителей, соседей и местных жителей. должностные лица. . . . Настоятельно рекомендуется для академических, экологических исследования и технические коллекции.«

Автономный дом новый

ISBN 0-500-28287-0 6 1/4 «x 9 1/4» 37 рисунков 256 страниц

АРХИТЕКТУРА / ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

————————————

Введение

Автономный дом построен в заповедной зоне жилые дома восемнадцатого и девятнадцатого веков, тысячелетней давности Саутуэлл Минстер, нормандский собор, всего в 300 метрах вниз по дороге, поэтому его дизайн должен был соответствовать внешнему виду местных жителей. контекст.

Это было считается важной частью дизайна, чтобы продемонстрировать, что автономный дом должен быть ничем не отличаться от обычного жилище, и может быть построено даже в охраняемом историческом месте. В дом был спроектирован и полностью профинансирован Брендой и Робертом Вейлом, с обычная ипотека от Lloyd’s Bank, построенная Ником Мартин, местный строитель.

Дизайн для низкого воздействия на окружающую среду.

Дополнительно чтобы свести к минимуму воздействие на окружающую среду при его эксплуатации, Автономный дом спроектирован таким образом, чтобы избежать использования материалов с высоким энергоемкости, чтобы исключить токсичные материалы, а также использовать отходы или переработанные материалы везде, где это возможно.

Например:

* лайм внутри была использована побелка, а снаружи — немецкая органическая краска. место обычных красок;

* раскопки засыпаны битым кирпичом с мест сноса;

* скорее чем с только что выкопанным камнем;

* бетонные блоки для погреба были сделаны из золы местных электростанция;

* подъезд сделан из горных отходов;

* крыльцо была покрыта переработанным шифером и кирпичом для внешних стен. сжигались свалочным газом от разлагающегося мусора.

* Все тяжелые материалы были взяты как можно ближе к сайту, чтобы свести к минимуму потребность транспорта в энергии.

Автономный дом традиционен по конструкции и внешнему виду, но термически тяжелый (720 кг полезной массы на м2 площади пола, тогда как обычный каменный дом в Великобритании будет иметь около 200 кг / м2 доступная масса) и чрезвычайно хорошо изолированы (изоляция крыши Толщиной 500 мм) для сохранения тепла в строительной ткани и использовать случайное поступление тепла от солнца и людей.

Маленький 4,5 дровяная печь кВт предусмотрена в холле первого этажа в качестве источника вспомогательного отопления, и обеспечить фокус на входе. Жилые комнаты расположены наверху, чтобы дневной свет был лучше густая насаждение по периметру участка, спальни и ванные комнаты на Цокольный этаж.

Дом рассчитаны на срок службы не менее 500 лет, поэтому свести к минимуму обслуживание, без открытых внешних деревянных конструкций, кроме оконные рамы.

Сайт и Сервисы.

Всего площадь участка около 600 м2, поэтому дом можно было построить с плотностью более 16 на гектар (почти семь на акр, относительно высокая пригородная плотность).

Дом в центре города, и все коммуникации (вода, электричество, газ, канализация, телефон) на улице.

Однако Автономный Дом максимально обеспечивает собственное обслуживание, как продемонстрировать более дешевую альтернативу приватизированным монополиям которые предоставляют эти услуги в Англии, и уменьшить экологические влияние, связанное с крупномасштабными централизованными системами.

Дождевая вода собраны с крыши дома и с крыши зимнего сада, чтобы сформировать только водоснабжение. Эта вода хранится в 20 переработанных израильских резервуарах. резервуары для апельсинового сока, вместимостью 1500 литров каждая, в двух из четырех отсеков погреба. Его фильтруют перед перекачкой в ​​дом, и сточные воды (содержащие только мыло) могут просачиваться обратно в грунт через подземную отстойную яму.

Электричество создается 20 м2 поликристаллических фотоэлектрических панелей, смонтированных под уклоном 45 градусов и обращены строго на юг (так как участок находится в северное полушарие) на беседке из необработанного английского дуба, бегущего через задний сад.

2,2 кВт массив панелей связан с сетью через инвертор, так что излишки солнечной энергии электричество может поставляться местному населению, а электроэнергия может быть снимается с сетки ночью или в пасмурные дни.

Электричество используется для нагрева воды, приготовления пищи, освещения и бытовой техники и воды перекачка и очистка сточных вод.

Ресурс использовать

А «типичное домохозяйство» в Великобритании потребляет 3000 кВтч электричество в год только для освещения и приборов (2), около 36,6 кВтч / м2 / год только на электроэнергию. Автономный дом, для сравнения, использует только 8.5 кВтч / м2 / год невозобновляемой энергии для общей энергии потребности, или 1500 кВтч электроэнергии от сети.

Над зима 1994-1995 гг., с конца октября до конца февраля, в доме было использовано 315 кг дров для отопления помещений, что составляет около 1400 кВтч отпущенной энергии или около 8,0 кВтч / м2 отапливаемой область. Температура в гостиной опустилась ниже 16oC. середина января 1995 г., а затем поднялась до максимума 27oC в очень жаркую погоду. Август 1995 г.

Вода потребление составляло 34 литра на человека в день, из них 21 литр холодная вода и 13 литров горячей.

Эти цифры можно сравнить со средним домом в Великобритании, как показано в таблице. ниже.

Годовой поставленное потребление энергии и воды

Автономный Дом

В среднем по Великобритании

жилая площадь 176 кв.м 82 кв.м

космос отопление 1,400 кВтч 12,900 кВтч

вода отопление 1900 кВтч 5700 кВтч (3)

фары, бытовая техника и приготовление пищи 1200 кВтч 3000 кВтч (4)

Всего потребление 4500 кВтч 21600 кВтч

возобновляемые энергия: —

дерево 1,400 кВтч.

солнечный электричество 1600 кВтч.

Всего невозобновляемая энергия 1500 кВтч 21600 кВтч

воды в литров на человека в сутки 34 160 (5)

Планируемый установка теплового насоса для ГВС, забирающего тепло из отработанного воздуха компостера сточных вод снизит годовой Выбросы CO2 и годовое потребление ископаемого топлива автономной Дом на ноль.

По сравнению с международные примеры, эффективность автономного дома в использовании впечатляет.

Всего потребление невозобновляемой энергии

Среднее по Великобритании дом 263,4 кВтч / м2

Ватерлоо Green Home, Канада (7) 49,5 кВтч / м2

Brampton Advanced House, Канада (8) 43,7 кВтч / м2

Самодостаточный Solar House, Германия (9) (с использованием бензинового генератора) 19.9 кВтч / м2

Wdenswil Дом, Швейцария (10) 18,0 кВтч / м2

Автономный Дом 8,5 кВтч / м2

Однако некоторые из этих характеристик достигаются за счет того, что может быть воспринимается как текущий уровень жизни.

Жить в Автономный дом.

Например, В Автономном Доме ограниченный набор электроприборов — нет посудомоечная машина, без морозильной камеры — а те, которые в ней есть, используются в нетрадиционные способы; стиральная машина, например, используется только с холодной водой и без отопления, (моющие средства с холодной водой доступно в U.К.).

Среднее зимние температуры в жилых помещениях находятся в районе 18oC, а не 23oC в Brampton Advanced House в Канаде, но более низкая температура воздуха смягчается высоким лучистым температура в результате термически массивной конструкции.

Низкий температура в помещении характерна не только для Автономного дома, и не похоже, связаны с его намеренно простой технологией.В чрезвычайно дорогой «хай-тек» самодостаточный солнечный дом построен Институтом Фраунгофера для систем солнечной энергии в Фрайбург, Германия, зафиксировал минимальную температуру в гостиной около 15oC в ноябре и январе зимой 1993-1994 гг. (11).

жители дома прокомментировали: «Значительный период для оценка эффекта от жизни без обычной системы отопления было обеспечено 18 туманными днями без солнечного света, вызванными инверсией погодные условия на Рейнской равнине в феврале.Комната температура упала заметно ниже прогнозируемого предела 18oC. Это в доме было слишком холодно, но все же терпимо. Наше потребление чая увеличилась — очень эффективная форма отопления салона — и мы перешли на ложиться раньше, чем обычно. Это дало нам понять, что дом полностью зависел от солнца.

Необходимость ожидание солнца было необычным, но ценным опытом в мире в которые мы привыкли получать все, что хотим немедленно.»(12)

Будь то можно достичь устойчивого развития при соблюдении постоянно растущий спрос на услуги, которые подразумеваются в образ жизни западного мира — открытый вопрос.

Вопрос становится еще более сложным, если рост населения мира и желание развивающиеся страны для достижения более высокого материального уровня жизни принимая во внимание. Вполне возможно, что Автономный дом указывает путь к устойчивости, предлагая жильцам не «побольше» комфорта и услуг, но «хватит».

Сотня автономные дома

Местный районный совет Ньюарка и Шервуда призвал, как часть официальной жилищной политики на сотню автономных домов к концу века.

Проект, г. который был инициирован Ником Мартином, строителем Автономной Дом в Саутуэлле, спроектированный Брендой и Робертом Вейлом, состоит из пяти укрытых от земли одноэтажных домов, расположенных на небольшом южном склон на окраине небольшой деревушки Хокертон.

Этот проект начинает соответствовать целевому показателю окружного совета Ньюарка и Шервуда — 100 такие дома к концу века. Дома рассчитаны на нужды нет отопления помещений. Будет обеспечена очистка энергии, воды и сточных вод. автономными системами с нулевым выбросом углекислого газа.

Продовольствие будет выращиваться на месте с использованием методов пермакультуры.

Статус жилищного проекта Хокертона по состоянию на октябрь 1997 г. в стадии строительства и будет завершено на месте в начале 1998 года.

Исследования — 3 новые категории жилья в Великобритании.

подписок успех Автономного дома и начало строительства Жилищный проект Хокертона, Бренда и Роберт Вейл осуществляют исследования от имени Building Research Establishment и Newark и Шервудский районный совет в разработке трех новых категорий жилья для Великобритании;

* «Ноль отопление »(без отопления помещений),

* «Ноль Углекислый газ »(чистые выбросы CO2 отсутствуют) и

* «Автономный» (как и другие, но со своей водой и системы очистки сточных вод).

Начальный Результаты исследования показывают, что для трехкомнатной двухквартирный дом (самый распространенный тип в Великобритании) «Zero Цель по двуокиси углерода »может быть достигнута без дополнительных затрат. по сравнению с жизнью в стандартном доме.

Это означает что все новое жилье по всей Великобритании может быть построено с нулевым выбросы. Если это возможно в Великобритании с ее низким уровнем солнечной радиации и ее относительно холодных зим, это было бы намного проще в Австралии или Новой Зеландии.

Автономное подразделение.

последствия недорогих автономных домов для затрат на Интересно обеспечение инфраструктуры в новых подразделениях. An автономному подразделению потребуется только относительно дешевая электроэнергия. поставки (для двустороннего обмена солнечной электроэнергией с сетью) и телефоны, а не обычная ситуация с водой, канализацией (и, возможно, газ) вдобавок.

обычные услуги дороги в установке (исторически затраты ливневых стоков, канализации и водоснабжения составили около 15% от стоимости участка под дом за последние девять лет в новостройке. Подразделения Окленда; сравнивая стоимость установки электроснабжение составляет всего около 2% от стоимости приусадебного участка.) (13) Эти структурированные услуги имеют высокие затраты на восходящую и последующую деятельность. (оплата домовладельцу, очистка воды, очистка сточных вод) в Помимо стоимости труб.

Недавний оценка этих затрат гласит: «Средняя стоимость инфраструктуры на каждый новый квартал на окраинах Сиднея и Мельбурна приходится сейчас оценивается в 50 000 долларов »(14). Эта цифра, вероятно, включает дорожные расходы, а также услуги.

Это выглядит вероятно, что дополнительные расходы на дом для автономных систем можно было бы покрыть за счет экономии на сетевых услугах с добавлением преимущество отсутствия текущих расходов для домовладельца по сравнению с обычная ситуация.Текущая стоимость ливневой канализации, воды и услуги канализации для отдельной секции (или блока) в Окленде подразделение составляет 7 800 новозеландских долларов. (см. ссылку 13) Дополнительный годовой плата составляет около 50 новозеландских долларов в месяц. (15) Это позволит извлечь выгоду из 5000 новозеландских долларов в качестве ипотеки, поэтому стоимость автономного водоснабжения и канализации может составлять до 12 800 новозеландских долларов без каких-либо дополнительных затрат для домовладельца.

Там бы будут дополнительные достопримечательности, которые не будут увеличиваться ежегодно, и что стоимость воды и канализации снизится до нуля, как только ипотека была погашена.

Поскольку стоимость компостного туалета, дренажного поля для сточных вод и Резервуар для дождевой воды на 25000 литров в Окленде стоит около 10000 новозеландских долларов, Казалось бы, автономное обслуживание, по крайней мере, для воды и канализации лечение, не только лучше для окружающей среды, но и дешевле чем обычная система.

Пригородный Производство продуктов питания снижает потребление энергии

Другой важным аспектом устойчивости пригородов является питание производство.Использование рекомендованной суточной нормы калорий, указанной Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций и при условии отсутствия потерь семья из двух взрослых и двух подростков будет употреблять пищу с энергоемкостью 12,8 кВтч в день. (16)

Однако это калорийность пищи как пищи. Чтобы вырастить еду, транспортировать его к процессору, а затем потребителю также потребляет энергия. Расчеты выполнены с использованием U.Данные К. за 1968 г. показали, что потребление энергии, приходящееся на всю систему снабжения продовольствием Великобритании, составило пять раз больше энергетической ценности самой пищи. (17) Это увеличило бы потребление энергии в домохозяйстве за счет потребления продуктов питания до 64 кВтч на в день, или почти 24 000 кВтч в год.

Это было недавно предположили, что текущий множитель энергии для продуктов питания в В Австралии, скорее всего, в десять раз больше энергии, чем в еде, (18) частично из-за увеличения потребления переработанных и «полуфабрикаты.

CO2 выбросы

В одну сторону ранжируйте воздействие на окружающую среду различных видов энергии расход — сравнить их выбросы углекислого газа. В Великобритании. на отечественный сектор экономики приходится около четверти выбросов CO2, что почти вдвое больше, чем у «коммерческих и коммунальных услуг ». (19) На него приходится 30% всей энергии, и это не считая его доли в еде или транспорте энергия.(20) Это означает, что жилье является важной областью, требующей решения, если экологическое воздействие застроенной среды должно быть уменьшено.

В Австралии и Новой Зеландии жилищный сектор также потребляет больше энергии, чем сектор коммерческих зданий, хотя его общая доля в национальном потребление ниже, чем в Великобритании. сектор потребляет 13% национального спроса на энергию по сравнению с 9% для сектор коммерческих зданий.(21)

В Австралии показатели составляют 12% и 8% соответственно (22), но внутренний сектор несет ответственность за 17% выбросов CO2 в Австралии, вероятно, потому что использования угля для производства электроэнергии, тогда как в Новой Зеландия, где производится более трех четвертей электроэнергии возобновляемые источники энергии, внутренний сектор производит только 6% национального CO2 выбросы. (23) Однако домашний сектор важнее, чем эти простые цифры предполагают, потому что здесь живут все.

Это может быть предполагается, что уголь непосредственно в производстве продуктов питания не используется. Текущий Выбросы CO2 в Великобритании в кгCO2 / кВтч составляют: природный газ 0,19 нефтепродукты 0,27 электричество 0,59 (24) в среднем 0,35 кгCO2 / кВтч Таким образом, пищевая энергия домашних хозяйств Великобритании составляет более 8 тонн на год выбросов СО2. Это та же эмиссия, которая будет создана проезжая 36000 км ежегодно на Holden Commodore V8.(25) Если предложенная текущая цифра, приведенная выше для Австралии, используется, выбросы возрастают до 16 тонн в год.

Сколько автомобиль добавляет к бытовым выбросам.

введение автомобиля дает еще одно интересное рассмотрение бытовые выбросы. В Окленде, очень рассредоточенном городе холостых многоэтажные дома на участках в четверть акра, средняя продолжительность поездки на автомобиле 12 лет.6 км, а транспорт производит 40% выбросов CO2 в Окленде, со средним домохозяйством, владеющим 1,47 автомобилей. (26) Через год семья проедет более 9 200 км на работу и обратно.

Ассортимент Расход топлива имеющихся автомобилей в городском цикле колеблется в пределах 21 литр / 100 км для Bentley Continental, до 6 литров / 100 км для Daihatsu Mira, поэтому выбросы на работу будут варьироваться от 1,4 до 5,0. тонн в год, при этом более богатые домохозяйства производят больше углерода диоксид.(27)

Электрический пригородный автомобиль, такой как Finnish City Bee, потребляет 11 кВтч электроэнергии. проехать 100 км, при дальности 80 км. Используется для домашнего хозяйства ежедневные поездки на работу, такие автомобили могли бы обеспечить все поездки и другие местные поездки, от выхода подключенной к сети фотоэлектрической установки площадью 10 м2 множество. (28) Стоимость массива составит около 10 000 новозеландских долларов, а стоимость автомобиль будет еще 20 000 новозеландских долларов. (29) Это обеспечило бы транспорт с нулевым уровнем выбросов, с автомобилями на бензине или, возможно, на биотопливе сдаются в аренду по мере необходимости для более длительных путешествий.

Фигуры выше показаны возможности, которые предлагает автономный подразделения. Дома могут иметь нулевые выбросы, обеспечивать собственное поливать и очищать собственные сточные воды. Они могут работать с нулевым выбросом транспорт для большинства поездок.

Наконец они могли использовать пригородный сад для производства хотя бы процента их потребности в пище. На самом деле этот последний пункт, пожалуй, самый важный.

Лучшее что каждый может сделать, чтобы уменьшить выбросы углекислого газа и увеличить устойчивость в их индивидуальной жизни заключается в том, чтобы выращивать столько еды, сколько можно дома.

ССЫЛКИ

1. Пейдж J. и Лебенс Р. (ред.) (1986) Климат Соединенного Королевства. HMSO, Лондон. п. 245

2. Бордман Б. и др. (1995) «Резюме» ДЕСЯТИЛЕТИЕ второй год отчет Программа по энергии и окружающей среде, Отдел по изменению окружающей среды Оксфордский университет.п. 2

3. Рисунки для отопления помещений и воды рассчитано на основе данных Bell M., Lowe R. и Робертс П. (1996) Энергоэффективность в жилищном строительстве Эйвбери, Олдершот, СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО. пп 23-24

4. Рисунок для светильников и приборов из артикула 2

5. Вода потребление от Twort A., Law F., Crowley F. и Ratnayaka D. (1993) Водоснабжение (издание четвертое) Таблица 1.2 стр. 6

6.рассчитано по данным Prior J.J., Raw G.J. и Чарльзуорт Дж. (1991) BREEAM / New Homes Version 3/91 Building Research Establishment, Гарстон, Уотфорд, Великобритания. п. 6

7. Ватерлоо Green Home, Канада: данные по невозобновляемым источникам энергии, рассчитанные на основе данных данные в Grady W. (1993) Green Home: планирование и строительство экологически чистый дом Camden House Publishing, Онтарио. стр. 93 и 144

8.Brampton Advanced House, Канада: данные по невозобновляемым источникам энергии рассчитаны на основе данные, приведенные в Kokko J. and Carpenter S. (1993) «Производительность The Brampton Advanced House »в приложениях и демонстрациях: Proceedings, Volume 3 Innovative Housing ’93 Conference, Ванкувер, Канада, 21-25 июня. стр. 71-80

9. Автономный солнечный дом, Фрайбург, Германия: данные по невозобновляемым источникам энергии потребление энергии рассчитано на основе данных, приведенных в Carpenter S.(1995)

Обучение из опыта работы с Продвинутыми домами мира; CADDET анализы Серия № 14. Центр анализа и распространения Продемонстрированные энергетические технологии, Ситтард, Нидерланды. п 201, на основе на то, что дому потребовалось 500 кВтч электроэнергии от переносной генератор Расход топлива рассчитан по данным для Honda 2.2 4-тактный бензиновый генератор кВт, поставленный Bowden Marine and Industrial ООО, Эйвондейл, Окленд, Новая Зеландия, (3,7-литровый топливный бак дает 2,8 часов работы на полной мощности) .. Расход топлива на это Генератор типичен для ряда небольших бензиновых генераторов.

10 Wdenswil Houses, Швейцария: данные по невозобновляемым источникам энергии рассчитано на основе данных, приведенных в Hickling Corporation (1993) «Zero теплоэнергетические здания, Вденсвиль, Швейцария »стр. 5, в Hickling Corporation (1993) Отчет о сравнительном анализе продвинутых Дома (проект) подготовлены для EMR / Canmet, Hickling Corporation, Оттава, Канада

11.Восс К., Долен К.В., Лемберг Х., Шталь В., Виттвер К., Гетцбергер А. (1994) «Самодостаточный солнечный дом Фрайбург: впечатления от путь к энергетической независимости »Европейская конференция по энергетике производительность и микроклимат в зданиях 24-26 ноября, Лион, Франция. без страницы

12. Шталь В. и Шталь Х. Ф. (1993) «Самодостаточная жизнь во Фрайбурге. солнечный домик «Мир Солнца Том 17 №4. Декабрь.пп 18-19

13. данные из Мэйплсдена Дж. (1997) частное сообщение. Харрисон Грирсон Consultants Ltd., Манурева, Окленд

14. Ньюман П. и Кенуорти Дж. (1992) Возвращение городов Австралии Ассоциация потребителей, Pluto Press Australia. п 4

15. данные от Metro Water, Окленд, 18 октября 1997 г.

16. рассчитано по данным Fisher P. и Bender A.(1970) Ценность еда Oxford University Press. п. 22

17. Лич Г. (1975) Международный институт энергетики и производства продуктов питания. Окружающая среда и развитие, Лондон. п 8

18. Treloar Г. (1997) частное сообщение. Университет Дикина, Джилонг ​​

19. Департамент окружающей среды (1992 г.), HMSO Великобритании по окружающей среде, Лондон. п 30

20. DoE op соч.стр. 214 21. CAE (1994) «Проект энергоэффективности. семинар «Документы для обсуждения в рабочих группах, Том 1, Жилой» здания / Коммерческие и институциональные здания / Транспорт.

21. Центр для передовых инженерных наук, Кентерберийский университет, Новая Зеландия. Февраль. п 3

22. Министерство сырьевых отраслей и энергетики (1995) Национальное политика в области устойчивой энергетики: дискуссионный документ. Правительство Австралии Издательская служба, Канберра.п. 38

23. Данные по Австралии от Министерства сырьевых отраслей и энергетики. (1995) op cit. стр. 24. Данные Новой Зеландии из EECA (1996) Monitoring. Ежеквартальный выпуск за 5 сентября 1996 г., Энергетическая эффективность и энергосбережение Власть, Веллингтон

24. Фигуры предоставлено Evans P. (1997) личное сообщение Building Research Учреждение, Гарстон, Уотфорд, Великобритания. 11 февраля. Цифра для электричество снизилось со значения 0.832 в 1990 г. в результате растущее использование природного газа вместо угля для выработки электроэнергии.

25. расчетные данные формы в ссылке 24 и DPIE (1994) Расход топлива гид Департамент первичной промышленности и энергетики, Канберра. п. 14

26. ARC (1996) Технический паспорт фактов и цифр по транспорту Окленд Риджинал Совет по окружающей среде, Окленд.

27. рассчитано по данным литературных источников 24 и 25

28.данные о автомобиль от PIVCO, Финляндия; данные о солнечной батарее предполагают мощность 1200 кВтч в год от массива 1 кВт в Австралии или Новой Зеландии условия.

7,2 кВт Компания SEDA в Сиднее сообщает, что ее годовой объем производства составляет 1527 кВтч / кВт в Clement J. (1997) «Устойчивый офис» ReNew, октябрь-декабрь 1997 г., стр. 25

.

29. ток цена на солнечные батареи от Solar Power Waiheke, Остров Вайхеке, Окленд; цена машины на стеклопластик 2 + 2 местный от Heron Motor Co., Роторуа, если заказывать партиями по 100 штук за раз.

4 уровня автономного управления энергопотреблением дома

Представьте себе будущее, в котором управление энергопотреблением в доме будет полностью автоматизировано и оптимизировано — вы будете заботиться обо всем, от регулирования нагрузки в доме в условиях колебаний температуры и пикового спроса до предотвращения разрыва трубы и причинения серьезного ущерба воде при падении температуры ниже нуля. Автономное управление энергопотреблением дома может коренным образом изменить способ управления энергосистемой коммунальными предприятиями, создав скоординированную сеть между интеллектуальной сетью и умным домом.

Подобно автономному вождению, полностью оптимизированные и автоматизированные дома начинают становиться реальностью. Каждую неделю компании в области энергетики и Интернета вещей объявляют о новых подключенных продуктах и ​​решениях, чтобы приблизить нас к футуристическому видению самоуправляемых домов. В центре этого перехода находятся электроэнергетические компании, которые идеально подходят для того, чтобы использовать эти инновационные функции помимо энергии, став центром, соединяющим весь дом. Появятся новые возможности для дальнейшей монетизации, при этом коммунальные предприятия смогут не только поддерживать, но и укреплять отношения с клиентами.

Однако термины «умный дом» и «управление домашней энергией» (HEM) начали терять свое значение по мере того, как на рынок выходит все больше продуктов. Возможность управлять светом через телефон делает дом не «умным», а простым подключением. Кроме того, анализ счета за прошлый месяц с целью внесения изменений в энергоэффективность — это не управление энергопотреблением дома, это просто осведомленность об энергии дома .

Так же, как Общество инженеров-автомобилестроителей определило уровни автономного вождения — от отсутствия автоматизации на уровне 0 до полной автоматизации на уровне 5, конвергенция искусственного интеллекта и Интернета вещей в коммунальной отрасли может выиграть от аналогичной структуры для перемещения домашнего управления энергопотреблением. вперед.Следующие уровни (от уровня 0 до уровня 4) определяют дальнейший путь по мере того, как мы стремимся к достижению полной автономии управления энергопотреблением дома.

Уровень 0: Визуализация исторических данных

На уровне 0 домовладельцу предоставляются исторические данные об энергопотреблении, обычно в форме отчетов об энергопотреблении дома (HER) или онлайн-инструментов исторической визуализации. Хотя эта информация может повысить осведомленность домовладельцев об их потреблении энергии в прошлом, она не дает много возможностей узнать, как экономить электроэнергию.В лучшем случае они могут сэкономить 2% энергии. Но, обеспечивая лишь небольшую экономию, он зажег свет в наших головах, вызвав интерес к HEM и заставив отрасль хотеть большего.

Уровень 1: Мониторинг энергопотребления в реальном времени

На уровне 1 домовладельцы получают данные о потреблении энергии всего дома в реальном времени. Продукты могут получать этот поток данных в реальном времени от различных устройств, таких как измерители AMI с Zigbee и шлюз с поддержкой Zigbee или зажимы трансформатора тока (CT) (два основных источника).Мгновенное представление об их потреблении живой энергии позволяет им точно увидеть, сколько энергии они потребляют, и впоследствии включить или выключить устройства. Здесь управление энергопотреблением в доме переходит от предоставления данных о пассивной энергии, которые могут вызывать только реактивные изменения, к информированию потребителей об их реальном потреблении энергии по мере его возникновения.

Этот ранее неиспользуемый поток данных является основой любого решения для управления домашним энергопотреблением. Мониторинг энергопотребления в реальном времени может дать домовладельцам возможность принимать энергоэффективные решения, создавая картину потребления электроэнергии в реальном времени и обучая их тому, где происходят потери энергии.

Многие решения для управления домашней энергией на этом заканчиваются, однако это не обязательно. Как только потребители видят свое энергопотребление, они, естественно, хотят иметь возможность лучше его контролировать. Затем они могут вывести управление энергопотреблением в своем доме на новый уровень с помощью подключенных устройств.

Уровень 2: В режиме реального времени + подключенные устройства

Level 2 предлагает настоящее управление энергопотреблением дома — устранение разрыва между возможностью видеть потребление энергии в реальном времени и управлять устройствами, использующими его.Хотя управление по-прежнему зависит от потребителя, они получают возможность управлять своим домом и энергией из любого места и удаленно. Это стало возможным благодаря множеству подключенных домашних устройств с использованием таких протоколов, как Z-Wave, Zigbee и Wi-Fi.

С помощью управления устройством пользователи могут легко управлять всем: от подключенных термостатов, лампочек, дверных замков и даже джакузи. Уровень 2 позволяет потребителям не только получать информацию о том, какие устройства и приборы потребляют энергию, но и начать управлять их использованием и даже устанавливать правила для устройств, чтобы они выполняли свои обязанности по определенному графику.

Большинство сегодняшних решений для «умного дома» немного ошибочно и отстают от Уровня 2, поскольку им не хватает интегрированной информации об энергопотреблении. Они не действительно «умные» — по крайней мере, пока. Истинный интеллект в домах появляется не раньше, чем на третьем уровне.

Уровень 3: Изменение с помощью инсайта

На Уровне 3 «умный» дом фактически получает свое настоящее «умное» прозвище, поскольку технологии автоматически изучают шаблоны в доме, чтобы находить и предлагать способы управления устройствами и, в конечном итоге, экономии энергии.Объединение потока данных в реальном времени с метаданными с подключенных устройств дает платформе управления энергопотреблением дома возможность точно понимать, как работают бытовые электроприборы. Это обеспечивает более глубокое понимание и устраняет неточную информацию, которой подвержены типичные «программные» решения.

Одной из форм изменений с помощью инсайта является мониторинг работоспособности устройства. Здесь платформа может отслеживать рабочие характеристики бытовой техники (полученные из потока энергии в реальном времени + подключенных устройств).Затем это можно использовать для предупреждения потребителей о превышении определенных пороговых значений. Например, получение предупреждения, если система HVAC потребляет мало энергии или не использует ее вообще, когда подключенный термостат запрашивает переменный ток. Или что дверца холодильника не была закрыта полностью, из-за чего компрессор продолжал работать.

Хотя уровень 3 — это удивительный шаг вперед в области автономного управления энергопотреблением в доме, самый большой скачок все еще находится на горизонте — полная автономная оптимизация дома.

Уровень 4: Оптимизация автономного дома

Уровень 4 — используя энергию в реальном времени, подключенные устройства и знания эвристики производительности дома и бытовой техники, платформа автономного управления энергопотреблением дома координирует персонализированный и автоматический механизм оптимизации для дома.Уравновешивание комфорта и энергоэффективности, модели обучения и понимание конкретных ситуаций и занятости — дом примет все во внимание, и потребитель даже пальцем не пошевелит. Температура будет регулироваться автоматически. Свет будет включаться и выключаться или тускнеть в зависимости от контекста. Кофе будет готов, когда вы проснетесь утром, а бытовые приборы с большим потреблением будут работать только в непиковое время.

Индустрии еще нет, но мы недалеко. Начальные стадии решений уровня 3, таких как Powerley, уже доступны на рынке.По мере того, как платформы уровня 4 проникают в дома потребителя, автономное управление энергопотреблением в доме революционизирует энергосистему, предлагая оптимизированные функции, обеспечивающие идеальный баланс комфорта и эффективности. Это откроет дверь для новых льгот, которые выходят за рамки экономии энергии, позволяя использовать ранее невиданные уровни автоматизированных устройств и устройств. Это создаст возможности для лучшего управления спросом и интеграции распределенных энергоресурсов, когда энергосистема больше всего в этом нуждается. Уровень 4 может стать самым большим скачком вперед в области энергетики с момента прокладки первых линий электропередач.

Растущее доверие потребителей к автономному дому

По мере того, как решения начинают продвигаться по каждому уровню к полной домашней оптимизации, объем и конфиденциальность данных значительно возрастают. Решения уровня 4 в попытке создать гиперперсонализированный опыт управления энергопотреблением в доме потребуют анализа и мониторинга многих потоков данных, которые мы в настоящее время можем считать частными. Доступа к этим данным, независимо от его преимуществ, может быть достаточно, чтобы некоторые потребители не приняли автономную домашнюю платформу управления энергопотреблением.

В результате доверие останется одним из основных барьеров для входа в решения уровня 3 и 4, поскольку потребителей просят передать контроль службе, которая управляет многими личными аспектами семейной жизни. Коммунальные предприятия уже пользуются доверием и полагаются на то, что они доставляют мгновенную и надежную энергию, благодаря чему уровень 1 и уровень 2 относительно беспроблемный. Эти два уровня часто рассматриваются как новый способ укрепить многолетнее доверие, которое коммунальные предприятия уже установили у миллионов потребителей.

Уровень 3 начнет представлять проблемы конфиденциальности данных, поскольку платформы начнут анализировать домашнее поведение и поведение пользователей, чтобы предлагать более глубокие и персонализированные идеи. Совершенно необходимо, чтобы компании предлагали ценность в натуральном выражении и использовали эти данные исключительно как средство для предложения услуги, а не для ее монетизации для других вариантов использования за пределами энергетической отрасли.

Достижение уровня 4 будет самым большим препятствием и потребует прочного основания доверия между поставщиком и потребителем.Предлагая ценную информацию с помощью систем уровня 3, в сочетании с бережным обращением с личными данными пользователей, они заложат основу для принятия потребителями полной автономии уровня 4 в своих домах. Крайне важно, чтобы коммунальные предприятия укрепляли свои отношения со своими клиентами, предлагая решения уровней 1-3, поэтому, когда решения уровня 4 начинают выходить на рынок, они могут лидировать, вместо того, чтобы терять посредничество со стороны внешних отраслей.

Сила и потенциал

Энергетическая отрасль находится на пороге новой эры в энергетике, движущей силой и потенциалом которой является мир автоматизации.Это больше, чем научная фантастика — автономное управление энергопотреблением приближается, и оно будет намного более эффективным, персонализированным и интуитивно понятным, чем все, что мы когда-либо видели в области управления энергопотреблением. Путь между этими четырьмя уровнями закладывает основу, которая поможет продвинуть отрасль вперед, и предлагает руководство по тому, как коммунальные предприятия преодолевают сложности и проблемы, которые эти решения неизбежно вызовут на пути к полной автономии. Хотя, что наиболее важно, он иллюстрирует огромные возможности, которые ждут нас по мере того, как мы переносим управление энергопотреблением дома в наш новый подключенный автономный мир.

Самодостаточный подход к энергии на основе био-водорода

Abstract

После парникового эффекта и глобального энергетического кризиса поиск источников чистой альтернативной энергии и разработка приложений для повседневной жизни стали неотложными задачами. В этом исследовании предлагается разработка «автономного дома» с упором на использование современных технологий зеленой энергии для снижения нагрузки на окружающую среду, достижения энергетической автономии и разумного использования энергии для создания устойчивой и комфортной среды обитания.Двумя атрибутами домов являются: (1) самодостаточный энергетический цикл и (2) автономный контроль энергии для поддержания экологического комфорта. Таким образом, автономный дом сочетает в себе энергосберегающий пассивный дизайн, снижающий выбросы углерода, с активными элементами, необходимыми для поддержания комфортной среды.

Ключевые слова: Производство водорода путем темновой ферментации, топливные элементы с протонообменной мембраной, пассивный дизайн, активное оборудование, технология экологически чистой энергии

1. Предпосылки и цели

Усилия по продвижению применения и использования энергии с начала Результатом 20 века стало изобретение многих видов энергоемкого активного оборудования и бытовой техники.В связи с растущим осознанием уязвимости экологической среды Земли с конца 20 века защитники окружающей среды пропагандируют энергосберегающий пассивный дизайн. После парникового эффекта и глобального энергетического кризиса рассвет 21 века заставил мир столкнуться с противоречием между энергосберегающим устойчивым пассивным дизайном и энергоемким активным дизайном, отвечающим требованиям комфорта. Это привело к новой парадигме разумного использования энергии.Сообщества и жилища должны использовать новые методы, такие как датчики, аккумуляторные батареи и преобразователи энергии, чтобы улучшить домашнюю среду [1]. Это исследование выступает за разработку «автономного дома на основе энергии биоэнергетики», использующего альтернативную энергию в сочетании с датчиками окружающей среды, компьютерными технологиями и активными архитектурными элементами, чтобы улучшить некоторые недостатки пассивных домов.

2. Ретроспектива литературы

«Автономный дом» определяется как дом, который может функционировать независимо от поддержки и услуг со стороны общественных объектов [2].Однако движение автономных домов не требует, чтобы пользователи вели уединенный и скудный образ жизни. Ключевой характеристикой автономного дома является использование технологий экологически чистой энергии для снижения нагрузки на окружающую среду, а также создания устойчивой, высококачественной и комфортной среды обитания. В области архитектуры «автономия» имеет два значения: автономное управление и самодостаточность [3]. Автономия означает, что человек может самостоятельно управлять своими делами и принимать независимые решения без влияния или контроля со стороны других [4,5].Самодостаточность означает, что можно поддерживать самообеспеченность такими ресурсами, как еда, вода и энергия [6].

Хотя автономия и самодостаточность применяются к различным ситуациям в разных областях обучения и предметах, на самом деле они являются частично совпадающими понятиями, которые довольно трудно различить. В социологии самодостаточность используется для описания образа жизни людей, живущих на обочине общества [7]. Что касается политики социального обеспечения, программы самообеспечения призваны помочь семьям с низкими доходами обрести экономическую независимость [8,9].В области городского планирования одно предложение призывает к строительству самодостаточных индивидуальных домов вокруг большого общего дома с общими удобствами, чтобы преодолеть отчуждение современных подразделений и создать совместную жилую среду [10]. В архитектуре автономные легкие дома относятся к жилищам кочевых народов. Конечно, кочевничество также рассматривается как образцовый самодостаточный образ жизни. В области защиты окружающей среды автономия в последнее время стала ключевым принципом в технологиях зеленой энергии и использовании водных ресурсов [11–14].В Нидерландах самодостаточность представляет собой концептуальную основу, включающую как технологическую, так и экологическую политику [15]. Использование чистой энергии и бытовой техники — необходимые условия для комфортной жизни [16]. Тем не менее, проживание в автономном доме не означает, что его жители должны вести жизнь кочевников или людей, находящихся на маргиналах. Вместо этого в автономном доме применяются альтернативные источники энергии и другие соответствующие технологии в соответствии с принципом автономии и, таким образом, снижается зависимость от ископаемого топлива и сокращаются выбросы углекислого газа, чтобы улучшить глобальное потепление, сохраняя при этом высококачественную среду обитания.

Стремление к энергетической и ресурсной автономии все еще вызывает много споров. Согласно книге 2004 года « Почему глобализация работает, » экономиста Вольфа [17], защитника рыночной экономики, разделение глобальной экономики на самодостаточные регионы или отдельных лиц вызовет разворот и крах глобализации. это происходит с 1960-х годов, что приведет к атрофии цивилизации. Недавнее принятие Китаем защитной политики продовольственной самообеспеченности, направленной на обеспечение продовольственной безопасности, стало сильным ударом по рыночной экономике.Тем не менее, целенаправленное продвижение рыночной экономики также является весьма сомнительной стратегией. Во времена нехватки продовольствия в мире Япония, которая изначально была самодостаточной в рисе, фактически использовала рис для производства автомобильного топлива и разработала «машину для рисового спирта». Но несмотря на то, что это расширило возможности применения и повысило ценность продовольственных культур, скептически настроенные японские исследователи считают, что это приведет к увеличению цен на продовольствие и приведет к трудно решаемой нехватке сырья [18].Король Таиланда Пумипон выступает за экономическую самодостаточность, делая упор на региональном или индивидуальном стремлении к энергетической и ресурсной автономии. Помимо преимуществ самодостаточности и независимого контроля, автономия также может обеспечить энергосбережение и сокращение выбросов углерода за счет ограничения торговли и транспортировки энергии и ресурсов [19]. Область экономики основана на предпосылке, что человеческие потребности безграничны, а ресурсы ограничены; он подчеркивает функционирование рыночного механизма, но не учитывает влияние таких нерыночных факторов, как возобновляемые ресурсы и влияние на экологию на экономические системы.Естественный мир в конечном итоге поддерживает человеческие экономические системы. Эксплуатация человеком окружающей среды в течение последних сорока или пятидесяти лет вызвала огромные разрушения и, скорее всего, будет иметь необратимые последствия [20]. Такие вопросы, как автономия, проводить ли локализацию или глобализацию и поддерживать ли экономическую самодостаточность или рыночную экономику, остаются весьма противоречивыми. Наконец, очень сложный вопрос — как использовать архитектурный дизайн для сохранения автономии в энергии и ресурсах.

Термин «автономный дом» был впервые предложен Александром Пайком, целью которого было разработать систему обслуживания дома, которая могла бы снизить потребление местных ресурсов [21]. В 1975 году Вейл определила автономный дом как дом, который может функционировать независимо и не требует дополнительных затрат со стороны близлежащих коммунальных служб. Этот тип дома не нужно было подключать к таким услугам, как газ, вода, электричество или канализация; он использовал альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия или энергия ветра, и мог очищать собственные сточные воды и сточные воды.Таким образом, он не производил никаких загрязнений и не тратил впустую энергию. Первый автономный дом, согласующийся с теорией, был спроектирован и построен в 1993 году создателями автономного дома Брендой и Робертом Вейлом [22]. Этот дом обеспечивает автономию в области водоснабжения, энергетики, канализации и очистки сточных вод, а также производит электроэнергию для использования в городе. Конечно, многие построенные сооружения, соответствующие принципу автономии, долгое время существовали в естественных экологических системах. Например, курганы термитов используют некоторые ключевые принципы пассивного дизайна.представлены четыре структуры, воплощающие принципы автономного проектирования, и обсуждаются их функции / размер, расположение, ключевые технологии, принципы проектирования и значение исследований.

Таблица 1.

Анализ зданий с применением автономных принципов.

Имя Объект	Курганы [23]	Автономный дом [22]	Жилищный проект Хокертона [24]	Самостоятельный небоскреб [25]
Иллюстрация
Дизайнер / год	Термиты / неизвестно	Бренда и Роберт Вейл / 1993	Бренда и Роберт Вейл / 1998	Мэтью Спаркс / запланировано
Функция	Подземный дом	Частный дом		Офисное здание
Местоположение	Африка	Ноттингемшир, Англия (центр города)	Хокертон, Англия (пригород)	Эр-Рияд, Дубай и Бахрейн (побережье)
Ключевые технологии и принципы проектирования	Termite курганы имеют пассивную конструкцию, регулирующую воздушный поток и сохраняющую энергию.Курганы дают термитам автономию: помимо обеспечения комфортной среды обитания, курганы также способствуют росту грибов (которые утилизируют отходы термитов).	Энергию получают от солнца и ветра; дождевая вода собирается для использования в качестве питьевой. Дом построен с максимально возможным использованием переработанных и местных материалов.	Электроэнергия, водоснабжение и очистка сточных вод в общине обеспечиваются системой с нулевым выбросом двуокиси углерода; продукты питания выращиваются по технологии пермакультуры.Сообщество состоит из пяти модульных одноэтажных засыпок. Модульная конструкция упрощает строительство домов и снижает расходы.	Цилиндрическая форма башни обеспечивает минимальную площадь воздействия солнечных лучей и, таким образом, снижает потребность в энергии для кондиционирования воздуха. На крыше есть ветряная турбина, солнечные батареи и аккумуляторные батареи для аварийного использования. Солнечные батареи на море вырабатывают энергию из водорода, извлекаемого из морской воды. Энергия хранится в водородных топливных элементах для использования в ночное время.
Значение для исследований	Сканирование и компьютерное моделирование термитников предоставили исследовательскую модель для пассивного энергосбережения и удаления отходов.	Этот дом, расположенный в центре современного западного города, демонстрирует автономный и устойчивый образ жизни.	Ограничения по контрактам на строительство домов, общественное планирование и аренду формируют это кооперативное автономное сообщество.	Использует современные экологически чистые технологии, поддерживает устойчивое развитие окружающей среды и создает высококачественную комфортную среду обитания.

3. Теоретическая основа

В соответствии с определением автономного дома, ретроспективой литературы и анализом конкретных случаев, с макроскопической точки зрения, автономное проектирование дома включает три области: устойчивую окружающую среду, архитектурное проектирование и энергетические приложения. ().Обращаясь к микро-точке зрения, соображения устойчивости и применения энергии включают (1) технологию зеленой энергии (возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергетика (включая разность потенциалов и приливную энергию) и термоядерный синтез), и цели, (3) факторы выбора зеленой энергии и оценка осуществимости. Что касается энергетических приложений и архитектурного проектирования, элементы включают (1) цикл самообеспечения, (2) преобразование и форму энергии (включая преобразование и расчет энергии и работы, соответствие между входами и выходами и методы обработки), (3) поддержку здания. система и (4) оценка осуществимости.Архитектурный дизайн и соображения устойчивости включают (1) автономную среду (расположение дома, планировку и размер), (2) автономное проживание (независимые жилища или форма кооперативного сообщества) и (3) автономный дом (принципы пассивного проектирования, дополнительное использование активного оборудования для повысить производительность) ().

Макроскопическая перспектива автономных домов.

Микропредметы в автономных домах.

4. Моделирование и эмпирические исследования

4.1. Видение и цели

Автономный дом на основе био-водородной энергии предполагает, что в течение десяти лет технология водородной энергетики достигнет уровня зрелости, позволяющего использовать ее во многих повседневных применениях.Когда это время придет, каждая семья сможет установить «резервуар для брожения, вырабатывающий водород», похожий на септик, и водородные топливные элементы размером примерно с кондиционеры на окнах. Если проектная цель по производству водородной энергии, удовлетворяющей средней потребности домохозяйства в электроэнергии 3 кВт, может быть достигнута, на каждые 200 000 домохозяйств потребуется на одну тепловую электростанцию ​​меньше (т. Е. Вырабатывающую в среднем 600 МВт). Распределенные электрические системы в домашних условиях могут снизить зависимость от крупных центральных электростанций и, таким образом, достичь целей энергосбережения, сокращения выбросов углерода и энергетической автономии.

4.2. Технология «зеленой» энергии и био-водородная энергия

Принимая во внимание стремление к автономному производству и потреблению электроэнергии в домашних условиях, какая форма альтернативной энергии наиболее подходит в качестве основного источника энергии для домашних хозяйств? Этот вопрос давно вызывает у энергетиков и экономистов. Согласно рекомендации исследовательской группы по применению био-водородной энергии Университета Фэн Чиа, система с наибольшим коммерческим потенциалом представляет собой «систему выработки энергии в реальном времени на био-водороде», состоящую из блока производства водорода темного брожения (анаэробный биореактор с непрерывным перемешиванием, CSABR) и топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC).Этот тип системы может генерировать возобновляемую энергию, а также обрабатывать городские отходы и сточные воды. Факторы оценки зеленой энергии включают такие объективные условия, как доступность сырья, климатические факторы, ограничения площадок, пороговые значения производственных технологий и удельные затраты. Для сравнения, хотя солнечную и ветровую энергию легко получить, они сильно зависят от климата и относительно ненадежны. Гидроэнергетика подлежит ограничениям на размещение, а ядерная энергия имеет гораздо более высокий технологический порог, чем могут выдержать обычные домохозяйства.С точки зрения энергетической автономии домашних хозяйств, производство водорода из биомассы и выработка электроэнергии предлагают преимущества легко добываемого сырья, отсутствие влияния климата, стабильную выходную мощность, отсутствие ограничений на площадку и относительно низкий порог технологии производства.

В этом исследовании рекомендуется использовать энергетические системы биомассы, включающие преобразование биомассы в водород, который затем хранится в форме с высокой плотностью и в конечном итоге преобразуется в формы энергии, которые могут использоваться в домашнем хозяйстве.Подходящие типы биомассы включают навоз животных, отходы сельскохозяйственных культур, древесину, сахарные культуры, городской мусор, городские сточные воды, водные растения и энергетические культуры. Из них городские отходы, такие как городской мусор и городские сточные воды, будут играть наиболее важную роль. По оценкам, Тайвань в настоящее время производит шесть миллионов тонн органических отходов ежегодно, которые могут быть использованы в качестве сырья для производства энергии из биомассы.

4.3. Цикл самообеспечения

Для того, чтобы соответствовать принципам самообеспечения энергией, автономный дом на основе био-водорода должен завершить цикл самообеспечения, включающий производство энергии, хранение, контроль распределения, загрузку приложений, рециркуляцию, утилизацию и повторное использование .Под средой жизнеобеспечения понимается экосистема в биосфере Земли, которая может удовлетворить физиологические потребности живых организмов. Экономические системы должны получать функции жизнеобеспечения от естественной среды, иначе они не смогут выжить. Основная тема концепции устойчивого развития заключается в том, что последствия действий человека должны подвергаться определенным ограничениям, чтобы не разрушать разнообразие, сложность и функции экологических систем жизнеобеспечения [26]. Как следствие, эффективно функционирующая автономная система, основанная на человеческом обществе, должна объединять экологические и экономические аспекты, если она хочет реализовать идеалы устойчивого развития.показывает, что мировые ресурсы и энергия будут быстро исчерпаны из-за эффекта энтропии в рыночной экономике, уделяя особое внимание только процессу, охватывающему только сырье, производство и потребление продуктов [27]. показывает, как устойчивое развитие должно объединять экологию и экономику, делает упор на переработку и повторное использование после потребления и опирается на цикл самодостаточности для снижения потребления энергии и замедления энтропии.

Цикл самообеспечения.

4.4. Система поддержки здания

В соответствии с циклом энергетической самообеспеченности здание может рассматриваться как средство преобразования массы в энергию и должно представлять собой цикл, состоящий из производства энергии, хранения, управления распределением, приложений загрузки, рециркуляции, утилизации и повторного использования. .Здание также должно иметь опорную систему, включающую: (1) камеру для производства био-водорода, (2) резервуар для хранения водорода, (3) установку для подачи водорода, (4) топливные элементы, (5) другие вспомогательные альтернативные источники энергии. (солнечная энергия, энергия ветра и т. д.), (6) аккумуляторные батареи, (7) преобразователь, (8) диспетчерская и панель описания и (9) электрическая нагрузка здания. Если в будущем автомобили на водородных топливных элементах будут использоваться, то (10) можно добавить установку для заправки водородом. Если количество электроэнергии, вырабатываемой зданием, может превышать его потребление и может быть предоставлено другим местным пользователям, то можно добавить подключение к электросети общего пользования ().Биологическая камера производства водорода состоит из пяти основных компонентов: (а) резервуар для субстрата, (б) резервуар для питательной соли, (в) резервуар для ферментации для производства водорода, (г) резервуар для разделения газа и жидкости и (е) устройство для очистки водорода. Система производства энергии на основе биоводорода в реальном времени включает в себя процессы производства водорода, хранения водорода, поставки водорода и его использования ().

Биоводородная система выработки электроэнергии в реальном времени.

4.5. Технико-экономическое обоснование

В этом разделе делается попытка определить на основе проектной цели производства энергии на био-водороде, удовлетворяющей средней потребности домохозяйства в электроэнергии в 3 кВт, какое вспомогательное оборудование потребуется, объемы помещений, площади и расположение, а также схему плана. здания.Эта информация послужит ориентиром для проектирования односемейных автономных домов.

Согласно информации Taiwan Power Co. [28], статистика за последние пять лет показывает, что домашнему хозяйству необходимо 3–4 кВт установленной мощности. Согласно Лин [29], ферментационный резервуар для производства водорода размером 3,2 м ³ может удовлетворить потребности в энергии обычной семьи. Однако, если в качестве сырья выбрана биомасса, переменные, такие как методы обработки и преобразования, а также факторы окружающей среды (температура, влажность, давление и т. Д.)) повлияет на скорость производства водорода и плотность водорода. Установка резервуара для хранения водорода может решить проблемы, связанные с переменной производительностью. Избыточный водород можно хранить и использовать в тех случаях, когда его количество недостаточно. Согласно системе выработки энергии в режиме реального времени на биоводороде, разработанной университетом Фэн-Чиа, в течение 300 дней использования каждый литр резервуара для производства биогидрогена производил 1,15 ± 0,08 литра водорода в час. Когда маленькие светодиоды были подключены к системе, работающей при температуре окружающей среды (25 ° C), ток и напряжение были равны 0.38 А и 2,28 В соответственно. Согласно формуле мощность = ток × напряжение, система вырабатывала в среднем 0,87 Вт (0,38 × 2,28 = 0,87 Вт). Таким образом, можно консервативно оценить, что резервуар для ферментации для производства водорода объемом 3222 л (≈3,2 м ³ ) потребуется для размещения средней домашней нагрузки в 3 кВт ((3000 / 0,87) ÷ (1,15–0,08) = 3222 L ≈ 3,2 м ³ ). Это примерно размер обычного коммерческого септика (2–3 м ³ ). На экспериментальной установке по производству био-водорода Университета Фэн Цзя () пять основных компонентов камеры для производства био-водорода (резервуар для субстрата, резервуар для питательной соли, резервуар для ферментации для производства водорода, резервуар для разделения газа и жидкости и устройство для очистки водорода) имеют соотношение объемов 2: 2: 1: 1: 1.Как следствие, общий объем камеры производства био-водорода будет в семь раз больше, чем объем бродильного чана для производства водорода, то есть 22,4 м ³ . Предполагая, что в обычном доме с вертикальным просветом 2,5 м потребуется примерно 15 м ² площади оборудования (при условии, что высота резервуара составляет 1,5 м). Если коридоры и другое оборудование занимают четверть помещения для производства био-водорода, тогда для помещения потребуется общая полезная площадь 20 м ( ² ).Коммерческие топливные элементы мощностью 3 кВт имеют объем примерно 0,33 м. ³ (http://www.solore.com.tw/power/fuel/stacks/3kw.htm). Резервуары для хранения водорода должны быть в состоянии хранить достаточно водорода в течение трех дней. Так как среднее домашнее хозяйство на Тайване использует примерно 3 × 320 ÷ 30 = 32 кВтч каждые три дня, а топливный элемент мощностью 3 кВт требует 36 л водорода в минуту, 36 л водорода может, таким образом, произвести 0,05 кВтч. Таким образом, на три дня потребуется примерно 32 ÷ 0,05 = 640 л водорода. Коммерческий резервуар для хранения водорода объемом примерно 1.68 м ³ (http://www.hbank.com.tw/fc_products_pr_05.htm), следовательно, можно использовать в этом приложении. Согласно фактическим данным Исследовательского центра энергетики и ресурсов FCU, при рабочем объеме 3 л и HRT 8 ч концентрация исходной матрицы будет 20 г ХПК / л, и система будет вырабатывать 0,87 Вт электроэнергии. . Кроме того, поскольку 20 г ХПК / л = 17,8 г сахарозы / л (фактические данные), для получения 0 потребуется 6,675 г сахарозы / ч (3–1 / 8 ч x 17,8 г сахарозы / л = 6,675 г сахарозы / ч).87 Вт и 23 017 г сахарозы / час потребуется для выработки 3 кВт (6,675 г сахарозы / час x 3000 / 0,87 = 23 017 г сахарозы / час). По данным Taiwan Power Corp., среднее ежедневное потребление электроэнергии домохозяйством составляет 10 кВтч, поэтому система должна работать в течение 3,3 часа в день, чтобы обеспечить ежедневную электрическую нагрузку домохозяйства в 3 кВт (10 кВтч / 3 кВт). Таким образом, на одно домашнее хозяйство в день потребуется в общей сложности 75 956 г сахарозы (23 017 г сахарозы / ч × 3,3 ч / день = 75 956 г сахарозы / день).

Экспериментальная установка по производству био-водорода (слева, внутри; справа, снаружи).

дает размеры объемов и площадей помещения для хранения сырья биомассы, помещения для производства био-водорода, топливных элементов, резервуара для хранения водорода и диспетчерской, а также модель. показывает схематический план системы производства энергии в реальном времени на биоводороде в качестве образца для проектирования односемейных автономных домов.

Схематический план системы производства энергии в реальном времени на био-водороде.

Таблица 2.

Оценки функциональных направлений и исследуемая модель.

Камера для производства водорода

Функция	Объем	Площадь
Хранилище сырья для биомассы	7,5 M 3	3 M 2		22,4 M 3	20 M 2
Топливные элементы	0,33 M 3	0,5 M 2
Бак для хранения водорода	1.68 M 3	1,5 M 2
Диспетчерская	7,5 M 3	3 M 2

4.6. Автономное управление

В соответствии с принципами энергетической автономии при проектировании дома, ориентированном на потребности пользователей, необходимо, помимо соблюдения пассивной планировки и принципов проектирования здания, также учитывать использование активных адаптивных устройств. Активные устройства можно использовать для повышения производительности пассивного здания, улучшения автономного управления энергетическими приложениями и поддержания комфортной среды обитания.

Автономный дом в этом проекте будет использовать тепловую выталкивающую вентиляцию с использованием лестницы в качестве вентиляционной башни. Из-за эффекта тепловой плавучести горячий воздух обычно попадает в вентиляционную башню по лестнице и выходит через верхнюю часть башни из-за эффекта воздушного потока. Однако, когда внешнее давление превышает давление в помещении, при вентиляции с тепловой плавучестью может возникнуть обратный поток воздуха, и горячий воздух не сможет выйти. Когда датчики перепада давления и вычислительная техника используются в сочетании с клапаном воздушного потока, если в вентиляционной башне есть отрицательное давление по сравнению с воздухом снаружи, можно включить вентиляционный вентилятор наверху башни или угол наклона воздуха регулируемый клапан потока, чтобы гарантировать, что внутреннее пространство градирни имеет положительное давление по сравнению с наружным воздухом, и горячий воздух может легко выходить.По этой причине в автономном доме будет использоваться активное устройство, обеспечивающее оптимальную вентиляционную работу башни с пассивной тепловой плавучестью () [30].

Проект башни вентиляции тепловой плавучести (рисунок Чен Ниен-Цзы).

5. Рекомендации и выводы

Исследование устанавливает схему возможного автономного дома на основе водородной энергии, который не будет производить загрязнений и не тратить энергию. Предложения для будущих исследований:

(1) Независимая модель выработки и использования электроэнергии в жилых домах островного типа:

Это исследование было сосредоточено на развитии автономных городских жилых домов, связанных с государственной системой электроснабжения, и есть надежда, что домохозяйства распределенные электрические системы на базе могут снизить зависимость от крупных центральных электростанций.Однако дома, расположенные в отдаленных пригородах и местах, где недоступно общественное электричество, нуждаются в автономных энергетических системах еще больше. Тем не менее, дальнейшие исследования должны изучить, как поддерживать стабильность и производительность выработки энергии, прямого использования, хранения и поставки для использования. Исследования могут также быть сосредоточены на модификации бытовых генерирующих систем для подачи питания переменного тока и изучении моделей использования и распределения, а также бытовых приборов и оборудования, которые подходят для питания переменного тока.

(2) Интеграция и управление несколькими энергетическими системами:

В соответствии с принципами энергетической автономии здания могут поддерживать несколько источников энергии (таких как энергия биомассы, солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, геотермальная энергия и т. Д. .). Поэтому дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на стабильном использовании нескольких источников энергии и различных типов производимого ими тока (переменного или постоянного тока). Потребуются более эффективные платформы управления энергией, чтобы избежать ненужных потерь при преобразовании энергии.

(3) Изучение экологических характеристик городских систем с точки зрения энергетики:

Согласно широкому определению экосистемы, города можно рассматривать как часть экосистемы. Дальнейшие исследования могут изучить метаболизм материи, преобразование энергии, круговорот воды и поток валюты в городской производственной и потребительской деятельности, а также изучить динамические механизмы, функциональные принципы, экономические и экологические преимущества, пространственные структуры и правила управления городскими системами.

(4) Обработка сточных вод и химическая потребность в кислороде (ХПК), когда биомасса используется для производства водорода:

Поскольку водородный генератор на биомассе Университета Фэн Чиа производит лишь небольшое количество сточных вод, эти сточные воды смешиваются с бытовой канализацией кампуса и сбрасываются непосредственно в канализацию сточных вод университетского городка; он направляется в пруд для очистки сточных вод университета, а затем сбрасывается в городскую канализационную систему. Однако, когда установки по производству водорода из биомассы станут обычным явлением в будущем, необходимо будет создать очистные сооружения на уровне сообществ.Такие объекты должны снизить ХПК сточных вод от производства водорода в достаточной степени, чтобы соответствовать стандартам выбросов, прежде чем воду можно будет сбрасывать в городские системы сточных вод. Потребуется сотрудничество с инженерами по охране окружающей среды, чтобы интегрировать соответствующие меры по контролю загрязнения.

Это исследование рассматривает автономный дом на основе био-водородной энергии как ключевую технологию жилищного строительства нового поколения. Это имеет два значения: во-первых, самодостаточный энергетический цикл дома, состоящий из производства, потребления и переработки, удовлетворяет потребности устойчивого развития.Во-вторых, использование датчиков, вычислительных механизмов и адаптивных архитектурных элементов позволит автономно управлять окружающей средой. Что касается применения и повторного использования энергии и ресурсов, автономный дом этого типа может согласовать проект пассивного энергосбережения с потребностями в энергии активных устройств, удовлетворяя потребность в комфортной среде.

Дом Б автономный

Подрядчик

Имя: Уалид Белакбил

Контактное лицо: Уалид Белакбил — Тел .: +212 6 00 65 60 46

Начальник строительства

Имя: Archibionic-Myriam Soussan et Laurent Moulin architectes

Контакт: +212 6 61 22 20 85 / archibionik @ gmail.com

Заинтересованные стороны

Функция: Компания

Orienatelier Menuiseries Bois Мохамед Марджан — Тел .: +212 6 68 45 71 59 Вся реализация изделий из дерева и деревянной мебели.

---

Функция: Компания

Menuiserie acier El Amri Мохамед Эль Амри — Тел .: +212 6 51 33 45 04 Вся реализация стальных окон и систем открывания

---

Функция: Компания

Аргилекс Усама Мумкир — Тел .: +212 6 20 00 00 61 Осуществление структурных работ и отделки с покрытием.

Собственный подход к устойчивому развитию

Мы всегда были особенно осведомлены о чрезмерном потреблении, в котором мы развивались и в котором мы в конечном итоге участвовали.Но, отвлеченные нашей городской повседневной жизнью от этих соображений, мы полностью бездействовали. Когда мы решили построить этот дом, нашей первоочередной заботой не было экологии. Речь шла в основном о создании исключительного места, пузыря безмятежности, который позволил бы нам избежать хаоса нашего повседневного Касабланка. Тогда казалось очевидным, что этот дом, наконец, предоставит нам возможность взять на себя ответственность за охрану окружающей среды и уменьшить в наших масштабах свое воздействие на окружающую среду.

Идея заключалась в том, чтобы доказать себе, а также служить доказательством того, что эстетика, дизайн и качество жизни не исключают экологической ответственности.

Именно после нашей встречи с Мириам и Лораном дома в Фелфла мы поняли, что можем продвинуть эту идею еще дальше. Они заставили нас вкусить энергетическую автономию, нас соблазнили.

Архитектурное описание

Дом хочет быть незаметным и интегрированным в окружающую среду. Вход в дом расположен на северном фасаде, прорыв в насыпанном насыпи … Сначала мы не догадываемся, что дом, мы должны пересечь его, чтобы увидеть, что южный фасад выглядит как незаметный объект, который пришел мягко спросить, не влияя на земля.Мы обнаруживаем многофункциональный съемный фасад, который постоянно меняется в течение дня и сезона. Эти большие ставни, в зависимости от их расположения, служат одновременно изолятором и солнечным бризом, они расширяют террасу и предлагают встроенные сиденья и жалюзи. Стратегия реализации площадки и материалы:

— Дом ориентирован на север / юг, фасады на севере, востоке и западе, для увеличения общей инерции. — Несущие стены из сырца, земля берется из земли.- Структура и сцепление в елке: баланс компенсируется деревьями, посаженными на участке. — Деревянная внешняя облицовка для защиты сырой земли. — Финишная штукатурка извести мелко, без добавления краски. — Большая теплица на южной стене, аккумулятор, смежный с жилым помещением. пространства. -Съемный многофункциональный фасад. -Уменьшение / расширение пространств во время экстремальных погодных явлений (экстремальный холод или жара).

Если бы вам пришлось сделать это снова?

С момента открытия первого автономного жилья в Медине Рабат в 2013 году, мы не предлагаем больше этого для наших клиентов, результаты превзошли наши ожидания, и мы убеждены, что эти системы жизнеспособны и должны применяться в любом строительстве.

Мнение пользователей здания

Сегодня, более чем через год после установки, мы все еще очень (приятно) удивлены, обнаружив, что мы живем «нормально» и наши повседневные потребности полностью покрываются за счет энергии, производимой домом.

С тепловой точки зрения, мы никогда не чувствовали необходимости в установке кондиционирования воздуха, комнаты в любое время года очень приятные (прохладно летом и умеренно зимой), а камин очень эффективен в помещении.