Ложка дегтя
Несмотря на определенные успехи альтернативной энергетики, вопросов она по-прежнему порождает больше, чем ответов. В частности, непростой задачей является ее использование для серьёзных промышленных нужд. И в любом случае здесь не обойтись без дублирования традиционными источниками электроэнергии.
Не стоит забывать и о том, как сильно возобновляемая энергетика зависит от природных условий (в одном месте больше подойдут ветряки, в другом — солнечные батареи, в третьем лучшим решением станут гидроэлектростанции), а также от погоды и времени суток. Да и себестоимость «зеленой» энергетики все еще достаточно высока, и темпы снижения затрат на ее создание оставляют желать лучшего.
По его словам, до 2020 года возобновляемая энергетика выглядела отраслью, которая может уменьшить риски рынка электропотребления тепловой и атомной электроэнергетики. Но коронакризис не обошел ее стороной — темпы развития «зеленой» энергетики снизились на 13% по сравнению с 2019 годом. А минувшей зимой уже действующие проекты подверглись серьезным погодным испытаниям и в большинстве случаев их не выдержали.
Так что тепловая и газовая энергетики остаются самыми рентабельными и быстровозводимыми комплексами для обеспечения деятельности предприятий и обогрева жилищ, добавляет он. В то же время необходимы и уже ведутся работы по повышению их экологичности.
О технологии
Сказать, что это новая технология, было бы неверно. В 1960-м космонавты использовали спутники на солнечных батареях, во времена второй мировой на домах в США было установлено много таких батарей, позволяющих получать энергию от солнца и отапливать за ее счет свои жилища.
Однако внедрить технологию повсеместно было проблематичным – панели фотоэлектрических элементов, отвечающие за преобразование солнечного света в электрическую энергию, представляют собой довольно дорогую технологию. Именно стоимость часто является ключевым фактором при принятии решения.
Очевидно, что для принятия решения необходимо учитывать совокупность факторов. Рассмотрим явные выгоды оснащения дома солнечными батареями:
- Энергия солнца бесплатна и неисчерпаема.
- Энергия солнца – экологически чистая.
- Отсутствуют выбросы парниковых газов.
Используя солнечные батареи, мы практически присоединяемся к «зеленому движению», становимся на путь защиты планеты и получаем бесплатную и бесконечную энергию.
Как же устроена солнечная батарея? Панель состоит из фотоэлектрических ячеек, объединенных общей рамкой. В каждой используется полупроводниковый материал (чаще всего кремний) и электрическое поле. Полупроводник поглощает энергию лучей и нагревается, высвобождает электроны, направляемые электрическим полем в определенном направлении, поток электронов образует электроток. Ток через установленные контакты отправляется в провода и используется по назначению. Сила тока зависит от мощности, производимой фотоэлементом.
Для повышения эффективности кремния, используют примеси (в кремний добавляются атомы других веществ), например, фосфора.
Кроме того, кремний хорошо отражает свет, поэтому для уменьшения потерь фотоэлементы защищают антибликовым покрытием. И еще для защиты батарей от механических повреждений их покрывают стеклом.
КПД таких батарей довольно низкий – они способны переработать только 12-18% попадающих на них лучей. Самые успешные образцы достигают КПД 40%.
А что Россия?
Для России с ее запасами угля, нефти и газа развитие «зеленой» энергетики в конкуренции с традиционной энергетикой нецелесообразно. Это может представлять интерес только с научной точки зрения, считает Валерий Корнейчук.
Нужно делать скидку и на особенности российского климата: в большинстве регионов страны солнечных дней не так уж много.
Работать в данном направлении имеет смысл, полагает эксперт. Но учитывая создание необходимой инфраструктуры по доставке «зеленой» энергии потребителям и обслуживанию оборудования, скорее всего, в России разница ещё долго будет не в пользу возобновляемых источников, прогнозирует он.
Более перспективной аналитик считает разработку и доработку соответствующего оборудования для выхода на экспортные рынки. Вполне возможно, что по ценовому сегменту или эффективности российские солнечные батареи окажутся вполне себе способны конкурировать с европейскими или американскими разработками и станут новым источником валютной прибыли, допускает он.
Плата за самостоятельность
Как и всякая сложная техника, покупка теплового насоса, ветряка и солнечной батареи потребует от владельцев солидных первоначальных затрат. Экономия придет потом. Сравнивать эффективность получения электричества от любого из существующих автономных источников и из центральной сети невозможно в принципе. Понять, в чем эта разница состоит, можно на примере двух владельцев, один из которых поставил в дом автономную систему, а второй пошел по проверенному годами пути — установил в коттедже централизованное электроснабжение от сети. Первый отдаст деньги при покупке солнечной батареи и ветрогенератора, но через несколько лет, когда экономия от их использования покроет сумму первоначальных расходов, перестанет тратиться на электричество. В отличие от него, собственник дома, «питающегося» от сети, сначала заплатит за подключение и прокладку кабеля, после чего будет продолжать оплачивать счета от энергетиков. Если для первого владельца загородного дома примерно через три года (таков срок окупаемости автономной системы при большой нагрузке) энергия станет бесплатной, то для второго этот момент не наступит никогда, и через год, и через три, и через десять лет он будет также платить за электричество.
Чтобы подключить дом к центральной сети понадобится заплатить энергетикам за подключение каждого киловатта 15 600 рублей, что в среднем при мощности в 20 кВт составит примерно 300 тысяч рублей. Кроме того, от владельца коттеджа потребуется выполнение технических условий, что выражается в необходимости проложить трассу и оплатить за собственные деньги установку трансформатора. А если вы решили построить дом там, где электричества вовсе нет? Тогда другого выхода, кроме как перейти на самообеспечение светом и теплом из альтернативных источников, у вас не просто нет.
О чем молчат продавцы солнечных батарей
Если прогуляться по форумам и отзывам, то можно найти такие предостережения от счастливых владельцев солнечных батарей.
- Панели для работы требуют грид-инвертора: при покупке панелей нужно согласовывать напряжение инвертора и панелей на совместимость.
К примеру, для работы двух панелей, каждая на 100 Ватт, потребуется инвертор на 300-500 Ватт.
Китайские и обычно довольно качественные инверторы все же часто указывают на корпусе мощность, не соответствующую действительности. Будьте внимательны во время покупки и уточняйте детали. Устройство работает при наличии напряжении в сети, поэтому не может быть резервным источником питания.
Если электричество не расходуется сразу, оно передается обратно в сеть. Счетчик при этом крутит то вперед, то назад. Это непривычно и не учитывается многими счетчиками. Есть риск оплаты отдаваемой назад энергии
Важно учитывать тип счетчика и заложить в расчеты стоимость его замены.
Если в вашей местности часто облачность, важно учитывать ее и приравнивать к тени.
Важно учитывать время и усилия на чистку панелей, особенно зимой от снега.
Основной вывод тех, кто приобрел панели в нашей стране – пока что это слишком дорогое удовольствие, которое следует рассматривать как хобби.
Что важно учесть, инвестируя в солнечные батареи
Обслуживание
Панели недостаточно просто установить – за ними нужно ухаживать. Как минимум чистить, и не только от снега, но и от пыли.
Выбор средств будет зависеть от площади батарей и от экономической целесообразности выбора тех или иных форм и средств ухода. Главное понимать, что пыль на панели способна снизить ее эффективность на 7%.
Снег, пыль, птичий помет – все это будет приводить к снижению КПД.
Обслуживать конструкцию приходится с определенной периодичностью. Как минимум раз в квартал стоит полить панели из мощного шланга с водой. Учитывая это, месторасположение дома тоже следует учитывать, принимая решение о приобретении солнечных батарей. Например, если рядом строительство – будет больше пыли, чистить панели придется чаще. Или будет произведено меньше электричества.
Кроме того, необходимо следить за исправностью конструкций и при механических нарушениях производить ремонт. Нужно еще менять батарейки, это происходит раз в десять лет.
Расположение дома
На эффективность решения влияет расположение дома. Мы уже упомянули загрязненность – от нее зависит частота чистки батарей. Тень тоже будет проблемой для выработки максимального количества электроэнергии. Это может быть как тень высоких деревьев на вашей усадьбе (вы это можете сами контролировать) или тень больших зданий рядом (от вас не зависит).
Тень важно учитывать при выборе типа панелей – их несколько и они по-разному реагируют на тень. Поликристаллические просто сокращают выход электричества, а монокристаллические полностью останавливают производство электроэнергии на затененных фрагментах
Сейчас уже использование батарей учитывают перед строительством, ведь их эффективность напрямую зависит от того, насколько доступна поверхность с батареями солнечным лучам в часы их максимальной активности (обычно с 10:00 до 14:00) и всех солнечных часов.
Инсоляция
В разных регионах земля достигает разное количество солнечного света. Есть такое понятие как инсоляция – мера солнечной радиации, попадающей на землю, которая измеряется в кВТ/м.кв./дни. Чем выше это значение, тем больше электроэнергии можно получить при меньшем количестве солнечных панелей. Например, на юго-западе для получения определенного количества энергии придется потратиться меньше, чем на северо-западе.
Зона покрытия
Чтобы получить больше электричества от солнца – нужно больше покрытие.
Чтобы определиться, сколько нужно батарей, нужно выяснить:
- Какова инсоляция в вашем регионе.
- Сколько электричества вам понадобится.
Узнайте, сколько вы используете кВт-ч в сутки и сделайте вычисления.
К примеру, 30 кВт-ч. Умножаем это число на 0,25 и получаем 7,5 – значит, нужно получить7,5 кВт а сутки. Одна стандартная панель вырабатывает в сутки 0,12 кВт. Ее параметры 142х64 см. Понадобится 62 панели, который покроют примерно 65 кв. м. После таких расчетов нужно сделать поправку на инсоляцию и учесть количество прямого света в день с учетом тени. Есть еще ряд нюансов, учесть которые могут специалисты.
Сколько это стоит
Просчитав количество, останется учесть стоимость приобретения и монтажа. Хорошие новости в том, что цены на солнечные батареи продолжают падать, тогда как еще полстолетия назад эта технология была абсолютно недоступна людям среднего достатка.
Сейчас, чтобы обслужить большой дом и получать примерно 900 кВт-ч в месяц (30 кВт-ч в сутки), понадобится порядка 20-40 тысяч долларов. Вы можете разделить их на количество лет использования и оценить выгоду. Чаще всего солнечную энергию используют параллельно со стандартными решениями, дополняя солнечной системой электроэнергию из сети.
Батареи также берут в аренду, что может оказаться неплохой альтернативой.
Утилизация
Хотя батареи и служат до 50 лет, некоторые их составляющие выходят из строя быстрее (контроллер служит 15 лет, аккумулятор 4-10). Возникает вопрос утилизации, при покупке стоит убедиться. Что компания, которая производит батареи, принимает на переработку их составляющие – это делают только 30% производителей.
Отапливайтесь при помощи воздуха
Но прежде чем подсчитывать, во что лично вам обойдется покупка автономной системы, сначала можно попытаться уменьшить потребление электроэнергии, сократив расходы на отопление.
Так, можно установить в доме систему воздушного отопления. Система, в которой воздух нагревается внутри воздуховода, сочетает сразу несколько преимуществ: позволяет задавать свою температуру для каждой комнаты в доме, благодаря присоединенной к ней приточной вентиляции обеспечивает его свежим воздухом и за счет технической разработки, являющейся ноу хау производителя, отличается небольшим энергопотреблением.
Затраты на работу системы воздушного отопления сравнимы с теми, что ежемесячно несут собственники домов с самым дешевым на сегодня видом отопления — угольным. Но при одинаковых расходах, уровень комфорта двум этим собственникам гарантирован разный. Чтобы сохранить в доме тепло в морозные дни, хозяину коттеджа с воздушным отоплением не нужно вставать ночью и подкидывать в топку угля, не нужно искать, на кого оставить дом в свое отсутствие. В усадьбе, отапливаемой углем, от этого не уйти. Система же воздушного отопления управляется так же просто, как электрический котел. При желании ее можно оснастить микропроцессорным блоком управления, и тогда свой климат можно будет выбрать для каждой комнаты, например, сделать температуру в спальне чуть более прохладной, чем в остальном доме, а в детской чуть теплее.
Система воздушного отопления обеспечивает владельцев коттеджа не только теплом, но и свежим воздухом. Если следовать действующей норме, то каждый час в помещение должно поступать 3 кубометра свежего воздуха на 1 м2. За соблюдением баланса следят стоящие в каждой комнате датчики. Как только компьютер замечает, что содержание углекислого газа в комнате достигло определенного уровня, в нее тут же подается подогретый свежий воздух. Такую систему компания «ЭкоДом Енисей» устанавливает в коттеджах на улице Брянской.
Установка оборудования в компании «Экодом Красноярск» обойдется в 1 тысячу рублей на обогрев одного квадратного метра. Таким образом, монтаж системы отопления вместе с вентиляцией для коттеджа площадью в двести «квадратов» потребует от собственника затрат в размере 200 тысяч рублей. Кроме того, система воздушного нуждается в техническом обслуживании, за которое нужно отдавать еще 3 тысячи рублей в год.
Преимущества и особенности реального использования
Никто не даст лучшей оценки, чем те, кто попробовал технологию на себе. Остались ли довольны решением пользователи солнечных батарей? Узнаем, что об этом рассказывают пользователи сети.
Грид-инверторы, используемые для работы батарей, не требуют аккумуляторов, которые являются слабым звеном в альтернативном электроснабжении.
Электроэнергия вырабатывается в режиме реального времени сразу же попадает в сеть.
Теоретические расчеты полностью соответствуют действительности, что проверено на практике. Это позволяет планировать расходы на приобретение батарей
Однако важно делать поправку на облачность.
Сколько стоит стать энергетиком?
Расходы владельца коттеджа при переходе на автономную систему будут складываться из затрат на разработку ее проекта, покупку оборудования и проведение монтажа. Цену самой автономной установки, определяет необходимая нагрузка. Ее нетрудно определить, если сложить электропотребление всех приборов в доме. В среднем, чтобы обеспечить коттедж мощностью в 20 кВт, мощность ветряка должна быть 10 кВт, мощность солнечной батареи может быть чуть меньше — 8 9 кВт. При покупке системы за каждый киловатт электроэнергии, который должен вырабатывать ветрогенератор, нужно отдать 1000 долларов, цена электричества, полученного от солнечной батареи, немногим дороже — 1200 долларов за кВт.
Другой фактор, определяющий мощность установки (и соответственно ее цену) — местоположение коттеджа. Чтобы обеспечить электричеством усадьбу, стоящую на площадке, открытой всем ветрам, достаточно недорогого двухлопастного ветряка с диаметром винта 2, 5 м. Коттеджу, расположенному в лесу, вырабатывать электроэнергию поможет большая ветротурбина, винт которой в диаметре может доходить до 11 м, а мощность до 50кВт. Ставить более или менее мощный ветряк, двухлопастной или трехлопастной, с одним большим винтом или несколькими маленькими, всегда решает специалист, выезжающий на место.
В каждом конкретном случая расходы определяются особенностями проекта. Поэтому установка автономной системы из ветрогенератора и солнечной батареи для дома может стоить и двести тысяч рублей, и восемьсот. Дорого? На первый взгляд, да, но это смотря с чем сравнивать. «Покупатели не понимают, почему при одинаковой мощности ветрогенератора и дизель генератора, работающего на бензине, первые стоят на порядок дороже, — рассказывает главный специалист по ветрогенераторам ООО «Интас Красноярск» Владлен Савин. — Дело в том, что на их производство идут редкие магниты, добываемые всего на двух месторождениях в мире, а разработкой формы лопастей занимаются авиастроители. Отсюда и немалая цена ветряка. Но установив такое оборудование, собственник получает больше чем технологию. Американцы в таких случаях говорят: «Вы покупаете не электрогенератор, а независимость на десятки лет». К тому же абсолютно экологичные ветряки нельзя сравнивать с дизельными генераторами, которые поглощают недешевое топливо и к тому же чадят, отравляя воздух».
Те, кто не прочь сэкономить, могут комбинировать оборудование, например, установить в доме систему из американского ветрогенератора и сделанной в Китае солнечной батареи. Стоят китайские солнечные коллекторы на 15 20% дешевле американских образцов. Правда, стоит учесть, что их характеристики поскромней. Американцы же выпускают автономные системы давно, и добились в этом деле определенных результатов. Один из американских производителей Sunrise известен тем, что является подразделением «Боинга» и использует для своих систем научные разработки авиастроителей. Специалисты говорят, если от автономной системы требуется максимальная надежность, если ей предстоит стать единственным источником электроснабжения дома, то оборудование должно быть только американским.
Сократить затраты на установку автономной системы можно и не поступаясь качеством. Путь к экономии открыт перед владельцами коттеджей, занимающих соседние участки, они могут объединиться и поставить один ветрогенератор на несколько домов.
Помимо затрат на покупку и монтаж установки, собственников ждут траты на техническое обслуживание. Последующее пятилетнее обслуживание обойдется им в 28 тысяч рублей, в него входит плановый осмотр оборудования специалистом. Кроме того, поверхность солнечной батареи понадобится время от времени очищать от оседающей на ней пыли.
Тепло от земли
Для отопления частного коттеджа можно использовать тепловой насос — прибор, принцип действия которого похож на принцип работы холодильника, с той разницей, что вырабатывает он не холод, а тепло. Тепловой насос забирает низкотемпературное тепло подземного источника, чтобы отдать его отопительной системе коттеджа. Из чего это тепло извлекать, для теплового насоса не имеет значения. Для него годятся и грунт, и подземные воды, и вода со дна ближайшей реки. Единственное требование: температура этого источника не должна круглый год опускаться ниже 1 С. Все, что теплее этой отметки, подходит, чтобы тепловой насос его тепловую энергию выжал, усилил, и заставил работать на обогрев дома.
Стабильным источником тепла является грунт. Его способность сначала накапливать энергию солнца, а потом подолгу ее хранить, обеспечивает одинаковую температуру земли на глубине, распложенной ниже точки промерзания.
Трубы теплового насоса укладываются в земле горизонтально, так чтобы расстояние между соседними трубопроводами не оказывалось больше 0,8 1,2 м. Для установки насоса, поставляющего в дом 10 кВт тепла, нужен земляной контур длинной 600 метров. Чтобы его уложить потребуется участок площадью около 600 400 кв. метров. Большая площадь занятого трубопроводом участка, ни в коем случае не должна напугать владельцев дома. Если все расчеты произведены верно, спрятанный в землю контур не помешает разбить на участке грядки.
Грунтовая вода также хорошо хранит однажды полученное от солнца тепло. На большой глубине ее температура держится на отметке +4С, это означает, что она может быть эффективным теплоносителем. Чтобы заставить это тепло работать на обогрев дома, на участке бурится скважина, куда опускают трубу теплового насоса.
Но самый оптимальный источник тепла для теплового насоса — это вода в ближайшей реке. Во первых, на ее транспортировку к насосу потребуется труба меньшей длины, чем в других случаях. Во вторых, температура воды на дне реки выше, чем у подземных источников тепла. Но вместе с преимуществами у воды в ближайшей реке есть и свои ограничения в использовании. Первое — водоем должен быть относительно большим и обязательно проточным. И второе — нужно будет как то организовать отвод отработанной холодной воды, и без разрешения водоохранных организаций не обойтись. Проложить трубу позволят на дне не каждого водоема.
Плюсы автономности
Главный плюс, который должны ощутить на себе владельцы коттеджа, после установки теплового насоса, — его экономичность. Повышенная теплоотдача — то, что отличает тепловой насос от котлов, работающих на газе или электричестве. На каждый кВт поглощаемой электроэнергии, тепловой насос выдает 3,5 кВт тепла. Агрегат, обогревающий коттедж площадью 200кв.м. для своей работы будет потреблять всего 5 кВт в час. Но, чтобы подстраховаться на случай экстремальных холодов, производители советуют дополнительно к тепловому насосу все же поставить электрокотел.
Другое качество, выделяющее тепловой котел среди отопительных приборов, — функциональность. За его работой, в отличие, например, от угольного котла, не нужен неусыпный контроль. Поставлять тепло и удалять отработанный источник тепла тепловой насос способен в автономном режиме. В этом смысле он не отличается от холодильника, которым, большим холодильником с обратным принципом работы он, в общем то, и является.
От котлов, работающих на жидком и твердом топливе, тепловой насос отличает пожаробезопасность. Для того, чтобы насос начал поставлять тепло, не нужно топлива и огня, и значит, нет опасности возгорания. Летом, когда необходимость в тепле отпадает, насос может охлаждать батареи как кондиционер. К тому же, тепловой насос долговечен. Он будет бесперебойно служить, по первому требованию поставляя в дом тепло в течение 15 лет. Именно такой срок «жизни» агрегата установленный в документах производителей, на деле же он вполне может растянуться на 25 30 лет. В Красноярске посмотреть тепловой насос в работе можно в офисе самой «Политехники» — компания сознательно перешла на этот способ обогрева помещения. Кроме того, тепловые насосы вот уже год согревают дома в поселке Манском и в Ачинске.
Расходы владельца коттеджа на установку теплонасоса складываются из двух составляющих. Во первых, это покупка и монтаж оборудования, им собственников коттеджей, площадью в две сотни квадратных метров в компании «Политехника» берутся обеспечить за 200 тысяч рублей. Другая часть расходов (иной раз способная превысить стоимость оборудования) приходится на земляные работы: бурение скважины и прокладку траншей. Насколько серьезными окажутся эта затраты, будет зависеть от того, кто возьмется за рытье скважин и траншей: специализированная буровая компания или небольшая бригада подрядчиков. Кроме того, сэкономить при установке теплового насоса получится, установив один большой коллектор на несколько соседних домов.
По затратам тепловой насос ничем не отличается от любой другой системы автономного энергоснабжения. Любая из них предполагает первоначальные вложения, достаточно большие из за сложности составляющего ее оборудования, но тому, кто на эти траты идет, гарантировано больше, чем экономия — он начинает сам определять степень своей зависимости от энергетиков. А учитывая постоянно растущие тарифы на их услуги, несложно предположить, что число людей, желающих переключиться на автономную энергию, с каждым годом будет только увеличиваться.
Татьяна Крупко
