З початком бойових дій в Україні особливо загострилося питання забезпечення населення електрикою. Ціни на енергоносії йдуть вгору, а відповідно за спожиту енергію доводиться сплачувати все більше і більше. Стабільності у постачанні світла немає, а відтак, і нормальна робота агрегатів на фермах (не кажучи вже про комфорт життя) опиняється під загрозою. Саме з цих причин вітрові та сонячні установки стають все більш популярними серед українців.
Також читайте: Оподаткування виробництва енергії з відновлювальних джерел
Енергія сонця
Ця технологія почала розвиватися у 1980-х роках. Коштувала вона тоді недешево і була швидше «дорогим гаджетом», ніж ефективною енергосистемою. Та з плином часу ситуація докорінно змінилася. Тепер сонячні установки не коштують шалених грошей і є досить ефективними для використання. Але як вони працюють?
Перш ніж зрозуміти принцип дії, варто спочатку ознайомитися зі складовими частинами сонячної установки. Вона складається із чотирьох елементів: фотомодуля, контролера заряду, батарей та інвертора.
Сонячні панелі працюють так. Спочатку світло сонця потрапляє на фотомодуль, де перетворюється на електричну енергію. Це відбувається наступним чином: всі речовини складаються з атомів, до складу яких входить негативно заряджена частинка, електрон. В свою чергу, промінь світла складається із дрібних згустків енергії, фотонів. Коли вони потрапляють на пластину з неоднорідного матеріалу, то вибивають електрон — це явище називається фотоефектом і саме завдяки йому виникає електрична енергія.
Далі струм прямує до контролера заряду, який регулює напругу, що йде від фотомодулів до акумуляторів, не дозволяючи їй підійматися вище 14 Вольт. Без цієї деталі висока напруга призведе до википання електроліту і значно вкоротить строк придатності батарей. Питання про акумулятори розглянемо трішки пізніше. Від батарей струм потрапляє на інвертор, який перетворює його з постійного на перемінний. Це загальна схема роботи сонячної енергосистеми.
Також читайте: Сучасні сонячні технології
Звичайно, що головною частиною системи є фотомодулі. Сьогодні вони доступні у двох видах: кристалічних та тонкоплівкових. Вони, в свою чергу, розділяються на підвиди, які дозволяють вибрати обладнання відповідно до ваших умов.
Щодо кристалічних фотоелементів, то перш за все вони характеризуються високим рівнем ККД, який коливається, залежно від моделі, від 5% до 20%. Тонкоплівкові в цьому плані мають дещо гірші показники: від 5 до 11% , однак, як радять фахівці, не слід обирати технологію лише за її продуктивністю. Не менш важливим фактором є вартість обладнання та те, наскільки ефективним воно буде у ваших умовах.
Наведемо такий приклад: будь-який кристалічний фотомодуль може коштувати $1 і мати ККД 14 %, а тонкоплівковий фотоелемент (наприклад, з аморфного кременю) може мати ККД 10% і коштувати пів-долара. Відповідно в одному випадку за ту саму ціну ви купите 1 кВт енергії, а в іншому 1,5 кВт.
Кристалічні фотомодулі залежать від прямих сонячних променів, при чому ця залежність є дуже великою. Ще одним чинником у виборі є температурний коефіцієнт. Цебто при збільшенні температури фотомодуля падає його продуктивність. Влітку він може нагрітись до 70?С, втративши при цьому 30% своєї продуктивності.
Тонкоплівкові фотомодулі в цьому плані більш витривалі, наприклад, телур-кадмієвий фотомодуль майже не втрачає своєї продуктивності при високих температурах. Та головною перевагою є те, що їх не обов’язково позиціонувати під прямі сонячні промені, адже вони показують непогану ефективність і при розсіяному світлі.
Отож, якщо у вас переважають прямі сонячні промені, то ефективніше себе покажуть кристалічні, а як розсіяне світло — більшу ефективність продемонструють тонкоплівкові фотомодулі.
Енергія вітру
Це одна з перших екологічно чистих енергетичних технологій, яку використовує людство. Вітрові установки є різних розмірів та типів, але всі вони працюють за принципом перетворення енергії вітру на електрику.
Вітряки для власного користування складаються майже з тих самих елементів, що і сонячні панелі. Єдина відмінність полягає у тому, що замість фотомодулів тут встановлено електрогенератор, який виробляє енергію, залежно від сили вітру.
Як запевняють фахівці, найголовнішим в їх використанні є профіль лопатей, потрібно, щоб він максимально знімав енергію вітру з потоку, а також елементи захисту установки від сильного поривчастого вітру. Для цього на великих станціях є так звані «віндрози», маленькі вітрогенератори, які при сильному вітрі ставлять головний генератор перпендикулярно вітру. На малих установках використовують лопату, яка, залежно від вітру, механічно повертає генератор.
На сьогодні є два типи вітрових установок: горизонтальні та вертикальні. Та вони відрізняються не лише положенням генератора. Так, вертикальні можуть виробляти енергію незалежно від напрямку вітру. Але при цьому на високих швидкостях вітру горизонтальні установки будуть більш ефективними, а на малих — кращий показник мають вертикальні.
Для того щоб, відповідно до ваших умов, правильно обрати вітряк, необхідно враховувати один нюанс. Всі наведені показники вироблення електроенергії вітряками, які ви бачите на сайтах компаній або в ознайомчих каталогах, приведені за швидкості вітру 9 м/с. В Україні середня швидкість вітру становить 3 м/с, при якій горизонтальна установка в 1 кВт буде давати 100 Вт, а вертикальна 1 кВт — 150 Вт. Потрібно розуміти, що середній коефіцієнт використання вітру становить 20%, відповідно вітряк в 1 кВт даватиме 200 Вт. 200*24 (години) = 4,5 кВт, це середня кількість електроенергії, яку ви будете отримувати щоденно.
Також читайте: Вітроенергетика – практичні аспекти і перспективи
Загалом вітрогенератори складали гарну конкуренцію сонячним панелям років зо 5 тому, адже тоді вони коштували дешевше. Зараз ситуація докорінно змінилася і 1 кВт/рік, вироблений сонячною установкою, обходиться дешевше за 1 кВт/рік, отриманий від енергії вітру.
Причина криється в обслуговуванні обладнання. В цьому плані вітрові установки потребують великих експлуатаційних витрат, адже вони мають багато механічних частин. Це і сам генератор, і лопаті, й опорні підшипники, що рухаються. Все це знаходиться на великій висоті, а відтак, при поломці готуйтеся додатково витратити гроші на виклик автовишки. І звичайно, що раз на рік потрібно робити профілактичне ТО. Але найголовніше — в Україні не так багато місць, де вітрові установки будуть максимально ефективними: декілька місць в Криму, Західній Україні та Сумській області. Загалом близько 10 дійсно гарних для вітрових установок місць.
Акумуляторні батареї
Вони є дуже важливою і дорогою частиною енергосистем. Вартість батарей може становити суму від 30 до 40% всієї установки, а при цьому їхній ресурс задовольняє далеко не всіх. Тож, що вони собою являють? Та як подовжити час їхньої роботи?
Зараз компанії пропонують два види акумуляторів: герметичні та негерметичні. В обох випадках батареї мають певний ресурс, який називається циклічністю. Одна зарядка та одна розрядка становить один цикл.
Тепер про відмінності між видами акумуляторів. Герметичні є більш універсальними у розміщенні. Їх без всякої шкоди для здоров’я можна розмісти у будь-якому зручному місці. Відповідно через це вони коштують більше за негерметичні. Їх циклічність коливається від 300 до 500 циклів. Відповідно, якщо їх розряджати і заряджати кожен день, то більше року-двох вони не прослужать.
Негерметичні акумулятори мають більшу циклічність, яка коливається від 1000 до 1500 циклів. Строк придатності у них значно вищий: це 5-7 років, але і тут не без нюансів, бо для установки таких акумуляторів потрібно приміщення, що провітрюється, але коштують вони дешевше за герметичні акумулятори.
І тут, знову ж таки відповідно до ваших потреб, ви обираєте між герметичністю та комфортом і провітрюванням приміщення раз на день.
Та який би тип акумуляторів ви не обрали, то все одно неправильне використовування значно знизить їх потенціал. Для того щоб збільшити час використання акумуляторів, потрібно розуміти наступне. Один цикл рахується тоді, коли ви заряджаєте акумулятор, який розрядився на 50 і більше відсотків. Відповідно, якщо є можливість встановити достатню кількість акумуляторів, так, щоб ви на всі свої потреби витрачали 20% енергії, то така система працюватиме дуже довго. Енергосистеми часто встановлюють для резервного живлення. Відповідно, якщо електрику вам відключають один раз на тиждень, то це виходить близько 50 циклів на рік.
Загальні рекомендації
Про загальні рекомендації з використання сонячних та вітрових систем нам розповів Олександр Ковпак, технічний директор компанії ATMOSFERA, яка більше 10 років працює на українському ринку альтернативних джерел енергії. «Люди часто економлять на засобах захисту, які, задля уникнення короткого замикання, обов’язково мають бути у кожній системі», — зауважив він. Серед поширених помилок технічний директор ATMOSFERA назвав відсутність запобіжників у ланцюгу акумулятор-інвертор. «Ціна питання 100-200 грн, а без неї одна необачність може спричинити згорання всієї системи, а вона не з дешевих», — підкреслив пан Ковпак. До того ж, не можна на ланцюг постійного струму ставити автомати на перемінному струмі. При встановленні системи треба пам’ятати про розрядники, які захищають її від удару блискавки. Не можна забувати і про роз’єми, які повинні бути міцними та пружними. Їх важливість пояснюється тим, що система працює на невеликій напрузі, а тому падіння напруги навіть на 1 Вт сильно відчувається.
Для вітрових станцій всі ці поради є актуальними, але, окрім них, не варто забувати і про щорічне ТО, аби не було люфту підшипників. Перевіряти систему гальмування, що працює так само, як і в машині. В ній приблизно раз на 5 років потрібно міняти колодки. І, звичайно, стежити за станом систем, які виводять генератор з-під сильного вітру.
Загалом треба завжди дотримуватися порад фахівців, які встановлювали вам це обладнання.
Висновок
Отже, маємо енергосистеми, які зроблять вас відносно або повністю незалежним від центрального постачання електрики. Звичайно, що спочатку доведеться витратити не одну тисячу гривень, але при розумному користуванні та дбайливому ставленні ці системи прослужать вам дуже довго.
