Что значит автономное электроснабжение

Система автономного электроснабжения

Систе́ма автоно́много электроснабже́ния (система автономного электропитания, САП, САЭП) — совокупность источников и систем преобразования электрической энергии.

Содержание

Состав систем автономного электроснабжения

Система автономного электроснабжения (САЭ) может включать в себя:

• источник электроэнергии; например: газо-, бензо- дизельную электростанцию или генератор, обязательно с электростартером, а также автономные источники питания от солнца или ветра
• систему преобразования электроэнергии; — инвертор (обычно двунаправленный), служит для преобразования постоянного тока в переменный (220/380 В), а также для подзарядки батарей
• систему автоматического пуска генератора (САП); (также называется: „устройство автоматического пуска“, „система автозапуска генератора“) — прибор для запуска генератора при пропадании внешней сети, либо по команде;
• блок коммутации; — автоматика управления и слежения за системой;
• аккумуляторные батареи; — для накопления электрической энергии
• подвод внешней электроэнергии из сети;
• стабилизатор напряжения.

Ограниченные САЭ

Для работы САЭ не обязательно наличие всех ее подсистем, при этом работа возможна (с ограничениями):

• при отсутствии стабилизатора — не обеспечивается «чистый» синусный сигнал на потребителей электроэнергии;
• при отсутствии генератора и блока его запуска, при отсутствии блока коммутации — время работы ограничивается объёмом энергии, накопленной в батареях; работает аналогично ИБП;
• при отсутствии инвертора и блока батарей — между отключением электричества и запуском генератора проходит значительный промежуток времени (от 10 секунд до нескольких минут); время работы системы ограничивается временем непрерывной работы генератора (обычно от 6 до 12 часов);
• при отсутствии внешней электрической сети — вся электроэнергия вырабатывается генератором.

Принцип действия САЭ

При работе внешней электрической сети происходит зарядка аккумуляторных батарей системы через инвертор. После отключения внешней электроэнергии, инвертор мгновенно ( Прогрессивные САЭ

Прогрессивные системы автономного энергоснабжения должны отвечать требованиям надёжности, иметь высокое быстродействие (от 20 мс и вплоть до 5 мс), должны осуществлять непрерывный контроль за различными параметрами системы (например: заряд аккумуляторов, их состояние, количество топлива в генераторе, уровень и давление масла в нем).

По принципу пропорциональности:

• стабилизатор и инвертор должны иметь одинаковую номинальную мощность, но иметь максимальную кратковременную мощность в 2-3 раза выше номинальной. Номинальная мощность стабилизатора и инвертора определяется по максимальной одновременно потребляемой нагрузке;
• номинальная мощность генератора должна быть в 2 раза или более превосходить среднюю потребляемую мощность (которая обычно меньше номинальной), этим обеспечивается гарантированный необходимый запас электрической энергии в батареях.

По принципу совмещения:

• логичным продолжением является объединение стабилизатора и инвертора: при наличии потребителей, чувствительных к форме сигнала, наличие стабилизатора становится обязательным; при этом если инвертор выдает чистый синусоидальный сигнал, пропадает необходимость в наличии стабилизатора;
• встраивание системы автоматического пуска генератора в блок коммутации;
• встраивание системы автоматического пуска, блока коммутации и стабилизатора в инвертор, при этом инвертор выдаёт „чистый“ синус;
• совмещение инвертора, блока батарей, генератора и части блока коммутации в единый модуль, который служит для контроля и непосредственной зарядки аккумуляторных батарей от генератора, минуя превращение постоянного тока в переменный и обратно.

В последнее время всё больше получают распространение электрические генераторы, работающие на природном или сжиженном газе. Стоимость киловатт*часа с газового генератора в 2-10 раз ниже чем у бензиновых или дизельных. При этом, если магистральный газ недоступен, либо давление в нем недостаточно, единственным решением является использование сжиженного газа.

Применение газгольдеров позволяет на несколько порядков увеличить время работы систем автономного электроснабжения.

Производители САЭ

На рынке в основном распространены фирмы, создающие лишь компоненты систем автономного электроснабжения. Одни производители предлагают систему из инверторов-зарядных устройств, а другие предлагают генераторы с автозапуском.

Инверторы/зарядные устройства для создания САЭ производятся компаниями:

• МикроАрт (модель МАП SIN Энергия двух модификаций: S, точность до 12% и Pro, точность до 5%; имеет чистый синус)
• Находка (модели Синус и Синусоида имеют чистый синус)
• Штиль (модель УЭП PSS)
• Электромаш (модели серии Исток [например ИДП-1/1-10-220-А] имеют чистый синус)
• CyberPower Systems (модели CPS [например CyberPower CPS1000E, CPS1500PIE] имеют чистый синус)
• Novergy (модель IPC имеет чистый синус)
• OutBack (модель VFX имеет чистый синус; GFX, FX имеют чистый синус и герметичный корпус)
• Simin (модели семейства SIM-****MC [например Simin SIM-1000MC] несинусоидальные; семейства SIM-****PC [например Simin SIM-1000PC] имеют чистый синус)
• Studer Xtender (модели серий XTM, XTH имеют чистый синус)
• Sunny Island
• Tripp Lite (модели APSX****** [например Tripp Lite APSX3024SW] имеют чистый синус)
• Victron Energy (модели EasyPlus, Phoenix Multi и Quattro имеют чистый синус), обычно используются на яхтах
• Xantrex (модели XW, PROwatt SW, имеют чистый синус; модель TR имеет квази-синус)

Инверторы, имеющие в своем составе элементы управления автономных систем:

• Xantrex серия SW (например SW3048E и SW4548E), имеет блок управления генератором или другим источником электропитания
• Xtender серия XTM (например XTM 3500-24), имеет многофункциональные контакты, в том числе для запуска и остановки генератора (зависит от степени подготовки генератора к автоматизации)

Электрогенераторы производятся десятками фирм в Европе, Китае, России (в основном из заграничных комплектующих из Европы или Китая).

Системы автоматического запуска генератора при низком уровне напряжения батарей:

• САП «Энергия»
• XW Automatic Generator Start

Описание основных характеристик и необходимые требования элементов САЭ

Электрогенераторы: бензиновые, дизельные, газовые для питания САЭ производятся многочисленными компаниями, многие из которых закупают двигатели на стороне и на их основе производят электростанции.

Основные характеристики электрогенераторов:

• Производитель двигателя. Наиболее качественными считаются двигатели Honda, причем двигатели «по технологии Honda», «аналог Honda» таковыми не являются.
• Расположение цилиндров предпочтительно рядное, расположение клапанов — верхнее (обозначается OHV). Такие двигатели лучше смазываются, ресурс в 1,5—2 раза выше. Потребление масла значительно ниже.
• Мощность электростанции. Наиболее важный параметр, для создания системы автономного электроснабжения рекомендуется брать двухкратную от номинальной потребляемой мощности. Это позволит не изменяя количества потребителей подзаряжать аккумуляторы, создавая резерв времени для охлаждения электродвигателя. Максимальная номинальная мощность двигателя определяется по сумме потребляемой мощности и максимальным током зарядки аккумуляторов. Например, при потребляемой мощности 1200 ВА, при максимальном токе зарядки 50 А и напряжении зарядки 14 В, необходимо вырабатывать 1900 ВА. Помните: электрогенератору гораздо проще работать на низкой нагрузке. Слабые двигатели, постоянно выдающие 100 % от допустимой энергии, выходят из строя значительно быстрее более мощных, работающих в пол силы.
• Тип топлива. Наиболее долговечными являются дизельные генераторы, после них идут газовые, следом — бензиновые. Считается что ресурс дизельных двигателей в полтора раза выше чем у бензиновых. Стоимость на 1 кВт*ч ниже всего у газовых электростанций. Причем стоимость 1 кВт*ч у газовых, работающих от природного газа низкого давления примерно в 10 раз ниже чем у поставщиков городской электросети.
• Тип самого генератора. Синхронный генератор позволяет кратковременно вырабатывать мощность в 2-4 раза выше номинальной, подходит для питания электроприборов с высокими стартерными токами. Асинхронный не может выдавать мощность, значительно выше номинальной, но имеет больший ресурс и не чувствительны к короткому замыканию.
• Для бензиновых двигателей важно количество цилиндров, если цилиндр всего один, высока вероятность залива свечи, в результате чего двигатель не заведется.
• Для газовых электрогенераторов инструкция на русском языке обязательна, газогенераторы без инструкции на русском языке к продаже запрещены.
• Электростартер обязателен. Обычно выполняются в виде синхронного генератора, работающего в режиме стартера.
• Стоимость электроэнергии. Определяется отношением количества потребляемого топлива за час на номинальную мощность генератора, затем путем пересчета стоимости 1 литра топлива определяется стоимость, рублей/кВт*ч. Обычно с увеличением номинальной мощности стоимость уменьшается, но следует учитывать и минимальное потребление топлива электрогенератором.
• Ёмкость бака и потребляемое количество топлива. Чем выше количество потребляемого топлива, тем больше должен быть бак. Материал бака лучше пластиковый, с толстыми стенками. Для газовых генераторов возможно применение бытовых газгольдеров (газовых баллонов большого объёма).
• Уровень шума. Чем меньше тем лучше, качественные электрогенераторы снабжаются глушителями с малым уровнем шума. Дополнительно снизить шум помогают звукопоглощающие кожухи.
• Вес генератора, наличие колес для удобной транспортировки.
• Счетчик моточасов, необходим для своевременного техобслуживания.
• Наличие встроенного автомата запуска (САП).

Источник

Автономные системы электроснабжения

Вопрос о самостоятельном обеспечении своего дома электроэнергией с каждым годом становится все острее. Поэтому мы предлагаем рассмотреть, как сделать резервное автономное электроснабжение своими руками и как быстро окупится его цена.

Какие бывают автономные системы электроснабжения

Электроэнергия, которая необходима для питания дома, должна вырабатываться бесконечно и при любых условиях, это ключ нормальной жизнедеятельности. Источник энергии должен быть предпочтительно возобновляемым и безвредным по отношению к окружающей среде или людям, работающим под ним. Среди базовых источников энергии числятся:

1. биомасса,
2. вода,
3. геотермальная энергия,
4. ветер,
5. солнечная энергия.

Автономное солнечное электроснабжение загородного дома, дачи, квартиры, коттеджа, гаража

Солнечная энергия часто используется для производства электричества. Два типичных метода преобразования солнечной энергии в электричество:

1. Фото-вольтовые клетки, которые организованы в панелях и работают для концентрации солнечной энергии, используя зеркала, чтобы сгенерировать солнечный свет в определенном направлении, либо нагреть жидкость, которая проходит через паровые турбины электрического генератора или теплового двигателя,
2. Фото-ячейки. Энергия, создаваемая фотоэлектрическими элементами (размещенными на крыше) является постоянным ток и должна быть преобразована в переменный ток, прежде чем он будет использована в домашнем хозяйстве. Электроснабжение на солнечных батареях — это автономные устройства, которые имеют потенциал, и являются экономически более эффективными, чем модернизированные источники солнечной энергии.

Недостаток, заключается в том, что они могут прерывать свою работу в течение дня, их достаточно сложно ремонтировать или очищать от грязи. Современные солнечные батареи работают около 40 лет, что делает их разумными инвестициями во многих областях производства. Это наиболее выгодный вариант автономизаци дома самостоятельно, про что мы подробно писали в статье о солнечных батареях.

Солнечные батареи

Часто для того, чтобы индивидуальное электроснабжение и теплоэлектроснабжение могло накапливать постоянный ток, используются аккумуляторы, сварочные инверторы AC / DC или когенератор. Чтобы получить максимальную отдачу из солнечной панели, угол падения Вт солнца должен быть между 20-50 градусов. Солнечная энергия, проходящая через фотоэлектрические ячейки – дорогой способ освоения возобновляемых источников энергии, но самый безопасный и бесперебойный.

Преимущества:

1. Может быть портативным;
2. Легок в использовании на индивидуальной основе;
3. Не нужны специальные документы для разрешения пользования;
4. Можно устанавливать практически везде, хотя наиболее выгодными являются жаркие и засушливые районы.

Использование мощных солнечных станций эффективно в условиях масштабного производства. Так окупаемость наступит уже в ближайшие несколько лет. В среднем для установки одной солнечной батареи необходимо затрать до 5 тыс. долларов, для установки станции – до 15.

Ветровая энергия

Там, где нет солнца, есть ветер. Энергия ветра взята через турбины, установленные на высоких башнях (обычно от 3 метров до 6 с диаметром до 3 см), благодаря чему автономные ветряки используют инвертора для переработки энергии и электроснабжения дома. Как правило, они требуют в среднем скорость ветра 14 км/ч, но обеспечивают себя энергией и близлежащие здание неограниченный отрезок времени.

Ветрогенератор

Ветровые турбины в городских районах, должны быть установлены не менее чем 10м в воздухе, чтобы получить достаточно ветра и оградиться от близлежащих препятствий (соседнего жилого дома, гаража и т.д.). Монтаж ветровой турбины также могут потребовать разрешение от властей. Ветровые турбины подвергнуты критике за шум, который они производят, их внешний вид, и тот аргумент, что они могут влиять на миграционные процессы птиц (их лезвия могут препятствовать прохождению пернатых в небе).

Ветровое автономное бесперебойное электроснабжение намного реальнее для частного загородного дома, нежели квартиры. Они являются одним из наиболее экономически эффективных форм возобновляемых источников энергии и занимают первое место среди подобных устройств по окупаемости.

Энергия воды

Если энергия ветра не подходит, но рядом протекает речка или просто есть озеро, то советуем использовать для автономного электроснабжения водяные источники энергии. В больших масштабах, гидроэлектроэнергия, в виде дамб, имеет неблагоприятные экологические и социальные последствия. Но при небольшом размахе проекта это является достаточно реальным и выгодным вариантом.

Энергия воды

Одна водяная турбина или даже группа отдельных турбин не являются экологически или социально разрушительными. На индивидуальной бытовой основе, одиночные турбины, единственный экономически доступный маршрут (но может иметь высокие сроки окупаемости и является одним из наиболее эффективных методов производства возобновляемых источников энергии). Она чаще встречается для эко-деревни, чтобы использовать этот метод, а не особой семьи. Электроснабжения на генераторе воды – это автономное обеспечение любого здания (коттеджа или квартиры) светом и теплом.

Микротурбины очень просты в эксплуатации, документы на установку обойдутся в 1000 долларов, сами механизмы – 2000-6000 у.е.

Геотермальные источники энергии

Производство геотермальной энергии включает контроль горячей воды или пара ниже земной поверхности, в водоемах, для производства энергии. Поскольку горячая жидкость или конденсат, который используется при обратной закачке в пласт, постоянен, этот источник считается самым устойчивым.

Геотермальные электростанции

Тем не менее, те, которые планируете получать электроэнергию из перепадов температур, нужно знать, что есть различия в сроках службы каждого геотермального резервуара. Некоторые ученые считают, что их продолжительность работы, естественно ограничена – они остывают в течение некоторого времени, что делает производство геотермальной энергии в конечном итоге невозможным. Этот метод часто используют крупномасштабные производства, предприятия, которым необходимо наличие бурового оборудования.

Видео: Автономное электроснабжение для дома

На этих бурах есть небольшие геотермальные механизмы, которые распознают глубину бурения и температуру коры Земли. Когда тепло получено и отправлено на геотермальные тепловые насосы W системы, расположенные внутри укрытия или объекта, запускается работа генератора и узлов преобразования энергии.

Геотермальной энергия доступна повсюду на Земле, особенно Филиппины, Гавайи, Аляска, Исландия, штат Калифорния и Невада используют для работы ТЭЦ эту энергию.

Биомасса и энергия

Мощность биомассы имеет любой биологический материал (жмых Вт, биогаз, навоз, солома Вт, растительное масло, дерево и т.д.), который сжигается в качестве топлива. Единственным недостатком метода является углеродный след после горения, а также выброс в атмосферу соединений серы и азота.

Работник на тепловой станции засыпает топливо в котел

Раньше многие электростанции и котельные работали именно от преобразования энергии тепла в ток, например, тепловозы, теплогенераторы больниц. Таким способом можно при правильном подборе топлива и оборудования можно эффективно обеспечить освещением несколько районов города, производственных объектов.

Тепло вырабатывается потому, что биологический материал сжигается, освобождает такое же количество углекислого газа, что, потребляется им в течение всего срока службы. Это не очень выгодный по экономическим соображениям способ автономного обеспечения дома электроэнергией. Топливо дорогое, газогенераторы тоже.

Автономное дизельное и газовое электроснабжение в таком случае, будет выгодным и окупаемым только в случае использования уже переработанных отходов и источников энергии, скажем, метана, пропана, перегноя и т.д. Это так называемое гибридное снабжение энергией. Главным его достоинством является то, что благодаря широкому диапазону топлива, возможен разлет между вырабатываемой энергией от 1 мВт до десятков кВт.

Купить устройства для создания системы автономного электроснабжения или же готовые приборы можно практически во всех крупных городах Украины, Казахстана и России: Москва, Киев, Харьков, Воронеж, Екатеринбург, Алмата, Тверь, Санкт-Петербург и прочих.

Выгодно или нет

Чтобы точно ответить на вопрос, насколько выгодна схема, по которой производится автономное электроснабжение дома, нужно произвести расчет. Готовые системы (даже производства Китай, к примеру фирмы xantrex) для обеспечения энергией, обойдутся дороже, чем самодельное устройство. Предположим, что мы затратили на все 1000 долларов, но за свет платим в месяц 30 у.е. Получится, что в среднем наша установка окупится в течение почти 3 лет.

Источник