В наше время, характеризующееся ростом цен на энергоносители и все возрастающим количеством сантехники с электроуправлением и бытовой техники в бане, вопросы нехватки электроэнергии особенно актуальны. А перебои с электроснабжением за городом, связанные с плановым ремонтом или аварией, могут комфортное посещение бани превратить в фарс, допустим, при электрокаменке. Решение проблемы – в использовании автономных устройств, вырабатывающих электрический ток, то есть электростанций для индивидуального использования.

Задача № 1 при выборе электрогенератора – определение требуемой мощности прибора. Для этого необходимо определить суммарную мощность всех потребителей электрической энергии и прибавить10–30 % запаса. Есть нюансы – устройства индуктивного типа требуют увеличения мощности в 1,5–2 раза, а использование насосов – вообще в 3–6 раз. При этом генератор не стоит эксплуатировать на полную мощность (то есть ту, которая указана на каждой модели) – это снижает ресурс двигателя, и он быстро выходит из строя.

Диапазон выбора довольно велик – современные генераторы имеют мощность от 0,5 до 200 кВт. Есть и более мощные, но их применение целесообразно уже в качестве аварийных источников энергии в коттеджных поселках.

Генератор может быть синхронным или асинхронным. Генератор синхронного типа со стабильными параметрами напряжения и частоты выдерживает высокие пусковые токи и нагрузку на полную мощность. Используется при подключении различного электроинструмента, не слишком требовательного к качеству тока, а также бытовой техники. Для асинхронных генераторов, напротив, перегрузка пусковыми токами нежелательна. Они незаменимы при подключении чувствительной к перепадам напряжения аппаратуры – компьютеров, музыкальных центров и т.д.

В электростанциях могут использоваться однофазные или трехфазные генераторы. Однофазные выдают переменный ток напряжением 220 В и применяются при использовании однофазных электропроводок и электроприборов, а «трехфазники» рассчитаны и на 220, и на 380 В, только вот при подключении к ним однофазных потребителей может возникнуть проблема перекоса фаз (разность в мощности подключенных потребителей), что может привести к выходу генератора из строя. Чтобы избежать перекоса, нужно равномерно нагружать фазы генератора, хотя некоторые модели выдерживают перекос фаз до 80%.

Другая важная для потребителя характеристика генератора – уровень шума.

Предпочтительнее механизмы в шумозащищенном кожухе, что существенно, в принципе, увеличивает стоимость станции, однако кожух в нынешних приборах – не просто металлический «капот», а целая конструкция с системами охлаждения, отвода выхлопных газов и, естественно, шумоизоляции.

Домашнюю систему автономного питания следует также снабдить стабилизатором напряжения для решения проблем стабилизации при скачках и слабого напряжения внешней сети.

Генератор приводится в действие двигателем, который может работать на бензине или дизельном топливе. Намного мeньшeй пoпуляpнocтью из-зa дopoгoвизны и cлoжнocтeй в уcтaнoвкe и экcплуaтaции пoльзуютcя элeктpocтaнции нa пpиpoднoм или cжижeннoм гaзe.

Бензиновые движки намного дешевле дизельных, они более компактны, менее шумны, а при одинаковых размерах и массе – и более мощны. Так что если электростанция необходима как аварийный источник энергии на небольшие промежутки времени, то более целесообразно использовать бензиновые электростанции. При этом понятно, что стоимость самого топлива (автомобильный бензин) на порядок выше, чем у дизельной станции. Плюс затраты на масло. Агрегаты с бензиновым двигателем имеют ограничение по мощности – они выпускаются в диапазоне от 0,5 до 12 кВт.

Когда же предполагается использовать электростанцию в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течение длительного времени или требуется большая мощность, следует приобретать дизельный агрегат. Конечно, он подороже – даже при одинаковой мощности с бензиновым дизельный двигатель стоит в два раза больше, но впоследствии затраты окупятся за счет дешевой солярки и большего ресурса работы.

Дизельные электростанции подразделяются на высоко-оборотные (3000 об/мин.) и низкооборотные (1500 об/мин.). Последние имеют увеличенный ресурс, пониженный уровень шума и используются при интенсивной эксплуатации – от 500 моточасов в год. Различаются дизельные двигатели и по способу охлаждения. Воздушные (на портативных и переносных станциях) охлаждаются притоком воздуха, а жидкостные в качестве хладагента применяют тосол и используются в основном в стационарных электростанциях с радиатором в шумозащитном кожухе, под которым нельзя обеспечить достаточно эффективное воздушное охлаждение.

Для предотвращения колебаний напряжения в сети применяются инверторные (или аккумуляторные) источники бесперебойного питания. Основа системы – инвертор, прибор, преобразующий постоянный ток аккумуляторов 12 вольт в переменный ток напряжения 220 В. При наличии напряжения в сети он работает в качестве стабилизатора, а при отключении способен поддерживать заданные параметры до нескольких часов. Понятно, что при длительных перебоях с электроэнергией (или если электричество вообще не подведено) без генератора не обойтись, ведь для длительной работы инверторной системы требуется много батарей, а они довольно дороги. Поэтому лучше установить и генератор, и инверторную систему: генератор будет автоматически включаться инвертором для зарядки аккумуляторных батарей по необходимости или в заданное время, после чего можно использовать энергию от батарей через инвертор. При этом, помимо прочих удобств, заметно повышается срок службы генератора. Таким образом, система автономного питания может состоять из инвертора, аккумуляторных батарей и автономного источника питания.

Как и для всех современных инженерных систем загородного дома, для системы энергоснабжения сегодня свойственна автоматизация работы и управления. Блок контроля и автоматики с программируемой системой автозапуска предназначен для контроля состояния питающей сети, защиты потребителей электроэнергии от повышенного (пониженного) напряжения, а также для автоматического запуска электростанции, если напряжение питающей сети находится за допустимыми пределами.

Электронная система автоматического регулирования оборотов двигателя позволяет сэкономить топливо и снизить шумы. Конечно, система автоматического регулирования повышает стоимость электростанции, но уж тут-то экономия весьма сомнительна.

Наиболее перспективное направление в решении проблем энергообеспечения – автономные системы на базе солнечных модулей. У солнечных батарей множество плюсов: им не нужно топливо, они не выделяют вредных веществ, не изнашиваются и требуют минимального обслуживания. Есть и минусы: солнечные модули обладают низким КПД, весьма чувствительны к механическим воздействиям, а их работоспособность зависит от местных климатических условий, времени года и суток. Хотя последний фактор не так уж снижает возможность использования солнечной энергии в наших северных широтах, как это может показаться. Исследования специалистов Института высоких температур РАН показали, что поступление энергии солнечного излучения во многих регионах страны ненамного отличается от одного из самых солнечных районов Европы – юга Испании.

Солнечные батареи, которые устанавливаются на крышах домов, могут работать не только днем, но и во время низкого солнцестояния или в пасмурную погоду. Ни ветер, ни низкая температура воздуха – не помеха сбору энергии. Кроме того, эти батареи бесшумны, чем выгодно отличаются от других систем энергоснабжения.

Фотоэлектрические солнечные модули состоят из монокристаллических или мультикристаллических элементов. Фронтальная поверхность модуля покрыта высокопрозрачным закаленным стеклом для защиты от механических и климатических воздействий. Под стеклом ячейки встроены в мягкий пластик, который способствует термическому расширению клеток. Тыльная сторона модуля постоянно герметически закрыта белым многослойным пластиковым листом высокой прочности. Рама модуля состоит из алюминиевого профиля, устойчивого к скручиванию, который благодаря своей антикоррозийной анодированной поверхности устойчив к атмосферным влияниям. Для оптимизации улавливания солнечной энергии используются трекеры, поворачивающие панели в течение дня, отслеживая движение солнца, и концентраторы – зеркала, увеличивающие степень освещения. Другая технология «солнцедобычи» – использование тонких полимерных пленок со встроенными молекулами, собирающими энергию. Такие пленки не столь эффективны при сборе солнечной энергии, как панели, но производство тонкопленочных солнечных панелей дешевле. А стоимость солнечных панелей на сегодняшний день достаточно высока и может быть в пределах от 5 до 10 евро за ватт. Для использования солнечной энергии для бытовых нужд потребуются не только солнечные панели, но также и специальное преобразующее и аккумулирующее оборудование, стоимость которого также необходимо учитывать.

Вообще, специально для регионов с холодным климатом разработаны вакуумные солнечные коллекторы. Для аккумулирования энергии необходимы: контроллер заряда от солнечных панелей, аккумуляторные батареи и инвертор.

Еще один альтернативный способ получения энергии – использование столь же экологически безопасной ветроэнергетической установки. Для преобразования энергии ветра в электрическую применяются в основном горизонтально-осевые модели, представляющие собой ветроколесо с одной или несколькими лопастями. Хвостовая конструкция такой установки ориентирует плоскость ветроколеса строго перпендикулярно ветровому потоку. При чрезмерно высоких скоростях ветра срабатывает система складывания, ориентирующая колесо под углом к ветровому потоку. В результате обеспечиваются ограничение частоты вращения и защита установки от перегрузок.

Для наиболее эффективной эксплуатации установки предлагается сооружать мачту такой высоты, чтобы ось ветроколеса была как минимум на 3–4 м выше преград, расположенных на расстоянии менее 200 м.

Естественно, что подключать солнечные батареи или ветряк напрямую к нагрузке недопустимо – электроприборы могут преждевременно выйти из строя вследствие резких перепадов величины и частоты напряжения. Поэтому следует организовать упоминавшуюся систему бесперебойного питания с комплектом аккумуляторных батарей.

А в идеале в комплект системы бесперебойного питания загородного дома можно включить дизельный или бензиновый электрогенератор – для подстраховки. Включенный в систему электроснабжения, такой генератор будет работать как резервный источник питания в период, когда солнечная или ветроэнергетическая установка не смогут выдавать номинальное напряжение. Таким образом, будет создана надежная и экономичная система бесперебойного электроснабжения.