Co zrobić gdy mamy utrudniony dostęp do prądu w domku letniskowym?

W miejscu gdzie planujemy budowę domku letniskowego, lub taki domek już posiadamy, jest problem z dostępem do prądu z sieci energetycznej. Często zdarza się że na niektórych terenach podłączenie do sieci energetycznej będzie bardzo kosztowne z racji nieistniejącej obecnie infrastruktury. Częste są również przerwy w dostawach prądu i awarie sieci energetycznej. Można rozwiązać ten problem.


ROZWIĄZANIE:

Trzeba mieć własną elektrownię. Jaką? Może to być generator spalinowy ale też urządzenia napędzane ogólnodostępną energią słoneczną. Taką energią jest energia promieniowania słonecznego jak też przetworzona forma w postaci energii kinetycznej, czyli wiatr lub prąd rzeki. O elektrowniach wodnych nie będzie tu mowy, gdyż ich zastosowanie w warunkach amatorskich jest trudne. Nacisk zostanie położony na moduły fotowoltaiczne, zamieniające bezpośrednio energię promieniowania słonecznego na prąd elektryczny oraz wiatraki, które w niektórych lokalizacjach mogą okazać się nawet dominujące.

Jak to będzie działało?

W dzień, gdy świeci słońce, moduły fotowoltaiczne zamieniają energię promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Gdy wieje wiatr, wiatrak zamienia energię kinetyczną powietrza na prąd elektryczny. W obu przypadkach, ten prąd jest magazynowany w akumulatorze (zestawie akumulatorów). Energia ta jest tu nazwana EKO, bo ekologiczna. A jeśli od dłuższego czasu jest bardzo pochmurno i nie wieje wiatr a prąd w akumulatorze kończy się? Wtedy albo minimalizujemy zużycie prądu i czekamy na zmianę pogody albo ładujemy akumulator poprzez prostownik generatorem spalinowym lub ładujemy akumulator gdzie indziej. Eksploatacja generatora spalinowego jest droga ale gdy już pracuje, to nie tylko może ładować akumulator ale też zasilać odbiorniki dużej mocy jak elektronarzędzia czy zwyczajnie pralkę automatyczną. Tak więc, akumulator jest tym bardzo ważnym buforem, który umożliwia zasilanie, wtedy gdy nie jest produkowany prąd lub jego zużycie jest większe niż produkcja.

W akumulatorze jest prąd stały. Jeśli w domku zostanie zbudowana instalacja na 12VDC, to jest to napięcie typowe i istnieje bardzo dużo odbiorników przystosowanych do tego "samochodowego" napięcia. Napięcie 12VDC jest napięciem bezpiecznym. Nie zachodzi ryzyko porażenia prądem i taką instalację możemy sami wykonać. Jest to instalacja relatywnie tania i prosta do samodzielnego wykonania.

Jeśli chcemy używać głównie urządzeń przystosowanych do zasilania z sieci 230VAC (prąd zmienny), to trzeba zamienić prąd stały z akumulatora na zmienny. Robią to przetwornice DC/AC. Wtedy najlepiej będzie, gdy cała instalacja elektryczna domu od razu będzie przystosowana do 230VAC, co ułatwi ewentualne późniejsze jej podłączenie do sieci.

 

Gdy dom zostanie już podłączony do sieci 230VAC to instalacja EKO będzie nadal pracowała a dzięki temu rachunek za prąd z elektrowni będzie niższy. Najprościej to zrobić, poprzez ładowanie akumulatora z sieci wtedy, gdy zabraknie prądu EKO, na przykład taryfą nocną. Całą tę procedurę można oczywiście zautomatyzować i rozbudować, nawet tak by sprzedawać prąd do elektrowni i zarabiać To rozwiązanie ma też i tę zaletę, że domowa instalacja zostanie w pewnym stopniu zabezpieczona na wyłączenia prądu w sieci bo jest akumulator. Takie zabezpieczenie jest szczególnie ważne dla instalacji CO, która bez prądu zatrzymuje się i jest zimno.

Jak to zrobić?

Do dalszych rozważań przyjęto dwa warianty, które mają być pomocne do zaprojektowania własnego systemu. Inne warianty, w dużym stopniu, można zaprojektować stosując metodę proporcjonalną do opisanych.

Altanka, czyli domek na działce zasilany tylko prądem EKO, z instalacją opartą na napięciu 12VDC lub wielokrotności tj.. 24, 48VDC. Projektując ją kierowano się minimalizacją kosztów, co oczywiście wymusza spore ograniczenia w wyposażeniu ale daje już pewien minimalny komfort. Domek letniskowy, czyli instalacja umożliwiająca prowadzenie normalnego gospodarstwa domowego w okresie letnim, z perspektywą podłączenia do sieci energetycznej 230VAC. Zastosowane tu rozwiązania, poprzez rozbudowę, mogą być pomocne do zaprojektowania zasilania domu eksploatowanego całorocznie.

ALTANKA

Do zbudowania własnej elektrowni wybrano dwa zestawy urządzeń, tj. zestaw tańszy i droższy, aby uzmysłowić na czym mogą polegać różnice. Podane ceny są jedynie przykładowe i nie stanowią oferty. Właściwe ceny można znaleźć w cenniku.

Elektrownia

Urządzenie

Komentarz

Akumulator

45 Ah

Wybrano stosunkowo tani akumulator do samochodu osobowego. Cena jest bardzo zależna od producenta i od pojemności. Większa pojemność, to więcej prądu.

55 Ah

Moduł

ST 40

40W/12V, mniejsza sprawność 7%, większa powierzchnia - tańszy

SM 45

45W/12V, większa sprawność 14%, mniejsza powierzchnia - droższy

Regulator ładowania

SOL 5/12-24V

Polski

SS-6L/12V

Importowany

Mimo, że wydajność obu elektrowni jest zbliżona, to będzie znacząca różnica w cenie.

Ile prądu wyprodukuje ta elektrownia?

Zakładam, że elektrownia ta jest ustawiona w miejscu pozbawionym cienia np. drzew, skierowana na południe i nachylona pod kątem ok. 45-60 st. od poziomu. Jej wydajność dzienna będzie zależna od zachmurzenia i można ją uśrednić. Tym zajmuje się akumulator, przechowując prąd wyprodukowany w dni słoneczne na dni pochmurne. Natomiast, nie jest on w stanie buforować pór roku. Poniżej zestawiono produkcję w.w modułów w zależności od pór roku.

Średnia dobowa produkcja prądu modułów 40-45W/12V

Zima (grudzień)

Wiosna (marzec), jesień (wrzesień)

Lato (czerwiec)

4-6 Ah

10-12 Ah

15-18 Ah

Na zasilanie jakich urządzeń wystarczy tego prądu?

Zakładam eksploatację następujących urządzeń.

* Oświetlenie oparte na 2 żarówkach halogenowych tj. 2 x 10W /12V, 20W/12V=1,7A

* Telewizor turystyczny LCD 8W /12V, 8W/12V=0,7A

RAZEM 1,7 + 0,7= 2,4A

Wiosną i jesienią będzie 10-12Ah / 2,4A= 4,2 -5 godz. A więc światło przez 4-5 godz,. to całkiem dużo czasu.

W lecie pozostanie do wykorzystania dodatkowo 5-6Ah.

* Nurnikowa pompka wodna (np.podlewanie wodą )12V/2,6A, wydajność kilkanaście l/min., będzie mogła pracować 5-6Ah/2,6A = 1,9-2,3 godz.

A jeśli będzie używać się tych urządzeń tylko w weekendy?

Oznacza to, że prąd jest produkowany przez 7 dni a zużywany tylko przez 2 dni. Czyli w sobotę i niedzielę będzie do dyspozycji wiosną i jesienią (10-12 Ah) x 7 /2 dni = 35-42 Ah. Używając w.w urządzenia tj. światło 20W, TV, pompa wody, pozostaje jeszcze na każdy dzień do wykorzystania 20-24 Ah. Oznacza to, przykładowo, używanie przez 2 godz. urządzeń o mocy 120-144W każdego dnia. Bo (20-24Ah)/2h= 10-12A , 12V x (10-12A) = 120 - 144W. Tu można rozważyć użycie przetwornicy napięcia z 12VDC na 230VAC, o mocy 150W, która bardzo rozszerza zakres możliwych odbiorników.

Oczywiście, w takiej sytuacji, aby zmagazynować prąd z całego tygodnia, należy powiększyć pojemność akumulatorów co najmniej x 2.

Jak poprawić produkcję prądu we wrześniu, październiku?

* Jeśli działka jest na otwartej przestrzeni jak brzeg morza, jeziora, tereny mało zabudowane i zalesione, gdzie wiatr może swobodnie wiać, to system ten można uzupełnić wiatrakiem. Poniżej podano produkcję prądu przez wiatrak o mocy maksymalnej 60 W/12V – Rutland 503.

Zgodnie z danymi podanymi przez producenta, wiatrak ten ma poniższą wydajność.

Prędkość wiatru

Prąd [A]

Prąd wyprodukowany przez cały dzień [Ah]

Węzły

km/godz

St. Bouforta

10

18

3

0,5

12

15

27

4

1,25

30

20

36

5

2,0

48

Jak widać, aby wiatrak produkował prąd, musi wiać wiatr i wtedy tego prądu jest naprawdę dużo. Jest tu wszystko jedno, czy jest dzień czy noc. Pogoda wietrzna jest przeważnie, gdy jest pochmurno, czyli jesienią. W niektórych lokalizacjach, wiatrak może okazać się tym dominującym źródłem prądu.

* Jeśli działka jest na terenie gęsto zalesionym, to pozostaje uzupełnienie prądu generatorem spalinowym. Generatory takie mają dużą moc jednostkową i gdy pracują można wykonywać przy ich pomocy energochłonne prace np. elektronarzędziami, jednocześnie ładując prostownikiem akumulator. Niestety, tu występuje pewna sprzeczność, gdyż akumulatory "lubią" być ładowane długo małym prądem a to oznacza długotrwałą pracę generatora, czyli duże zużycie paliwa i długo hałas.

Komentarz

Stosując moduły fotowoltaiczne mamy zagwarantowaną bardzo dużą niezawodność i trwałość systemu, bo mało jest ruchomych części a źródło energii jest darmowe i niewyczerpalne. Urządzenia te pracują w całkowitej ciszy, bez spalin i praktycznie bezobsługowo.

DOMEK LETNISKOWY

Jak we wstępie napisano, cała instalacja zostanie oparta na prądzie zmiennym 230VAC, czyli jest przygotowana do podłączenia do sieci energetycznej.

Do zaprojektowania własnej elektrowni kierowano się nie minimalizacją kosztów ale taką wydajnością energetyczną aby było możliwe prowadzenie gospodarstwa domowego kilkuosobowej rodziny z pominięciem zimy. Poniżej zestawiono zaproponowany zestaw urządzeń i ich zapotrzebowanie na energię.

Urządzenie

Moc

Zapotrzebowanie na energię w ciągu doby

Uwagi

Oświetlenie energooszczędne

4szt. x 24W = 96W

96W x 4h = 384Wh

Świetlówki

Telewizor LCD + DVD

60-120W

90W x 4h = 360Wh

Przyjęto wartość średnią

Lodówka

80-100W

90W x 8h = 720Wh

Przyjęto czas pracy 0,5 godz i 1 godz. przerwa. Wartość średnia

Pompa wody

500W

500W x 1h =500Wh

Założono 1 godz. pracy w ciągu doby

Razem w ciągu doby

1964 Wh

 

W powyższym zestawie celowo pominięto pralkę automatyczną, ze względu na jej bardzo duże chwilowe zapotrzebowanie na energię. Grzałka pralki często ma moc 1000-2000W.

Przeliczając tę energię na zmagazynowaną w akumulatorze 12V mamy.

1964 Wh / 12V = 164 Ah.

Aby wyprodukować wiosną, czy jesienią 164 Ah trzeba zastosować moduły fotowoltaiczne o łącznej mocy ok. 600-700W. W lecie te moduły wyprodukują o ok. 50% więcej prądu, ale też wzrośnie zapotrzebowanie na prąd przez lodówkę i pompę wodną. Łączna pojemność akumulatorów 12V powinna wynieść co najmniej 700-1000Ah.

Aby zamienić prąd stały w akumulatorze na zmienny 230VAC, trzeba zastosować przetwornicę o mocy co najmniej 600-700W. Zakładam, że jednocześnie są włączone pompa wody i lodówka. Podane ceny są jedynie przykładowe i nie stanowią oferty. Właściwe ceny można znaleźć w cenniku.

Tak więc cały system będzie się składał:

Elektrownia

Urządzenie

Komentarz

Akumulatory 12V

700-1000Ah

Będzie to zestaw akumulatorów połączonych równolegle dla systemu 12V a dla nap. 24V , 48V szeregowo-równolegle. Cena jest bardzo szacunkowa.

Moduł

5-6 szt AS 120

(120W,12V)

Cena jest szacunkowa, gdyż łączną moc modułów 600-700W można zbudować z wielu różnych typów modułów, jak monokrystaliczne-droższe, amorficzne-tańsze i różnych producentów. Tu są podane moduły monokrystaliczne

Regulator ładowania

2 x ProStar 30

Zastosowano dwa równolegle połączone regulatory

Przetwornica 12VDC/230VAC

650-1200W

Przetwornica 1200W nie jest konieczna lecz daje większy zapas mocy.

Najdroższym elementem "elektrowni" są moduły fotowoltaiczne. Można zmniejszyć ich koszt o ok. 30-50%, stosując moduły amorficzne. Jednak wtedy należy liczyć się z tym, że zajmą one powierzchnię o ok. 100% większą i będą miały trwałość nieco niższą.

Jak zasilać pralkę automatyczną?

Taka pralka potrzebuje chwilowo dużej mocy ale rzadko np. raz na tydzień. Zastosować generator spalinowy prądu o mocy co najmniej ok.2 kW(2000W). Cena takiego generatora to ok. 1700-2300zł. Wtedy, gdy pralka pracuje, pracuje też generator. Poprzez prostownik mogą wtedy być ładowane akumulatory i można używać energochłonnych elektronarzędzi (np. piła tarczowa to 1000-1500W). Niestety, wadą tego rozwiązania jest duży koszt paliwa i hałas ale za to jest dodatkowe źródło prądu, dające większą niezawodność zasilania.

Jak poprawić produkcję prądu we wrześniu, październiku?

Jeśli działka jest na otwartej przestrzeni jak brzeg morza, jeziora, tereny mało zabudowane i zalesione, gdzie wiatr może swobodnie wiać, to system ten można uzupełnić wiatrakiem. Poniżej podano produkcję prądu przez wiatrak o mocy maksymalnej 200 W/12V – Rutland 913.

Zgodnie z danymi podanymi przez producenta, wiatrak ten ma poniższą wydajność.

Prędkość wiatru

Prąd [A]

Prąd wyprodukowany przez cały dzień [Ah]

Węzły

km/godz

St. Bouforta

7

12,6

3

0,8

19,2

12

21,6

4*

2,0

48

15

27,0

4*

3,0

72

*/ 4 st B to 20-28 km/godz.

Jak widać, już przy wiatrach ok. 4 st B., tego prądu jest całkiem dużo i aby go zmagazynować, trzeba stosować akumulatory o pojemności rzędu 200-300Ah

Czy można całkowicie uniezależnić się od elektrowni w okresie całorocznym?

Doświadczenie podpowiada, że w takiej sytuacji należałoby zainstalować łączną moc modułów rzędu 1500-2500W. Jednak w naszej strefie klimatycznej taka moc może okazać się też nie wystarczająca w miesiącach listopad, grudzień, styczeń, gdy długo będzie utrzymywała się pochmurna pogoda a zapotrzebowanie na prąd jest duże. Wtedy należy wspomagać się generatorem spalinowym.

Komentarz

  • Powyższy przykład należy potraktować jako sposób do zaprojektowania własnej elektrowni. Układ nie jest krytyczny i gdy po jakimś czasie stwierdzimy, że trzeba "elektrownię" rozbudować, to po prostu dokładamy następne elementy. Jest to ogromna zaleta tego systemu.
  • Z podanych przykładów wynika, że należałoby zastosować akumulatory o dużej łącznej pojemności. Ze względu na bezpieczeństwo, pomieszczenie na akumulatory, musi być dobrze wentylowane. Oznacza to praktycznie konieczność przeznaczenia na akumulatory specjalnego pomieszczenia.
  • Jak widać, cały układ jest praktycznie przygotowany do podłączenia do sieci energetycznej. Wyposażenie go w urządzenie podobne do sterownika UPS zautomatyzuje przełączanie pomiędzy instalacjami.
  • Po podłączeniu domu do sieci publicznej możliwe jest też sprzedawanie prądu do elektrowni i zarabianie na tym, szczególnie w lecie. Oczywiście, konieczne będą tu odpowiednie modyfikacje instalacji oraz uzgodnienia formalne z elektrownią.
  • Stosując moduły fotowoltaiczne mamy zagwarantowaną nie tylko bardzo dużą niezawodność i trwałość systemu ale cichą pracę, brak spalin i praktycznie bezobsługowość.

Jakie mogą pojawić się problemy?

  • Wytrzymałość konstrukcji nośnej dachu może nie być wystarczająca. Należy sprawdzić masę i wymiary przewidywanych do zainstalowania modułów.
  • Dostępne miejsce do instalacji modułów jest za małe, niekorzystnie ukierunkowane lub zacienione.
  • Chętnie oczekujemy od Państwa pytań. Niektóre z odpowiedzi przedstawimy tu innym czytelnikom.
2018  Baterie słoneczne, turbiny wiatrowe, lampy solarne GTB-SOLARIS