風力タービンとソーラーパネルについて。ソーラーパネルと風力発電機を組み合わせたシステム風力タービンとソーラーパネルではどちらがより生産的ですか?

風速 3 m/s 未満では 1 基の風力タービンも発電できず、少なくとも 4 ～ 5 m/s の風速で有効に動作します。ロシア中部では、低風下でも動作するように設計された風力発電機が有利です。

風力発電機は開けた場所、できれば丘の上に設置するのが良く、マストは高いほど良いです。特に弱い風の場合、ブレードの長さも重要です。飛行機のような形状のブレードは、平らなブレードよりもはるかに (2 ～ 4 倍) 効率的です。

水平回転軸と垂直回転軸を備えた風力発電機があります。垂直回転軸を備えた風力発電機は価格が約 2 倍ですが、耐用年数は 10 ～ 15 年に対して 20 ～ 25 年と、ほぼ 2 倍長くなります。

風力タービンのマストには 2 つのタイプがあります。 1) ケーブルで支えられたマストは簡単に持ち上げることができますが、ケーブルに負担がかかります。広いエリア; 2) ケーブルのない独立したマストタワーは重くて高価で、設置が困難ですが、スペースをあまり占有しません。国内または国内で使用する場合田舎の別荘出力 2 ～ 5 kW の風力発電機が最適です。

モスクワ地域を含む風の弱い地域では、少なくともある程度のエネルギーを得るために、弱風時の効率が高く、出力も大きい風車を選択する必要があります。

ソーラーパネルがエネルギーを直接変換日射電力に変換され、ネットワークに直接供給することも、バッテリーに蓄えることもできます。単結晶シリコンソーラーパネルが最も効果的です。耐用年数は約 50 年、効率は 18% に達します。

これらの指標ではわずかに劣りますソーラーパネル多結晶シリコンから作られています。時々、アモルファスシリコンで作られた完全に背面のパネルを見つけることができますが、もちろん最も安価です。抽出するには太陽エネルギー夏には、屋根の南側の斜面全体に沿って、地平線に対して約 45 度の角度でソーラーパネルを設置することをお勧めします。冬にはすべてが異なります。雪と太陽の位置が低いため、ソーラーパネルは地平線に対して70〜80°の角度でほぼ垂直に配置する必要があります。

国内で複数の蛍光灯または LED 省エネランプ、冷蔵庫、テレビを確実に自律動作させるには、総電力が 500 ～ 600 W、できれば 1000 W のソーラーパネルを複数設置できます。このソーラーパネルのセットは、合計容量 200 ～ 400 アンペア時を持つバッテリーパックと、ソーラーコントローラーを備えた 2 ～ 6 kW のインバーターによって補完されます。それでハイパワーインバーターは、ピーク負荷と始動電流を提供するために必要です。 2 ～ 4 kW の電力を持つ一連のソーラーパネルから電力を供給できます。小さなコテージ、快適な宿泊施設を提供します。

今は春、3月中旬です。長い冬に初めて降り注ぐ太陽が明るく暖かく、雪を溶かしてくれます。私の気分は高まっています。幸いなことに冬はすでに過ぎており、暖かさと新しいことを楽しみにしています。そして、私が田舎に住んですでに4回目の春ですが、私の唯一の電力源は自家発電所です。それは依然として小規模であり、風力太陽光発電所に関する最後の報告と説明からほぼ 1 年が経過しました。今のところ、私は何も調整して変更したくありません。いつか家を建て終えて、すべてを新しい方法でやりたいと思っていますが、今は、いわばすべてが一時的に行われ、今のところ機能しています永久に。

3 つの新しいものがシステムに追加されました。車のバッテリー、密閉性がないので屋外に置くことにしました。動かなくなった古い冷蔵庫に「一時的に」置いたので、彼らは冬の間ずっとそこに住み、これからもそこに残ります。時々、冬に何週間も太陽が当たらないときは、車でガス発電機から充電しました。充電器。写真の下にあるのは、これら 3 つの 90Ah バッテリーです。ちなみに、今年はすでに全体的なバッテリー容量が十分にあり、バッテリーを 50% 以上放電する必要がなかったので、バッテリーは目立った損失もなくこの冬を乗り切ることができました。容量。ちなみに、私はこれらのバッテリーから溶接もしました - 新しい風力発電機のフレームやその他の小さなものを溶接していました。詳細については、このセクションの記事を参照してください。バッテリーの理論上の容量は、バッテリーに記載されている内容に基づいて 400Ah になります。

バッテリー4kvからの配線。私の電力が非常に小さいため、それらは厚くありません。家にはそれぞれ65Ahのバッテリーがさらに2つあるにもかかわらず、最大消費量は4〜5Ahです。また、消費電力が20Aに達する場合もあります。また、充電電流は一般的に10A程度です。

次は私の電気パネルの写真です。いわば、これは 2 つの 65Ah AGM バッテリーを配置し、ドアに内部すべての電気配線接続が配置されています。すべてはドアの外側にあります必要なデバイス(コントローラー、スイッチ、220V ソケット、短絡保護回路ブレーカー)。

ソーラーパネル用のコントローラーである Solar30 MPPT は、コストパフォーマンスに優れたコントローラーで、3 年間問題なく動作しており、MPPT が含まれていると今でも思っています。コントローラーへの入力とバッテリーへの出力の測定値を比較し、電力計を接続したところ、入力では電圧が 2 ～ 3 ボルト高く、電流が低く、出力では電圧が低く、電流が低くなっていました。より高い。さて、負荷 5.7A の定格電流を持つ 2 つの 100 ワットのソーラーパネルは、合計で最大 14A を生成します。パネルが冷えていて、雲の後ろから覗く明るい太陽の下では、電流は最大 14A に達する可能性があります。 17A.

この冬に購入しました 風力発電機用コントローラー（ドアの右側に小さな暗い箱があります）、これはAliexpressで購入した正規品でほぼ最も安いコントローラーです。もちろん、これは 1 台の風車用に設計されていますが、私は 2 台の風車を持っており、それらに別々の三相ダイオードブリッジを取り付けました。定電圧プラスとマイナスがコントローラーの入力に適用されました。コントローラー自体は 15.0 ボルトでブレーキをオンにし、13.5 ボルトで風車を解放します。

12/220 ボルトのインバーターもあり、私の「電気パネル」の底に取り付けられています。標準のファンの音がうるさかったので、インバーターを少し改良してトップカバーを外し、より静かな冷却ファンを取り付けました。インバーターは常に使用するわけではなく、ポンプで水を汲み上げたり、はんだごての電源を入れたりする必要がある場合にのみ使用します。常時動作するものはすべて 12 ボルトに切り替えました。

つまり、私が持っている消費者は12v 15インチのテレビです。 LED照明 12V、インターネット (Wi-Fi ルーター、3G モデム)、電話付きタブレット 4 台 - これらはすべて 12/5V の車用充電器から電力を供給されます。これらの機器はすべて常に動作しますが、光が弱く経済的であるため消費電力はほとんどなく、テレビも同様です。消費量は 1 日あたり約 0.3 ～ 0.5 kWh ですが、それ以上はありません。電動工具、ウォーターポンプ、はんだごて、その他の小さなものもありますが、それらは必要なときに機能し、頻繁には機能しません。

路上にタワーを設置しており、その上に 2 つのソーラーパネルと 2 つの風力発電機があります。

いくつかのワイヤーが塔から家まで行き、シェーカーからは3つのコアに2本のワイヤーがあり、最初の3 * 4 kVから、2番目の3 * 2.5 kVからです。ソーラーパネルからは10kWの配線が2本あります。アンテナ線と風速計マイクからの線もあります。

これまでのところ一般的なシステムこのような。エネルギー源の電力は、100ワットの太陽光パネル2枚、150ワットの風力発電機2台、ざっくり合計500ワットです。バッテリー容量は400Ah。発電所からのエネルギー消費量は 1 日あたり 300 ～ 500 ワットです。春から秋まではエネルギーに余裕があり、風力発電機がなくても途切れることはなく、夏の間は取り外して秋までしまっておきます。ただし、11 月末から 3 月までは日差しが非常に悪く、風力発電機が役に立ちますが、風も一定ではないため、常にそうとは限りません。したがって、冬にはガス発電機からバッテリーを充電する必要がある場合があります。

もちろん将来的にはパワーアップするつもりですが、それは家を建てて引っ越してからになります。その間、システムは動作しており、何も必要なく、十分なエネルギーがあります。新しい家では、照明のパワーだけでも4〜5倍になりますし、新しい消費者が追加され、これは別のテレビです、さらに小さな冷蔵庫があり、あらゆる種類の小さなものが追加されます。したがって、既存の 2 枚のソーラーパネルにさらに 4 枚の同じソーラーパネルを追加して、公称 600 ワットを取得したいと考えています。また、2 つの小さな風車の代わりに、最大 500 ～ 700 ワットの出力の、弱い風向けの低速の風車を 1 つ作りたいと考えています。

また、バッテリー容量を 1000Ah に増やしたいと考えています。これだけあれば、一年中車にエネルギーを供給するのに十分です。小さな家そして私たちの家族。私たちは豊かに暮らしていない、そして意識的に拒否している洗濯機（私たちは手洗いしています）、冷蔵庫から（冬は無料、夏は店から新鮮です）。電気ポットや電子レンジもないので、自炊しています。薪ストーブ、冬は家で、夏は外のサマーストーブの上で。

消費の生態学。ホームステッド: エネルギー摂取のバランスをとるため代替ソースソーラーパネルと風力発電機を 1 つのシステムに組み合わせたいという要望がよくあります。

代替電源からのエネルギー供給のバランスを取るために、太陽電池パネルと風力発電機を 1 つのシステムに組み合わせたいという要望がよくあります。

どのような場合にこれを実行する必要がありますか?またそのソースは何ですか? 代替エネルギー風力タービンとソーラーパネルの長所と短所を考慮することで選択が理解できます。

ソーラーパネルの長所:

信頼性 - 有名な世界的メーカーの高品質パネルは、その構成に可動部品や電子機器が含まれていないため、25 年以上動作します。強化ガラス、耐久性のあるアルミニウムフレームと要素の信頼性の高いシールにより、どのような場所でもパネルが問題なく動作することが保証されます。気象条件どの温度でも。
取り付けが簡単 - 標準の固定キットを使用すると、家の屋根や壁にパネルを簡単に固定できます。
必要なしメンテナンス - エネルギー生産量を増やすために推奨される唯一のことは、年に一度ソーラーパネルの表面を洗浄することです洗剤ガラスの場合は必要ありませんが、これも必要ありません。

ソーラーパネルの短所:

1日あたりの平均発電量が低い冬時間 - 夏に比べて5～10倍少ないミドルゾーンロシア、南部地域では2〜3倍少なく、北極圏を超えた北部地域では冬には生産が完全に不足します。電力不足を補うためには、ディーゼル発電機、ガス発電機、風力発電機を使用する必要があります。
発電量は天候に大きく依存します。 曇りの天候では、雲のない晴天に比べて生産量が 5 ～ 20% に減少します。ただし、自律型太陽光発電所では、5 ～ 7 日間電力を供給できる大容量バッテリーを使用することで、この依存性を排除できます。

風力発電機の利点:

発電量は時間帯や季節に依存しない 、風があれば。
風が頻繁に吹く地域 (山、草原、川や海の岸辺) では、風車は大量の電力を生成できます。 しかし、そのような人々が住む場所の総面積は、ロシア連邦全人口地域の1%未満を占めます。

風力発電機のデメリット:

ロシア連邦の地形の99%で高さ25メートルを超えるマストに設置する必要性 , 住宅の建物や森林は地上付近の風速を大きく低下させるため、風力発電機の設置コストは風力発電機自体のコストの何倍にもなります。
ロシアの平均風速は毎秒 3 ～ 4 メートルで、風力発電機は定格電力の約 1 ～ 3% を発電します。 風力発電機の定格出力は、風速 10 ～ 12 m/秒の場合に示されています。
最大 10 kW の低出力風力タービンのセグメントの信頼性の欠如 - ほとんどの安価な低出力風力タービンは故障なしで 2 年以上稼働しませんが、8 年間稼働する風力タービンの例もあります。
毎年のメンテナンスの必要性 風力発電機を作動状態に維持するため。
潤滑油の凍結時マイナスの気温 冬には風車を始動できなくなります。
低出力の風車の笛の音 高速かつ高風速で運転することは、あなたにとっても隣人にとっても喜ばしいことではありません。
低周波超低周波音 強力な風力発電機知られているように、超低周波音はどのような風速でも低風速では低出力です。悪影響人間とすべての生き物の健康に。産業用風力発電所が住宅地からかなり離れた場所に設置されるのはこのためです。

要約しましょう:

太陽光発電所の追加エネルギー源として風力発電機を使用することは、住宅から離れた場所に設置できる場合に限り、風が頻繁に吹く地域でのみ経済的に意味があります。この場合、信頼できるインストールする必要があります強力なモデル 10kW以上のものは毎年メンテナンスが必要です。出版された

このトピックについて質問がある場合は、私たちのプロジェクトの専門家や読者に質問してください。

ソーラーパネルを使用すると、特に電力供給が不安定な状況において、家庭に無料のエネルギーを提供できます。ただし、この方法には 1 つの欠点があります。曇天太陽光発電システムの効率は非常に低く、住宅には追加のソースエネルギー。応用いろいろな種類発電機（ガソリン、ディーゼル）は、多額の費用がかかり、非常に騒音が大きいため、不便です。最良の解決策は、ソーラーパネルと風力発電機を含む設備を組み合わせることです。

このようなハイブリッド複合体により、自然エネルギーの能力を最大限に活用し、それぞれの欠点を補うことが可能になります。たとえば、風力発電機は、原則として、バックアップエネルギー源なしでは使用できません。実際、穏やかな日が数日続くと（決して珍しいことではありません）、バッテリーが過度に放電し、バッテリーの性能と耐用年数に悪影響を及ぼします。

ソーラーパネルは、通常風が伴う曇天では効果がありません。このように、風車とソーラーパネルは完全に相互補完し、バッテリーの継続的な充電を保証し、家庭でのエネルギー供給を適切なレベルに維持します。もう一つの利点 - 太陽光発電システムメンテナンスや燃料費が不要で、最も効率的です。夏期通常風速が低いとき。

夏と晴れた冬には、ソーラーパネルから最大のエネルギー生産が得られます。しかし、雲が多く、強風が吹く曇りのオフシーズンには、主に風力タービンによってエネルギーが生産されます。

ハイブリッドシステムの構成

太陽光と風力を組み合わせた各設備には、ソーラーパネル、風力発電機、充電コントローラー、バッテリー、インバーターが含まれています。コンポーネントの電力は、エネルギー消費のニーズに基づいて選択されます。しかし、もう 1 つの要素、つまり風力発電機の種類を考慮する必要があります。

風力発電機は以下のように区別されます。

水平方向。これらの設備は安価ですが、一方向の卓越風に対して効果的です。風が変わりやすい状況では、その性能は最小限に抑えられます。
垂直。これらのエネルギー源は水平エネルギー源に比べて約 2 ～ 3 倍のコストがかかりますが、風向きが常に変化する場合にも効果的に機能します。

したがって、風力発電機とソーラーパネルは、住宅のエネルギーの独立性を完全に確保できます。さらに、このようなシステムには、純粋な太陽光発電や純粋な風力発電の設置よりも柔軟な構成オプションがあります。価格もかなり許容範囲です。

たとえば、600 Wの風車と250 Wのバッテリー（コントローラー、インバーター、バッテリーを含む）のシステムのコストは約85,000ルーブルになります。発電量は月当たり約100kWhとなる。

インストールと切り替え

ハイブリッドシステムの要素は、独立した設置の場合と同じ方法で取り付けられます。ソーラーパネルは屋根上または別の場所に設置されています組立トラス（この場合、地平線に対する傾きを最適に調整できます）、風車は家の近くのマストに設置されています。

風車の羽根は回転すると特定の音を発するという事実にもかかわらず（多くの場合、これが欠点に起因します）、追加の不便は生じません。実際のところ、その音は非常に単調でシャープではないため、人々はすぐにそれに気づかなくなります。

接続は経由で行われます古典的なスキーム。風力発電機とソーラーパネルはコントローラーを介してバッテリーに接続され、発電されたエネルギーが蓄積されます。消費者交流インバーターを介して接続されています。

料金

他のオフグリッドエネルギーシステムと同様、太陽風力発電の設置には多額の初期費用が必要です。ただし、エネルギーを中央ネットワークから完全に独立させることで、すべての投資が報われます。このようなシステムは保守コストを必要としません。プロジェクトの回収期間は、インストールの複雑さとシステムの負荷によって異なりますが、平均して 2 ～ 3 年です。この期間は長すぎるように思えるかもしれませんが、電気料金は常に上昇していることを考慮する必要があります。さらに、コテージを中央電源に接続し、適切な機器（変圧器、ケーブルルート）を設置するには多大なコストが必要です。

したがって、住宅の場合、ハイブリッドシステムを導入することは、最良の解決策。ダーチャは一年中使用できるように設計されており、ダーチャは主に夏の季節に使用されるため、そのような複合施設をダーチャに設置することは非合理的です。

ネットワーク内の電圧サージや電力供給の中断は、リモコンの所有者に多くの問題を引き起こす可能性があります。カントリーハウスあるいは仕事が麻痺することさえある農場、郊外に位置します。循環ポンプ、コンピュータ、ボイラー、エアコン、冷蔵庫用のUPSを別途購入することで、1時間電源を入れていれば問題が解決します。日中にネットワークに電圧が供給されない場合、地域レベルで世界的な大惨事が発生する恐れがあります。住宅所有者は必然的に自律型エネルギー源の購入を検討します。ディーゼルまたはガソリン発電機は、燃料が高価であり、定期的に補充する必要があり、火災の危険性が非常に高いため、検討すべきではありません。残っているのは、風力発電所か太陽光発電所のどちらかを選択することだけです。設置要件、設置およびメンテナンスの機能を検討した結果、考えられる問題それらを解決する方法を確認し、ニーズや地域の状況と比較することで、それぞれの特定のケースで風力発電または太陽エネルギーを使用することの適否について最終決定を下すことができます。

設備費

自律型家庭用発電所を設置するには、ソーラーパネルとブレード付き発電機に加えて、次のものが必要です。

インバータ。
コントローラ;
充電式電池。

複合機器全体を購入して設置するコストは、設置容量 20kWはほぼ同等になります。風力タービンの価格は安くなりますが、その設置には太陽光パネルの設置よりも費用がかかります。家庭用の太陽光発電所や風力発電所を完成させるには、何百ものオプションがあります。しかし、200万ルーブルもあれば、風力や太陽エネルギーを利用した最新の発電所をターンキーで注文できると言っても過言ではありません。問題は電気の有無に関するものであるため、自律システムの1 kWのコストについて話すのは間違っています。

太陽光パネルの耐用年数は約10年延長されます。収入を生み出す家庭用区画があれば、プロジェクトの回収額を計算するのが容易になりますが、電気なしでは原則としてそれを確立することは不可能です。

事前調査と相談

風力タービンの設置には近隣住民の同意が必要です。この要件により、最初の段階で作業が停止する可能性があります。通常、人口密集地域の郊外に住んでいる住宅所有者は、土地区画 1ヘクタールを超えると、村民同士の意見を聞かなくても済みます。いずれにせよ、発電機のブレードはあなたの地域に営巣する鳥にとって潜在的に危険であるため、環境アセスメントを避けることは不可能です。

たとえ家や別館からある程度離れていても、機器を丘の頂上に設置するのが最善です。風力発電の可能性を研究するには、まず機器の設置予定場所からデータを取得する必要があります。風力タービンのブレードの高さは25〜35メートルでなければならないため、鋼製のマストを建設する必要があります。専門家から基礎の設計を受け取ったら、穴あけを開始できます。コンクリートを注入する前に、表面に鉄筋ケージが準備され、降下されます。モノリシック層全体を同時に敷設する必要があるため、モルタルの量を計算することは非常に重要です。このような厳しい要件は、基礎に大きな荷重がかかるためです。マストはボルト接続で取り付けられます。その上部には風見鶏のような自由に回転する風速計が取り付けられています。風力観測所がコンピュータに接続された瞬間から、風車設置の経済的実現可能性についての結論が得られるまでには 1 年かかる必要があります。万一に備えて否定的な結論、マストは解体して販売することができ、基礎の上にユーティリティルームを構築できます。

ソーラーパネルを設置するには、約3エーカーの面積の土地を割り当てる必要があり、フレームを厳密に南に向けて配置できます。庭に空きスペースがある場合、屋根にバッテリーを取り付けるのは意味がありません。これにはコストがかかり、空を横切る太陽の軌道の変化に合わせてパネルを回転させるという問題を解決する際にさらなる困難が生じます。傾斜角が間違っていることに注意してください。作業面バッテリー効率が 30% 低下します。

機器の設置

風の設置電気設備作業は、長さ 40 メートルの伸縮ブームを備えたクレーンを使用して、事前に構築されたマスト上で行われます。すべての作業は、ディーラーが機器を設置する許可を与えた専門組織によって実行される必要があります。ブレードと発電機に加えて、風向センサーと電気機械駆動装置がマストの上部に設置され、作業部分を希望の方向に回転させるように設計されています。

太陽光パネルの設置は注入から始まります柱状基礎。高さ約2.5メートルのチャンネルが埋め込まれた金属部品に溶接されています。助けを借りてレーザーレベル回転フレームの取り付け点にマークが付けられています。自動のインストール回転機構これはプロジェクトのコストが 30 ～ 40% 増加することを意味します。低コストの家庭用発電所では、時期に応じてサポートレバーを4段階の位置に設定することで傾斜角を手動で調整します。の上金属フレーム太陽光パネルは吊り下げられ、ボルトとナットで固定されます。構造物を設置するときは、暴風雨警報が発令された場合にそれが固定される緊急位置を提供する必要があります。ソーラーパネルの巨大な風損は深刻な問題であるため、すべての作業はプロジェクトに完全に従って実行する必要があります。柱の列に沿って、それを置く場所に溝を掘る必要があります電源ケーブル、インバーターにつながります。

動作原理とメンテナンス

風力タービンのブレードは、その空力特性により、風の力を最大限に利用して回転します。タービン内部電磁システムこれらの回転運動を電気に変換します。ブレードを回転させると中心軸が移動し、発電機内のローターに接続されます。円の周りに取り付けられた磁石は、移動する磁場を作成します。物理法則に従い、スターターコイル内の電子も動き始めます。交流電流が発生します。

発電機のメンテナンスは平均して年に 1 回行われます。これには、すべてのシステムのテストと機械部品の摩耗のチェックが含まれます。定期的にベアリングを交換し、摺動部に注油する必要があります。

どうやってより強い風、ブレードの回転が速くなるほど、より多くのエネルギーが生成されます。ただし、空気の流れの速度が秒速 40 メートルを超えると、風車は発電を停止しなければなりません。ブレードは自動的に次の位置に移動します。緊急モード。ハリケーンに備えて制御ユニットと駆動システムを購入すると見積もりのコストが高くなりますが、お住まいの地域で竜巻が非常にまれに発生する場合でも、リスクを負う価値はありません。

太陽光発電パネルには、摩擦する機械部品がありません。太陽光は、シリコンまたはペロブスカイトの最初の「穴の開いた」層を通過し、材料の 2 番目の層内の電子を「引きはがします」。電圧が発生します。

上記を考慮すると、すべてのメンテナンスは、外部表面のほこりや汚れを定期的に清掃するだけで済みます。フレームは地面に設置されているので、これは難しくありません。少なくとも週に1回は操作を実行することをお勧めします。パネルの面積を考慮すると、清掃時間は1時間を超えません。

ソーラーパネルの動作における主な問題の 1 つは、作業面が過熱した場合の効率の低下です。光電池が加熱されるたびに、その出力は 1 ～ 2% 減少します。で最近市場では、光の光子のみをパネルに通過させ、赤外線シリコンを加熱します。しかし、これらの最新のコーティングはコストが高いため、その使用の経済的実現可能性に疑問が生じます。

風力発電所と太陽光発電所の設置、運用、メンテナンスの特徴を理解したら、次の 4 つの質問に答える必要があります。