Что такое энергоавтономный дом
Так называют технологичное жильё, которое самостоятельно обеспечивает себя электричеством и теплом. Такая независимость становится возможной при грамотно рассчитанной системе возобновляемой энергии: солнечных панелях, тепловых насосах и аккумуляторе, который позволяет дому функционировать ночью.
Автономный энергодом практически не зависит от внешних электросетей. Полная автономность ограничена в периоды низкой генерации:
- поздней осенью и зимой, когда солнечных дней мало;
- световой день короткий;
- ночи длинные.
В такие моменты на первый план выходят аккумуляторы или резервные генераторы: без них обеспечить стабильную работу системы невозможно.
Энергоавтономный дом использует возобновляемые источники энергии, которые позволяют не зависеть от перебоев сети и роста тарифов на коммунальные услуги.
Первоначальные инвестиции в такие системы могут быть значительными, а окупаемость зависит от региона и уровня инсоляции (количества солнечных дней), роста тарифов на традиционные энергоносители, правильности расчёта и монтажа системы. Средний срок окупаемости домашней электростанции — 10–14 лет, в южных регионах это происходит быстрее.
В основе энергонезависимости — сочетание двух технологий: солнечных батарей и теплового насоса. Солнечные батареи берут на себя роль мини-электростанции, а тепловые насосы решают задачу отопления и горячего водоснабжения. Комбинируя эти две технологии, можно значительно снизить потребление электроэнергии из общей сети.
Дом с солнечными панелями. Фото: Mariana Serdynska / Shutterstock / Fotodom
Летом солнечная энергия может почти полностью закрывать потребности дома, а тепловой насос эффективно работает в режиме кондиционирования.
Осенью и зимой ситуация заметно меняется и сильно зависит от региона. На юге, например в Краснодарском крае, солнечные панели продолжают давать ощутимую долю энергии, однако для полноценного отопления её уже не хватает. В центральной России генерация снижается примерно в 3–5 раз, и дом переключается на потребление от общей сети или резервного источника. В северных регионах зимой солнечной энергии настолько мало, что об автономности только за счёт панелей говорить не приходится.
Преимущества автономного энергодома
+ Экологичность. Система не производит вредных выбросов в атмосферу и использует возобновляемые ресурсы, что делает её одним из самых зелёных решений для частного дома.
+ Повышение надёжности и комфорта. Жители домов с автономным энергоснабжением меньше зависят от работы центральных сетей и форс-мажоров. Один раз настроенная система годами работает в автономном режиме при условии, что мощность системы — особенно теплового насоса — правильно рассчитана на нагрузки в зимний период, а в конструкции дома предусмотрена качественная теплоизоляция.
+ Универсальность и многофункциональность. Система решает сразу несколько задач: отопление зимой, кондиционирование летом и круглогодичный нагрев воды.
Недостатки автономного энергодома
− Крупные вложения. Закупка и монтаж оборудования потребуют в среднем 300–500 тысяч рублей в зависимости от региона.
− Сложный монтаж. Проектирование и установка системы требует профессионального подхода и очень точных расчётов.
− Сезонная зависимость. По данным производителей, в пасмурную и дождливую погоду эффективность солнечных батарей снижается на 10–80%, а воздушные тепловые насосы в морозы теряют половину мощности.
Как работают солнечные батареи
Солнечные батареи, или фотоэлектрические панели — это основа энергонезависимости дома. Они работают как персональная мини-электростанция, которая преобразует солнечный свет в электричество.
Просто описать принцип работы солнечных панелей можно так: фотоэлектрические ячейки панели улавливают свет → возникает электрический ток → инвертор делает ток подходящим для бытовых нужд → энергия питает приборы и идёт в запас.
Панели работают не только на солнце: даже в облачный день они дают ток, просто меньше, чем в ясную погоду.
Солнечные батареи можно установить не только на крыше дома, но и на навесе для машин и рядом с домом. Фото: Shaun in Japan / Shutterstock / Fotodom
Начать можно с малого. Фото: Rohane Hamilton / Shutterstock / Fotodom
Преимущества солнечных батарей
+ Существенная экономия. После установки солнечной электростанции и генерирования электричества экономия на нагреве воды может достигать 60%.
+ Независимость. Это преимущество особо ценится в удалённых районах, где возможны частые перебои и куда сложно добраться в случае поломок сетей.
+ Долгий срок службы и надёжность. Производители дают гарантию на производительность солнечных панелей до 25 лет, а фактически срок их службы может достигать и 30 лет. Гарантия на дефекты обычно составляет 10–15 лет. Техническое обслуживание системы простое и сводится в основном к регулярному очищению поверхности от пыли, грязи и снега.
+ Тихая работа. Это выгодно отличает солнечные батареи от шумных дизельных или бензиновых генераторов.
Недостатки солнечных батарей
− Стоимость. Стоимость комплекта качественного оборудования и его монтажа может составлять от 200 тысяч до миллиона рублей в зависимости от размеров дома.
− Зависимость от погоды и времени суток. Панели эффективно работают только в светлое время суток и при достаточном уровне солнечного света. Для круглосуточного энергоснабжения нужен резерв.
− Понадобится дополнительное оборудование. Для автономной работы в тёмное время потребуются аккумуляторы, что увеличивает расходы. Более бюджетный вариант — сетевой инвертор: днём используется энергия солнца, а ночью или в пасмурную погоду энергия добирается из городской сети.
Установка солнечных батарей особенно выгодна в комплекте с тепловым насосом.
Как работают тепловые насосы
Тепловой насос обогревает жильё зимой, охлаждает летом и снабжает горячей водой круглый год, потребляя при этом минимум электроэнергии.
Работа устройства основана на обратном термодинамическом цикле: тепловой насос забирает тепло из земли, воздуха или воды и перекачивает его в дом.
Вот как это происходит поэтапно:
→ Сбор тепла. По внешнему контуру, расположенному в грунте, водоёме или воздухе, циркулирует теплоноситель. Он нагревается от выбранного источника, даже если на улице мороз.
→ Преобразование. Нагретый теплоноситель попадает в теплообменник (испаритель), где встречается с хладагентом (фреоном) — веществом с очень низкой температурой кипения. Тепло заставляет хладагент вскипеть и превратиться в пар.
→ Повышение температуры. Получившийся газ поступает в компрессор, который его сжимает. В результате давление и температура фреона резко возрастают (до 60 градусов и выше).
→ Передача тепла. Горячий газ поступает в другой теплообменник — конденсатор. Здесь он отдаёт своё тепло системе отопления и горячего водоснабжения дома, нагревая воду для радиаторов или тёплого пола. Остывший хладагент снова переходит в жидкое состояние, и цикл повторяется.
Воздушные тепловые насосы, установленные снаружи дома. Фото: Nimur / Shutterstock / Fotodom
Главный показатель эффективности насосов — COP (Coefficient of Performance), то есть коэффициент полезного действия. Он показывает, сколько киловатт тепловой энергии генерится на каждый затраченный киловатт электроэнергии. Например, если COP = 4, это значит, что, потратив 1 кВт-ч электричества, мы получим 4 кВт-ч тепла.
Эффективность сильно зависит от типа насоса и температуры источника тепла:
Для максимальной эффективности тепловой насос рекомендуют использовать вместе с низкотемпературными системами отопления, например водяными тёплыми полами, где достаточно нагреть теплоноситель до 35–40 ℃.
Выбираем место для установки оборудования
Где размещать солнечные панели
Солнечные батареи устанавливают там, где больше всего на них будет воздействовать солнечный свет. Идеальное расположение — ориентация на юг с углом наклона, равным географической широте местности. Это позволяет максимально повысить годовую выработку энергии.
Если, например, широта местности составляет 55 градусов, оптимальный угол наклона панелей будет таким же — около 55 градусов относительно горизонта. Объяснение простое: летом солнце поднимается высоко, зимой — заметно ниже, и усреднённый угол помогает панелям эффективнее ловить солнечные лучи в течение всего года.
Правда, на практике угол нередко корректируют: делают меньше, если ставка на летнюю генерацию, или больше — если важно получить максимум зимой.
Фото: Reshetnikov_art / Shutterstock / Fotodom
Важно, чтобы на батарею не попадала тень от деревьев или построек. Стандартная система требует 20–40 кв. м площади, оптимально на крыше или открытом участке.
Фото: FOTOGRIN / Shutterstock / Fotodom
Следует убедиться, что кровля или отдельно стоящая конструкция выдержит вес панелей и ветровую нагрузку. Например, система мощностью 3 кВТ с панелями может весить около 230 кг. Как правило, для такой мощности потребуется 7–9 панелей.
Где размещать тепловые насосы
Выбор места для насоса зависит от его типа. Есть два варианта:
1. Тепловые насосы «воздух-вода» — самые простые в установке, не требуют масштабных работ и разрешений.
Наружный блок размещают на устойчивой площадке у дома в хорошо проветриваемом месте, защищённом от снежных заносов и прямого обледенения.
Фото: StockMediaSeller / Shutterstock / Fotodom
Фото: Barbara Buderath / Shutterstock / Fotodom
2. Геотермальные насосы «грунт-вода» и «вода-вода» — требуют значительной площади или глубины. Для горизонтального коллектора потребуется свободный участок земли из расчёта до 50 кв. м на 1кВт мощности.
Фото: Danielsen_Photography / Shutterstock / Fotodom
Альтернатива — вертикальные зонды, для которых бурят скважины глубиной до 150 метров. Это дороже, но эффективнее и не съедает весь участок.
При совместном использовании систем нужно учитывать их взаимное влияние. Не стоит размещать наружный блок теплового насоса в зоне, которую зимой будет заносить снегом с крыши. Все работы, особенно связанные с бурением, нужно сверять с планом расположения подземных коммуникаций на участке.
Главное
Автономный энергодом с солнечными батареями и тепловым насосом — это замкнутая система, способная круглый год обеспечивать жильё электричеством, теплом и горячей водой при грамотных расчётах и с резервными аккумуляторами.
Важен комплексный подход. Солнечные панели генерируют электричество для работы насоса, а тот отапливает дом и обеспечивает горячей водой.
Панели служат 25–30 лет, работают почти бесшумно и не требуют сложного обслуживания.
Выработка солнечных батарей зимой снижается, а эффективность воздушных тепловых насосов падает в сильные морозы. Важно позаботиться о резервном источнике энергии, например о дизельном генераторе.
Средний срок окупаемости домашней электростанции — 10–14 лет, в южных регионах это происходит быстрее. С учётом того, что солнечные панели служат 20–25 лет, бесплатная энергия будет поступать ещё 10+ лет. А если добавить к этому регулярные увеличения тарифов на электроэнергию, срок окупаемости сокращается.
