Автономное питание

Почти год прошел с моей публикации об установке солнечной электростанции на дом 200 кв.метров. В начале весны грянула пандемия и заставила всех пересмотреть взгляды на свое жилище, возможности существования в изоляции от общества и отношение к технологиям. У меня же за это время прошло боевое крещение всей техники и моего подхода самодостаточности своего дома. Сегодня я хочу рассказать о солнечной энергии, обеспечении себя в автономии всеми инженерными системами, а также нормальном и резервном доступе в Интернет. За статистикой и накопленным опытом- под кат.





Это еще не БП, но испытание нервов и подхода к организации жизни. Когда я строил дом, я рассчитывал на то, что какое-то время могут отсутствовать привычные жителю любого города удобства: вода, электричество, тепло, связь. Поэтому, подход мой основывался на резервировании всех критически важных систем:
Вода: собственная скважина, но есть колодец, чтобы набрать воду ведром, если выйдет из строя насос или откажет электросеть
Тепло: Теплоемкая стяжка, которая нагревается теплыми водяными полами и теряет до 3-4 градусов в сутки при -20 за окном. То есть до замерзания, при отсутствии внешней электросети, есть 2-3 дня, чтобы ввести в строй резервную систему отопления (газовый котел с питанием от баллонного газа).
Электричество: Помимо стандартных подведенных 15 кВт (3 фазы), есть собственная солнечная электростанция мощностью 6 кВт, запасом энергии в АКБ до 6,5 кВт*ч (70% разряда аккумуляторов) и солнечными панелями на 2,5 кВт. Практика показала, что летом, за счет работы на АКБ в вечерне-ночное время и подзарядки от солнца днем, можно жить автономно практически неограниченное время с некоторыми оговорками, о которых я поговорю ниже. Кроме того, есть резервный генератор, если долго будет отсутствовать внешняя сеть и будет пасмурно несколько дней тогда достаточно запустить генератор и подзарядить АКБ.
Интернет: Мобильный роутер с направленной антенной и сим-картами двух наиболее быстрых операторов сотовой связи
Более подробно хочу остановиться именно на солнечной энергии и доступе в сеть, так как они особенно востребованы и технологичны.


Солнечная электростанция
За прошедшее время я подкопил информацию о выработке солнечной энергии по месяцам. На графиках отчетливо видно, как с приходом осени и уменьшением светового дня, снижается общая выработка. Зимой солнца практически нет или оно настолько низко к горизонту, что тех крох энергии, которые удается собрать с помощью солнечных панелей, хватает только на поддержание минимальной работы электроприборов.


Мне очень часто задают вопрос по поводу отопления электричеством вырабатываемым от солнечных панелей. Просто посмотрите на показатели выработки в декабре за весь месяц и прикиньте, на сколько часов работы одного электрообогревателя хватит этой энергии! Напомню, что среднее потребление масляного радиатора равно 1,5 кВт.
Также я собрал очень интересную статистику потребления электроприборов за один цикл:
Стиральная машина 1,2 кВт*ч
Хлебопечь 0,7 кВт*ч
Посудомоечная машина 1 кВт*ч
Бойлер 100л 5,8 кВт*ч
Сразу видно, что большая часть энергии уходит на нагрев воды, а не на работу насосов или моторов. Поэтому я отказался от электрочайника и электроплиты, который хоть и кипятит воду довольно быстро, но тратит на это драгоценную электроэнергию, которой может не хватить для работы других жизненно важных систем. При этом, плита и духовой шкаф у меня газовые и будут работать даже при полном выходе из строя всей электроники.
Также приведу статистику выработки энергии по дням за июнь 2020 года.



С учетом того, что в РФ пока нет возможности частным лицам продавать выработанную ВИЭ энергию в сеть, ее нужно утилизировать самостоятельно, иначе она пропадает. Мой сетевой инвертор настроен таким образом, что для работы домашних электроприборов приоритетно используется энергия солнца, а потом энергия из сети. Но если дом потребляет 300-500 Вт, когда ясное небо и солнышко жарит, то будь хоть сколько панелей, а энергию девать некуда. Отсюда я вывел несколько правил, которые применимы ко всем хозяйствам, где есть солнечная электростанция:
Стиральная машина, посудомойка, хлебопечка включаются в околопик и пик дневной выработки, чтобы максимально задействовать энергию, полученную от солнца.
Электрический бойлер греет воду с 23 до 7 часов по ночному тарифу, а потом с 11 до 18, когда солнце находится над панелями. Вода при этом не успевает остыть полностью, если только не купаются подряд несколько человек в промежуток с 18 до 23 часов. В этом случае, бойлер включается вручную.
Газонокосилку и триммер я использую электрические: во-первых, электромоторы гораздо проще в работе, не требуют ГСМ и такого тщательного обслуживания, как бензиновые. Во-вторых, они тише работают. В-третьих, стоимость одного хорошего удлинителя равна канистре бензина и бутылке масла, а работать этот удлинитель будет куда дольше. В-четвертых, работа электрических косилок в солнечный день для меня бесплатна.
То есть все энергозатратные работы перенесены на дневное время, когда много солнца. Иной раз стирку можно отложить на день, если это не критично, ради ясной погоды.



Нагрузку в течение дня можно увидеть на следующем графике. Здесь видно, как в 11 часов включился бойлер и он закончил нагрев воды в районе 12 часов, тогда же включались другие электроприборы. После 13 часов использовалась электрическая газонокосилка, когда резко подскакивала выработка от солнечных панелей. Если бы лишнюю энергию можно было продавать, то график выработки был пологий, а излишки просто утекали в сеть, где потреблялись моими соседями.
Таким образом, за 11 месяцев, включая пасмурную осень и зиму, моя солнечная электростанция выработала 1,2 мегаватт*часа энергии, которая досталась мне абсолютно бесплатно.
Итог эксплуатации: Монокристаллические панели TopRay Solar за год не потеряли своей эффективности, так как выработка выскакивает даже за заявленные 2520 Вт ( 9 панелей по 280 Вт) при неоптимальном угле установки. Жить с помощью солнечной электростанции можно летом полностью автономно, а весной и осенью-экономно, если отказаться от электроплиты и электрочайника. Отапливаться электричеством от солнечных панелей невозможно. Зато летом кондиционер отлично работает только за счет вырабатываемой энергии.

Доступ в Интернет
В июне прошлого года я протестировал роутер Tandem-4GR от российской компании Microdrive. Он зарекомендовал себя настолько хорошо, что я даже установил один экземпляр себе в машину и он до сих пор обеспечивает меня доступом в сеть во время поездок. А вот дома я поставил параболическую сетчатую антенну, которая обладает минимальной парусностью, и подключил её ко второму такому же роутеру. Но меня терзала мысль о необходимости резервирования, ведь если закончатся деньги на балансе, сломается вышка оператора или у него отвалится канал связи, то и я останусь без выхода в сеть. Кстати, во время осенней грозы именно так и произошло, когда связь исчезла на 4 часа.



В начале этого года эта же компания выкатила на рынок устройство с поддержкой двух сим-карт и я не смог пройти мимо. Я даже выпустил обзор этого роутера, который оказался просто фантастически живучим и удобным в эксплуатации. Я его смонтировал на кронштейн антенны и теперь у меня не только минимальное расстояние от излучателя до роутера, то есть я не теряю сигнал на длинных проводах, но и зарезервирован канал на два разных провайдера.



Роутер периодически пингует заданные хосты и в случае отсутствия отклика переключается на другую симку. Для пользователя это проходит совершенно незаметно и это реально полезная функция. Мне же еще повезло, что вышки находятся примерно на одной линии, так как луч такой антенны очень узкий и вероятность получить хороший сигнал сразу от двух операторов не очень высокий. Но подобную задачу у знакомого я решил применив панельную антенну, диаграмма направленности которой заметно шире. В итоге, работают оба оператора, но основной симкой выбрана та, где оператор дает больше скорости.



После установки этого роутера я забыл о необходимости что-либо делать со своей сетью и теперь только жалею, что роутер поддерживает LTE Cat.4 и имеет интерфейс 100 Мбит/с, не давая качать файлы еще быстрее. Хотя один из операторов в моем наборе симок поддерживает агрегацию каналов и способен дать скорость выше, но тут я упираюсь в скорость стомегабитного интерфейса. Компания Microdrive очень охотно откликается на пожелания пользователей и обещает в этом году выпустить роутер с поддержкой LTE Cat.6 и гигабитным интерфейсом, а значит можно будет иметь такую скорость, что проводной провайдер просто остается за бортом. Минус мобильного интернета только один время отклика заметно выше, чем у операторов проводной связи, но это критично лишь заядлым геймерам, где заметна разница между 5 и 40 мс. Остальные пользователи оценят возможность свободного перемещения.
Итог: две сим-карты всегда лучше одной, а операторы сотовой связи куда быстрее исправляют проблемы на линии, чем операторы проводного интернета. Уже сейчас роутеры с поддержкой LTE Cat.4 могут конкурировать в цене ежемесячного доступа в сеть с проводными провайдерами, а при появлении роутера с поддержкой LTE Cat.6 разница в скорости доступа в сеть нивелируется и останется только разница отклика в несколько десятков миллисекунд, которые критичны только геймерам.

Заключение
Все идеи, заложенные при проектировании дома себя оправдали. Теплые водяные полы отлично греют, обладая большой инертностью. Нагревая я их электрокотлом по ночному тарифу, а днем полы медленно отдают тепло хватает без догревов при температуре до -15 на улице. Если температура ниже, то приходится включать на несколько часов котел днем.
Однажды скважина замерзла, когда на улице было -28, но колодец не пригодился. Я проложил греющий саморегулирующийся кабель вдоль трубы от скважины до ввода в дом и это решило проблему. Надо было сделать это сразу летом. Теперь у меня подогрев магистрали включается на ночь, если на улице температура ниже -15 градусов. Днем его включать нет необходимости, так как разбор воды достаточный, чтобы размораживать наледь, возникающую за время простоя.
Солнечная электростанция часто работает в режиме ИБП для всего дома, так как в частном секторе за городом отключения от получаса до 8 часов привычное дело. В этом году энергетики постарались и с января по март аварий не было, но с наступлением апреля начались ремонтные работы на всем протяжении линий и отключения электроэнергии стали постоянными. Вторая функция солнечной электростанции генерация собственной энергии: первый выработанный мегаватт*час собственной энергии произошел за 10,5 месяцев, включая осень и зиму. А будь возможность продавать излишки выработки в сеть, то первый мегаватт был бы выработан заметно раньше.
Что касается мобильного интернета, то уже можно смело заявлять, что по скоростям он приблизился к витой паре, которую затягивает большинство провайдеров в квартиры, а по надежности даже выше. Это заметно по тому, как быстро восстанавливают связь проводные провайдеры и операторы сотовой связи. У опсосов, даже при падении одной вышки, роутер переключается на другую и связь восстанавливается. А если оператор вообще перестал работать, то двухсимочный роутер просто переключается на другого оператора и происходит это незаметно для пользователей.
Пандемия и всё с ней связанное, продемонстрировала, что в своём доме жить гораздо безопаснее и вольготнее: никаких пропусков на прогулки по участку, отсутствие соседей с гиперактивными детьми, которые будут скакать по всему дому, нормальная связь и возможность удаленной работы, а также зарезервированные системы жизнеобеспечения делают жизнь очень привлекательной.
А теперь я готов ответить на ваши вопросы.