Экология потребления.Усадьба:Сегодня мы поговорим об альтернативных источниках энергии. Тарифы на электроэнергию растут день ото дня. А в некоторый районах подключиться к магистральным сетям и вовсе практически нет возможностей, так как стоимость проводки и монтажа оказывается непомерно высока.
Когда не помогает технический прогресс, человечество начинает задумываться о природных источниках необходимой энергии, благодаря которым можно обогреть и осветить свой дом. Вот основные из них:
- биоотходы,
- энергия ветра,
- тепловые насосы,
- солнечная энергия.
Рассмотрим идею создания генератора из биоотходов. Действие его будет аналогично природному газу: отходы помещают в закрытую емкость, в результате их разложения выделяются метан и сероводород с углекислотой. Такие источники энергии используются на животноводческих фермах, и тем, кто желает перенять опыт, необходимо либо иметь собственное хозяйство, либо регулярно получать его отходы, и где-то их хранить. Хозяйством занимаются многие, у кого есть частные дома (например, держат кур), так что попробовать вполне можно.
Для создания генератора нужна емкость, которая будет герметично закрываться. В ней должен быть смонтирован специальный шнек для того, чтобы перемешивать отходы. Также, помимо отверстия для загрузки биоматериала, необходима трубка для отвода газа и штуцер для выемки отработанных отходов. Кстати, их можно использовать для удобрения земли и получения хорошего урожая. Повторюсь, что герметичность емкости крайне обязательна, иначе никакой энергии создать не получится. Если емкость не будет использоваться постоянно, то в ней нужен будет еще и клапан для сброса давления.
Итак, подберите размер емкости в зависимости от того, какое количество биоматериала вы планируете использовать. Выберите место для установки конструкции. Имейте в виду, что 1 тонна отходов ориентировочно дает 100 кубов газа. Дабы процесс развивался более динамично - необходимо организовать подогрев емкости. Для этого вам понадобится либо змеевик, либо установка ТЭНа. Бактерии, содержащиеся в отходах, становятся активными при нагревании.
Когда емкость нагреется до нужной температуры - подогрев должен отключиться автоматически. Газ, который получится при этом, преобразовывается в электричество через газовый генератор.
Чтобы использовать энергию ветра, также понадобится генератор, аккумулятор с контроллером для измерения уровня заряда и преобразователь напряжения. Все схемы ветрогенераторов работают по единому принципу. На собранную раму крепятся поворотный узел, лопасти и генератор на станине. Затем монтируется лопата с пружинной стяжкой. Генератор соединяют с поворотным узлом и устанавливают токосъемник. Далее провода подводят к батарее. При выборе пропеллера обратите внимание на его диаметр: от этой величины зависит, какое количество лопастей будет оптимальным для вашего ветрогенератора, и собственно - какое количество энергии он сможет генерировать.
Как вы видите, ничего сложного в монтаже и установке генераторов электроэнергии нет. Необходима, конечно, определенная сноровка, но чего не сделаешь в целях экономии средств! Помните только, что источники энергии (биоотходы и ветер) также должны быть постоянными.
Следующий вид альтернативного источника энергии - тепловой насос. Его устройство сложнее, а монтаж более затратный, поскольку предполагает бурение скважин на участке. Поэтому вряд ли он подойдет неискушенному владельцу загородного дома. Кроме того, будет необходим еще и водоем.
Остановимся лучше кратко на солнечных батареях. Их собрать немного проще, потому, что можно купить готовые фотоэлементы. На них есть отметки о мощности в вольт-амперах, поэтому вы сможете рассчитать, какое количество фотоэлементов вам необходимо.
Чтобы собрать корпус солнечной батареи вам понадобится лист фанеры. К нему вы прибьете деревянные рейки и просверлите отверстия для вентиляции. Внутрь необходимо поместить лист ДВП, на котором будет размещена уже готовая (спаянная) цепь фотоэлементов. Останется только проверить работоспособность цепи и прикрутить оргстекло. Вот, пожалуй, и все.
Как вы видите - особых трудозатрат при этом не требуется, равно как и не требуется научной степени по физике. И еще можно совместить работу нескольких вариантов электрогенераторов. В общем, чтобы создать на своем участке альтернативный источник энергии нужно немного смекалки и ясная голова. опубликовано
Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.
Джоули из турникетов
Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.
Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.
В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.
Правильный подбор и грамотная эксплуатация альтернативных источников энергии в современных условиях позволит на 70-90% отказаться от закупки газа, тепловой энергии, возможно, и электричества. Существует достаточно много вариантов использования энергии окружающей среды, но работать с ней не так просто, как может показаться на первый взгляд. Потребуется выполнить максимально точный расчет параметров альтернативного энергоснабжения, учесть климатический пояс, месторасположение дома, плотность застройки и, главное, объем финансовых средств, которые можно было бы вложить в проект.
Виды альтернативной энергетики
Сразу нужно сделать оговорку: возможность полностью перейти на альтернативные источники энергии для частного дома вполне реализуема, но только в том случае, если энергообеспечение коттеджа или квартиры опирается на два-три различных способа получения «зеленых» тепла и электричества.
Исключением могут быть частные домовладения, расположенные в северных районах, где отапливаемый сезон длится не менее восьми месяцев. В этом случае за счет альтернативных источников можно всего лишь снизить потребление энергии на 40-50%. В южных районах на альтернативные источники электроэнергии и тепла можно перевести даже квартиры в многоэтажных домах.
Энергия солнца и кремниевые панели
Большинство проектов по освоению альтернативных источников связано с солнечной энергией. Компании-производители солнечных батарей активно рекламируют преобразователи и панели, как наиболее выгодные, экологичные и бесшумные. Но не все так просто. Прежде чем покупать и устанавливать солнечные панели в качестве главного источника тепла, стоит помнить о некоторых недостатках подобного способа получения альтернативной энергии:
- Высокая стоимость солнечной электроэнергии, на сегодня разница составляет 2,5 раза в сравнении с тарифом электросетевых компаний;
- Небольшая мощность источника энергии. С одного квадратного метра панели в солнечный день можно получить не более 150 Вт альтернативной электроэнергии, при том, что стоимость самой панели составляет около сотни долларов;
- Сложность ремонта и ограниченный срок службы солнечных кремниевых панелей.
Перечисленные недостатки альтернативного солнечного источника энергии, которыми любят пугать чиновники электросетевых компаний, прежде всего, связаны с высокой стоимостью солнечного элемента. По оценкам специалистов, снижение розничной цены на кремневые батареи всего на 60% приведет к взрывному спросу на альтернативные источники солнечной электроэнергии.
Важно! Для установки солнечной батареи на крыше частного дома не нужны согласования и разрешения местных властей, если система не будет сопряжена с вводным контуром проводки электросетевой компании.
Альтернативный проект по использованию солнечной энергии
Использование солнечной энергии не ограничивается кремниевыми батареями. Существует еще одна схема источника альтернативной энергии на основе солнечной тепловой энергии. В отличие от полупроводниковых панелей с прямым преобразованием света в электричество, в основе альтернативной системы используется тепло, получаемое в нескольких тепловых солнечных коллекторах.
Разогретая до 120 о С вода или этиленгликоль поступает в бойлер-теплообменник, расположенный в подвале дома. Часть тепла отдается легкокипящей жидкости – бутану или фреону, которая направляется на небольшой электрогенератор с вихревой турбиной, а часть накапливается в массивном теплоаккумуляторе, заполненном расплавленным парафином.
Стоимость одной такой альтернативной установки примерно на 60-70% больше, чем для системы с кремниевыми панелями. По отзывам производителей, даже при более высокой цене спрос на альтернативный источник энергии значительно выше, чем на кремниевые панели:
- Ресурс конструкции при условии ежегодного обслуживания составляет более 50 лет;
- КПД альтернативной установки на солнечной энергии в 2,5 раза выше, чем у современной бытовой солнечной батареи.
Вместо дорогостоящих литий-ионных батарей в системе используется дешевый теплоаккумулятор, способный запасать энергию до 150 кВт/ч в электрическом эквиваленте. Это означает, что даже в зимнее время, в условиях непогоды и самого пасмурного неба, альтернативный источник энергии способен отапливать помещение площадью в 40-50 м 2 в течение 24-30 ч. Единственным существенным недостатком тепломеханического источника энергии является необходимость прибегать к услугам сертифицированных специалистов для монтажа и регулярного обслуживания системы.
Энергия ветра
Использование воздушных потоков в качестве ветровой нагрузки позволяет добиваться очень высоких мощностей, в пределах от 1-15 кВт на одну вышку. Классическая система получения альтернативной энергии с использованием ветра состоит из трех составляющих:
- Металлическая или бетонная мачта с поворотной платформой;
- Воздушный винт, соединенный механической трансмиссией с электрогенератором;
- Аккумуляторная батарея с системой преобразования тока.
Стоимость ветровой электроэнергии зависит от размеров конструкции, чем больше высота, на которую поднят винт, тем выше эффективность источника альтернативной энергии. Для альтернативной установки мощностью 50 кВт/ч, поднятой на мачту в 50 м, цена производимой «воздушной» электроэнергии сопоставима с тарифом тепловой электростанции.
Для частного дома возможности использования ветра в качестве альтернативного источника значительно скромнее. Например, простейшая ветровая установка с высотой мачты в 4,5 м и диаметром четырехлопастного винта в 2 м, при ветре в 12 м/с выдает не менее 800-900 Вт/ч. Четыре ветроустановки способны заменить дорогостоящий источник энергии на солнечных кремниевых панелях площадью 20 м 2 . При этом стоимость альтернативной энергии будет вдвое выше сетевого тарифа.
Простейшая установка получения альтернативной энергии с винтом диаметром всего 70 см, установленная на балконе пятого этажа, позволяет получить 200 Вт/ч даже в условиях несильного ветра. Изготовить альтернативные источники энергии для дома своими руками не составит особого труда, необходимо только спроектировать винт специальной конфигурации, чтобы максимально снизить уровень шума.
В Китае малогабаритные установки с винтом 50 см широко используются в качестве альтернативного источника электроэнергии для питания фонарей уличного освещения и ретрансляторов беспроводного интернета, систем сигнализации и камер наблюдения на парковках и автомагистралях. Стоит такая «кроха» в 10 раз дешевле кремниевой панельки аналогичной мощности, а работает практически в любую погоду, даже без аккумуляторов.
При удачном выборе места под размещение мачты ветряная электростанция в качестве альтернативного источника электроэнергии окупается в течение 2-3 лет. Высота мачты должна составлять не менее 10-12 м, а диаметр лопастей – 2,5-3 м. Две вышки способны производить до 5 кВт/ч при среднем ветре.
Ветроустановки отлично работают в степной и гористой местности, в условиях плотной городской и пригородной застройки их эффективность снижается на 30-40%. Единственным недостатком ветроустановки остается высокий уровень зашумленности. Системы мощностью около 1 кВт способны генерировать шум, сопоставимый с децибелами работающего дизельного автомобиля.
Сила воды
Если рядом с домом протекает ручей или речушка, водный поток можно с успехом использовать в качестве источника энергии. Вода значительно слабее ветра по запасу энергии, поэтому для получения альтернативного источника с желаемыми 2-3 кВт/ч электроэнергии необходимо обеспечить следующие характеристики движения потока:
- Перепад высоты или напор — не меньше 150 см, скорость течения не менее 70 см/с;
- Расход воды – не менее 1,5-2 м 3 /с;
- Диаметр рабочего колеса не менее 60 см.
Кроме изготовления самой конструкции альтернативного водяного привода, дополнительно придется построить запруду и обводной ливневый канал, что потребует значительных расходов.
В качестве самостоятельного источника энергии возможностей ручейка для обеспечения потребности дома будет явно недостаточно, а для использования полноразмерного пятикиловаттного привода потребуется как минимум оформить разрешение на использование водных ресурсов.
Тепло земли
Тепловые насосы можно смело причислять к одной из наиболее удачных схем альтернативного обеспечения тепловой энергией. В теории тепловой насос может поставлять на 60% больше тепловой энергии, чем потребляет.
Чтобы получить тепло с температурой потока не менее 70 о С, в грунт, на глубину на 6-7 м ниже уровня промерзания, укладываются трубы, объединенные в один контур-теплообменник. С помощью прокачиваемого теплоносителя отбирается внутреннее тепло грунтовых пластов и используется в тепловом насосе для дальнейшего обогрева помещения.
Биотопливо
Большинство альтернативных источников энергии обладают одним и тем же недостатком – сделать запас тепла или электроэнергии практически невозможно, если не считать сверхбольших теплоаккумуляторов и маломощных литиевых батарей к солнечным панелям.
Большинство владельцев частных домов предпочли бы использовать альтернативный вариант безопасного и простого в использовании биотоплива, которое можно было бы запасти на весь отопительный сезон.
На сегодня используются два варианта альтернативного топлива:
- Биогаз, получаемый непосредственно на территории усадьбы или домовладения;
- Пеллеты, гранулированные продукты переработки угля, торфа, древесины, отходов лесопиления.
Источником сырья для производства пеллет могут быть любые отходы древесины. Небольшой ротационный пресс, который можно легко установить в домашних условиях, превращает мешок измельченной стружки в несколько килограммов пеллет. В результате владелец получает источник альтернативного недорогого топлива, которое можно запасать и сжигать в специальных котлах с автоматической подачей пеллетной массы.
Биогаз представляет собой продукт переработки определенными культурами бактерий органических отходов, смешанных с коровьим и свиным навозом. Сырье загружают в металлическую емкость со свободно плавающей крышей и затирают порошком с бактериями.
На вторые-третьи сутки из бака начинает поступать биогаз, который можно использовать в качестве альтернативного газового топлива вместо метана. Достаточно лишь отрегулировать работу автоматики на газ с меньшей калорийностью.
Удобный, но не самый безопасный источник альтернативной энергии, так как биогаз не имеет запаха и в случае утечки может легко привести к возникновению пожара.
Система солнечного электроснабжения
Главная статья расходов альтернативного электроснабжения на солнечных батареях включает цену панелей, это примерно 160 руб. за 1 Вт или 80-85 долл. за метр квадратный поверхности. Для альтернативного энергоснабжения дома потребуется не менее 25 м 2 панелек из поликристаллического кремния.
На аккумуляторах можно сэкономить. Вместо дорогостоящего лития можно установить щелочную батарею, которая прослужит 15 лет при минимальном уходе за источником энергии. На комплект щелочных батарей уйдет еще 200-300 долл.
Можно приобрести готовые панели в чехлах с наклеенной подложкой и пропаянной проводкой за 500-700 долл. или купить и наклеить одиночные плитки на текстолитовую основу своими руками. Вместо дорогущей монокристаллической плиты используем поликристаллические соты за вдвое меньшую цену. Правда, коэффициент полезного действия поликремния на несколько процентов меньше, но потерю можно легко компенсировать дополнительной площадью элементов.
Устройство солнечной панели
Если планировать альтернативный источник энергии на длительную перспективу, то лучше всего отказаться от использования какого-либо биотоплива и водяных генераторов. Уже через десяток лет нормы выброса СО будут жестко контролироваться государством. Тогда как за установку альтернативного источника электропитания из поликремния можно будет получать субсидии, как это происходит в сегодня в Европе и Канаде.
Солнечная батарея представляет тончайший слой кремния с напыленными на торцы «бутерброда» медными или никелевыми электродами. Плоскость, обращенная к солнцу, обязательно защищается от пыли и влаги тонким кварцевым, ситалловым или поликарбонатным стеклом. Отдельные «бутерброды» спаяны в ряды и целые панели, способные выдавать по 80-100 Вт электрической мощности.
Панели соединяют последовательно и подключают к аккумулятору и преобразователю. Последний превращает постоянный ток панели в переменный 220 В, что позволяет подключать к альтернативному источнику обычную бытовую технику, освещение и системы жизнеобеспечения.
Кроме классической кремниевой панели, для альтернативного электроснабжения также используют так называемые титановые солнечные батареи. По сути, это два тонких стекла с напыленным, практически невидимым тонким слоем оксида титана, между которыми находится раствор электролита. Выглядит титановая панель, как обычное оконное стекло с едва заметным затемнением, но это не мешает альтернативному источнику выдавать энергию с КПД до 7%.
Панели вставляют в окна, используют для остекления веранд и целых этажей, применяют в качестве самостоятельного источника резервного электроснабжения и в паре с кремниевыми панелями.
Правила установки солнечной панели
В классическом исполнении солнечную панель необходимо устанавливать под углом в 55-60 о к линии горизонта. Для обычных двухскатных крыш это слишком большой угол наклона, поэтому приходится либо приподнимать батареи относительно ската крыши, либо мириться с небольшим снижением эффективности альтернативного источника электроснабжения и укладывать секции просто на солнечной стороне кровли.
В альтернативном варианте панели располагают на участке на специальных поворотных подставках, такой способ используют в загородных домах и дачах, где мощности альтернативного источника всегда не хватает, а свободной площади всегда в избытке.
Ветрогенератор в частном доме
Стоимость ветроустановки мощностью 1 квт/ч составляет не менее 600 долл. Для монтажа установки альтернативного электропитания, прежде всего, потребуется грамотно выбрать свободное место для мачты генератора. Вокруг вышки должно быть свободное пространство площадью не менее 20 м 2 .
Можно собрать самодельную конструкцию резервного источника энергии из следующих деталей:
- Автомобильный генератор;
- Воздушный винт 2,5м из фанеры и пластика;
- Стальная двухдюймовая труба;
- Тросовые расчалки.
Цена набора деталей едва превышает 150 долл., поэтому стоимость киловатта энергии, выдаваемой альтернативной системой питания, получится дешевле 3,5 руб. Резервный источник энергии окупится в три месяца.
Тепловые насосы для отопления
Эффективность альтернативного источника тепла зависит от структуры пород, наличия геотермальных вод, высокого содержания газов и залежей органического топлива, торфа и угля. Наилучший выход тепла можно получить на влажных болотистых почвах, самыми сложными для организации альтернативного теплоснабжения считаются тяжелые скальные породы.
Классификация тепловых насосов
В качестве альтернативных источников тепловой энергии используется несколько основных типов тепловых насосов:
- С отбором тепла из грунтовых масс. Наиболее распространенная схема для организации альтернативного отопления с использованием стабильного источника тепла;
- Нагрев теплообменника насоса из окружающего воздуха за пределами помещения. По данной схеме работает кондиционер в качестве теплового источника для легкого подогрева помещения в осенний период;
- Отбор тепла из внутреннего помещения для охлаждения воздуха в режиме кондиционирования.
В качестве альтернативного источника тепловой энергии используются первых два типа тепловых насосов. Тепловой насос может работать как источник тепловой энергии, так и в режиме охлаждения. Альтернативная система охлаждения насоса примерно на 40-45% эффективнее кондиционера. Тепловые насосы в ближайшей перспективе уверенно перейдут из статуса альтернативных источников энергии в разряд основного способа получения тепла.
Принцип работы теплового насоса
Устройство и схема работы теплового насоса в качестве источника тепловой энергии приведена на схеме.
Работа альтернативной системы отопления во многом напоминает цикл обычного компрессионного или пароэжекционного холодильника, с двумя дополнительно установленными теплообменными контурами.
Первый контур альтернативного источника энергии изготавливается из нескольких десятков металлических труб, уложенных в скважины, глубиной от 40-100 м. Количество скважин может достигать 80-90 единиц для одного источника энергии мощностью 16-18 кВт. Скважины играют роль подогревателя для прокачиваемого антифриза и первичного источника энергии для теплового насоса.
Второй контур представляет собой медный теплообменник, сочлененный с первым контуром. В нем, как в холодильнике, циркулирует фреон или изобутан. В процессе конденсации фреона выделяется огромное количество тепловой энергии, которое через третий контур направляется на отопление дома.
Существуют также безнасосные схемы альтернативных источников энергии, в которых нет компрессоров и насосов, соответственно, практически нет потребления электрической энергии. КПД такого альтернативного теплового насоса меньше, поэтому для поддержания необходимой тепловой мощности источника энергии приходится увеличивать количество скважин.
Тепловой насос с узлами от бытовой техники
Простейший альтернативный источник тепла можно изготовить из деталей от мощного холодильника или уличной морозильной камеры. В таких системах в качестве агента — переносчика энергии используют углекислый газ. Компрессор мощностью 1,5 кВт способен выдать на медном радиаторе холодильника до 2,5 кВт тепловой энергии. Необходимо лишь оборудовать радиатор обдувом воздуха, а морозилку заглубить во влажный грунт на глубину ниже уровня промерзания. Такой альтернативного источник тепловой энергии способен эффективно отапливать помещение до 25 м 2 .
Обустройство и подключение внешнего устройства
Конструктивно тепловой насос выглядит, как холодильник, от которого идут трубы на радиаторы отопления и массивный бойлер-аккумулятор энергии. В альтернативном варианте трубы могут укладываться прямо в основание теплого пола.
Существует также альтернативный вариант укладки труб первого контура. Если рядом с домом существует источник любой воды, то для более эффективного забора тепла трубы первого контура лучше всего уложить как можно ближе к водному потоку.
Плюсы и минусы использования
В теории тепловой насос идеально подходит на роль альтернативного источника тепла, но на практике при эксплуатации приходится сталкиваться с таким явлением, как вырождение теплоотдачи скважин. После 1800-2000 часов работы грунт вокруг первого контура альтернативного отопления приходится подвергать регенерации.
Расстояние между скважинами должно быть не менее 6 м, поэтому под альтернативный способ получения тепловой энергии приходится отдавать значительную площадь участка. Стоимость установки теплового насоса сегодня самая высокая среди всех альтернативных источников энергии, минимум 10 тыс. евро.
Заключение
По мнению специалистов, покупка и установка альтернативных источников энергии на сегодня остается лучшим объектом для инвестиций. Система окупается даже раньше расчетного времени, а для ветровых конструкций этот срок может быть уменьшен до нескольких месяцев. Кроме того, это отличный способ избавиться от зависимости от поставок электрической энергии сетевых компаний.
Энергоносители помогают обеспечивать функции всех коммуникационных линий. При временном отсутствии основных магистралей можно использовать альтернативные источники электроэнергии. Они не так популярны, как традиционные, но выгоднее в плане эксплуатации и практически не вредят окружающей среде.
Откуда и в каком виде получить энергоресурсы
Использование солнечных панелей
Традиционными энергоисточниками являются тепловые, атомные и гидроэлектрические станции. Альтернативное энергоснабжение может самовосстанавливаться, является эффективным, дешевым и экологически безопасным. По факту энергия есть в природных ресурсах, нужно только попытаться ее извлечь. Без специальных навыков можно выполнить следующие работы:
- устанавливать солнечные коллекторы и батареи, чтобы запитывать освещение или греть воду;
- монтировать ветрогенераторы;
- использовать тепловые насосы для отопления дома за счет тепла воды, земли или воздуха;
- применять биогазовые установки для переработки отходов животных, птиц, человека.
Минус нетрадиционных энергоисточников – большие финансовые вложения для их организации.
Источники возобновляемой энергии
Ветрогенераторы на крыше частного дома
По причине ограниченности топливных ископаемых ученые всего мира разрабатывают и внедряют в эксплуатацию энергоисточники будущего. К возобновляемым относятся:
- Генераторы электричества – на территории России чаще всего используются электрические, бензиновые и газовые. Последний работает на сжиженном и природном топливе, за счет малошумности применяется в быту и является долговечным.
- Энергия солнца – человек пользуется электромагнитным излучением. Источник электричества и автономного отопления бесшумный, экологически безопасный.
- Ветряные установки – функционируют на основании трансформации кинетической энергии ветра в механическое вращение турбины, вырабатывающей переменный ток. Горизонтальные и вертикальные ветряки отличаются высоким КПД.
- Биотопливо – оптимальными вариантами будут жиры масличных культур, водоросли, газ от брожения органических отходов.
- Станции с водяным колесом – удобный энергоисточник, если рядом с домом имеется река. Турбинное колесо приводится в движении при помощи водных потоков.
- Геотермальные решения – на сейсмически активных территориях преобразовывают тепло, возникающее в момент выброса геотермальной воды.
Россия располагает несколькими солнечными станциями – в Оренбургской области (мощность 40 МВт), в Республике Башкортостан (мощность 15 МВт), на территории Крыма (10 штук по 20 МВт каждая).
Применение энергии солнца
Подключение солнечной батареи к домашней электросети
Альтернативное электричество на основе электромагнитного солнечного излучения оправдано для людей, у которых есть дача за городом. Причина – показатель суммарной мощности в хорошую погоду не более 5-7 кВт за час. На сегодняшний день популярны несколько солнечных установок.
Солнечные батареи
Сборка устройств производится из фотоэлектрических преобразователей. Промышленные элементы конструируются из минеров, вырабатывающих ток при воздействии прямого света. В частном секторе популярны кремниевые преобразователи поли- и монокристаллического типа. Последние отличаются КПД 13-25 %, но поликристаллические дешевле. Температурный диапазон пластин – от -40 до +50 градусов.
Солнечные коллекторы
Вакуумные солнечные коллекторы
Используются для нагрева воздуха или воды. Пользователь может задать направление нагретых потоков, организовать резерв на случай плохой погоды. Производители выпускают три модификации коллекторов – воздушные, плоские и трубчатые.
- Плоские пластиковые. Представляют собой черную и прозрачную панель в одном корпусе с центральным змеевиком из меди. При воздействии солнечных лучей нагревается нижний темный элемент. Он передает тепло медному змеевику, который греет воду. Плоский коллектор подходит для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Минус технологии – для нагрева больших объемов требуется много элементов.
- Трубчатые. Имеют вид вакуумных или коаксиальных трубочек из стекла. По ним стекает вода, нагретая солнцем. Тепло, сосредоточенное внутри специальной системой, нагревает воду в накопительном резервуаре. Для циркуляции водных потоков применяется нанос. Трубчатый коллектор – неплохое решение для подогрева воды в ГВС и отопления.
- Воздушные солнечные коллекторы. Устройства напоминают плоские пластиковые модели за счет черной нижней и прозрачной верхней панели. Габаритные установки находятся на восточной или юго-восточной стене. В них за счет солнечного тепла нагревает воздух, подаваемый в дом и хозяйственные помещения специальными вентиляторами.
Солнечная энергия лучше всего подходит для теплых полов.
Самостоятельное изготовление солнечных панелей
Солнечные установки – альтернатива традиционному электричеству, которая в готовом виде стоит дорого. При собственноручной сборке можно снизить себестоимость конструкции в 3-4 раза. Перед началом создания солнечной панели нужно понять принцип ее функционала.
Как работает система солнечного электроснабжения
Для представления принципа работы стоит начать с конструкции. Устройство солнечных энергоисточников включает:
- солнечную панель – комплекс узлов преобразования солнечного света в электронный поток;
- АКБ – в системе их несколько, количество зависит от мощности потребителей;
- контроллер заряда – обеспечивает нормальную зарядку АКБ без перезарядки;
- инвертор – трансформирует ток низкого напряжения с батарей в ток высокого напряжения (для дома хватит 3-5 кВт).
Солнечные батареи по отдельности производят токи с низким напряжением (около 18-21 В), чего хватает для зарядки аккумулятора на 12 вольт.
Создание солнечной батареи
Материалы для изготовления солнечной панели
Сборка батареи производится из модульных фотоэлементов. В одном бытовом модуле находится 30, 36 и 72 элемента. Они соединяются последовательно с источником питания, максимальное напряжение которого – 50 В.
Для корпусной части понадобятся деревянные брусья, ДВП, оргстекло и фанера. Дно бокса вырезается из фанеры и вставляется в рамку из брусков 25 мм в толщину. По периметру рамы проделываются отверстия. Для предотвращения перегрева элементов шаг сверления должен составлять 15-20 см.
Для размера дна подсчитайте количество фотоэлементов и замеряйте каждый.
Сборка солнечной панели
Из ДВП канцелярским ножом вырезается подложка из ДВП с вентиляционными отверстиями. Их изготавливают по квадратно-гнездовой схеме с отступом на 5 см. Затем:
- Элементы укладываются верхней частью на подложку и распаиваются.
- Соединения производятся последовательно, порядово.
- Готовые ряды присоединяют на шины, проводящие ток.
- Элементы переворачивают и крепят в посадочном месте силиконом.
- Проверяют параметры напряжения на выходе. Его диапазон составляет от 18 до 20 В.
- 2-3 дня производят обкатку батареи для тестирования заряжающей способности.
- По окончании проверки стыки герметизируют.
Подготовка панели к монтажу
Покрасьте и просушите подложку 2 раза.
После проверки функционирования собирают солнечную панель:
- Выводят контакты входа и выхода наружу.
- Вырезают крышку из оргстекла и фиксируют ее саморезами на заранее проделанные отверстия.
- При использовании диодной цепи из 36 диодов с напряжением 12 В с детали снимают краску ацетоном.
- В пластиковой панели проделываются отверстия, вставляют и распаиваются диоды.
На последнем этапе выполняется монтаж и ориентирование солнечной панели для облегчения доступа обслуживания и эффективности получения энергии.
Правила монтажа солнечной панели
Подключение солнечной батареи
Промышленные модификации могут вращаться самостоятельно. Бытовые устройства необходимо выставлять по нескольким параметрам:
- Удаление от затененных участков – дерево или высокий дом рядом сделают работу прибора неэффективной.
- Ориентир на солнечную сторону. Жители северного полушария ориентируют конструкцию на юг, южного – на север.
- Угол наклона – привязывается к географической широте участка. Летом солнечную панель лучше наклонять на 30 градусов к линии горизонта, зимой – на 70 градусов.
- Наличие доступа для обслуживания – уборки пыли, грязи, налипшего снега.
Устройство будет эффективным в случае прямой направленности лучей солнца на крышку.
Особенности ветрогенераторов
Вертикальный ветрогенератор
Источники ветровой электроэнергии работают по принципу преобразования кинетической энергии в механическую, а затем – в переменный ток. Электричество можно получить при минимальной скорости ветрового потока от 2 м/с. Оптимальной является скорость ветра от 5 до 8 м/с.
Виды ветряных генераторов
По типу крепления ротора существуют модификации:
- Горизонтальные – отличаются минимальным количеством материалов для изготовления и большим КПД. Минусы прибора заключаются в высокой монтажной мачте и сложности механической части.
- Вертикальные – работают в большом диапазоне ветровой скорости. Специфика генератора – необходимость дополнительной фиксации мотора.
По количеству лопастей существуют одно- или многолопастные модели. По материалу лопасти классифицируются на парусные и жесткие. Винтовой шаг установки бывает изменяемым (можно выставить рабочую скорость) и фиксируемым.
При строительстве ветровой установки обязательно создается и укрепляется фундамент.
Конструкция ветрогенератора
Конструкция ветрогенератора
Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:
- вышка – ставится в ветреной зоне;
- лопастный генератор;
- контроллер лопастей – преобразует переменный ток в постоянный;
- инвертор – трансформирует постоянный ток в переменный;
- накопительный аккумулятор;
- резервуар для воды.
Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.
Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины
Создание ветрогенератора из автомобильного генератора
Поскольку комплект для сборки ветрогенератора стоит от 250 до 300 тыс. руб, конструкцию целесообразно сделать собственноручно. Понадобится генератор автомобиля и аккумуляторная батарея.
Лопасти обеспечивают работу других устройств ветряка. Самостоятельно их можно изготовить из ткани, металла или пластиковой трубы следующим образом:
- Выбрать материал с хорошей ветроустойчивостью – толщиной от 4 см.
- Рассчитать длину лопасти так, что диаметр трубы равнялся 1/5.
- Обрезать трубу и применять ее в качестве шаблонов.
- Пройтись по краям всех элементов наждачкой для удаления неровностей.
- Зафиксировать пластиковые лопасти на диске из алюминия.
- Произвести балансировку колеса посредством фиксирования в горизонтальном положении.
- Обточить края ветрового колеса при вращении.
Оптимальная схема лопастей – большое количество, но меньший размер.
Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться
Проект изготовления мачты нужно начать с выбора материала. Понадобится стальная труба длиной 7 м и диаметром 150-200 м. При наличии препятствий колесо поднимается выше их на 1 м.
Для дополнительной устойчивости конструкции изготавливаются колышки под растяжку из стального или оцинкованного троса 6-8 мм в толщину. Мачту и колышки нужно забетонировать.
Процесс переделки автогенератора заключается в перемотке старторного узла и создании ротора на основе неодимовых магнитов. В приборе просверливаются отверстия под них. Магниты нужно ставить, чередуя полюса и заполнять пустоты эпоксидкой.
Ротор оборачивается бумагой для перемотки катушки в одном направлении по трехфазной схеме. На последнем этапе генератор тестируется – при 300 оборотах должно показывать 30 В.
Чем больше витков на катушке, тем эффективнее работает генератор.
Альтернативные ветровые источники тепла и электрической энергии собираются после изготовления поворотной оси. Понадобится труба с двумя подшипниками и хвостовая часть из оцинкованного листа 1,2 мм в толщину.
Генератор крепится к мачте посредством рамы их профтрубы. Расстояние от балки до лопастей должно быть больше 25 см. После сборки базовой конструкции монтируются контроллер заряда, инвертор и АКБ.
Отопление дома при помощи тепловых насосов
Отопление с помощью тепловых насосов
Европа уже несколько лет использует тепловые насосы, взаимодействующие со всеми альтернативными видами электроэнергии. В летнее и зимнее время установки забирают тепло из почвы, воздуха, воды и направляют его на обогрев помещения.
Разновидности тепловых насосов
В зависимости от потребностей в обогреве можно подобрать модели с 1, 2, 3 контурами, 1-2 конденсаторами. Они будут работать на нагрев и охлаждение либо исключительно на нагрев.
По типу энергоисточника и способу добычи электроэнергии устройства бывают:
- Воздух-вода. Тепловые потоки забираются из воздуха и нагревают воду. Системы подходят для климатических зон с зимней температурой -15 градусов.
- Земля-вода. Актуальны для умеренного климатического пояса. Монтируются в грунт посредством коллектора или зонда без разрешительных документов на бурение.
- Вода-вода. Устанавливаются рядом с водоемами. Зимой насос за счет нагрева источника обеспечивает теплом большой дом.
- Вода-воздух. Источник энергии – водоем. Тепловые потоки при помощи компрессора поступают в воздух. Он становится теплоносителем.
- Земля-воздух. Почва является источником тепла, которое передается в воздух компрессором. Переносчик энергии – жидкости-антифризы.
- Воздух-воздух. Приборы работают по принципу кондиционера – на охлаждение и обогрев.
Выбор источника тепла зависит от геологии местности и наличия препятствий для земляных мероприятий.
Как работает тепловой насос
Тепловой насос функционирует на основании цикла Карно – повышения температуры при резком сжатии теплоносителя. Поскольку устройства имеют 3 рабочих контура (2 – наружных, 1 – внутренний), конденсатор, испаритель и компрессор, схему их действия можно представить так:
- Теплоноситель первого контура (находится в воде, на воздухе, в земле) забирает тепло и источников с низкими потенциалами. Максимальная температура узла около + 6 градусов.
- Низкотемпературный носитель с низкой температурой находится во внутреннем контуре. Хладагент при нагреве испаряется, его пар в компрессоре сжимается. В этот момент выделяется тепло. Температура паров – от +35 до +65 градусов.
- Тепло в конденсаторе попадает на теплоноситель из контура отопления. Пары становятся конденсатом и направляются в испаритель.
Цикл работы теплонасоса постоянно повторяется.
Тепловой насос из подручных материалов
Самодельный тепловой насос
Самоделка вполне реальна, если у вас имеются рабочие детали от бытовой техники.
Для подготовки конденсатора и компрессора понадобится:
- Сделать компрессор насоса из компрессора холодильника либо кондиционера. Деталь фиксируют мягкой подвеской на стене котельной.
- Сделать конденсатор. Оптимальный вариант – резервуар из нержавейки на 100 л.
- Разрезать емкость болгаркой пополам, а потом вставить змеевик (медная трубка холодильника или кондиционера).
- После монтажа змеевика сварить половинки бака.
Для качественного шва пользуйтесь аргоновой сваркой.
Для теплового насоса нужны две скважины
Испаритель изготавливается на основе пластикового бака на 75-80 л со змеевиком из медной трубы ¾ дюйма в диаметре. Она обматывается вокруг стальной трубы 300-400 мм в диаметре. Витки фиксируются перфоуглом.
На змеевике нарезается резьба для сцепки с трубопроводом. В установку закачивается хладагент, после чего испаритель крепится на стену.
Оптимальным источником для данных альтернативных способов получения тепла и электроэнергии будет вода из скважины либо колодца. Жидкость не замерзает даже в зимнее время.
Понадобится 2 скважины:
- для забора воды и ее подачи к испарителю;
- для сброса отработанной воды и ее поступления на испаритель.
Автономность теплового насоса обеспечат автоматические механизмы контроля движения теплоносителя по контурам отопления и давления фреона.
Получение тепла из других альтернативных источников
Наружный контур системы прямого теплообмена
При организации первого внешнего контура насоса понадобится эффективный тепловой
Зачем каждый месяц платить энергокомпаниям за электричество, если можно самостоятельно обеспечивать себя энергией? Все больше людей в мире понимает эту истину. И потому сегодня мы расскажем про 8 необычных источников альтернативной энергии для дома, офиса и отдыха
.
Солнечные панели в окнах
В наше время самым распространенным в быту альтернативным источником энергии являются солнечные панели. Традиционно их устанавливают на крышах частных домов или во дворах. Но с недавних пор стало возможным размещать эти элементы прямо в окнах, что позволяет использовать такие батареи даже владельцам обычных квартир в многоэтажных домах.
При этом уже появились решения, позволяющие создавать солнечные панели с высоким уровнем прозрачности. Именно такие энергетические элементы и следует устанавливать в окнах жилых помещений.
К примеру, прозрачные солнечные панели разработали специалисты из Мичиганского Государственного Университета. Эти элементы пропускают 99 процентов проходящего через них света, но имеют при этом коэффициент полезного действия в 7%.
Компания Uprise создала необычную ветряную турбину высокой мощности, которую можно использовать как в быту, так и в промышленных масштабах. Этот ветряк располагается в прицепе, который может передвигать за собой внедорожник или дом на колесах.
В сложенном состоянии с турбиной Uprise можно ездить по дорогам общего пользования. Но в развернутом состоянии она превращается в полноценный ветряк высотой пятнадцать метров и мощностью 50 кВт.
Uprise можно использовать во время путешествий в доме на колесах, для обеспечения энергией отдаленных объектов или обычных частных жилых домов. Установив эту турбину у себя во дворе, ее владелец может даже продавать излишки электричества соседям.
Makani Power – это проект одноименной компании, перешедшей недавно в подчинение полусекретной лаборатории инноваций . Идея данной технологии одновременно проста и гениальна. Речь идет о небольшом воздушном змее, который может летать на высоте до одного километра и вырабатывать электричество.
Летательный аппарат Makani Power оснащен встроенными ветряными турбинами, которые будут активно работать на высоте, где скорость ветра значительно больше, чем на уровне земли. Полученная энергия в данном случае передается по шнуру, соединяющем воздушного змея с базовой станцией.
Энергия будет также вырабатываться от движений самого летательного аппарата Makani Power. Дергая под силой ветра трос, этот воздушный змей заставит крутиться динамо-машину, встроенную в базовую станцию.
При помощи Makani Power можно обеспечить энергией как частные дома, так и отдаленные объекты, куда нецелесообразно проводить традиционную линию электропередач.
Современные солнечные батареи все еще имеют весьма низкий коэффициент полезного действия. А потому для получения от них высоких производственных показателей приходится застилать панелями достаточно большие пространства. Но технология с названием Betaray позволяет увеличить КПД примерно в три раза.
Betaray – это небольшая по размерам установка, которую можно расположить во дворе частного дома или на крыше многоэтажки. В ее основе лежит прозрачная стеклянная сфера диаметром чуть меньше одного метра. Она аккумулирует солнечный свет и фокусирует его на достаточно небольшую фотоэлектрическую панель. Максимальный КПД данной технологии имеет потрясающе высокий показать в 35 процентов.
При этом сама установка Betaray является динамической. Она автоматически подстраивается под положение Солнца на небе, чтобы в любой момент работать на максимуме возможностей. И даже ночью эта батарея вырабатывает электричество, преобразуя свет от Луны, звезды и уличного освещения.
Датско-исландский художник Олафур Элиассон дал старт необычному проекту с названием Little Sun, который объединяет в себе творческое начало, технологии и социальные обязательства успешных людей перед обездоленными. Речь идет о небольшом устройстве в виде цветка подсолнуха, которые в течение дня наполняется энергией от солнечного света, чтобы вечерами нести освещение в самые темные уголки планеты.
Каждый желающий может пожертвовать деньги на то, чтобы солнечный светильник Little Sun появился в жизни какой-нибудь семьи из Страны Третьего Мира. Лампы Little Sun позволяют детям из трущоб и отдаленных деревень отдавать вечера под учебу или чтение, без которых невозможен успех в современном обществе.
Светильники Little Sun можно также приобрести и для себя, сделав их частью собственной жизни. Эти устройства можно использовать при выезде на природу или для создания потрясающей вечерней атмосферы на открытых площадках.
Многие скептики посмеиваются над спортсменами, утверждая, что затрачиваемые ими во время выполнения упражнений силы вполне можно использовать для выработки электричества. Создатели пошли на поводу у такого мнения и создали первый в мире набор уличных тренажеров, каждый из которых является маленькой электростанцией.
Первая спортивная площадка Green Heart появилась в ноябре 2014 года в Лондоне. Электричество, которое вырабатывают на ней любители физических упражнений, можно использовать для зарядки мобильных устройств: смартфонов или планшетных компьютеров.
Излишки энергии площадка Green Heart отправляет в локальные электросети.
Парадоксально, но заставить вырабатывать «зеленую» энергию можно даже детей. Ведь они никогда не прочь что-нибудь вытворить, как-нибудь поиграть и развлечь себя. А потому голландские инженеры создали необычные качели с названием Giraffe Street Lamp, которые используют детскую непоседливость в процессе производства электричества.
Качели Giraffe Street Lamp вырабатывают энергию в то время, когда ими пользуются по прямому назначению. Раскачиваясь в сиденье, дети или взрослые стимулируют работу динамо-машины, встроенной в данную конструкцию.
Конечно, полученного электричества не хватит для полноценного функционирования частного жилого дома. Зато накопленной за день игр энергии вполне достаточно для работы не очень мощного уличного фонаря в течение пары часов после наступления сумерек.
Мобильный оператор Vodafone осознает, что его прибыли становятся больше, когда телефоны клиентов работают круглосуточно, а сами их владельцы не беспокоятся о том, где найти розетку для зарядки аккумуляторов своего гаджета. А потому эта компания спонсировала разработку необычной технологии с названием Power Pocket.
Устройства на основе технологии Power Pocket должны находиться как можно ближее к телу человека, чтобы использовать его тепло для производства электроэнергии для бытовых нужд.
На данный момент, на основе технологии Power Pocket создано два практичных товара: шорты и спальный мешок. Впервые они были опробованы во время музыкального фестиваля Isle of Wight Festival в 2013 году. Опыт оказался удачным, одной ночи человека в таком спальном мешке оказалось достаточно, чтобы зарядить аккумулятор смартфона примерно на 50 процентов.
В данном обзоре мы рассказали лишь про те альтернативные источники энергии, которые можно использовать в бытовых нуждах: дома, в офисе или во время отдыха. Но есть еще немало неординарных современных «зеленых» технологий, разработанных для использования в промышленных масштабах. Про них можно прочитать в обзоре .