Альтернативная энергия для дома

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

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.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Читать еще:  Как сохранить саженцы и луковицы до весны

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Обзор альтернативных источников энергии для частного дома

В условиях нынешнего постоянного роста тарифов владельцы частных домов начинают потихоньку использовать в своём хозяйстве альтернативные источники энергии. Это позволяет экономить на услугах ЖКХ. А некоторые владельцы просто лишены возможности подключения к энергетическим ресурсам. То есть, в некоторые районы просто невозможно провести электричество, отопление или это стоит очень дорого. Поэтому люди всё чаще обращают внимание на такие источники энергии, которые даёт природа, или получаемые из отходов жизнедеятельности человека. В результате появились некоторые устройства, которые мы рассмотрим в этой статье. Если для жителей многоквартирных домов использовать такие установки проблематично, то жители частного сектора вполне могут таким способом экономить на счетах за «коммуналку». Современные установки альтернативной энергии позволяют самостоятельно получать тепло, электричество и даже газ. Некоторые помимо обеспечения энергоресурсами дома, ещё и умудряются продавать их излишки.

Альтернативные источники энергии

Давайте, вкратце перечислим основные источники альтернативной энергии, которые можно использоваться в частном доме. Это:

  • Использование солнечной энергии для получения тепла и электричества;
  • Использование ветрогенераторов;
  • Различные виды тепловых насосов;
  • Энергия из биотоплива;
  • Самодельные гидроэлектростанции;
  • Прочие.

Альтернативные источники энергии для частного дома

Солнечная энергия для получения электричества и тепла

Солнце ─ это один из наиболее распространённых и мощных источников энергии, используемых в частных домах. С помощью различных установок солнечную энергию преобразовывают в тепло или электричество. Очень часто в домах можно встретить оба варианта. Современные модели солнечных батарей и тепловых коллекторов позволяют получать тепло и электричество в ясную погоду даже зимой. Так, что если в вашем регионе много солнечных дней, то такие установки рекомендуются для использования солнечной энергии.

Получение электричества

Солнечные батареи, используемые для преобразования энергии солнца в электричество, собраны из фотоэлементов. Фотоэлектрические пластины изготовлены на базе кремния с различными добавками. Когда на них попадает солнечный свет, они испускают электроны и возникает электрический ток. В основе этого процесса лежит явление p-n перехода.

Принцип действия фотоэлементов

Схема работы солнечной батареи

Фотоэлементы в зависимости от своей структуры бывают монокристаллическими и поликристаллические. Монокристаллические имеют КПД немного выше поликристаллических, и показывают хорошую производительность даже в пасмурную погоду.

Многие собирают солнечные батареи своими руками из фотоэлементов, которые можно без проблем купить в интернете. Порядок действий примерно следующий:

  • Изготавливается каркас из дерева или металла. Предпочтительнее делать из алюминия;
  • Затем делается подложка для установки фотоэлементов и стекло. Иногда фотоэлементы наклеиваются прямо на стекло (оргстекло, поликарбонат), а не на подложку;
  • Элементы собираются в единую батарею с помощью пайки. Это делается при помощи медных лужёных шин. Они также продаются в специализированных онлайн-магазинах;
  • Далее проводится герметизация. Для этого могут быть использованы герметики, эпоксидная смола, специальные плёнки. Здесь важно добиться того, чтобы между стеклом и фотоэлементами не было пустот (воздушных пузырей);
  • Далее батарея собирается и подключается в гелиосистему. В зависимости от электрических характеристик, требуемых на выходе, батареи могут объединяться последовательно и параллельно. Одна батарея, как правило, имеет номинал напряжения 18 вольт.

Получение тепловой энергии

Солнечную энергию в частных домах также используют для нагрева воздуха или воды. Для этого применяется установка под названием солнечный коллектор. При этом нагретая вода может быть использована как для обогрева дома, так и для горячего водоснабжения. Чтобы минимизировать влияние погоды, тепловые коллекторы используются совместно с бойлерами и котлами на газе или электричестве. Можно выделить три основных типа солнечных коллекторов:

Плоские коллекторы

Конструкция таких коллекторов довольно простая и их часто можно встретить в частных домах и дачных участках. Такие коллекторы представляют собой короб, одна сторона которого прозрачная (стекло, поликарбонат, плёнка), а вторая выкрашена в чёрный цвет и теплоизолирована. Между этими стенками находится абсорбер. Часто для этого используется медный змеевик.

Плоский солнечный коллектор

Солнечные лучи нагревают конструкцию и через абсорбер передаёт тепло воды, циркулирующей в змеевике. КПД таких систем небольшой, но они просты и могут быть изготовлены своими руками. Такие системы могут быть использованы для ГВС в летнее время года. Зимой в российском климате они неработоспособны.
Вернуться к содержанию

Вакуумные коллекторы

Такие системы изготавливают промышленным способом и могут применяться для ГВС и отопления дома круглый год. Здесь теплоноситель находится в медной трубке, которая помещена в стеклянную большего диаметра, и между ними откачан воздух. Благодаря вакууму достигается идеальная теплоизоляция.

Принцип действия вакуумного коллектора

Вакуумный коллектор в частном доме

Воздушные коллекторы

Это самый простой и малоэффективный вариант сбора солнечной тепловой энергии. По своей конструкции воздушные коллекторы напоминают плоские. Есть короб с прозрачной внешней стороной и теплоизолированной нижней. Через внутреннее пространство проходит воздух самотёком или под действием вентилятора.

Воздушный солнечный коллектор

Подобные установки работают летом, ранней осенью и весной весь световой день. В частных домах их обычно используют для обогрева подсобных помещений, сараев с животными, гаражей.

Ветрогенератор в частном доме

Ещё одним неиссякаемым источником энергии на нашей планете является ветер. Для преобразования энергии ветра в электрическую применяются ветрогенераторы. Их целесообразно устанавливать в частных домах тех регионов, где высокая среднегодовая скорость ветра. Обычно это прибрежные и равнинные районы.

Схема работы ветрогенератора

Сам по себе ветрогенератор не используется. Он может эффективно работать только в составе ветряной системы. Как и в случае гелиосистем, в состав такой системы входят:

  • Контроллер;
  • Аккумуляторы;
  • Инвертор;
  • Кабели, соединители, крепёж.

При использовании ветрогенераторов существует ряд проблем. Стоимость таких установок довольно высокая, даже если их мощность небольшая. Если в местности, где вы проживаете, среднегодовые скорости ветра небольшие, то установка не окупится. К тому же, ветрогенераторы создают шум при работе. Поэтому их нужно устанавливать на удалении от жилых домов, а для этого не всегда есть возможность и доступные площади.

Тепловые насосы

Тепловой насос – это ещё один вариант установки для организации отопления и ГВС в частном доме. Только здесь используется не солнечная энергия, а тепло от земли, воды и воздуха. В основу положен принцип холодильника, при котором тепло отбирается у какой-то среды и передаётся в систему отопления.

Принцип действия теплового насоса

В зависимости от среды, у которой отбирается тепло, и куда оно передаётся, различают тепловые насосы:

Вне зависимости от среды, с которой идёт работы, в установках подобного типа присутствуют: компрессор, теплообменник, испаритель.

Тепловые насосы типа «вода-вода» отбирают тепло у воды из грунтовых вод и передают его воде, циркулирующей в системе отопления и ГВС частного дома. Коллектор для сбора тепла укладывается в водоёме (он не должен промерзать целиком) рядом с домом или под него бурятся скважины. Скважины бурятся на глубину около 15 метров.

Тепловой насос вода-вода

Воздух-воздух

Это наиболее доступный вариант среди всех тепловых насосов. Конструкция таких установок похожа на сплит-систему. Электричество в насосах воздух-воздух расходуется на отбор тепла из окружающей среды и перекачка его в дом. Современные модели таких насосов могут работать при сильных морозах, хотя при этом падает их эффективность.

Тепловой насос воздух-воздух

Воздух-вода

Тепловые насосы по схеме воздух-вода довольно широко распространены в частных домах и производственных помещениях. Внешний блок этой установки забирает тепло из окружающей среды и с его помощью нагревает воду. Подобные конструкции получили широкое распространение благодаря доступной цене и простому монтажу.

Тепловой насос воздух-вода

Однако есть и отрицательные моменты. В российском климате их не получиться использовать зимой. Высокий КПД тепловых насосов воздух-вода сохраняется при температуре 7─15 С. В зоне отрицательных температур эффективность сильно падает.
Вернуться к содержанию

Эта разновидность тепловых насосов является самой универсальной и наиболее дорогостоящей. Зато подобные системы можно реализовать практически в любой климатической зоне, где есть непромерзающий слой грунта на доступной глубине.

Читать еще:  Как вырастить зелень при помощи кофейной гущи

Тепловой насос грунт-вода

Энергия из биотоплива

Ещё один вариант использования альтернативных источников энергии – это биогазовые установки. Они предназначены для переработки пищевых отходов, а также результатов жизнедеятельности скота и птицы. На выходе получаем биогаз, который может использоваться по прямому назначению или сжигаться в газогенераторе для выработки электроэнергии. В частных домах многие держат скотину. Поэтому недостатка в сырье не будет.

Установка для получения биогаза

Навоз, пищевые отходы нагреваются с ёмкости, представляющей водяную баню. Бактерии в навозе (мезофильные и термофильные) способствуют брожению. Навоз может перерабатываться сам по себе, а может использоваться в качестве добавки. Важное требование к установке заключается в том, чтобы брожение шло без доступа кислорода (анаэробная среда).

Для активизации процесса делается подогрев (около 40 С) и перемешивание. Перемешивание может осуществляться как электрической мешалкой, так и вручную. Выработка в идеальных условиях работы составляет: с 4─5 литров навоза получается 1 литр газа.

В крышке ёмкости имеется вывод для газа, который проходит через коллектор (осушается), и далее используется по назначению. Он может подаваться как на горелки, так и газогенератор или какие-нибудь механические двигатели для совершения работы.

В промышленных масштабах получение биогаза выполняется в подземный железобетонных бункерах. Пространство до грунта прокладывают теплоизоляцией. Сама ёмкость может быть поделена на несколько частей, где образование газа идёт со смещением во времени. Процесс полной переработки в таких установках продолжается от 3 до 30 дней.

В установке также есть люк для выгрузки отработанного сырья. Загрузка выполняется примерно на 15─20 процентов.

Самодельные гидроэлектростанции

Да, есть и такие умельцы, которые самостоятельно делают миниатюрные гидроэлектростанции. Для этого нужна речка рядом с частным домом. Причём тем лучше, чем течение в речке сильнее. В основу маленькой гидроэлектростанции ложится водяное колесо. Остальные комплектующие изготавливаются из подручных средств. Для изготовления электростанции также потребуется фанера, медный провод, неодимовые магниты, смола.

Водяное колесо, как правило, выполняется из металла. В самом простом варианте умельцы изготавливают его из автомобильных дисков. Их крепят на ось и приваривают к ним лопасти. Передачу крутящего момента на генератор выполняют с помощью редуктора. Подобные установки не требуют серьёзных затрат, но мало распространены. Ведь не у каждого дома есть речка с бодрым течением. Зато там, где это возможно, хозяева частного дома могут неплохо сэкономить на электроэнергии.

Прочие варианты

Существуют и более экзотические варианты использования альтернативной энергии. Но их вряд ли можно использовать в частных домах в массовом порядке. Например, инфракрасные излучатели. Их ещё называют эко обогревателями. Могут быть использованы, как в частных домах, так и в офисном здании и в производственных помещениях. Такие установки основаны на передаче тепла в форме инфракрасного излучения. Оно нагревает предметы, а те, нагреваясь, передают тепло в окружающее пространство. Их в основном используют для нагрева отдельных предметов или полезной части пространства. Есть настенные, напольные, потолочные ИК излучатели.

А также существуют водородные котлы, которые основаны на основе реакции водорода и кислорода. В результате реакции образовывается вода с выделением большого количества тепла. Оно идёт на обогрев частного дома.

Устройства альтернативной энергетики для частного дома

Энергия солнца, ветра, земли, воды – все то, что когда-то было сюжетом фантастических рассказов, становится привычным атрибутом современной жизни. На смену ограниченным ресурсам угля, нефти и древесины приходят неисчерпаемые источники альтернативной энергетики. Причем с каждым годом они становятся все доступнее по цене обычным гражданам. К тому же, изготовить альтернативные источники энергии для частного дома можно и своими руками, и для этого вовсе не обязательно быть гениальным физиком.

Разновидности альтернативных устройств

Самыми популярными и доступными устройствами по добычи возобновляемой энергии являются:

Выбор в пользу того или иного прибора будет зависеть от ваших финансовых возможностей, а также от количества доступных ресурсов, которые необходимо будет преобразовывать в энергию. Рассмотрим достоинства и недостатки каждого из этих устройств.

Устройства преобразования энергии солнца

Преобразование солнечной энергии в электрический ток возможно благодаря фотоэлементам. Это двухслойные полупроводники, первый слой которых характеризуется избытком электронов, а второй недостатком. Под воздействием солнца электроны переходят из одного слоя в другой, а затем направляются в аккумулятор, который выступает поставщиком энергии в дом.

Различные виды солнечных батарей отличаются между собой материалами, из которых изготавливают фотоэлементы.

Тонкопленочный кремний. Этот материал отличается наивысшей чувствительностью, что позволяет снабжать дом электроэнергией даже при дефиците солнечного света. Он устойчив к высоким температурам, в то время как другие разновидности начинают быстро изнашиваться при температуре выше 50°С. А благодаря пластичности, панели из этого материала легко размещаются даже на самой неровной крыше. Однако за минимальную толщину элементов приходится платить пониженной эффективностью, из-за чего нужно будет занимать батареями больше пространства дома.

Микроморфный кремний. Следующее поколение фотоэлементов от предыдущей разновидности отличается большей мощностью и при этом более низкой ценой, так как кремния на производство затрачивается еще меньше. Среди других достоинств – независимость расположения от сторон света и угла наклона к поверхности крыши.

Мультикристаллические пластины. Самый востребованный на рынке тип. За счет разнонаправленности кремниевых кристаллов пластины дают хороший эффект как в солнечные, так и в облачные дни. Довольно мощные, однако из-за окислительных реакций они отличаются непродолжительным периодом эксплуатации. Постепенно портиться батарея начнет уже после 3-го года использования.

Монокристаллические пластины. Самый мощный вид, требующий минимального пространства для размещения. Такие батареи подходят для установки на небольшие дома в любой климатической зоне, так как не подвержены влиянию неблагоприятных внешних условий.

Несмотря на то что альтернативные источники энергии для дома ежегодно теряют в цене, их окупаемости придется ждать не менее десяти лет. Стоимость даже самого бюджетного комплекта солнечных батарей начинается от 50000 руб., и это на панели, не отличающиеся долговечностью. При наличии минимальных конструкторских навыков рациональнее изготовить самодельные батареи.

Технология самостоятельного изготовления солнечных панелей

Собрать панели для дома своими руками гораздо дешевле, чем их приобретать, но на сами фотоэлементы все же придется потратиться. Наиболее выгодно их заказывать в китайских интернет-магазинах, например, АлиЭкспресс.

Технология сбора панели включает следующие этапы:

1. Изготовление каркаса. В качестве материала подложки можно взять ДСП, стекло, поликарбонат. Если каркас предполагается деревянный, его следует покрасить в белый цвет, чтобы фотоэлементы меньше нагревались и не вышли из строя раньше времени.

2. Соединение фотоэлементов в одну схему. Для этого их соединяют алюминиевыми проводниками, располагая параллельно друг к другу. Можно приобрести уже скрепленные элементы, но это выйдет дороже.

3. Герметизация батареи. Ее можно осуществить с помощью эпоксидной смолы или клеящейся пленки. При этом старайтесь избегать возникновения пузырьков воздуха, так как это скажется на мощности панели.

Установку самоделки необходимо произвести на той стороне крыши, где бывает максимальное количество солнца. Использовать ее можно как с аккумулятором, так и без. Либо совмещать два режима, обращаясь к аккумулятору только при недостатке солнца.

Преобразователи энергии ветра

Когда заходит речь о самом экологически чистом альтернативном источнике энергии, на ум сразу приходит живописный пейзаж полей с гармонично вписанными ветряками. В Европе такая картина действительно не редкость, в нашей же стране ветрогенераторы только набирают популярность.

Преобразование энергии ветра происходит за счет вращения лопастей, расположенных на мачте. В результате этого в движение приходит ротор, вырабатывающий трехфазный переменный ток. А чтобы энергия приобрела необходимые для бытовых нужд характеристики, ее пропускают через контроллер, а затем через инвертор.

Все ветроэнергетические установки работают по единому принципу, но они могут различаться по нескольким признакам:

1. По количеству лопастей, которых бывает от 1 до 3-х, либо они отсутствуют вовсе, и вместо них установлен парус.

2. По составу материалов ветряки могут быть металлические, парусные и изготовленные из стеклопластика. Чем прочнее материал, тем дороже устройство.

3. По шаговому признаку. То есть, скорость движения лопастей может быть фиксированной либо изменяемой. Цена второй разновидности повышается за счет более сложной и дорогостоящей установки.

4. По направлению вращения оси ветряки делятся на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные не зависят от направления и скорости ветра, но отличаются меньшей мощностью. К тому же они более громоздки и дорогостоящи. Горизонтальные имеют больший КПД, но полностью зависят от погодных условий. Устанавливать их имеет смысл только на открытых площадках и подальше от жилых строений, так как эти устройства производят много шума.

Цены промышленных ветрогенераторов отличаются большим разбросом и доходят до нескольких сотен тысяч рублей. Но существует и бесплатное решение – изготовить ветряк самостоятельно. В интернете можно найти огромное количество чертежей для изготовления подобного устройства из самых разных материалов. Лопасти делают из древесины и стеклопластика, а можно использовать в качестве них и алюминиевые или пластиковые трубы. Роль мачты выполняет стальная труба длиной от 5,5 м. А для генератора можно переделать асинхронный электродвигатель.

Тепловые насосы и биогазовые установки

Тепловые насосы менее распространены, но по эффективности не уступают другим устройствам альтернативных источников энергии – ветрякам или солнечным батареям. Эти устройства способны извлекать энергию из любых природных источников – воды, земли, воздуха.

Состоит насос из наружного и внутреннего контура, испарителя, компрессора и конденсатора. Наружный контур помещается в источник энергии, например, он может быть опущен на дно водоема или закопан в грунт. Затем в устройстве последовательно происходят процессы нагревания, испарения, сжатия пара и высвобождения тепла. Подобные устройства способны обогревать частный дом даже зимой при низкой температуре окружающей среды, так как больше зависят не от величины, а от ее постоянства.

Читать еще:  Арония черноплодная

Другим экологичным новшеством является биогазовая установка. Устройство работает на отходах жизнедеятельности домашних животных и является идеальным вариантом для небольшой фермы. Результатом работы установки будет газ, который образуется в процессе брожения. Газ можно использовать для отопления помещений, а непереработанные остатки навоза станут прекрасным удобрением.

Разнообразие современных альтернативных источников энергии позволяет обеспечить ресурсами частный дом без вреда для экологии. Их масштабное распространение пока сдерживает только недостаточная информированность населения и высокая стоимость. Последняя проблема решаема, так как приборы по добыче возобновляемой энергии не отличаются большой сложностью конструкции, и их вполне можно изготовить в домашних условиях.

Альтернативная энергия для дома

Добавление статьи в новую подборку

Цены на энергоносители постоянно растут, что заставляет потребителей искать иные способы обеспечения жилища теплом и светом. Основные альтернативы невосполнимым источникам топлива давно известны, настало время их активно применять.

Об альтернативной энергии написано очень много. Однако о реальных перспективах ее применения говорится не часто. Попробуем выяснить, можно ли ожидать от возобновляемых ресурсов значительной экономии.

Альтернативная энергия: мифы и реальность

Часто можно услышать фразы вроде: «Зачем мне солнечная батарея, если у нас от силы 90 солнечных дней в году?» или «Какой смысл ставить ветрогенератор, если в нашей местности слабые ветры?». Эти утверждения не лишены оснований.

Например, в странах Средиземноморья, в частности Испании и Италии, с 2007 года застройщики обязаны устанавливать на крышах солнечные водонагреватели. Они позволяют обеспечить до 70% нужд потребителей в горячей воде, в зависимости от области и уровня расхода воды. В Израиле с 1976 года по закону многоквартирные жилые дома обязаны комплектоваться солнечными водонагревателями, поэтому свыше 85% квартир жилого фонда пользуются энергией солнца.

Однако лидером в использовании солнечной энергии остается Китай. Напомним, страна лежит в целой группе климатических поясов − от субтропического до умеренно холодного и при этом умеет экономить.

С ветрогенераторами тоже не все просто. Установить на даче стометровую мачту ветряка вы, разумеется, не сможете. А если домик с трех сторон окружен лесом, то с понятием «ветер» вы, можно сказать, не знакомы. В то же время в Дании 40% всей электроэнергии получают за счет ветряных электростанций.

Таким образом, когда речь заходит об альтернативных источниках энергии, не нужно разом отбрасывать все из них или устанавливать солнечные батареи и «ветряки» где ни попадя. Речь всегда шла (и идет) о дополнении к основным коммуникациям и пусть небольшой, но экономии. Изучите климатические особенности вашей местности, возможно, кое-какими альтернативными источниками можно воспользоваться.

Солнечная энергия

Энергией солнца мы привыкли пользоваться, сами того не замечая. В зависимости от частоты применения, использование солнечной энергии делится на пассивное и активное.

В пассивной гелиосистеме солнечный свет попадает на объекты и приборы в «свободном режиме», возможность подстроиться под его направление и интенсивность отсутствует. Поэтому нет гарантии равномерного теплоснабжения и 100%-ного использования энергии. Зато этот способ не требует особых финансовых затрат. К пассивным гелиосистемам относятся парники, теплицы, остекленные лоджии, оранжереи и выкрашенные в темные цвета (для максимального поглощения солнечных лучей) емкости-резервуары для хранения воды летом.

Активная гелиосистема подразумевает применение специальных устройств. «Продвинутой» версией поглотителя света является солнечный коллектор, или гелиоприемник. Эта установка собирает тепловую энергию солнца, которая переносится видимым светом в инфракрасном диапазоне. После этого тепло передается системам водоснабжения и отопления. В равной степени солнечный коллектор может использоваться и для снабжения дома электричеством.

В отличие от коллектора, солнечная батарея способна вырабатывать только электричество. В насыщенные солнечным светом дни она выдает максимум своих возможностей, а в пасмурные часы и зимой – не более трети.

Дачный сезон как раз совпадает с максимальной солнечной активностью. Периоды с мая по сентябрь наиболее насыщены солнечным светом. Поэтому не совсем рациональны вопросы о том, «что делать зимой, когда солнца нет?». Ведь вас в это время на даче тоже, как правило, нет.

Отсюда вывод: чем южнее регион вашего проживания, тем больше смысла в установке солнечной батареи.

Устанавливать солнечную батарею лучше всего на южной стороне крыши. Рассчитать, сколько установок и какая мощность нужно именно вам, должны специалисты. Они исходят из климатических особенностей, количества электроприборов и интенсивности их использования.

Теперь о практическом применении. На большей части территории России, например, в теплый период (с апреля по конец сентября) среднедневная сумма солнечного излучения равняется 4-5 кВтч/кв.м. На юге Испании она достигает 6 кВтч/кв.м., а на юге Германии – около 5 кВтч/кв.м. Такая интенсивность солнечного света позволяет нагревать до 100 л воды практически каждые сутки при помощи коллектора площадью 2 кв.м. Что интересно, регионами-лидерами по поступлению солнечной радиации считаются Приморье, Забайкалье и Юг Сибири, а только затем идет южная полоса европейской части России. Значительная часть Сибири, как оказалось, также не обделена солнечным излучением.

Для всесезонного применения нужно подбирать коллекторные установки с обширной рабочей поверхностью, двумя контурами с антифризом и оснащенные дополнительными теплообменниками. Идеальным вариантом является вакуумированный коллектор − в нем выше разница температур между воздухом снаружи и нагреваемым теплоносителем.

Ветрогенераторы

История развития ветрогенераторов на просторах бывшего СССР весьма трагична. Учитывая обширные районы, в которых почти постоянно дуют ветры, активные попытки обуздать энергию ветра предпринимались еще в начале 20 века. Но, к сожалению, к концу 60-х гг. производство «ветряков» и строительство ВЭС было прекращено.

Еще совсем недавно (с 1988 по 1992 гг.) производилась «домашняя» версия ветромеханического водоподъемного агрегата (ветряного насоса) АВВП-1,2 «Ромашка». Он предназначался для забора жидкости из любых водоемов на глубине до 8 м и использовался как в домашних, так и в коллективных хозяйствах. Это был простой, дешевый и удобный автоматический прибор.

Теперь ветроэнергоустановки используются индивидуальными пользователями для получения электроэнергии. Вырабатываемой «ветряком» мощности в 50 кВт вполне хватает для обслуживания небольшого коттеджа.

Система призвана накапливать электричество. Чем чаще и сильнее дует ветер, тем быстрее заряжаются аккумуляторы и энергией можно пользоваться. Бытовые ветрогенераторы в областях с умеренным преобладанием ветров вполне способны дополнительно обеспечивать здание светом.

Основой ветрогенератора выступает ветроколесо. Под действием силы ветра оно вращается, создавая крутящий момент и передавая его через механизм передач на водяной насос или вал электрогенератора. Ветрогенераторы обычно крепят на высоких мачтах не для того «чтобы все видели», а потому что интенсивность и скорость ветра над поверхностью земли выше, чем на «нулевой отметке».

Ветрогенераторы для дома бывают трех видов:

  • Карусельного типа (роторные) – оснащены ветроколесом (ротором), которое движется в направлении ветра. Ось вращения – вертикальная. Коэффициент полезного действия не выше 20%.

  • Крыльчатые ветрогенераторы – имеют вид классического пропеллера с числом лопастей от 2 до 24. Чем меньше лопастей, тем выше должна быть скорость ветра «для раскрутки». Ветряк с числом лопастей до 4 называется малолопастным, если лопастей более 4 – многолопастными. Ось вращения параллельна ветру, КПД довольно высок – 40-50%.

  • Барабанные ветрогенераторы – похожи на роторные ветряки, только лопасти расположены в горизонтальной проекции. Ось вращения находится под углом 90 градусов к направлению ветра, что, как следствие, формирует низкий КПД – до 10%.

Итак, в отличие от солнечных коллекторов и батарей, ветрогенераторы лучше устанавливать в северных районах с сильными, частыми и порывистыми ветрами. Чаще всего они дуют вблизи водоемов, в горах и на открытых участках в соответствующей области.

Тепловая энергия земли

Тепло можно брать отовсюду – из грунта, воздуха, подземных источников и поверхностных вод. Для сбора низкотемпературного тепла, повышения его качеств и передачи потребителю применяются тепловые насосы. Использовать «тепло земли» можно для горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования.

Известно несколько видов тепловых насосов:

  • Грунтовые – они собирают тепло при помощи закопанного ниже уровня промерзания земли горизонтального коллектора или проложенного в вертикальной скважине теплового зонда. Мощные и дорогие установки способны обеспечить потребителя теплом зимой, но использовать их лучше только в качестве аварийного варианта.
  • Водяные – по тому же принципу отбирают тепло у грунтовых вод или иных водоемов. Температура там обычно не опускается ниже 6°С. Водяные тепловые насосы сложны в монтаже, поскольку нужно бурить скважину и проводить регулярную очистку насоса.
  • Воздушные – обычно используются в теплых широтах, вбирая в себя тепло из окружающего воздуха.

Тепловой насос – довольно сложный прибор, который в условиях крайне низких температур практически не применим.

Энергия воды

При упоминании этого источника альтернативной энергии в памяти всплывают огромные гидроэлектростанции и средневековые мануфактуры с колесами, по которым стекает вода. В основном энергия воды используется именно в таких, «промышленных» масштабах.

Впрочем, если у вас есть регулярный доступ к воде, можно попробовать изготовить что-нибудь наподобие мини-ГЭС. Использовать водяное колесо, пропеллер или ротор Дарье. Для этого не обязательно жить возле водопада или бурной горной реки. Достаточно лишь грамотно установить конструкции в местах, где есть движение воды и наличия течения. Если скорость водного потока менее 1 м/с, монтировать подобные станции нет смысла.

Напоследок упомянем такой оригинальный источник энергии, как биомасса. Она представляет собой сухие остатки растений, продуктов жизнедеятельности и занимает шестое место по распространенности. Ежегодно на Земле образуется около 170 млрд тонн первичной биомассы, которая постепенно разрушается, не находя применения в хозяйстве. В основном она служит для выработки тепла и электричества, используется при приготовлении биотоплива (биодизеля). В других случаях из нее получают биогаз, который преобразуется в тепловую и электрическую энергию.

Таким образом, альтернативные источники энергии пока претендуют лишь на частичную замену основных ресурсов. Они направлены на экономию и непредвиденные обстоятельства. А еще предполагают безвозмездное использование тех благ, которые нам подарила сама природа.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector