Альтернативная энергия для дома: обзор нестандартных источников энергии

«Зеленая энергетика» привлекает просто космическими перспективами. Из окружающей среды можно получать совершенно бесплатно неисчерпаемую энергию для обслуживания автономных коммуникаций. Причем ее ресурс ежедневно восстанавливается без участия человека.

Однако для того чтобы грамотно пользоваться настоящими подарками природы, нужно знать, как они работают и где применяются. Согласны?

Все о том, как используется альтернативная энергия для дома, вы узнаете из представленной нами статьи. Ознакомившись с представленной нами информацией, вы сможете выбрать максимально подходящий вариант получения тепла или электричества.

Мы детально описали установки, перерабатывающие энергию солнца/ветра/воды/земли. Кратко и предельно просто изложили принцип их работы. Предложенные сведения помогут сравнить способы и источники получения энергии.

Виды альтернативных источников энергии

Приобрести промышленные модели современных устройств для извлечения тепловой или электрической энергии из окружающей среды не так уж и сложно.

К самым популярным вариантам такого оборудования можно отнести:

• солнечные батареи;
• солнечные коллекторы;
• ветрогенераторы;
• тепловые насосы;
• генераторы биогаза.

Наука на месте не стоит, появляются все новые модели устройств для получения альтернативной энергии. Важно не только выбрать подходящий вариант, но и правильно его установить. Очень часто обойтись только каким-то одним агрегатом не удается. Можно совмещать использование различных ресурсов.

Например, солнечная батарея дает больше электроэнергии в летний период, а ветрогенератор — в зимний. Сочетание этих двух устройств позволяет обеспечить достаточным количеством автономной электроэнергии в течение всего года. Подобным образом можно также комбинировать и другие устройства.

#1: Использование солнечных батарей

Эти элементы становятся все популярнее и разнообразнее. Их продают как в виде готовых комплектов, так и в виде отдельных фотоэлементов. С последними охотно работают мастера-аматоры, которые все предпочитают делать своими руками — это относительно несложная задача.

Чтобы изготовить солнечную батарею с индивидуальными параметрами, следует приобрести нужное количество готовых фотоэлементов и спаять их в общую цепь.

Прозрачные элементы, закрывающие рабочую поверхность солнечных батарей, устанавливают на стекла высотных зданий, но их можно успешно применять и в частном домостроении

Различают монокристаллические и поликристаллические фотоэлементы. Первые более производительны и долговечны, но эффективны лишь при условии получения стабильного потока энергии. У поликристаллов КПД пониже, и срок эксплуатации поменьше, но они могут вполне эффективно работать даже в условиях повышенной облачности.

Фотоэлементы помещают под слоем прочного прозрачного материала, чтобы они могли поглощать энергию и при этом оставались в нужном положении. Корпус с прозрачной внешней поверхностью выглядит как рамка из металла. Он используется для закрепления панелей.

Иногда вместо металлического корпуса используют деревянную конструкцию. Это менее долговечный, но вполне приемлемый вариант.

Панели с фотоэлементами солнечных батарей устанавливают на самой солнечной стороне здания, обычно — на крыше. Важно также правильно подобрать инвертор и аккумуляторы

Конструкция с солнечными батареями получается довольно громоздкая, поэтому чаще всего ее ставят прямо на крыше дома. Корпус монтируют на подставке таким образом, чтобы панель с фотоэлементами можно было поворачивать, это позволит следить за движением солнца и улавливать больше УФ лучей в зависимости от времени года.

При выпадении обильных осадков панель разворачивают в вертикальное положение, чтобы предотвратить ее повреждение и уменьшить возможное загрязнение. Установка панелей — только первый этап реализации подобной системы.

Для ее полноценной работы понадобится подключить фотоэлементы через зарядное устройство к солнечной инверторной системе.

Чтобы накапливать полученную электрическую систему, понадобятся аккумуляторы для солнечных панелей, например, SUNLIGHT PzS. Такие элементы можно установить под землей, на довольно значительной глубине — до трех метров.

Правильный подбор инвертора для солнечных батарей и контроллера аккумуляторов — важный момент в обеспечении максимальной эффективности всей системы. Чем лучше подобраны все составляющие, чем качественнее выполнены специальные расчеты, тем меньше будут потери электрической энергии.

Интересный тип солнечных батарей — гибкий пленочный вариант, рабочий слой их нанесен на полимерную пленку. Их устанавливают на стекла окон высотных зданий, разумеется, на самой солнечной стороне.

КПД таких элементов немного ниже, чем у традиционного варианта — всего 7%. Но удобство от их использования и экономия места компенсируют этот недостаток.

Устройство Betaray для усиления потенциала улавливаемой солнечной энергии выглядит стильно и современно. Его можно установить во дворе частного дома или на крыше многоэтажки

Современно и необычно выглядит устройство под названием Betaray. Это довольно большой стеклянный шар, который как линза собирает солнечные лучи и направляет их к панели с фотоэлементами. Установка способна вращаться в автоматическом режиме, чтобы получить максимум солнечных лучей.

В результате можно обойтись меньшим количеством фотоэлементов и сделать поток солнечных лучей более стабильным. В ночное время Betaray способна поглощать лунный и звездный свет. Это немного, но хватит, чтобы обеспечить полноценное уличное освещение. В целом у этого устройства впечатляющий для солнечных батарей КПД — 35%.

Полезные советы по выбору, монтажу и эксплуатации солнечных батарей представлены здесь:

#2: Применение солнечных коллекторов

Это более современная и производительная вариация летнего душа. Даже на самой скромной даче имеется бочка с водой, которая нагревается в течение дня до вполне приличного уровня.

Если установить на крыше систему из узких труб, по которым циркулирует вода, можно получить ощутимое количество тепла, полностью обеспечив дом горячим водоснабжением и даже вполне достойным отоплением.

Солнечный коллектор представляет собой систему узких труб, по которым циркулирует жидкий теплоноситель. Естественные конвекционные процессы обеспечивают циркуляцию воды, нагретой солнцем, без применения насоса (+)

Работа этого альтернативного источника энергии основана на способности воды и воздуха циркулировать при нагреве. Бак теплообменника устанавливают на более высоком уровне, чем трубы коллектора. Нагретая вода поднимается вверх и поступает в верхнюю часть змеевика теплообменника.

Остывая при контакте с водопроводной водой, теплоноситель солнечного коллектора опускается вниз и снова перемещается в трубы, которые нагревает солнце.

Естественная циркуляция нагревающейся и охлаждающейся воды позволяет обойтись без специальных насосов или другого электрического оборудования.

Сделать простейший вариант такой системы можно из доступных материалов: труб разного диаметра, металлического листа на роль основы. Подставку, к которой крепят основу, можно сделать из уголка или иных металлических элементов.

В этом варианте самодельного солнечного коллектора трубы приварены к металлическому основанию, в качестве рамки использована толстая доска

Обычно ту часть системы, которая находится снаружи, окрашивают в черный цвет, чтобы повысить ее способность к поглощению тепла. Основу с трубами закрепляют таким образом, чтобы можно было изменять угол ее наклона.

Остается устроить бак теплообменник, поместить в него змеевик и соединить элементы системы друг с другом и с системой водоснабжения и/или отопления.

Подробная технология изготовления солнечного коллектора для отопления описана в этой статье.

Промышленные модели солнечных коллекторов намного производительнее, чем «самоделки», и могут работать круглый год, но стоимость такой системы может оказаться довольно высокой

Конечно, современные солнечные коллекторы промышленного производства устроены сложнее и работают эффективнее. В некоторых устройствах в качестве теплоносителя используется фреон, позволяющий получать тепловую энергию даже во время холодов.

Промышленные агрегаты могут быть снабжены вакуумными трубками, блоком с фотоэлементами, датчиками температуры, системой автоматического управления и т.п. Стоимость такого коллектора может оказаться весьма внушительной.

#3: Эксплуатация энергии ветра

Ветрогенераторы — устройства известные давно и довольно популярные у поклонников экологически чистой энергии. Это достаточно громоздкое устройство, особенно если лопасти ветряка вращаются в горизонтальной плоскости. Поэтому версии с вертикально расположенными лопастями более популярны.

Ветрогенераторы — это достаточно громоздкие изделия, которые следует установить на открытой местности, которая хорошо продувается ветрами. Одно такое устройство может полностью покрыть потребности частного дома в электроэнергии

Ветряк размещают на высокой и прочной стойке. Движение лопастей передается на генератор, полученная энергия накапливается в аккумуляторе. Затем электроэнергия передается на внутреннюю электрическую систему дома или используется иным образом.

Самодельный ветряк способен покрыть потребности в электроэнергии небольшого дачного участка:

Промышленные модели современных ветрогенераторов обычно снабжены удобным электронным пультом управления.

Самодельные устройства конструируют по достаточно простым схемам и чертежам. В интернете можно найти немало вариантов самого разного типа и вида. Нужно выбрать удобное место для размещения такой конструкции, где дует сильный ветер, и агрегат не станет никому мешать. Чем выше установлены лопасти, тем лучше.

Мобильная ветротурбина Uprise имеет относительно компактные размеры, в собранном виде ее можно транспортировать по дорогам общего пользования

Не так давно компания Uprise представила оригинальную разработку — ветровую турбину, установленную на передвижную платформу. При желании устройство можно собрать, придав ему компактные размеры, а затем перевезти с помощью обычного внедорожника и установить в другом месте.

Мощность мобильной ветротурбины Uprise составляет 50 кВт. По оценкам специалистов в области альтернативной энергетики этого вполне достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией не самый большой частный дом, да еще и с соседями поделиться излишками электричества.

Еще более оригинальный вариант преобразования энергии ветра в киловатты — летательный аппарат Makani Power.

Makani Power — это летательное оборудование, которое позволяет поднять набор небольших ветротурбин на значительную высоту и получить максимальное количество электроэнергии

Это высоконаучная вариация воздушного змея, на который установлены небольшие ветровые турбины. Идея состоит в том, чтобы доставить генератор в верхние слои атмосферы, где скорость воздушного потока значительно выше, чем у земли. Энергия поступает вниз по кабелю, который также выполняет функции веревки, удерживающей “воздушного змея”.

Интересный обзор ремонта ветрогенератора SF-600-5 (Китай) позволяет составить представление о возможных проблемах с техникой эконом-класса:

Интересные идеи самостоятельного изготовления ветряка описаны в статье — Как сделать ветрогенератор своими руками: устройство, принцип работы + лучшие самоделки

#4: Отопление на основе тепловых насосов

Эти устройства давно заняли почетное место в семействе приспособлений для получения экологически чистой энергии. Работает тепловой насос примерно так же, как холодильник или кондиционер, но только наоборот.

Используют приборы такого типа, главным образом, для обогрева жилища, а также для подогрева воды. Хотя существуют и модели, которые в летнее время успешно справляются с обязанностями кондиционера.

Принцип работы теплового насоса основан на поглощении тепловой энергии с низким потенциалом в концентрированное высокопотенциальное тепло. Устройства типа «земля-вода» сложны в монтаже, но эффективны

В качестве источника тепла такие системы используют энергию воздуха, тепло грунта и воды. Энергия есть везде, но в этих ресурсах она имеет низкий потенциал. Наружный контур теплового насоса собирает эти рассеянные крохи тепловой энергии и перемещает их в систему.

Для трансформации энергии в высокопотенциальное состояние используют хладагент, обычно фреон. Он поглощает полученную энергию, нагревается и поступает в компрессор. Здесь хладагент сжимается и через испаритель поступает в теплообменник внутреннего контура отопления.

Теплоноситель поглощает концентрированную тепловую энергию, а фреон проходит через испаритель и снова переходит в жидкое состояние. Теперь он получает низкопотенциальную энергию, нагревается и т.д.

В зависимости от источника тепловой энергии, а также от вида теплоносителя выбирают и тип теплового насоса: “земля-вода”, “вода-вода”, “воздух-вода”, “воздух-воздух” и т.п. С помощью такого устройства можно реализовать не только традиционное водяное отопление, но и воздушное.

Многие умельцы успешно освоили самостоятельное изготовление подобного агрегата, интересные варианты описаны в следующих статьях:

1. Как сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника: чертежи, инструкция и советы по сборке
2. Геотермальный тепловой насос своими руками для отопления дома: устройство, проектирование, самостоятельная сборка 

Извлекать тепло из земли — не самая простая задача, поскольку понадобится просторный земельный участок и обширные земельные работы. Трубы наружного контура укладывают в траншеи и засыпают землей. Понятно, что использование этого участка в дальнейшем будет ограничено.

Внешний блок теплового насоса типа «воздух-вода» нужно просто установить на подходящей площадке, но такое устройство может быть не слишком эффективно при низкой температуре наружного воздуха

Но таким образом можно обеспечить стабильную температуру теплоносителя в наружном контуре, а это важное условие для успешной работы теплового насоса. Очень удобно, если рядом с домом имеется водоем, наружный контур можно погрузить в воду без особых проблем. В качестве альтернативы водоему используют водяную скважину.

Для забора тепла из воздуха используются не трубы с жидким теплоносителем, а мощные вентиляторы, которые нагнетают воздух в теплообменник. Температура наружного воздуха далеко не так постоянна, как в вариантах с водой или землей, но зато подобрать место для агрегата и выполнить монтаж значительно проще.

К сожалению, такие устройства малоэффективны в северных районах, поскольку обогрев невозможен уже при -20 градусах температуры наружного воздуха. Проблему решают путем сочетания двух различных систем отопления.

#4: Биогаз в работе коммуникаций

Отходы — еще один интересный ресурс для получения тепловой энергии. При переработке отбросов с помощью анаэробных бактерий выделяются такие вещества, как метан, сероводород, углекислота и некоторое количество примесей.

Эту газовую смесь называют биогазом, ее также можно рассматривать в качестве современного альтернативного источника энергии.

Для переработки в биогенераторе обычно используют смесь из отходов растительного и животного происхождения с водой. Влажность массы должна составлять 88-96% в зависимости от времени года

Конечно, получают это горючее вещество не из содержимого канализации. Для этого используют органические отходы животного или растительного происхождения. Их помещают в специальную емкость, очень прочную и обязательно герметичную. Туда же загружают бактериальные культуры.

Внутри устройства устанавливают шнек, чтобы перемешивать биологическую массу. Это увеличит скорость реакции и сделает работу генератора более эффективной.

Массу, предназначенную для переработки, разбавляют водой, которая должна быть подогрета примерно до 40°С. В летнее время следует доливать больше воды, но в зимний период влажность биомассы может составлять около 90%.

Чтобы поддерживать комфортную для жизнедеятельности микроорганизмов температуру, емкость биогенератора покрывают теплоизоляционными материалами. Все исходные материалы загружают через горловину, которую после этого плотно закрывают. Биогаз скапливается в верхней части устройства и отводится из него по специальному патрубку.

Для удобства, экономии места и безопасности биогазовые установки помещают под землей, распределение газа осуществляется через гидрозатвор, обязательно нужно обеспечить подогрев биомассы (+)

Переработанные отходы выгружают через отдельный патрубок, они представляют собой ценное удобрение, применение которому можно найти на участке. Важный момент при самостоятельном создании биогенератора — безопасность. Поскольку газ постоянно накапливается в емкости, там постоянно повышается давление.

Процесс самостоятельного создания биогенератора из металлической бочки описан в этом ролике:

Если этот процесс не контролировать, устройство может просто взорваться. Считается более безопасным размещение биогенератора под землей, а не на поверхности. Следует обеспечить постоянный отбор полученного газа из емкости, чтобы нормализовать давление.

С газовой смесью также нужно обращаться осторожно. Это горючее вещество имеет резкий и неприятный запах, его вдыхание может быть опасным для здоровья людей.

Кроме описанных выше источников получения бесплатной энергии есть еще интересные инженерные решения, у которых масса практических перспектив:

Назначение и применение термогенератора

Устройства этого типа известны еще с середины прошлого века. Они позволяют преобразовать тепловую энергию в электрическую. Современный вариант термогенератора промышленного производства предназначен для установки на газовые котлы или дровяные печи длительного горения мощностью не менее 200 Вт.

Один из самых известных и востребованных в быту вариантов термогенератора работает в тандеме с керосиновой лампой:

Такой прибор позволяет в зимнее время, когда отопительные приборы работают непрерывно, получать около 150 кВт/ч электроэнергии в месяц.

Можно рассматривать его как дополнительный вариант в сочетании с солнечными батареями или как способ компенсировать частые отключения электроэнергии.

Существуют и походные модели теплогенераторов, которые могут перерабатывать тепловую энергию обычного костра. Их можно использовать во время строительства там, где нет электричества как альтернативу генератору, работающему на сжиженном топливе.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик познакомит с наиболее популярными вариантами установок, работающих от альтернативных источников энергии:

Единственный значимый недостаток альтернативных способов получения энергии – высокая цена оборудования и монтажа. Высокотехнологичные разработки эффективны, удобны и недешевы. И все же вложения со временем окупятся. А для любителей мастерить всегда остаются варианты для самостоятельного изготовления.

Расскажите, что вы думаете относительно использования альтернативной энергии для дома? Делитесь своим мнением, участвуйте в обсуждениях и задавайте вопросы. Оставлять комментарии можно в форме, расположенной ниже.