Ограниченные запасы ископаемого топлива и глобальное загрязнение окружающей среды заставило человечество искать возобновляемые альтернативные источники такой энергии, чтобы вред от ее переработки был минимальным при приемлемых показателях себестоимости производства, переработки и транспортировки энергоресурсов.
Современные технологии позволяют использовать имеющиеся альтернативные энергетические ресурсы, как в масштабе целой планеты, так и в пределах энергосети квартиры или частного дома.
Буйное развитие жизни на протяжении нескольких миллиардов лет наглядно доказывает обеспеченность Земли источниками энергии. Солнечный свет, тепло недр и химический потенциал позволяют живым организмам осуществлять множественные энергетические обмены, существуя в среде, созданной физическими факторами – температурой, давлением, влажностью, химическим составом.
Круговорот веществ и энергии в природе
Экономические критерии альтернативных источников энергии
Человек издревле использовал энергию ветра как движитель для кораблей, что позволяло развиваться торговле. Возобновляемое топливо из отмерших растений и отходов жизнедеятельности было источником тепла для приготовления пищи и получения первых металлов. Энергия перепада воды приводила в действие мельничные жернова. На протяжении тысячелетий это были основные виды энергии, которые мы теперь называем альтернативными источниками.
С развитием геологии и технологий добычи недр стало экономически выгодней добывать углеводороды и сжигать их для получения энергии по мере необходимости, чем ждать у моря погоды в буквальном смысле, надеясь на удачное совпадение течений, направления ветра, облачности.
Нестабильность и изменчивость погодных условий, а также относительная дешевизна двигателей, работающих на ископаемом топливе, заставили прогресс развиваться по пути использования энергии недр земли.
Диаграмма, демонстрирующая соотношение потребления ископаемых и возобновляемых источников энергии
Усвоенный и переработанный живыми организмами углекислый газ, покоившийся в недрах миллионы лет, снова возвращается в атмосферу при сжигании ископаемых углеводородов, что является источником парникового эффекта и глобального потепления. Благополучие будущих поколений и хрупкое равновесие экосистемы заставляют человечество пересмотреть экономические показатели и использовать альтернативные виды энергии , ведь здоровье дороже всего.
Сознательное использование возобновляемых природой альтернативных источников энергии становится популярным, но, как и прежде, преобладают экономические приоритеты. Но в условиях загородного дома или на даче использование источников альтернативного электричества и тепла может оказаться единственным экономически выгодным вариантом получения энергии, если проведение, подключение и установка линий энергоснабжения окажется слишком дорогой затеей.
Обеспечение удаленного от цивилизации дома минимально необходимым объемом электроэнергии с помощью солнечных панелей и ветрогенератора
Возможности использования альтернативных видов энергии
Пока ученые исследуют новые направления и разрабатывают технологии холодного термоядерного синтеза, домашние мастера могут использовать следующие альтернативные источники энергии для дома:
- Солнечный свет;
- Энергия ветра;
- Биологический газ;
- Разница температур;
По данным альтернативным видам возобновляемой энергии существуют готовые решения, успешно внедренные в массовое производство. Например – солнечные батареи, ветрогенераторы, биогазовые установки и тепловые насосы различной мощности можно приобрести вместе с доставкой и установкой, чтобы иметь свои альтернативные источники электричества и тепловой энергии для частного дома.
Промышленно выпускаемая солнечная панель, установленная на крыше частного дома
В каждом отдельном случае должен быть свой собственный план обеспечения домашних электроприборов источниками альтернативной электрической энергии, согласно потребностей и возможностей. Например, для питания ноутбука, планшета, зарядки телефона можно использовать источник напряжением 12 В., и переносные адаптеры. Данного напряжения, при достаточном объеме аккумулятора энергии будет достаточно для освещения при помощи .
Солнечные батареи и ветрогенераторы должны заряжать аккумуляторы, ввиду непостоянства освещения и силы энергии ветра. С увеличением мощности альтернативных источников электричества и объема аккумуляторов возрастает энергетическая независимость автономного энергоснабжения. Если требуется подключить к альтернативному источнику электричества электроприборы, работающие от 220 В., то применяют преобразователи напряжения .
Схема, иллюстрирующая питание домашних электроприборов от аккумуляторов, заряжаемых ветрогенератором и солнечными панелями
Альтернативная энергия солнечного излучения
В домашних условиях практически невозможно создать фотоэлементы, поэтому конструкторы альтернативных источников энергии используют готовые комплектующие, собирая генерирующие конструкции, добиваясь необходимой мощности. Соединение фотоэлементов последовательно увеличивает выходное напряжение полученного источника электричества, а подключение собранных цепочек параллельно дает больший суммарный ток сборки.
Схема подключения фотоэлементов в сборке
Ориентироваться можно на интенсивность энергии солнечного излучения – это примерно один киловатт на квадратный метр. Также нужно учитывать коэффициент полезного действия солнечных батарей – на данный момент это приблизительно 14%, но ведутся интенсивные разработки для увеличения КПД солнечных генераторов. Выходная мощность зависит от интенсивности излучения и угла падения лучей.
Можно начать с малого – приобрести одну или несколько небольших солнечных батарей, и иметь источник альтернативного электричества на даче в объеме, необходимом для зарядки смартфона или ноутбука, чтобы иметь доступ к глобальной сети интернет. Замеряя ток и напряжение, изучают объемы потребления энергии, обдумывая перспективу дальнейшего расширения использования источников альтернативной электроэнергии.
Установка дополнительных солнечных батарей на крыше дома
Нужно помнить, что солнечный свет также является источником теплового (инфракрасного) излучения, которое может использоваться для нагрева теплоносителя без дальнейшего преобразования энергии в электричество. Данный альтернативный принцип применяется в солнечных коллекторах , где при помощи отражателей инфракрасное излучение концентрируется и передается теплоносителем в систему отопления.
Солнечный коллектор в составе домашней системы отопления
Альтернативная энергия ветра
Простейший путь для самостоятельного создания ветрогенератора – это использовать автомобильный генератор. Для увеличения оборотов и напряжения источника альтернативного электричества (эффективности генерации электрической энергии) следует применить редуктор или ременную передачу. Объяснение всевозможных технологических нюансов выходит за рамки данной статьи – нужно изучать принципы аэродинамики, чтобы понять процесс преобразования скорости потока воздушных масс в альтернативное электричество.
На начальном этапе изучения перспектив преобразования возобновляемых источников альтернативной энергии ветра в электричество, нужно выбрать конструкцию ветряка. Наиболее распространенные конструкции – это лопастной винт с горизонтальной осью, ротор Савониуса, и турбина Дарье. Лопастной винт с тремя лопастями в качестве источника альтернативной энергии – наиболее распространенный вариант для самодельного изготовления.
Разновидности турбин Дарье
При проектировании лопастей винтов большое значение имеет угловая скорость вращения ветряка. Существует так называемый фактор эффективности винта, который зависит от скорости воздушного потока, а также длины, сечения, количества и угла атаки лопастей.
Обобщенно данную концепцию можно понять так – при малом ветре длины лопасти с самым удачным углом атаки будет недостаточно для достижения максимальной эффективности генерации энергии, но с многократным усилением потока и увеличением угловой скорости кромки лопастей будут испытывать чрезмерное сопротивление, которое может их повредить.
Сложный профиль лопасти ветряка
Поэтому длину лопастей рассчитывают исходя из средней скорости ветра, плавно изменяя угол атаки относительно удаления от центра винта. Для предотвращения поломки лопастей при ураганном ветре выводы генератора замыкают накоротко, что препятствует вращению винта. Для приблизительных расчетов можно принимать один киловатт альтернативной электроэнергии от трехлопастного винта диаметром 3 метра при средней скорости ветра 10м/с.
Для создания оптимального профиля лопасти потребуется компьютерное моделирование и ЧПУ станок. В домашних условиях мастера используют подручные материалы и инструменты, стараясь максимально точно воссоздать чертежи альтернативных источников ветровой энергии. В качестве материалов используется дерево, метал, пластик и т.д.
Самодельный винт ветрогенератора, сделанный из дерева и металлической пластины
Для генерации электричества мощности автомобильного генератора может оказаться недостаточно, поэтому мастера своими руками изготавливают генерирующие электрические машины, или переделывают электродвигатели. Наиболее популярная конструкция источника альтернативного электричества – ротор с попеременно размещенными неодимовыми магнитами и статором с обмотками.
Роторы самодельного генератора
Статор с обмотками для самодельного генератора
Альтернативная энергия биогаза
Биологический газ в качестве источника энергии получают в основном двумя способами – это пиролиз и анаэробное (без доступа кислорода) разложение органических веществ. Для пиролиза требуется лимитированная подача кислорода, необходимая для поддержания температуры реакции, при этом выделяются горючие газы: метан, водород, угарный газ и другие соединения: углекислый газ, уксусная кислота, вода, зольные остатки. В качестве источника для пиролиза лучше всего подходит топливо с большим содержанием смол. На видео ниже показана наглядная демонстрация выделения горючих газов из древесины при нагреве.
Для синтеза биогаза из отходов жизнедеятельности организмов применяются метантанки различных конструкций. Устанавливать метантанк дома своими руками имеет смысл при наличии в домашнем хозяйстве курятника, свинарника и поголовья крупного рогатого скота. Основной газ на выходе – метан, но большое количество примеси сероводорода и других органических соединений требует применения систем очищения для удаления запаха и предотвращения засорения горелок в тепловых генераторах или загрязнения топливных трактов двигателя.
Нужно основательное изучение энергии химических процессов, технологий с постепенным набором опыта, пройдя путь проб и ошибок, чтобы получить на выходе источника горючий биологический газ приемлемого качества.
Независимо от происхождения, после очистки смесь газов подается в теплогенератор (котел, печь, конфорка плиты) или в карбюратор бензинового генератора, — такими способами получается полноценная альтернативная энергия своими руками. При достаточной мощности газогенераторов возможно не только обеспечение дома альтернативной энергией, но и обеспечивается работа небольшого производства, как показано на видео:
Тепловые машины для экономии и получения альтернативной энергии
Тепловые насосы широко применяются в холодильниках и кондиционерах. Было замечено, для перемещения тепла требуется в несколько раз меньше энергии, чем для его генерации. Поэтому студеная вода из скважины имеет тепловой потенциал относительно морозной погоды. Понижая температуру проточной воды из скважины или из глубин незамерзающего озера, тепловые насосы отбирают тепло и передают его в систему отопления, при этом достигается значительная экономия электричества.
Экономия электроэнергии с помощью теплового насоса
Другой тип тепловой машины – двигатель Стирлинга, работающий от энергии разницы температур в замкнутой системе цилиндров и поршней, размещенных на коленчатом вале под углом 90º. Вращение коленвала может использоваться для генерации электричества. В сети имеется множество материалов из проверенных источников, подробно объясняющих принцип действия двигателя Стирлинга, и даже приводятся примеры самодельных конструкций, как на видео ниже:
К сожалению, домашние условия не позволяют создать двигатель Стирлинга с параметрами выхода энергии выше, чем у забавной игрушки или демонстрационного стенда. Для получения приемлемой мощности и экономичности требуется, чтобы рабочий газ (водород или гелий) был под большим давлением (200 атмосфер и больше). Подобные тепловые машины уже используются в солнечных и геотермальных электростанциях и начинают внедряться в частный сектор.
Двигатель Стирлинга в фокусе параболического зеркала
Чтобы получить максимально стабильное и независимое электричество на даче или в частном доме потребуется совмещения нескольких альтернативных источников энергии.
Новаторские идеи по созданию альтернативных источников энергии
Целиком и полностью охватить весь спектр возможностей возобновляемой альтернативной энергетики не сможет ни один знаток. Альтернативные источники энергии имеются буквально в каждой живой клетке. Например, водоросль хлореллы давно известна как источник белков в корме для рыб.
Ставятся опыты по выращиванию хлореллы в невесомости, для применения в качестве пищи космонавтов при дальних космических перелетах в будущем. Энергетический потенциал водорослей и других простых организмов изучается для синтеза горючих углеводородов.
Аккумулирование солнечного света в живых клетках хлореллы, выращиваемой в промышленных установках
Нужно иметь в виду, что преобразователя и аккумулятора энергии солнечного света лучшего, чем фторопласт живой клетки пока не придумано. Поэтому потенциальные возобновляемые источники альтернативного электричества имеются в каждом зеленом листе, осуществляющем фотосинтез .
Основная сложность состоит в том, чтобы собрать органический материал, при помощи химических и физических процессов достать оттуда энергию и преобразовать ее в электричество. Уже сейчас большие площади аграрных земель отводятся под выращивание альтернативных энергетических культур.
Уборка мискантуса — энергетической агротехнической культуры
Другим колоссальным источником альтернативной энергии может служить атмосферное электричество. Энергия молний огромная и обладает разрушительными воздействиями, и для защиты от них используются молниеотводы.
альтТрудности с обузданием энергетического потенциала молнии и атмосферного электричества состоят в большом напряжении и силе тока разряда за очень короткое время, что требует создания многоступенчатых систем из конденсаторов для накопления заряда с последующим использованием запасенной энергии. Также хорошие перспективы имеются у статического атмосферного электричества.
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 .
Альтернативные источники энергии - это всегда здорово, особенно тогда, когда они превратятся из альтернативных в единственные доступные. А будет это не так и нескоро. Запасов исчерпываемых источников энергии осталось на несколько сотен лет, если стараться снижать потребление энергии. Поэтому уже сегодня многие передовые компании заготовили целые ворохи проектов по альтернативной энергетике, и для быта в том числе.
Альтернативные источники энергии, плюсы и минусы
Для дома своими руками можно обеспечить только в том случае, если владеть определенными знаниями и умениями, а также имея некоторую пожарную сумму на банковском счете. Тогда без проблем можно обеспечить индивидуальное жилье абсолютно независимыми источниками электричества, газа, тепла и свежего воздуха.
Перспективы развития альтернативной энергетики в мире говорят о том, что как минимум придется раскошеливаться на оборудование, позволяющее использовать энергию Солнца и ветра, приливов и отливов, биологические источники газа и электричества.
Перспективы развития альтернативной энергетики
Насколько это серьезно, можно судить хотя бы по фактам активных разработок, которые ведут мировые кровопийцы - нефтяные магнаты, Майкрософт, ведущие космические агентства. То есть те компании и структуры, которые изначально перекрывали кислород всему, что мешало торговле природными ресурсами.
История знает массу примеров того, как электричество было просто отравлено, поставлено к стенке и вынуждено было уступить рынок нефти. Она приносила прибыль еще сто лет назад, а когда ее запасы перестали обеспечивать уверенность арабских шейхов в непоколебимости их царствования на планете, пришла пора зарабатывать на воздухе и Солнце. И эти ребята не остановятся ни перед чем. Уже сегодня любая альтернативная установка для преобразования солнечной энергии в электричество доступна, но стоит она совсем недешево, хотя есть все возможности снизить цену на компоненты чуть ли не в 50 раз.
Нетрадиционный альтернативный источник энергии
Сейчас есть несколько самых доступных источников энергии и для их использования полноценно необходимо иметь знания и некоторое оборудование. Эта аппаратура не так сложна, как кажется, но о ней мы поговорим позже. Сейчас рассмотрим основные виды, альтернативные источники энергии для дома, для котельных, а не в общем для человечества.
- . Используется уже сегодня, причем довольно эффективно и развитие она получила лет 7-10 назад. Гелиосистемы используются в горячем водоснабжении, также могут быть использованы в отоплении и могут быть активного или пассивного типов. Гелиосистемы пассивного типа принимают солнечные лучи прямо на приборах и объектах, поэтому нет возможности регулировать интенсивность. Такие системы простые и дешевые, но не гарантируют полное использование энергии и равномерность ее распределения. Это - тепличные системы, черные баки, остекленные конструкции.
Активные системы принимают солнечные лучи на коллектор тепла, а после этого уже распределяют энергию по системам отопления и водоснабжения. Это более прогрессивная система, которая касается нагрева воды.
- Энергия ветра. Отлична возможность обеспечения частного хозяйства электричеством. Плюс таких ветряных электростанций в том, что по каким-то причинам они были допущены к использованию довольно давно. Поэтому и получили нормальное развитие. Так, ветроустановка около 50 киловатт может без проблем обеспечить коттедж электричеством, включая электрические насосы для поднятия воды, климатические системы и аккумулирование энергии.
- Тепловые электростанции, которые используют энергию земли тоже начинают получать распространение, но они чертовски невыгодны монополистам, а государство как раз таковым и является. Тепловые насосы, которые необходимы для обеспечением энергии коттеджа, применяют не только для выработки электричества, но в основном для обогрева и кондиционирования. Делятся на: грунтовые; гидравлические;воздушные.
- Альтернативные источники газа, биогаз. Такие установки служат для получения биодизеля, электрической энергии, для изготовления пластиков, антифризов, клея и многих полезных штук, для производства которых необходима энергия и биогаз. В продаже появляются биогазовые установки для коттеджа, которые позволяют вырабатывать тепло и электричество.
Сколько стоит солнечная батарея
Самый банальный вопрос, который может поступить на горячую линию компании, продающей гелиоустановки. В компании скажут, что для обеспечения дома в два этажа круглосуточной электроэнергией, необходимо купить установку под ключ. Это обойдется хозяину примерно в десять тысяч евро. Но система будет полнофункциональной и абсолютно автономной.
К примеру, если собирать такую систему своими руками, то один поликристаллический элемент мощностью 150 Вт будет стоить в пределах 300 долларов. Солнечные элементы, которые продаются частным владельцам по программе замены оборудования на госпредприятиях Европы распродают такие панели практически задаром, но многие предпринимателе, точнее, спекулянты из РФ уже активно присосались к этому процессу, поэтому в СНГ купить солнечную панель дешево непросто.
Тем не менее, не все так плохо, поскольку есть масса источников информации по таким приборам на Западе, где можно раздобыть самостоятельно и панели, и оборудование к ним. Осталось только просчитать потребности своего дома, решить вопрос с коллектором и автоматикой, и за электричество можно не платить. Желаем всем скорейшей реализации своих энергетических фантазий!
Вопросы снабжения энергией нашего жилища становятся все актуальнее. И связано это не с отсутствием энергоносителей или генерирующих мощностей.
Как ни грустно звучит, но это связано с "коммерческой" монополизацией всего, что связано с энергетикой и нежеланием Правительства менять положение в этой области.
Тем не менее, существуют способы снизить финансовое давление энергетиков на бюджет семьи, а в ряде случаев, полностью отказаться от их централизованных услуг.
Общий принцип работы инвертора и системы энергообеспечения
Как ни странно, но продвижению альтернативной энергетики для жилища с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ) препятствует неосведомленность потенциальных потребителей о технологии получения энергии таким способом, показателей долговечности и надежности системы.
Главным элементом всех систем с ВИЭ является инвертор - электронное устройство преобразования низкого постоянного напряжения в переменное с характеристиками сети. Для управления параметрами выходного сигнала (напряжения сети) используется два "чудесных" качества инвертора:
- Обратная связь - возможность средствами электроники реагировать на изменение состояния потребителей.
- Импульсная генерация выходного сигнала электроникой инвертора. Импульсы с частотой несколько тысяч герц формируют синусоиду переменного тока, а обратная связь позволяет учитывать величину нагрузки потребителя. Кроме этого, высокочастотные импульсы позволили снизить потери на перемагничивание железа трансформатора, что привело к значительному уменьшению его размеров.
Другой важной частью электронного управления потоками электрической энергии является контроллер, который играет роль шлюза, распределяющего поток энергии от генерирующего устройства к накопителю или инвертору.
Судить об энергетических возможностях системы аккумулятор-инвертор-потребитель можно по следующим цифрам:
- Мощность потребителя - 14 кВт (с учетом одновременной загрузки 60% получаем 8,4 КВт).
- Характеристики АКБ - 24 В, 225 А*ч, 4 шт.
- Инвертор - 9-12 КВт.
Система с такими характеристиками может работать двое суток без подзарядки до разрядки АКБ на 70%.
Альтернативные источники энергии для дома будут рассмотрены отдельно.
Способы получения энергии
Основные принципы получения энергии "из воздуха" открыты давно, но для практического применения не хватало уровня технического развития. С развитием электроники и материаловедения это стало возможным. В техническом и материальном плане солнечные батареи и ветрогенераторы доступны большинству потребителей, но сказывается определенный консерватизм населения России. Тепловой насос или биоэнергетическая установка - это уже серьезная инженерная и техническая задача. Но все они достойны внимания.
В странах Средиземноморья солнечная энергетика настолько развита, что правительства Испании и Италии закрывают государственные программы субсидирования частных потребителей.
Эффективность солнечной батареи зависит от длительности освещения и угла падения света. Оба фактора на территории России не совсем благоприятные. В чистом виде фотоэлектронные источники энергии применимы для специального назначения, в качестве вспомогательного устройства для подзарядки аккумулятора. К примеру, это может быть удаленный контрольно-измерительный прибор, который передает данные телеметрии на базу (трубопроводы, энергосети, метеорологические станции и т.п.). Кроме этого, солнечные батареи хорошо зарекомендовали себя в системах охраны, аварийного освещения и системах с низкой энергоемкостью.
Солнечный коллектор
Один из самых распространенных и отработанных вариантов теплового насоса является солнечный коллектор. Контур с низкокипящей жидкостью представляет собой большое количество очень тонких трубок, которые размещены в плоской светопоглощающей панели.
Компрессор прокачивает жидкость через панель, что обеспечивает её постоянный нагрев солнечным светом и эффективную работу контура отбора тепла.
Солнечный коллектор может быть использован, как самостоятельный элемент системы ГВС, так и совместно с тепловым насосом подземного размещения или с электрическим котлом (от ветряка) для автономного отопления жилого дома.
Эффективность солнечного коллектора достаточно высокая даже в пасмурную погоду. Следует предусматривать термоаккумулятор.
Сила ветра давно служит человеку, но только с появлением электроники и новых материалов стало возможным использовать легкий ветер (2 балла, до 3,3 м/с по шкале Бофорта) и не бояться штормовых нагрузок (10-11 баллов, 30 м/с и более).
Ветрогенератор с закрытыми металлокерамическими подшипниками, неодимовыми магнитами, стеклопластиковыми лопастями и прочным корпусом представляет собой абсолютно надежный и неприхотливый механизм, который хорошо подходит к жестким климатическим условиям России. Альтернативная энергетика для загородного дома , построенная на базе ветрогенератора, обладает высоким уровнем стабильности характеристик.
Термодинамические источники (тепловой насос)
Неисчислимые объемы энергии низкопотенциального тепла, которые "скрыты" в цикле Карно (Сади Карно, 1824 год), не дают покоя инженерам с момента его открытия. Современные технологии, материалы и достижения машиностроителей с электронщиками позволяют реализовать теоретические основы этого принципа на практике. Компрессорная и насосная техника, низкокипящие теплоносители, система трубопроводов и электронная система управления - этот не простой технический набор элементов дополняется разнообразием конкретных условий применения. Этим объясняется сложность массового внедрения систем отопления на основе принципа теплового насоса.
Но интерес к ТН в России нарастает. С развитием малоэтажного строительства количество предлагаемых моделей увеличивается. Но беда в том, что даже Финляндия (Ultimate), наиболее близкая к нам по климату, поставляет устройства, рассчитанные на среднегодовую температуру отопительного периода минус 7 град., а на 70% территории России она составляет минус 12-15. Доводка до нужных параметров - дело не простое.
Биоэнергетические источники
Источник этого класса относится к категории источников со сложными технологическими и техническими требованиями. Биологическая составляющая процессов предъявляет требования к температуре и давлению в зоне брожения, состав и консистенция сырья имеет свои параметры, а конечный продукт (метан) требует специальных условий для работы. Все это требует больших капиталовложений. Современные технологии подготовки сырья (коагуляция, центрифугирование, биодобавки) позволили уменьшить размеры метантенка более чем в два раза. Этот альтернативный источник энергии экономически целесообразен для фермерских хозяйств со стабильной и достаточной сырьевой базой.
Очень интересно дополнение биоэнергетической установки промышленным ветрогенератором. Зависимость от внешних сетей исчезает полностью, с высокой степенью энергобезопасности.
Варианты компоновки альтернативных источников
Предложенные в таблице варианты компоновки альтернативных возобновляемых источников энергии не может быть догмой. С подпиткой из сети вариантов становится еще больше.
Безусловно, стоимость оборудования и монтаж стоят не так дешево, что приводит к длительным срокам окупаемости проекта. К тому же, государство и энергетики не торопится выкупать излишки энергии, которые обязательно появятся, т.к. нормальный расчет ведется с запасом. Но если Вам, хоть раз, приходилось судиться с энергетической компанией по поводу сгоревшей бытовой техники или проводить и подключать электричество к удаленному дому и заглядывать в будущее, то цена уже не кажется запредельной. Сроки службы альтернативных источников энергии для дачи или загородного дома позволяют вырастить в таком доме не одного ребенка.
| Вид объекта | Параметры и состав источников альтернативной энергии | |
| Схема компоновки | ||
| Квартира (электронные потребители: телевизор, компьютер, муз. центр и освещение.) | 2,0-2,5/60-75 | солнечная батарея - АКБ - инвертор - контроллер |
| Дача (насос, холодильник, телевизор, освещение). Из расчета 2 дня без подзарядки АКБ. | 3,0-3,5/90-105 (лето) |
1) солнечная батарея (30%)- ветрогенератор - АКБ - инвертор - контроллер; 2) солнечная батарея (100%) - дизельгенератор - АКБ - инвертор - контроллер; 3) ветрогенератор - дизельгенератор - АКБ - инвертор - контроллер; |
| Загородный дом для постоянного проживания | 7-10/210-300 | ветрогенератор - дизельгенератор - АКБ - инвертор - контроллер; |
| Ферма с домом | 1) ветрогенератор - дизельгенератор - АКБ - инвертор - контроллер; 2) ветрогенератор - дизельгенератор - АКБ - инвертор - контроллер + тепловой насос. |
|
Вы можете обратится к менеджерам нашей компании и мы подберём для Вас оптимальный комплект , отвечающие энерготребованиям Вашего жилища.
Электроэнергия - это один из важнейших источников питания для частного дома. Электричество помогает в приготовлении пищи, отоплении помещения, закачке в него воды и в простом освещении. Оно в состоянии полностью заменить газоснабжение и центральный водопровод. Без электричества современный дом не считается благоустроенным и функциональным. Высоковольтные линии дотягиваются даже до самых отдаленных сел и поселков, снабжая их электричеством. Но все же остаются места, куда коммуникации не проложены, а монтаж их обойдется в приличную сумму. В данной ситуации выручат альтернативные источники энергии. Они экологически безопасны, полностью автономны и финансово выгодны. Владелец собственного источника электрической энергии не зависит от плановых ремонтных работ, поломок и веерных отключений, которые оставляют без света целые поселки. Самые распространенные и не совсем привычные нетрадиционные источники энергии подробно рассмотрены ниже.
Электрогенераторы
Первый и самый популярный источник энергии дома, который чаще всего встречается в частных домах - электрогенераторы. По типу используемого горючего они разделяются на дизельные, бензиновые и газовые.
Дизельные генераторы имеют массу преимуществ, среди них экономичность, надежность и низкий риск возникновения пожара. При регулярном ежедневном использовании дизельный генератор гораздо выгодней моделей с потреблением газа или бензина. Расход топлива у дизельного оборудования не велик, цена на топливо также не высока, он не требует дорогостоящих ремонтов и денежных вложений. Недостатки дизельных генераторов - большое количество выделяемых при работе газов, шум и высокая цена на сам аппарат. Цена оборудования с мощностью 5 кВт в среднем составляет 850 $.
Бензиновый генератор - данный аппарат идеально подходит как резервный или сезонный источник тока. Генераторы на таком типе топлива имеют небольшие размеры, издают мало шума при работе, сам аппарат имеет более низкую цену, чем дизельный аналог. Средняя цена бензинового генератора мощностью 5 кВт составляет 500 $. Недостатки использования бензинового электрогенератора - уровень шума хоть и низок, но он есть, во время работы выделяется большое количество углекислого газа, потому прибор необходимо размещать в отдельных комнатах с хорошей звукоизоляцией.
Газовые генераторы электричества зарекомендовали себя хорошо со всех сторон. Работают они как от природного газа, так и от сжиженного топлива в баллонах. Уровень шума у данных приборов самый низкий, моторесурс очень высок. Средняя цена на прибор мощностью 5 кВт составляет 600 $.
Использование солнечной энергии
Еще один альтернативный источник электрической энергии - энергия солнца. Используют ее не только для выработки электрической энергии, но и для обеспечения автономного отопления. Для получения электроэнергии от солнца устанавливаются солнечные батареи различной площади, которые оборудуются аккумулятором и инвертором. Среди преимуществ использования источников электричества на солнечной энергии значится:
- Способность возобновляться.
- Абсолютная бесшумность в работе.
- Безопасность для здоровья человека и для окружающей среды, так как используемые в данной технологии приборы не выбрасывают в атмосферу никаких веществ.
- Простота монтажа при самостоятельной установке.
Все эти качества и делают источники энергии солнца одними из самых популярных. Но есть у данного способа получения электричества и недостатки:
- Для домов с высоким показателем потребления электричества потребуется установка оборудования большой площади, которое займет много места на придомовой территории. Площадь станции должна быть не менее 10 м2. То есть данный тип получения энергии недоступен для владельцев небольших участков земли.
- Второй недостаток - зависимость от суточных и сезонных изменений в солнечном излучении.
- Третий - при работе данные установки не выделяют вредные вещества, но вот для изготовления фотоэлементов и гелиосистем, из которых состоит солнечная батарея, используются высокотоксичные вещества, которые сложно утилизировать.
Готовая станция имеет цену от 3500 до 7000 $. Более доступный способ получения энергии от солнца - коллекторы для нагрева воды. Данное оборудование улавливает солнечное тепло даже в те дни, когда звезда скрыта за тучами. Используется только для нагрева воды, электроэнергию не вырабатывает. Один коллектор удовлетворяет суточную потребность в горячей воде для семьи из трех человек. Цена варьирует от 1000 до 4000 $. Недостаток у данного вида оборудования только один, присущий и солнечным батареям - невозможность функционирования в зонах с низкой солнечной активностью и в ночное время суток.
Использование энергии ветра
Установки для преобразования энергии воздушного потока в электричество также уже не относятся в разряд фантастики и применяются повсеместно. Работают они по принципу ветряных установок, которые преобразовывают кинетическую энергию ветра в механическую энергию от вращения турбины. Данная энергия собирается и преобразуется инвертором в переменный ток. Минимальная скорость ветра, при которой образуется электричество от маховика - 2 м/с. Оптимальная скорость ветра - 8 м/с. По типу конструкции ветряные генераторы энергии делятся на модели с горизонтальным расположением ротора и с вертикальным.
Горизонтальная конструкция генератора имеет высокий показатель КПД, при монтаже используется небольшое количество материалов. Недостатки - для монтажа потребуется высокая мачта, сам генератор имеет сложную механическую часть, в обслуживании не удобен. Вертикальные отличает больший диапазон скоростей ветра, при котором они функционируют. Но при этом вертикальные ветряные генераторы не экономичны, так как требуют использования большего количества оборудования и материалов.
Использование ветряной станции ограничено показателями ветра в разрезе каждого сезона. Если в межсезонье, при повышенной активности воздуха, станция будет весьма эффективна, то в дни безветрия электричество вырабатываться не будет. Чтобы сгладить эту разницу и питать дом электрическим током бесперебойно, ветряную станцию оборудуют накопительным аккумулятором. Данная мера помогает накапливать энергию в ветреную погоду и использовать ее в периоды затишья.
Альтернативой установки аккумуляторной батареи к ветряной станции выступает преобразование энергии в тепло. Используют ее как для отопления, так и для горячего водоснабжения. В такой конструкции батарею заменяют водонакопительным баком. Использование ветряной станции в таком ключе позволяет снизить ее общую стоимость на 25%. Стоимость ветряной станции с аккумулятором составляет в среднем 10 000 $, без аккумулятора - 1000-2000 $.
Среди не очень приятных нюансов использования ветряной станции числится необходимость обустройство фундамента под оборудование. Его укрепляют особенно тщательно, чтобы во время сильных ветров мачту вместе с ветряком не вырвало из земли. Второй нюанс - возможность обледенения лопастей в зимний период, это снижает КПД станции. Во время работы данное оборудование образует шум и вибрации, потому монтируют его вдали от жилых строений.
Использование геотермальной энергии
Геотермальная энергия - это достаточно новый источник энергии для частного дома. В данном случае используется тепло, которое образуется в недрах планеты. Ядро Земного шара имеет высокую температуру, которая выходит на поверхность в вулканических областях, источниками воды и пара, а также содержится в глубоких слоях планеты. Геотермальное тепло используется как энергия источника тока и тепла.
Принцип работы геотермального источника энергии в частном доме достаточно прост - бурят скважину, в которую устанавливают тепловой насос. Установка качает из глубинных слоев горячую воду, при охлаждении она вырабатывают энергию, которая далее преобразуется в электричество. При работе данная установка расходует электрический ток, но при этом на каждый потраченный кВт она вырабатывает 5-6 кВт тока. Средняя стоимость установки для дома площадью 150 м2 составляет 30 000 $. Преимущества использования - неисчерпаемый источник энергии, который не зависит от сезона, времени суток и погодных условий.
Недостатки использования энергии Земли - термальная вода зачастую сильно минерализована и содержит токсические примеси, потому ее нельзя отправлять в обычные канализационные стоки. Отработанную воду возвращают в тот глубинный горизонт, из которого она была закачена. Некоторые ученые полагают, что данный вид получения энергии приводит к увеличению сейсмической активности в земной коре.
Использование энергии биомассы
О биотопливе уже наслышаны многие. Вокруг данного вида горячего разгорается масса споров и противоречивых отзывов. В качестве топлива для машин оно имеет привлекательную цену, но при этом до конца не понятно его влияние на мотор и его мощность. Но боитопливо применяется не только в качестве горючего для транспортных средств, но и как источник электрического тока. Данным горючим заменяют газ, бензин и дизель при заправке оборудования для выработки электрической энергии.
Биотопливо производится путем переработки различных растений. Для изготовления биологического дизеля применяют жиры из семян масляных культур, а бензин производят путем ферментации кукурузы, сахарного тростника, свеклы и других растений. Наиболее оптимальным источником биологической энергии признаны водоросли, так как неприхотливы, легко превращаются в боимассу с похожими на нефть маслянистыми свойствами.
Данная технология также позволяет получать биологический газ, который улавливают при брожении органических отходов пищевой промышленности и животноводства. В данном случае получают метан. При улавливании газа на свалках получают целлюлозный этанол. 1 тонна бесполезного мусора производит до 500 м3 полезного газа.
Что касается бытового использования биотоплива для выработки электрической энергии, то для этой цели приобретается индивидуальная биогазовая установка. Такой прибор вырабатывает природный газ из отходов. Стандартная установка ИБГУ-1 в сутки дает от 3 до 12 м3 газа, которые затем используются для отопления дома, заправки различного оборудования, в том числе и газового генератора электроэнергии. Стоимость биогазовой установки в среднем составляет 9 000 $.
Миниатюрная ГЭС
Еще один вид альтернативной энергетики, который успешно применяется в частных домах - индивидуальные ГЭС. В монтаже этот тип генераторов электричества является одним из самых сложных, но при этом его КПД значительно выше, чем у ветряных и солнечных источников. ГЭС сооружаются плотинные и бесплотинные, второй вариант наиболее прост и доступен. Такие установки называют еще проточными станциями. По устройству они делятся на станции с колесом, гирляндой, ротором Дарье и пропеллером.
- Станция с водяным колесом имеет центральную круглую часть с лопастями, которая установлена перпендикулярно водяной поверхности. При движении вода давит на лопасти и крутит колесо. Принцип работы такой же, как в ветряной станции, только же в качестве источника выступает вода. Более сложные конструкции колесных водяных электростанций - колесо-турбина, имеющее специальные лопатки для струи воды.
- Станция с гирляндой - это трос, на котором жестко закреплены роторы. Трос крепится на противоположных берегах водяного потока, роторы погружены в воду. При движении вода вращает роторы, а они передают это движение тросу.
- Станция с ротором Дарье - конструкция похожа на предыдущую, но здесь ротор расположен вертикально и вращается за счет разных показателей давления в его лопастях. Этот показатель создается за счет сложной формы поверхности.
- Станция с пропеллером - подводная установка с вертикальным ротором. Внешне данная установка схожа с ветряком, имеющим маленькие лопасти.
Среди представленных разновидностей ГЭС наиболее неудобной считается гирляндная установка. Она имеет низкую производительность, сама конструкция представляет опасность для окружающих людей, монтаж станции требует расхода большого количества материалов. Ротор Дарье более удобен, так как ось расположена вертикально и ее установка возможна над водой. Но смонтировать такую станцию достаточно сложно и ротор при старте необходимо раскручивать. Наиболее оптимальный вариант для изготовления своими руками - станция с пропеллером или колесом. Средняя стоимость станции мощностью 6 кВт составляет 8 000-10 000 $.
