Обзор видов альтернативной энергетики для дома

Альтернативная энергетика для дома - это будущее, которое уже здесь. Современные способы получения электроэнергии - солнечные батареи, ветрогенераторы, биогазовые системы, гидроэлектростанции.

Откуда можно получать альтернативную энергию для дома

На самом деле энергия, в том или ином виде, в природе есть практически везде — солнце, ветер, вода, земля — везде есть энергия. Основная задача — извлечь ее оттуда. Этим человечество занимается уже не одну сотню лет и достигло неплохих результатов. На сегодняшний момент альтернативные источники энергии могут обеспечить дом теплом, электроэнергией, газом, теплой водой. Причем альтернативная энергетика не требует каких-то сверх навыков или сверх знаний. Все можно сделать для своего дома своими руками. Итак, что можно сделать:

  • Использовать солнечную энергию для получения электрической энергии или для подогрева воды — для ГВС или низкотемпературного отопления (солнечные батареи и коллекторы).
  • Преобразовывать энергию ветра в электричество (ветрогенераторы).
  • При помощи тепловых насосов отапливать дом, отбирая тепло у воздуха, земли, воды (тепловые насосы).
  • Получать газ из отходов жизнедеятельности домашних животных и птицы (биогазовые установки).

alternativnie-istochniki-energii-8-600x360.jpg

Альтернативная энергетика — способ самостоятельно обеспечить собственные потребности

Все альтернативные источники энергии способны полностью обеспечить потребности человека, но для этого требуются слишком большие капиталовложения или/и слишком большие площади. Потому разумнее делать комбинированную систему: получать энергию от альтернативных источников, а при недостатке «добирать» из централизованных сетей.

Солнечные батареи

Солнечный поток – это энергия, при помощи которой получают:

  • тепло для обогрева дома;
  • электричества – свет и работа электроприборов.

Плюсы:

  • неограниченность ресурса;
  • экологичность;
  • полная бесшумность;
  • трансформация исходной энергии в разные виды;
  • самостоятельное конструирование.

КПД солнечных панелей зависит от интенсивности ухода за ними. При появлении налета пыли или грязи отдача снижается.

У монокристаллов коэффициент полезного действия составляет 14%, тогда как у поликристаллов – 9%.

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.

alternat-energiya5-1-2-430x311.jpg
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.

Солнечные коллекторы не вырабатывают электроэнергию, как это делают гелиобатареи. Их работа заключается в нагреве среды, которую можно транспортировать в систему отопления или использовать в качестве санитарной воды

Основным рабочим элементом солнечных коллекторов являются трубки, по которым перемещается вода или воздух. Нагретый солнцем водяной или воздушный теплоноситель из трубок поступает в коллекторную трубу, по которой далее перемещается в контур отопления или к потребителям горячей воды

Нагретую солнцем воду можно не передавать сразу потребителю, а "накапливать" для последующего использования. Для этого в систему включают теплоаккумулятор

Солнечный коллектор на загородном участке превосходно справится с подготовкой воды для принятия гигиенических процедур и полива зеленых насаждений, для нагрева воды бассейна, для технических целей

Народные умельцы и любители дачной жизни собираются солнечные коллекторы из всевозможных подручных материалов. К примеру, из ПВХ, ПНД и ПП труб, оставшихся после сооружения водопроводной системы

Практически бесплатным, но эффективным решением для подогрева воды на даче станет гелиосистема из пустых пластиковых бутылок

В изготовлении самодельного солнечного коллектора пригодятся детали отслужившего холодильника, особенно змеевик, по которому раньше курсировал фреон

Подойдут даже пустые алюминиевые и жестяные банки из-под напитков, из которых можно собрать вполне производительный прибор. Любой из представленных вариантов позволяет решить проблему нагрева воды на участках, не подключенных к централизованному ГВС

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.

alternat-energiya6-430x242.jpg
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.

alternat-energiya7-430x323.jpg
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.

Получение электроэнергии из недр земли

Чтобы получить из недр Земли энергию, устанавливают тепловой насос, работающий по геотермальному принципу. Схема универсальная – она дает возможномть получать электричество как из почвы, так и из грунтовых вод.

Генератор из биоотходов

Биогаз также используется для отопления. Принцип работы прибора аналогичен тем, которые работают на природном топливе. Получают энергоресурсы благодаря жизнедеятельности анаэробных бактерий. Отходы помещают в закрытую емкость. В баке процесс жизнедеятельности бактерий приводит к выделению газа метана.

Недостаток – нужен постоянный источник отходов. Поэтому станцию, работающую на биотопливе, используют на фермах.

Энергия из ветра

Использование ветрогенератора основано на принципе мельницы. Вращающиеся лопасти вырабатывают электричество.

Применение возможно только в областях, где постоянно дуют ветра, которые должны обладать достаточной мощностью, для того, чтобы вращать лопасти.

Самодельная гидроэлектростанция

Если в шаговой доступности находится ручей со стремниной, то на нем можно организовать самодельную электростанцию. Это даст дополнительную возможность получать электричество.

Что такое ветрогенераторы и как их использовать

Ветрогенератор – это оборудование, которое преобразует энергию ветра в электрическую. Плюс заключается в том, что источник электроэнергии есть всегда, и бесплатный. Но есть в этом случае и ограничение – по месту установки. Монтировать генераторы целесообразно в регионах, где среднегодовая скорость ветра достигает высоких отметок. Это равнинные и прибрежные районы.

1566387518_wind_generator.png

Если вы решили купить ветрогенератор для дома, должны знать, что сам по себе он не даст никакого толку. Чтобы система работала полноценно, в нее должны входить следующие элементы:

  • инвертор;
  • контроллеры;
  • аккумулятор;
  • кабели;
  • соединители и крепежи.

Сразу обозначим, что в эксплуатации ветрогенераторов может возникать ряд проблем, о которых следует знать, чтобы избежать впоследствии разочарования. Вот основные моменты:

  • высокая стоимость оборудования;
  • если среднегодовая скорость ветра в регионе маленькая, установка не окупится;
  • оборудование работает шумно, поэтому устанавливать его нужно подальше от дома. Обычно ветряные электростанции устанавливают в полях, используют в промышленных целях. Это оптимальное решение для их применения.

Виды ветряных генераторов

По типу крепления ротора существуют модификации:

  • Горизонтальные – отличаются минимальным количеством материалов для изготовления и большим КПД. Минусы прибора заключаются в высокой монтажной мачте и сложности механической части.
  • Вертикальные – работают в большом диапазоне ветровой скорости. Специфика генератора – необходимость дополнительной фиксации мотора.

По количеству лопастей существуют одно- или многолопастные модели. По материалу лопасти классифицируются на парусные и жесткие. Винтовой шаг установки бывает изменяемым (можно выставить рабочую скорость) и фиксируемым.

При строительстве ветровой установки обязательно создается и укрепляется фундамент.

Конструкция ветрогенератора

skhema_vetrogenerator_0-1-320x310.png
Конструкция ветрогенератора

Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:

  • вышка – ставится в ветреной зоне;
  • лопастный генератор;
  • контроллер лопастей – преобразует переменный ток в постоянный;
  • инвертор – трансформирует постоянный ток в переменный;
  • накопительный аккумулятор;
  • резервуар для воды.

Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.

Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины

dsc06055-320x240.jpg
Создание ветрогенератора из автомобильного генератора

Поскольку комплект для сборки ветрогенератора стоит от 250 до 300 тыс. руб, конструкцию целесообразно сделать собственноручно. Понадобится генератор автомобиля и аккумуляторная батарея.

Лопасти обеспечивают работу других устройств ветряка. Самостоятельно их можно изготовить из ткани, металла или пластиковой трубы следующим образом:

  1. Выбрать материал с хорошей ветроустойчивостью – толщиной от 4 см.
  2. Рассчитать длину лопасти так, что диаметр трубы равнялся 1/5.
  3. Обрезать трубу и применять ее в качестве шаблонов.
  4. Пройтись по краям всех элементов наждачкой для удаления неровностей.
  5. Зафиксировать пластиковые лопасти на диске из алюминия.
  6. Произвести балансировку колеса посредством фиксирования в горизонтальном положении.
  7. Обточить края ветрового колеса при вращении.

Оптимальная схема лопастей – большое количество, но меньший размер.

truby-dlya-machty-320x240.jpg
Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться

Проект изготовления мачты нужно начать с выбора материала. Понадобится стальная труба длиной 7 м и диаметром 150-200 м. При наличии препятствий колесо поднимается выше их на 1 м.

Для дополнительной устойчивости конструкции изготавливаются колышки под растяжку из стального или оцинкованного троса 6-8 мм в толщину. Мачту и колышки нужно забетонировать.

Процесс переделки автогенератора заключается в перемотке старторного узла и создании ротора на основе неодимовых магнитов. В приборе просверливаются отверстия под них. Магниты нужно ставить, чередуя полюса и заполнять пустоты эпоксидкой.

Ротор оборачивается бумагой для перемотки катушки в одном направлении по трехфазной схеме. На последнем этапе генератор тестируется – при 300 оборотах должно показывать 30 В.

Чем больше витков на катушке, тем эффективнее работает генератор.

Альтернативные ветровые источники тепла и электрической энергии собираются после изготовления поворотной оси. Понадобится труба с двумя подшипниками и хвостовая часть из оцинкованного листа 1,2 мм в толщину.

Генератор крепится к мачте посредством рамы их профтрубы. Расстояние от балки до лопастей должно быть больше 25 см. После сборки базовой конструкции монтируются контроллер заряда, инвертор и АКБ.

Энергия биотоплива: применение биогазовых установок

Биогазовые установки – это один из эффективных способов обеспечения качественного отопления и горячего водоснабжения дома. Работает оборудование на пищевых отходах и продуктах отходов жизнедеятельности домашнего скота, птицы. Полученный биогаз можно применять сразу по назначению или сжигать в газогенераторе, чтобы получить электроэнергию.

1566388058_biotoplivo.png

Главным преимуществом биогазовых установок принято считать доступность в эксплуатации. Большинство владельцев частных домов имеет свое хозяйство, благодаря которому недостатка в сырье не возникнет.

Рассмотрим принцип работы оборудования. Сырье, например, навоз, помещается в специальную емкость, где без доступа кислорода нагревается на водяной бане для запуска процессов брожения в результате размножения бактерий. Чтобы брожение шло активнее, смесь нужно периодически перемешивать. Делать это можно вручную или с применением специальной электрической мешалки. Если создать идеальные условия переработки навоза и соблюдать технологию, из 4-5 литров исходного сырья удастся получить примерно литр биогаза.

Газ осушается и подается на горелки, газогенератор для переработки и получения электроэнергии.

Отметим, что биогазовые установки применяют не только в частных домовладениях, но и на предприятиях. Тут они представляют собой крупные подземные бункера с хорошей теплоизоляцией. Иногда их разделяют на секции, чтобы обеспечить непрерывное поступление биогаза. Процесс полноценной переработки исходного сырья занимает от 3 до 30 дней. Отработанное сырье из установок удаляется. 

Биогазовые установки – тоже неплохое решение, особенно для домовладений со скотом и птицей. Сложность заключается только в обустройстве системы, необходимости участия человека в процессе ее эксплуатации.

Биогазовая система для частного дома

otoplenie-320x187.jpg
Простейшая биогазовая установка

Простейший биореактор – емкость с крышкой и механизмом перемешивания. В крышке проделывается отверстие для шланга отвода газа. Его количества будет достаточно для 1-2 горелок.

Подземный или надземный бункер увеличивает полезный объем. Конструкция под землей изготавливается из железобетона с верхним слоем теплоизоляции. Емкость делится на отсеки. Навоз загружают в транспортер, заполняя бункер на 80-85 %. Остальная площадь используется для скопления газа. Он выводится через специальную трубку, второй конец которой находится в гидрозатворе. После осушения очищенный газ поступает в дом.

Альтернативные виды добычи тепловых ресурсов и электроэнергии в настоящее время недоступны жителям квартир. Их могут использовать жители частных домов и фермерские хозяйства. Единственный недостаток возобновляемых источников – затраты на обустройство системы, но финансовые вложения окупаются через 1-2 года эксплуатации.

Солнечные коллекторы: тонкости применения

Чтобы понять принцип работы солнечных коллекторов, вспомните летний душ – устанавливаете металлический бак с водой над душевой кабиной и располагаете таким образом, чтобы он максимальное количество времени находился под прямыми солнечными лучами. Нагретую воду используете для купания.

1566387436_solar_collectors.png

Солнечные коллекторы – это современная вариация летнего душа. Устройства представляют собой систему труб, по которым циркулирует вода. Для лучшего нагрева жидкости трубы окрашивают в черный цвет, потому как он притягивает солнечные лучи.

Работа системы основана на способности воды к циркуляции при нагреве. Для этого бак теплообменника должен быть установлен выше труб коллектора. При нагревании вода поднимается в верхнюю часть теплообменника. Холодная жидкость опускается в нижнюю часть, где нагревается под солнечными лучами.

Такой принцип работы позволяет обойтись без дополнительного оборудования, сделать эксплуатацию системы экономнее без потери в производительности. И сразу отметим, что сконструировать ее можно самостоятельно. Но лучше отдавать предпочтение промышленному оборудованию, которое будет работать лучше, обеспечивая дом горячей водой круглый год. Цена вопроса в этой ситуации выше, но она полностью окупается во время эксплуатации системы.

Чтобы пользоваться горячей водой круглый год, а в холодное время обеспечивать дом еще и отоплением, лучше выбирать вакуумные типы коллекторов. Они отличаются конструкцией – теплоноситель находится в медных трубках, которые помещены в стеклянные колбы большего диаметра. Между ними воздух полностью откачан. Такая особенность говорит об идеальной теплоизоляции, защите теплоносителя от потери температуры. 

На практике солнечные коллекторы часто применяют санатории, отели, базы отдыха, у которых наплыв посетителей приходится на теплое время года. Также они есть в частных домовладениях, где хозяева используют зимой другой способ отопления и подогрева воды. 

Отопление дома при помощи тепловых насосов

1447678290_teplovye-nasosy-1-320x238.jpg
Отопление с помощью тепловых насосов

Европа уже несколько лет использует тепловые насосы, взаимодействующие со всеми альтернативными видами электроэнергии. В летнее и зимнее время установки забирают тепло из почвы, воздуха, воды и направляют его на обогрев помещения.

Разновидности тепловых насосов

В зависимости от потребностей в обогреве можно подобрать модели с 1, 2, 3 контурами, 1-2 конденсаторами. Они будут работать на нагрев и охлаждение либо исключительно на нагрев.

По типу энергоисточника и способу добычи электроэнергии устройства бывают:

  • Воздух-вода. Тепловые потоки забираются из воздуха и нагревают воду. Системы подходят для климатических зон с зимней температурой -15 градусов.
  • Земля-вода. Актуальны для умеренного климатического пояса. Монтируются в грунт посредством коллектора или зонда без разрешительных документов на бурение.
  • Вода-вода. Устанавливаются рядом с водоемами. Зимой насос за счет нагрева источника обеспечивает теплом большой дом.
  • Вода-воздух. Источник энергии – водоем. Тепловые потоки при помощи компрессора поступают в воздух. Он становится теплоносителем.
  • Земля-воздух. Почва является источником тепла, которое передается в воздух компрессором. Переносчик энергии – жидкости-антифризы.
  • Воздух-воздух. Приборы работают по принципу кондиционера – на охлаждение и обогрев.

Выбор источника тепла зависит от геологии местности и наличия препятствий для земляных мероприятий.

Как работает тепловой насос

81vfc45e7-320x196.png

Тепловой насос функционирует на основании цикла Карно – повышения температуры при резком сжатии теплоносителя. Поскольку устройства имеют 3 рабочих контура (2 – наружных, 1 – внутренний), конденсатор, испаритель и компрессор, схему их действия можно представить так:

  1. Теплоноситель первого контура (находится в воде, на воздухе, в земле) забирает тепло и источников с низкими потенциалами. Максимальная температура узла около + 6 градусов.
  2. Низкотемпературный носитель с низкой температурой находится во внутреннем контуре. Хладагент при нагреве испаряется, его пар в компрессоре сжимается. В этот момент выделяется тепло. Температура паров – от +35 до +65 градусов.
  3. Тепло в конденсаторе попадает на теплоноситель из контура отопления. Пары становятся конденсатом и направляются в испаритель.

Цикл работы теплонасоса постоянно повторяется.

Тепловой насос из подручных материалов

cba0a2274dc48142a5df8a1a37bb15af-320x238.jpg
Самодельный тепловой насос

Самоделка вполне реальна, если у вас имеются рабочие детали от бытовой техники.

Для подготовки конденсатора и компрессора понадобится:

  1. Сделать компрессор насоса из компрессора холодильника либо кондиционера. Деталь фиксируют мягкой подвеской на стене котельной.
  2. Сделать конденсатор. Оптимальный вариант – резервуар из нержавейки на 100 л.
  3. Разрезать емкость болгаркой пополам, а потом вставить змеевик (медная трубка холодильника или кондиционера).
  4. После монтажа змеевика сварить половинки бака.

Для качественного шва пользуйтесь аргоновой сваркой.

bez-nazvaniya-5.jpg
Для теплового насоса нужны две скважины

Испаритель изготавливается на основе пластикового бака на 75-80 л со змеевиком из медной трубы ¾ дюйма в диаметре. Она обматывается вокруг стальной трубы 300-400 мм в диаметре. Витки фиксируются перфоуглом.

На змеевике нарезается резьба для сцепки с трубопроводом. В установку закачивается хладагент, после чего испаритель крепится на стену.

Оптимальным источником для данных альтернативных способов получения тепла и электроэнергии будет вода из скважины либо колодца. Жидкость не замерзает даже в зимнее время.

Понадобится 2 скважины:

  • для забора воды и ее подачи к испарителю;
  • для сброса отработанной воды и ее поступления на испаритель.

Автономность теплового насоса обеспечат автоматические механизмы контроля движения теплоносителя по контурам отопления и давления фреона.

Видео

Добавьте свой комментарий: