Альтернативные источники электроэнергии – что это такое, виды, в России, плюсы и минусы

что это такое, виды, в России, плюсы и минусы

Когда запасы традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь, неумолимо уменьшаются и их стоимость достаточно высока, а использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, все большее количество стран в своей энергетической политике, обращают свои взоры в сторону альтернативных источников энергии.

Что это такое

Содержание статьи

Альтернативные источники энергии – это экологически чистые, возобновляемые ресурсы, при преобразовании которых, человек получает электрическую и тепловую энергию, используемую для своих нужд.

К таким источникам относятся энергия ветра и солнца, воды рек и морей, тепло поверхности земли, а также биотопливо, получаемое из биологической массы животного и растительного происхождения.

Виды альтернативной энергетики

В зависимости от источника энергии, который в результате преобразования позволяет получать человеку электрическую и тепловую энергии, используемые в повседневной жизни, альтернативная энергетика классифицируется на несколько видов, определяющих способы ее генерации и типы установок служащих для этого.

Энергия солнца

Солнечная энергетика основана на преобразовании энергии солнца, в результате которого получается электрическая и тепловая энергии.

Получение электрической энергии основано на физических процессах, происходящих в полупроводниках под воздействием солнечных лучей, получение тепловой – на свойствах жидкостей и газов.

Для генерации электрической энергии комплектуются солнечные электростанции, основой которой служат солнечные батареи (панели), изготавливаемые на основе кристаллов кремния.

Основой тепловых установок — служат солнечные коллекторы, в которых энергия солнца преобразуется в тепловую энергию теплоносителя.

Мощность подобных установок зависит от количества и мощности отдельных устройств, входящих в состав тепловых и солнечных станций.

Энергия ветра

Ветровая энергетика основана на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в электрическую энергию, используемую потребителями.

Основой ветровых установок служит ветровой генератор. Ветровые генераторы различаются по техническим параметрам, габаритным размерам и конструкции: с горизонтальной и вертикальной осью вращения, различным типом и количеством лопастей, а также по месту их расположения (наземное, морское и т.д.).

Сила воды

Гидроэнергетика основана на преобразовании кинетической энергии водных масс в электрическую энергию, которая также используемую человеком в своих целях.

К объектам данного вида относятся гидроэлектростанции различной мощности, устанавливаемых на реках и иных водных объектах. В таких установках, под воздействием естественного течения воды, или путем создания плотины, вода воздействует на лопасти турбины вырабатывающей электрический ток. Гидротурбина, является основой гидроэлектростанций.

Еще один способ получения электрической энергии путем преобразования энергии воды – это использование энергии приливов, посредством строительства приливных станций. Работа таких установок основана на использовании кинетической энергии морской воды в период приливов и отливов, происходящих в морях и океанах под воздействием объектов солнечной системы.

Тепло земли

Геотермальная энергетика, основана на преобразовании тепла, излучаемого поверхностью земли, как в местах выброса геотермальных вод (сейсмически опасные территории), так и в иных регионах нашей планеты.

Для использования геотермальных вод используются специальные установки, посредством которых внутреннее тепло земли преобразуется в тепловую и электрическую энергии.

Использования теплового насоса позволяет получать тепло из поверхности земли, вне зависимости от места его расположения. Его работа основана на свойствах жидкостей и газов, а также законах термодинамики.

Тепловые насосы различаются по мощности и своей конструкции, зависящей от первичного источника энергии, определяющей их тип, это системы: «грунт-вода» и «вода-вода», «воздух-вода» и «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух», «фреон-вода» и «фреон-воздух».

Биотопливо

Виды биотоплива различаются по способам его получения, его агрегатному состоянию (жидкое, твердое, газообразное) и видам использования. Объединяющим все виды биотоплива показателем, служит то, что основой для их производства служат органические продукты, посредством переработки которых получается электрическая и тепловая энергии.

Твердые виды биотоплива — это дрова, топливные брикеты или пеллеты, газообразные – это биогаз и биоводород, а жидкие – биоэтанол, биометанол, биобутанол, диметиловый эфир и биодизель.

Плюсы и минусы использования

Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования.

Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плюсы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся:

• Плюсами использования являются:
• Возобновляемость альтернативных источников энергии;
• Экологическая безопасность;
• Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
• Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
• Минусы использования:
• Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
• Низкий КПД установок;
• Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
• Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.

Альтернативные источники энергии в России

В нашей стране, как и во многих технически развитых странах мира, использованию альтернативных источников энергии уделяется особое внимание. Это обусловлено большими территориями, на которых и в настоящее время нет централизованных источников энергии, а также общемировой тенденцией, связанной с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

В разных регионах страны получили развитие разные виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением и возможностью использования того или иного первичного источника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

В промышленных масштабах, данный вид энергетики, также присутствует в нашей стране.

Общая установленная мощность солнечных электростанций превышает 400,0 МВт, из них наиболее крупными являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

На стадии разработки проектной документации и различных этапах строительства, находятся более 50 объектов солнечной генерации, расположенных в различных регионах, от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветровые энергетические установки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, также существуют на территории нашей страны, хотя их доля, в общей мощности энергетической системы, значительно ниже, чем солнечных электростанций.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет немногим больше 100,0 МВт, из них наиболее мощные, это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

На стадии проектирования и строительства, находятся 22 ветровые энергетические установки, общей мощностью более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Этот вид альтернативной энергетики наиболее распространен на территории России. В настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС установленными на реках, в разных регионах страны, превышает 20,0 % от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Суммарная установленная мощность гидроэлектростанций, на начало 2017 года, составляет 48085,94 МВт, а их количество – 191объект генерации, различной мощности и конструкции.

Энергию приливов также используют в нашей стране, для производства электрической энергии. В Мурманской области со второй половины ХХ века работает Кислогубская приливная электростанция, которая в 2007 году была реконструирована и в настоящее время, ее установленная мощность составляет 1,7 МВт.

В настоящее время ведется разработка экономического обоснования и проектной документации по строительству подобных станций в Охотском (Пенжинская и Тугурская ПЭС) и Белом (Мезенская) морях.

Геотермальная энергетика

Энергия недр нашей планеты, ее тепло, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. В нашей стране, этот вид энергетики, в силу ее особенностей, распространен на Дальнем Востоке.

В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций установленной мощностью 80,1 МВт, три из которых расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская) и по одной на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Данный вид энергоресурсов не так широко распространен, как традиционные виды топлива или гидроэнергетика. Тем не менее, в связи с тем, что в нашей стране развита лесная и деревообрабатывающая промышленности и большие территории заняты выращиванием сельскохозяйственных культур, то и на этот вид энергетики обращается все большее внимание.

Последние годы построено большое количество заводов по переработке отходов древесины, из которых изготавливаются топливные брикеты и гранулы (пеллеты). Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

Из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо для дизельных двигателей и установок, где они сжигается, в результате чего осуществляется производство тепловой и электрической энергий.

Данный вид топлива не получил широкого распространения в нашей стране, но тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Использование для частного дома

Использование альтернативных источников для отопления загородного дома или дачи, а также для его электроснабжения, может быть осуществлено достаточно успешно. В этом случае все зависит от региона проживания пользователя и места расположения объекта потребления энергии.

Способность вырабатывать электрический ток солнечными станциями и ветровыми установками зависит от активности солнца и скорости ветра в месте их размещения, а также прочих погодных явлений, характеризующих этот регион.

Устройство микро ГЭС возможно только при наличии вблизи объекта потребления реки или иного водоема, а геотермальной станции – при присутствии близко расположенных к поверхности земли геотермальных вод.

Биотопливо в виде дров и продуктов отходов деревопереработки, возможно в регионах страны богатых лесами, с развитой промышленностью данного направления.

Получение биогаза и жидкого топлива — доступно там, где большие территории отведены под выращивание сельскохозяйственных культур, что позволяет иметь большой запас биомассы, используемой для производства этих видов топлива.

Можно ли сделать своими руками в домашних условиях

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для:

• Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок.
• Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов.
• Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности.
• Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.

alter220.ru

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.

Такой 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.

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.

Смотреть далее: 10 самых красивых ветряных электростанций мира

recyclemag.ru

Альтернативные источники энергии для дома

Главная » Разное » Альтернативная энергия для частного дома

Для владельцев частных домов есть возможность значительно уменьшить счета за коммунальные услуги или вообще не пользоваться услугами поставщиков тепла, электроэнергии и газа. Можно даже обеспечить немалое хозяйство, а при желании и продавать излишки. Это реально и некоторыми уже проделано. Для этого используют альтернативные источники энергии. 

Альтернативные источники энергии могут обеспечить все потребности

Откуда можно получать энергию и в каком виде

Содержание статьи

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).

  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.

Использование солнечной энергии

Один из самых мощных альтернативных источников энергии для дома — солнечное излучение. Для преобразования солнечной энергии есть два типа установок:

• солнечные батареи вырабатывают электрический ток;
• солнечные коллекторы греют воду.

  От солнечной энергии можно греть воду или получать электрический ток

Не стоит думать что работают установки только не юге и только летом. Хорошо они работают и зимой. В ясную погоду при выпавшем снеге выработка энергии только немного ниже летней. Если в вашем регионе большое количество ясных дней, использовать подобную технологию можно.

Солнечные батареи

Солнечные батареи собирают из фотоэлектрических преобразователей, которые изготавливают на базе минералов, которые под действием солнечного света испускают электроны — вырабатывают электрический ток. Для частного применения используются кремниевые фотопреобразователи. По своей структуре они бывают монокристаллическими (сделаны из одного кристалла) и поликристаллическими (много кристаллов). Монокристаллические имеют более высокий КПД (13-25% в зависимости от качества)  и более продолжительный срок службы, но стоят дороже. Поликристаллические вырабатывают меньше электроэнергии (9-15%) и быстрее выходят из строя, но имеют более низкую цену.

Это поликристаллический фотопреобразователь. Обращаться с ними надо аккуратно — они очень хрупкие (монокристаллические тоже, но не в такой степени)

Сборка солнечной батареи своими руками несложна. Сначала надо приобрести некоторое количество кремниевых фотоэлементов (количество зависит от требуемой мощности). Чаще всего их покупают на китайских торговых площадках типа АлиЭкспресс. Затем порядок действий прост:

• Сделать каркас (из деревянных планок или металлических уголков). Установить на него подложку. Прозрачную — стекло, оргстекло (монолитный поликарбонат) — если солнечная батарея будет висеть на окне, и непрозрачную (фанера, окрашенная в белый цвет), если устанавливать батарею будете не крыше.
• При помощи алюминиевых проводников соединить элементы в одну батарею (параллельно). Проводники могут быть сразу припаяны к пластинам (стоят чуть дороже) или придется покупать отдельно и затем паять самостоятельно.
• Готовую батарею надо загерметизировать. Заливают ее эпоксидной смолой или проклеивают специальной пленкой EVA. При герметизации необходимо следить чтобы не было пустот — воздушных пузырьков. Они очень сильно снижают производительность батареи, потому выгоняем их тщательно.

  Это уже готовая солнечная батарея

Несколько слов о том, почему подложку для солнечной панели (батареи) надо красить в белый цвет. Рабочий диапазон температур кремниевых пластин от — 40°C до +50°C. Работа при более высоких или низких температурах приводит к быстрому выходу элементов из строя. На крыше, летом, в закрытом объеме, температура может быть намного выше +50°C. Потому и необходим белый цвет — чтобы не перегреть кремний.

Солнечные коллекторы

При помощи солнечных коллекторов можно нагревать воду или воздух. Куда направлять нагретую солнцем воду — в краны для горячего водоснабжения или в систему отопления — выбираете вы сами. Только отопление будет низкотемпературным — для теплого пола, то что требуется. Но для того, чтобы температура в доме не зависела от погоды, систему требуется сделать резервируемой, чтобы при необходимости подключался другой источник тепла или котел переходил на другой источник энергии.

Наиболее распространенные трубчатые солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы есть трех видов: плоские, трубчатые и воздушные. Наиболее распространенные — трубчатые, но и другие тоже имеют право на существование.

Плоские пластиковые

Две панели — черная и прозрачная — соединены в один корпус. Между ними расположен медный трубопровод в виде змейки. От солнца нижняя темная панель нагревается. от нее греется медь, а от нее — проходящая по лабиринту вода. Такой способ использования альтернативных источников энергии не самый эффективный, но привлекателен тем, что он очень прост в исполнении. Таким образом можно нагревать воду в бассейне. Надо будет только зациклить ее подачу (при помощи циркуляционного насоса). Точно также можно подогревать воду в емкости для летнего душа или использовать ее для бытовых нужд. Недостаток подобных установок — низкая эффективность и производительность. Чтобы нагреть большой объем воды, нужно или много времени, или большое количество плоских коллекторов.

Плоский солнечный коллектор

Трубчатые коллекторы

Это стеклянные трубки — вакуумные или коаксиальные — по которым протекает вода. Специальная система позволяет по максимуму концентрировать в трубках тепло, которое передается протекающей через них воде.

Трубчатые коллекторы могут быть вакуумными и перьевыми

В системе обязательно есть накопительная емкость, в которой вода и греется. Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом. Такие системы самостоятельно не сделать — стеклянные трубки сделать своими руками проблематично и это — главный недостаток. Вместе с высокой ценой он сдерживает широкое внедрение этого источника энергии для дома. А сама система очень эффективна, на «ура» справляется с нагревом воды для ГВС и вносит приличный вклад в отопление.

Схема организации отопления и ГВС за счет альтернативных источников энергии — с использованием солнечных коллекторов

Воздушные коллекторы

В нашей стране они встречаются очень редко и зря. Они просты, их легко можно сделать своими руками. Единственный минус — требуется большая площадь: могут занимать всю южную (восточную, юго-восточную) стену. Система очень похожа на плоские коллекторы — черная нижняя панель, прозрачная верхняя, но греют они напрямую воздух, который принудительно (вентилятором) или естественным путем направляется в помещение. Несмотря на кажущуюся несерьезность, таким способом можно на протяжении светового дня греть небольшие помещения, в том числе и технические или подсобные: гаражи, дачи, сараи для живности.

Устройство возушного коллектора

Такой альтернативный источник энергии как солнце, дарит нам свое тепло, но большая его часть уходит «в никуда». Словить небольшую ее долю и использовать для личных нужд — вот задача, которую решают все эти приспособления.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии хороши тем, что они по большей части относятся к возобновляемым ресурсам. Самый вечный, наверное, ветер. Пока есть атмосфера и солнце, ветер тоже есть. Может какой-то непродолжительный период воздух и будет неподвижным, но очень недолго. Наши предки использовали энергию ветра в мельницах, а современный человек преобразует ее в электричество. Все что для этого требуется:

• вышка, установленная в ветреном месте;
• генератор с приделанными к нему лопастями;
• накопительной батареи и системы распределения электрического тока.

Вышка строится любая, из любого материала. Накопительная батарея — аккумулятор, тут ничего не придумаешь, а куда подавать электричество — ваш выбор. Остается только сделать генератор. Его тоже можно купить уже готовым, но вполне можно сделать из двигателя от бытовой техники — стиральной машины, шуруповерта и т.п. Нужны будут неодимовые магниты и эпоксидная смола, токарный станок.

Схема обеспечения частного дома электричеством за счет альтернативных источников энергии (ветрогенератор и солнечные батареи)

На роторе мотора размечаем места под установку магнитов. Они должны находится на равном расстоянии друг от друга. Ротор выбранного мотора обтачиваем, формируя «посадочные места». Дно выемки должно иметь небольшой наклон, чтобы поверхность магнита была наклонена. В выточенные места на жидкие гвозди приклеиваются магниты, заливаются эпоксидной смолой. Поверхность затем наждачной бумагой доводится до гладкости. Далее надо приделать щетки, которые будут снимать ток. И все, можно собирать и запускать ветрогенератор.

Такие установки довольно эффективны, но их мощность зависит от многих факторов: интенсивности ветра, того, насколько правильно сделан генератор, насколько эффективно снимается разность потенциала щетками, от надежности электрических соединений и т.п.

Тепловые насосы для отопления дома

Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха

Принцип работы

Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.

Схема теплового насоса для использования альтернативных источников энергии

У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:

• В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
• Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.
• В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло

Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:

• Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.

  В воде сделать термальное поле проще всего

• Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.

  Большой объем земляных работ

• Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, сделать буровую установку самостоятельно, но работа все равно нелегкая.

  Со скважинами требуется меньше места

• Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.

  Самые компактные, но и самые нестабильные тепловые насосы, отбирающие тепло у воздуха

Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.

Все альтернативные источники энергии имеют природное происхождение, но получать двойную выгоду можно только от биогазовых установок. В них перерабатываются отходы жизнедеятельности домашних животных и птицы. В результате получается некоторый объем газа, который после очищения и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для повышения урожайности — получается очень эффективное и безопасное удобрение.

Из навоза тоже можно получать энергию, только не в чистом виде, а в виде газа

Коротко о технологии

Образование газа происходит при брожении, и участвуют в этом бактерии, живущие в навозе. Для выработки биогаза подходят отходы любого скота и птицы, но оптимален навоз КРС. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» — в нем содержатся именно нужные для переработки бактерии.

Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда — брожение должно проходить без доступа кислорода. Потому эффективные биореакторы — закрытые емкости. Чтобы процесс шел активнее, необходимо регулярное перемешивание массы. В промышленных установках для этого устанавливаются мешалки с электроприводами, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства — от простейшей палки до механических мешалок, которые «работают» от силы рук.

Принципиальная схема биогазовых установок

В процессе образования газа из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофильные активны при температуре от +30°C до +40°C, термофильные — при +42°C до +53°C. Более эффективно работают термофильные бактерии. При идеальных условиях выработка газа с 1 литра полезной площади может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру в 50°C очень непросто и затратно, хотя затраты себя оправдывают.

Немного о конструкциях

Самая простая биогазовая установка — это бочка с крышкой и мешалкой. В крышке сделан вывод для подключения шланга, по которому газ поступает в резервуар. От такого объема много газа не получите, но на одну-две газовые горелки его хватит.

Более серьезные объемы можно получить от подземного или надземного бункера. Если речь о подземном бункере, то его делают из железобетона. Стенки от грунта отделяют слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых будет происходить переработка со сдвигом во времени. Так как работают в таких условиях обычно мезофильные культуры, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные перерабатывают за 3 дня), потому сдвиг по времени желателен.

Схема бункерной биогазовой установки

 

Навоз поступает через бункер загрузки, с противоположной стороны делают люк выгрузки, откуда отбирают переработанное сырье. Заполняется бункер биосмесью не полностью  — порядка 15-20%  пространства остается свободным — тут скапливается газ. Для его отвода в крышку встраивается трубка, второй конец которой опускается в гидрозатвор — емкость частично заполненную водой. Таким образом газ осушается — в верхней части собирается уже очищенный, он отводится при помощи другой трубки и уже может подавиться к потребителю.

Использовать альтернативные источники энергии может каждый. Владельцам квартир осуществить это сложнее, а вот в частном доме можно хоть все идеи реализовать. Есть уже даже реальные примеры того. Люди обеспечивают полностью потребности свои и немалого хозяйства.

stroychik.ru

Эффективные альтернативные источники энергии, их особенности и перспективы

Вопрос добычи электроэнергии с годами не теряет своей актуальности. Ученым казалось, что с появлением атомных электростанций человечество получит безграничное количество энергии и больше никогда не будет задаваться этим вопросом. Но все оказалось несколько иначе — запасы необходимого для АЭС урана U²³⁵ не бесконечны, и уже сейчас во многих странах, даже в США, чувствуется его недостаток. Есть методы получения другого необходимого топлива, например, плутония P²³⁹, искусственными методами, но этого далеко не достаточно. Доходит до того, что приходится использовать созданные ранее ядерные боеприпасы для извлечения из них вложенного ядерного заряда с целью использования на станциях.

Чтобы решить энергетический вопрос окончательно, многие разработчики обратили внимание на альтернативные источники электроэнергии.

К ним традиционно относят следующие:

• солнечные батареи;
• ветрогенераторы;
• тепло земли;
• биогазовый генератор;
• сила приливов и отливов, некоторые другие.

Рассмотрим использование этих альтернативных источников электричества более подробно.

Лучи Солнца

Посредством солнечных лучей на Землю переносится приблизительно 1000 кВт мощности ежегодно, что равно той энергии, которая выделяется при сгорании 100 л дизельного топлива. Это довольно большое количество, и его освоение занимает умы очень многих современных исследователей. Лучшим вариантом на сегодня для использования солнечного излучения являются солнечные батареи, часто объединенные по несколько десятков в большие блоки, так называемые панели. Принцип работы таких изделий простой — фотоны из лучей солнца, проходя через батареи, создают на полупроводниковом материале разность потенциалов, что и вызывает движение тока в электрической цепи.

Типичная батарея такого плана, имеющая площадь поверхности в 60–80 см², при хорошей солнечной погоде может давать ток около 1 А, чего достаточно для зарядки мобильного телефона, прослушивания радио и других несложных задач. Если соорудить большую панель из 40–50 таких элементов, то можно получить, соответственно, источник энергии на 40–50 А тока и 20–25 В напряжения. Такой мощности будет достаточно уже и для более серьезных задач: освещения помещения, зарядки автомобильного аккумулятора. Чтобы покрыть нужды частного дома в электричестве, всю поверхность его крыши покрывают такими солнечными панелями.

Солнечная альтернативная электроэнергетика — неплохой вариант добычи электричества, но способ имеет несколько недостатков, главными среди которых можно назвать высокую стоимость организации своей электростанции, а также полную зависимость от погодных условий: в случае пасмурной погоды вырабатываемой мощности будет очень мало.

Ветрогенераторы

Ветряки широко применяются во многих развитых странах мира: Голландии, Дании, Японии, США и других. Особенно эффективно их использование в гористой местности или на морских побережьях, где постоянно бушуют сильные ветры. Мощности современной электростанции из ветряных генераторов достаточно, чтобы покрывать нужды крупных сельскохозяйственных объектов, удаленных от цивилизации, или инфраструктуры небольших городов.

Конструкция ветряка выглядит следующим образом: в нем присутствуют лопасти определенной формы, которые жестко связаны с ротором установленного внутри электрогенератора. При движении лопастей ротор вращается, и генератор вырабатывает электричество. Чем крупнее лопасти, чем большее они создают вращение, чем больший и чем чаще возникает ветер в данной местности, тем больше электрогенератор будет вырабатывать электрической энергии. Подсчитано, что минимальная скорость ветра, при которой может работать ветрогенератор, равна около 2 м/с. Если постоянная скорость ветра будет больше 8–10 м/с, то вырабатываемого электричества будет достаточно, чтобы запитывать электросеть частного дома.

Недостатком этого способа считается то, что входящий в систему аккумулятор довольно быстро выходит из строя (из-за слишком частых циклов зарядки-разрядки), а его стоимость составляет ощутимую часть всей ветряной установки. От ветра могут повреждаться детали конструкции, что потребует регулярного ремонта.

Все чаще можно видеть, как люди оборудуют ветряки для дома. Невзирая на некоторые сложности, они способны работать голами и приносить владельцу немало выгод.

Геотермальные источники

Углубление в недра Земли показало: под пластами поверхности — высокая температура. Это можно видеть по таким явлениям, как, например, гейзеры — фонтаны горячей воды, бьющие из-под земли. Тепло земли также относится к альтернативным источникам энергии — его очень удобно использовать с помощью теплового насоса. Правда, стоит отметить, что работа насоса также требует подвода некоторого количества тока, но, как показывает практика, соотношение затраченной на работу насоса мощности по отношению к полученной от тепла недр земли составляет приблизительно 1:4–1:6, что вполне перекрывает расходы и делает этот метод очень выгодным.

Принцип реализации данного способа также довольно прост — к зоне повышенной температуры в земле проделывается скважина, куда потом устанавливается тепловой насос. Он служит для того, чтобы охлаждать горячую подземную воду, а в результате этого выделяется дополнительная энергия, которая по специальным коммуникациям направляется на потребителя.

Выгоды от использования такого метода добывания электричества очевидны, но есть и существенный минус — для дома площадью в 150 м² придется потратить на необходимые работы и оборудование около 20–30 тысяч долларов.

Биогазовые установки

Немалую популярность в последние годы набрало использование биомассы. Суть его состоит в том, что из различной биомассы (барда, птичьего помета, навоза и других подобных веществ) при брожении выделяется особый газ под названием целлюлозный этанол. Здесь альтернативное электричество можно получить, просто сжигая получаемый таким образом газ.

Чтобы реализовать такую задумку, учеными были разработаны специальные биогазовые установки, которые сейчас продаются по довольно доступным ценам. Наиболее выгодно их использовать различным фермерским хозяйствам, где биологические отходы являются неотъемлемой частью производственного цикла. Единожды потратившись на биогазовую конструкцию, фермер может получить отличный источник близкого к природному газа, который в итоге легко преобразовать как в тепло, так и в электричество.

Приливы и отливы

Еще один интересный альтернативный источник энергии, который широко применяется в морских странах. Благодаря естественным приливам и отливам, вода постоянно движется. Если установить на некоторой глубине водяные турбины, то они, используя это движение масс воды, будут вырабатывать довольно немалую мощность. Примечательно, что даже учитывая низкую скорость воды от приливов и отливов, водяные турбины могут показывать высокую эффективность работы. Это можно увидеть на примере крупнейшей в мире приливной электростанции, находящейся во Франции и способной давать целых 240 мВт мощности.

В качестве заключения стоит сказать, что это не все возможные способы получения тока. Они совершенствуются и разрабатываются постоянно, но наибольшего практического результата удалось добиться именно указанными методами. Они уже сейчас способны составить достойную альтернативу традиционным вариантам получения электричества, а в некоторых случаях полностью их заместить.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

ekoenergia.ru

Солнечные батареи: все про альтернативный источник энергии — solar-energ.ru. Альтернативные источники энергии для частного дома: виды и проекты

В природе энергия присутствует практически везде – ветер, вода, земля и солнце – это альтернативные и возобновляемые источники энергии. Но основной задачей человечества является создание приспособлений, которые могут извлечь ее оттуда, именно этим занимается альтернативная энергетика.

Человечество достигло невероятных успехов в этом направлении, на сегодняшний день такие установки можно изготовить самостоятельно для своего дома. Зачем нужны эти устройства, и что можно изготовить своими руками?

Необходимость использования новых источников энергии

Развитие энергетики и технологический прогресс привели к постоянному росту спроса на энергоресурсы. До 60-х годов прошлого века основным источником энергетики являлась нефть. Кризис 1973 года показал, что ориентация на один вид ресурса может повлечь за собой непредвиденные ситуации. Многие экономически развитые страны разработали новую энергетическую стратегию, которая основывается на диверсификации энергетических источников.

С этого времени ученые уделяют большое внимание проблемам всемирного энергосбережения и изучению возможностей применения нетрадиционных альтернативных источников энергии.

Освоение нетрадиционных источников

К нетрадиционным источникам энергии относятся:

• энергия солнца;
• энергия ветра;
• геотермальная;
• энергия морских приливов и волн;
• биомассы;
• низкопотенциальная энергия окружающей среды.

Их освоение представляется возможным благодаря повсеместной распространенности большинства видов, можно отметить также их экологическую чистоту и отсутствие эксплуатационных затрат на топливную составляющую.

Однако существуют и некоторые отрицательные качества, которые препятствуют применению их в производственных масштабах. Это – небольшая плотность потока, которая заставляет применять «перехватывающие» установки большой площади, также изменчивость во времени.

Все это приводит к тому, что подобные устройства обладают большой материалоемкостью, а значит, увеличиваются и капиталовложения. Ну, а процесс получения энергии из-за некоторого элемента случайности, связанного с погодными условиями, доставляет немало неприятностей.

Другой наиважнейшей проблемой остается «сохранение» этого энергетического сырья, так как существующие технологии аккумулирования электроэнергии не позволяют сделать это в больших количествах. Тем не менее, в бытовых условиях альтернативные источники энергии для дома пользуются все большей популярностью, поэтому ознакомимся с основными энергоустановками, которые можно установить в частном владении.

Солнечные батареи

Солнечная панель состоит из комплекса соединенных элементов, которые преобразуют солнечный свет в поток электронов. Характерной особенностью является тот факт, что они не в состоянии генерировать ток высокого напряжения. Отдельный элемент вырабатывает ток напряжением до 0,55 В, а одна батарея вырабатывает ток напряжением до 21 В, который позволяет питать 12-вольтовую аккумуляторную батарею.

Естественно, для обеспечения дома электроэнергией потребуется система, насчитывающая десятки таких устройств. Также в ее состав входят следующие компоненты:

• контроллер для управления зарядкой аккумуляторной батареи, предотвращает повторный заряд;
• инвертор, преобразующий ток из низкого в высокое напряжение;
• аккумулятор.

Все три элемента лучше приобрести в готовом виде, ну, а солнечную батарею можно изготовить самостоятельно.

Процесс изготовления батареи

Батарея собирается из модулей, состоящих из 30, 36 или 72 фотоэлементов. Они соединяются последовательно с источником питания, его максимальное напряжение составляет 50 В.

Этапы работ:

1. Из фанеры вырезается дно корпуса и вставляется в рамку, по периметру которой высверливаются отверстия. Они необходимы для обеспечения вентиляции и предотвращения перегрева во время работы.
2. Подложка для солнечных элементов вырезается по размеру корпуса, здесь также необходимо предусмотреть наличие отверстий.
3. Корпус окрашивается и высушивается, после этого на него выкладываются вверх ногами солнечные элементы и запаиваются.
4. Элементы соединяются для начала рядами, затем они подключаются к токоведущим шинам.
5. Перевернутые элементы фиксируются при помощи силикона.

Величина выходного напряжения должна составлять около 18-20 В, в этом нужно предварительно убедиться. Также в течение нескольких дней проверяется работоспособность батареи, только после этого выполняется герметизация стыков и собирается система электроснабжения.

При установке панели следует обратить внимание на следующее:

1. Не располагать батарею в тени деревьев или высоких сооружений.
2. Произвести ориентацию батареи в сторону солнца.
3. Правильно определить наклон.
4. Обеспечить доступность для своевременного удаления пыли, грязи и слоя снега.
5. Предусмотреть подставку, регулирующую угол наклона для зимнего и летнего сезона.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии для частного дома – это возобновляемые ресурсы, к которым можно отнести и энергию ветра. Наши предки умели строить мельницы, использующие воздушные потоки для вращения лопастей, сейчас же человек научился преобразовать их в электричество.

Существует несколько разновидностей ветряных генераторов, которые различаются в зависимости от основных параметров.

Размещение оси

Различают вертикальные и горизонтальные конструкции. Горизонтальные обеспечивают автоматический поворот основной части для поиска ветра, обладают более высоким уровнем КПД. Оборудование вертикальных генераторов расположено на земле, эксплуатация и обслуживание этого вида проще.

Количество лопастей

Существуют следующие виды:

• однолопастные;
• двухлопастные;
• трехлопастные;
• многолопастные.

Последний тип используется редко, в основном, при малой скорости ветра.

Материал для лопастей

Лопасти бывают жесткими и парусными, однако из-за быстрой потери своей функциональности, в результате резких порывов ветра, требуют частой замены.

Ветряная установка состоит из следующих основных элементов, которые можно изготовить собственноручно:

1. Лопасти, которые в результате вращения обеспечивают движение ротора.
2. Генератор, вырабатывающий переменный ток.
3. Контроллер, преобразующий переменный ток в постоянный, необходимый для зарядки аккумуляторов.
4. Аккумуляторы для накопления электроэнергии.
5. Инвертор превращает постоянный ток в переменный, необходимый для функционирования всех бытовых приборов.
6. Мачта для обеспечения поднятия лопастей до необходимой высоты с наиболее активными воздушными массами.

Тепловые насосы

Этот самая прогрессивная технология, в которой используются альтернативные источники энергии для дома своими руками, обеспечивающая значительную экономию средств на обогрев или охлаждение дома.

Принцип работы оборудования основан на цикле Карно: в результате резкого сжатия теплоносителя происходит повышение температуры. Противоположное действие наблюдается в функционировании холодильных и морозильных камер.

Для изготовления теплового насоса могут применяться некоторые узлы, использующиеся в данном оборудовании. Тепловая энергия, отбирающаяся из грунта, воздуха, воды, попадая в испаритель, превращается в газ, далее сжимается компрессором, а температура повышается.

Классификация насосов следующая:

1. По количеству контуров:
   • одноконтурные;
   • двухконтурные;
   • трехконтурные.
2. По виду источника.

Встречаются следующие разработки.

Грунт-вода

Применяются с успехом на территориях с умеренным климатом, где прослеживается равномерный подогрев почвы в любое время года. Скважины бурятся неглубоко, поэтому разрешающие документы оформлять не придется. В зависимости от типа грунта используют зонд или коллектор.

Воздух-вода

Такие установки используются в зонах с климатом, где зимняя температура не опускается ниже 15-20 градусов. Аккумулирующееся тепло из воздуха используется для нагрева воды.

Вода-вода

Применяются в условиях наличия водоема: рек, озер, скважин, отстойников, грунтовых вод. Как известна температура водных источников значительно выше температуры воздуха в зимнее время. Этим и обусловлена эффективность данных установок.

Вода-воздух

Тепло из водоемов посредством компрессора передается воздуху и используется для обогрева жилых площадей.

Грунт-воздух

Наиболее универсальная система, использующая в качестве переносчиков энергии незамерзающие жидкости. Тепло из грунта посредством компрессора передается воздуху.

Воздух-воздух

Наиболее дешевая система, которая не требует проведения земляных работ, а также прокладки трубопровода. Способна как обогревать, так и охлаждать помещение.

При выборе одной из систем следует учесть следующее:

• геологию участка;
• возможность проведения земляных работ;
• наличие свободного пространства.

Эффективность установки зависит от правильности выбора источника альтернативной энергии.

Биогазовые установки

Газ образуется в результате обработки продуктов жизнедеятельности домашних птиц и животных. Переработанные отходы используются для удобрения почвы на приусадебных участках. Процесс основан на реакции брожения, в котором участвуют бактерии, живущие в навозе.

Самым лучшим источником биогаза считается навоз КРС, хотя для этого также подходят отходы птиц или другого домашнего скота.

Брожение происходит без доступа кислорода, поэтому целесообразно использовать закрытые емкости, которые еще называют биореакторами. Реакция активизируется, если периодически перемешивать массу, для этого используется ручной труд или различные электромеханические приспособления.

Также потребуется поддерживать температуру в установке от 30 до 50 градусов для обеспечения активности мезофильных и термофильных бактерий и участия их в реакции.

Изготовление конструкции

Самой простой биогазовой установкой является бочка с мешалкой, закрывающаяся крышкой. Газ из бочки поступает в резервуар через шланг, в крышке для этой цели проделывается отверстие. Такая конструкция обеспечивает газом одну или две газовые горелки.          

Для получения масштабных объемов газа используется надземный или подземный бункер, который изготавливается из железобетона. Всю емкость целесообразно разделить на несколько отсеков, для того чтобы реакция происходила со сдвигом во времени.

Процесс брожения при участии мезофильных культур занимает до 30 дней, поэтому такие условия оптимальны для бесперебойного выделения газа. Загружают навоз через загрузочный бункер, с противоположной стороны отбирается отработанное сырье.

Емкость заполняется массой не полностью, примерно на 20 процентов, остальное пространство служит для скапливания газа. К крышке емкости подсоединяются две трубки, одна отводится к потребителю, а другая к гидрозатвору – емкости, заполненной водой. Это обеспечивает очищение и осушение газа, к потребителю подается газ высокого качества.

Мини гидроэлектростанции

Самодельные гидроэлектростанции – это дополнительные альтернативные источники энергии своими руками, их можно построить у ручья или водоема с плотиной. Основа этой конструкции – колесо, которое вращается потоками воды, а от скорости течения зависит мощность установки.

Как самостоятельно изготовить конструкцию?

Для осуществления задуманного понадобятся следующие материалы:

• автомобильные колеса;
• генератор;
• обрезки уголка и металла;
• фанера;
• медный провод;
• магниты неодимовые;
• полистироловая смола.

Колесо изготавливается из дисков размером 11 дюймов. Стальная труба разрезается на четыре части по вертикали, из получившихся сегментов получаются лопасти, их потребуется 16 штук. Лопасти крепятся сваркой, а диски – болтами.

Размеры сопла соответствуют ширине колеса, его изготавливают из обрезка металла. Придав соответствующую форму, края соединяют сваркой. Сопло должно быть настроено по высоте для регулирования водяного потока.

Далее, ось сваривается и на нее устанавливается колесо. Изготавливается генератор, который защищается металлическим крылом от брызг. Все элементы покрываются краской для защиты от влаги и коррозии.

Такое устройство не требует огромных капиталовложений, но оно способно значительно снизить расходы на электроэнергию.

Геотермальная энергия

В недрах земного шара таятся неизведанные виды альтернативных источников энергии. Человечество знает, какова сила и масштабы природных стихийных проявлений. Мощность извержения одного вулкана несравнима ни с одной из рукотворных энергетических установок.

К сожалению, человек еще не умеет использовать эту гигантскую энергию во благо, но природная теплота Земли или геотермальная энергетика приковывает взгляды ученых, так как она представляет собой неисчерпаемый ресурс.

Известно, что наша планета ежегодно излучает громадное количество внутреннего тепла, которое компенсируется радиоактивным распадом изотопов в коре земного шара. Различают два типа источника геотермальной энергии.

Подземные бассейны

Это естественные бассейны с горячей водой или пароводяной смесью – гидротермальные или паротермальные источники. Ресурсы из этих источников добываются посредством буровых скважин, далее энергия используется для нужд человечества.

Горные породы

Тепло горячих горных пород может быть использовано для нагревания воды. Для этого ее закачивают в горизонты для дальнейшего применения в энергетических целях.

Одним из недостатков этого вида энергии является его слабая концентрация. Однако в условиях, где при погружении на каждые 100 метров, температура увеличивается на 30-40 градусов, можно обеспечить хозяйственное ее применение.

Технология использования этой энергии в перспективных «геотермальных районах» обладает явными преимуществами:

• неисчерпаемость запасов;
• экологическая чистота;
• отсутствие больших издержек на разработку источников.

Дальнейшее развитие цивилизации невозможно без внедрения новых технологий в области энергетики. На этом пути стоят трудноразрешимые задачи, которые еще предстоит решить человечеству.

Тем не менее, освоение этого направления играет важную роль, и сегодня уже существует оборудование, способное существенно сэкономить ресурсы традиционные и альтернативные источники энергии являются отличной альтернативой им. Для воплощения таких идей требуется терпение, умелые руки, а также некоторые навыки и знания.

Видео

Ознакомиться с работой различных альтернативных источников энергии в частном доме вы сможете, посмотрев наше видео.

solar-energ.ru

виды и преимущества, изготовление своими руками

Запасы углеводородов на нашей планете не бесконечны, поэтому стремительно набирает популярность альтернативная энергетика, работающая на возобновляемых источниках энергии. Дома оборудуются солнечными панелями и ветряками. Растёт доля выработанной солнечными и ветровыми электростанциями энергии. В 2010 году она была равна 5%. Это заставляет задуматься о постройке небольшой электростанции у себя дома.

Как выбрать источник энергии

Существует множество вариантов получения альтернативного электричества, популярных и не очень. Некоторые из них не подходят для наших широт, а некоторые представляют опасность.

Тепловой насос, перекачивающий тепло из почвы в дом по принципу холодильника, подойдёт лишь для жителей геотермальных районов. Попытка построить его у себя на участке обойдётся жителю Подмосковья в вымороженный на двухметровую глубину верхний слой почвы. От замерзания пострадает корневая система деревьев и кустарников, которые впоследствии заболеют или погибнут.

Биогаз подходит для добычи на крупных предприятиях, где не возникает проблем с топливом для биореакторов. В частном хозяйстве выгоды от биогаза мало, среднестатистическое подсобное хозяйство не сможет производить нужное количество топлива. Его придётся завозить, что приведёт к постоянным расходам на доставку. Не стоит забывать, что производство биогаза взрывоопасно и требует контроля за оборудованием, который в домашних условиях трудно осуществить.

Есть более подходящие альтернативные источники энергии для частного дома. К ним относятся:

• Солнечная энергия.
• Энергия ветра.
• Энергия потока воды.
• Древесный газ, получаемый при термическом разложении древесины без доступа воздуха.

В отличие от биогаза, они подходят для эксплуатации в частных домах и безопасны при правильном использовании.

Но не у всех на участке течёт ручей или имеется доступ к большим объёмам древесины, поэтому будет разумнее рассмотреть возобновляемые источники энергии, которые доступны везде. К ним относятся солнечный свет и ветер.

Для преобразования альтернативной энергии есть готовые решения своими руками. Они позволяют максимально эффективно превращать её в электричество и подходят для реализации в частном доме.

Электростанция на солнечных батареях

Резервные источники питания на основе солнечных батарей хорошо подойдут для тех мест, где имеются постоянные перебои с электроснабжением. Из-за высокой стоимости их использование нецелесообразно там, где нет проблем с электричеством. Установленная для экономии солнечная электростанция окупит себя лишь через 8−10 лет. За это время свинцовые аккумуляторы придут в негодность, и их замена повлечёт за собой дополнительные расходы. Средства, потраченные на замену аккумуляторов, увеличат стоимость электростанции и отодвинут сроки окупаемости ещё на 3−5 лет.

Необходимые компоненты и сборка

Солнечная панель собирается из фотоэлектрических элементов, которые различаются формой и размерами.

Солнечные элементы выращиваются из кремния и делятся на два вида: монокристаллические (mono-Si) и поликристаллические (poly-Si).

Монокристаллические элементы обладают 20% КПД и сроком службы до 30 лет. Для их нормальной работы нужен солнечный свет, попадающий на батареи под прямым углом. При рассеянном свете мощность таких элементов снижается в три раза и даже малейшее затенение одного элемента выводит из режима генерации всю цепочку.

Поэтому СЭС (солнечным электростанциям), построенным на mono-Si элементах, нужны системы, следящие за положением солнца и поворачивающие панели вслед за ним. Нельзя допускать загрязнения панелей, для этого они оборудуются автоматической системой очистки. На небольших СЭС солнечные батареи моются вручную.

Электростанции на mono-Si панелях подойдут для регионов с большим количеством солнечных дней в году. При пасмурной погоде их эффективность близка к нулю.

Поликристаллические элементы имеют свои преимущества и недостатки. К преимуществам можно отнести небольшую стоимость и эффективную работу при рассеянном свете.

Недостатков у них больше:

• Более низкий КПД — 12%.
• Меньший срок службы — до 25 лет.
• Усиленная деградация при температурах выше 55 °C.

Солнечные poly-Si батареи устанавливаются в местности с преобладанием пасмурных дней. Способность преобразовывать рассеянный свет позволяет монтировать их без систем автоповорота. Кроме того, их не нужно часто мыть. Из-за своей дешевизны и неприхотливости поликристаллические фотоэлементы широко применяются в самодельных СЭС.

Сборку собственной солнечной электростанции лучше начать с подбора компонентов. От них будет напрямую зависеть её мощность. Для изготовления классической СЭС понадобятся:

1. Фотоэлектрические элементы.
2. Шина для соединения элементов.
3. Лист стекла или прозрачного пластика.
4. Алюминиевый профиль.
5. Эпоксидная смола с отвердителем.
6. Провода сечением 4 мм².
7. Настенный щиток.
8. Контроллер солнечной батареи.
9. Инвертор 12−220 В.
10. Предохранители.
11. Клеммники для предохранителей.
12. Диоды Шоттки.
13. Свинцово-кислотный аккумулятор ёмкостью не менее 150 Ач.
14. Клеммы для аккумулятора.

Схема подключения компонентов СЭС:

Начинать нужно со сборки солнечной панели. Отрежьте от шины кусочки по 7 см длиной и припаяйте их к минусовым контактам фотоэлемента, расположенным на лицевой стороне. Повторите это действие с каждым фотоэлементом.

Полученные «полуфабрикаты» нужно соединить последовательно, припаивая минусовой вывод одного элемента к плюсовому следующего. Количество фотоэлементов в цепи (модуле) должно быть таким, чтобы на её выводах возникало напряжение 14,5 В. При использовании полувольтовых элементов, их понадобится 29 штук. Чтобы при затемнении одного элемента в цепи не возникал обратный ток, нужно в разрыв минусовой шины каждого фотоэлемента впаять по диоду Шоттки.

Из одного модуля можно сделать солнечную батарею, но её мощность будет минимальной. Поэтому солнечные панели собираются из нескольких параллельно подключённых модулей.

Обезжирьте стекло и аккуратно приклейте к нему собранные модули. В качестве клея используйте эпоксидную смолу, она при застывании не мутнеет и не препятствует попаданию света на фотоэлементы. Не используйте другие клеи, даже если они кажутся хорошими.

После схватывания эпоксидки установите стекло в раму из алюминиевого профиля, заранее просверлив в ней отверстие для проводов. Припаяйте выводы модулей к проводам и просуньте их наружу. Для герметичности залейте всю конструкцию эпоксидкой.

Застывшая эпоксидная смола приклеит стекло к раме и защитит фотоэлементы от влаги и пыли.

Особенности установки на доме

Собранную солнечную панель можно установить на крыше, но лучшим вариантом будет её установка на южную стену дома. Установленная на ней панель будет находиться под солнечными лучами почти весь световой день.

Повесьте щиток на стену и закрепите в щитке контроллер, инвертор и клеммники со вставленными в них предохранителями. Заведите в щиток провода и подключите их согласно схеме. Помните, что при зарядке из аккумулятора выделяются ядовитые газы, поэтому его нужно размещать в хорошо проветриваемом помещении.

При запитывании внутридомового освещения от инвертора часть энергии теряется при преобразовании. Чтобы не приходилось зря тратить запасы из автономного источника энергии, дома установите систему освещения, работающую от 12 вольт.

Солнечные коллекторы для нагрева

Говоря о СЭС, преобразующих свет в электричество, нельзя не упомянуть о другой разновидности солнечных панелей.

Солнечные коллекторы применяются в системах отопления и горячего водоснабжения и бывают:

• Воздушные.
• Трубчатые.
• Вакуумные.
• Плоские.

Внутри воздушных коллекторов находятся покрытые светопоглощающим составом пластины. Они нагреваются солнцем и отдают тепло циркулирующему по коллектору воздуху, которым отапливают жилище.

Для увеличения площади рабочей поверхности в воздушных коллекторах используют гофрированные пластины.

В корпусе трубчатых коллекторов расположены стеклянные трубки, окрашенные изнутри чёрной краской. Солнечный свет, попадая на краску, нагревает её. Затем тепло передаётся бегущей по трубкам воде.

Вакуумные коллекторы представляют собой разновидность трубчатых. В ней окрашенные трубки вставлены в прозрачные, обладающие большим диаметром. Между ними находится вакуум, уменьшающий потери тепла из внутренней трубки.

Самыми простыми и дешёвыми из всех являются плоские коллекторы. Они состоят из пластины, под которой находятся трубки с циркулирующей водой, закрытые снизу слоем теплоизоляционного материала. КПД у плоских коллекторов — самый низкий.

Схема подключения к системе водоснабжения:

Воздух из коллектора поступает в дом напрямую, а вода сначала поступает в бойлеры, где подогревается ТЭНами до нужной температуры. Из бойлера горячая вода подаётся на кухню и в ванную, также она используется для отопления.

Как сделать ветрогенератор

Солнечные электростанции не работают ночью и в пасмурную погоду, а электричество требуется всегда. Поэтому, проектируя альтернативную энергетику для дома своими руками, нужно предусмотреть в ней генератор, не зависящий от солнца.

Для использования в качестве второго источника энергии отлично подойдёт ветрогенератор. Его можно собрать даже из б/у запчастей, что существенно сэкономит ваши средства.

Список того, что понадобится для сборки ветряка:

1. Генератор с магнитным возбуждением от грузовика или трактора.
2. Труба с наружным диаметром 60 мм и длиной 7 метров.
3. Полтора метра трубы с внутренним диаметром 60 мм.
4. Стальной трос.
5. Скобы и колышки для крепления троса.
6. Провода, сечением 4 мм².
7. Повышающий редуктор 1 к 50.
8. ПВХ труба, диаметром 200 мм.
9. Диск от циркулярной пилы.
10. Два разъёма EC-5.
11. Кусок стального листа, толщиной 1 мм.
12. Лист алюминия, толщиной 0,5 мм.
13. Подшипник под внутренний диаметр мачты.
14. Муфта для соединения валов генератора и редуктора.
15. Труба под внутренний диаметр подшипника, длина — 60 см.

Все эти материалы продаются в строительном и в автомагазине. Новые редукторы с генератором стоят дорого, поэтому их лучше купить на барахолке.

Изготовление ветроколеса для дома

Главным элементом любого ветряка являются лопасти, поэтому их нужно изготовить первыми.

Чтобы определиться с размерами, используйте таблицу.

Ветроколесо по мощности в идеале должно совпадать с генератором, но из-за чрезмерно больших размеров получающегося колеса это не всегда возможно. Поэтому чаще всего мощность лопастей значительно ниже таковой у генератора. В этом нет ничего страшного.

Разрежьте ПВХ трубу на отрезки, равные длине лопастей. Распилите их пополам по продольной оси. Перерисуйте на половинки трубы разметку и по ней вырежьте лопасти. Отпилите от заготовок треугольники. Из стального листа вырежьте крепления для лопастей и просверлите в них дырки. Возьмите диск от циркулярной пилы, насверлите в нём отверстий и болтами прикрутите лопасти к диску.

Сборка, установка и подключение

Выройте яму и забетонируйте в ней трубу с внутренним диаметром 60 мм. Возьмите семиметровую трубу и, отступив 1 метр от края, установите на неё скобы. Вварите в тот же край трубы подшипник, используя аргонную сварку.

Согните из стального листа раму и снизу приварите к ней трубу, которая влезает в подшипник. Закрепите на раме редуктор с генератором, соединив их валы. Установите снизу рамы и на верхушке мачты 2 ограничителя в виде штырей. Они не дадут раме поворачиваться больше, чем на 360 градусов. Сделайте флюгер из алюминиевого листа и закрепите его на задней части рамы. В основании мачты просверлите отверстие для провода.

Подключите к генератору провод и протяните его сквозь раму и мачту. Оденьте на вал редуктора ветроколесо и закрепите его на нём. Вставьте раму в подшипник и покрутите её. Она должна легко вращаться.

Ветряк в сборе выглядит примерно так:

1. Лопасти.
2. Диск от циркулярки.
3. Редуктор.
4. Соединительная муфта.
5. Генератор.
6. Флюгер.
7. Крепление флюгера.
8. Подшипник.
9. Ограничители.
10. Мачта.
11. Провод.

Вбейте в землю колышки так, чтобы расстояние от мачты до каждого из них было одинаковым. Привяжите тросы ко скобам на мачте. Для установки мачты нужно вызывать автокран. Не пытайтесь установить ветрогенератор самостоятельно! В лучшем случае вы разобьёте ветряк, в худшем — пострадаете сами. После поднятия мачты автокраном, направьте её основание в забетонированную ранее трубу и дождитесь, пока кран опустит её в трубу.

Трос нужно привязывать к колышку в натянутом состоянии. Причём все тросы должны быть привязаны так, чтобы мачта стояла строго вертикально, без перекосов.

Подключать ветрогенератор нужно к зарядному устройству через разъём ЕС-5. Сама зарядка устанавливается в щитке с оборудованием СЭС и подключается напрямую к аккумулятору.

Чтобы не лишиться бытовой техники, во время грозы всегда отключайте ветряк от зарядного устройства.

Сборка электростанции закончена. Теперь вы не останетесь без электричества, даже если вам отключат свет на длительное время. При этом не придётся тратить деньги на топливо для генератора и время на его доставку. Все будет работать автоматически и не потребует вашего вмешательства.

220v.guru

Что такое альтернативные источники энергии: разновидности

Ссылка на статью успешно отправлена!

Отправим материал вам на e-mail

В современном быстро развивающемся мире борьба за энергетические ресурсы между развитыми странами является приоритетом внешней политики многих государств, потому быть энергетически независимым − это значит, быть свободным в экономическом и политическом плане. Кроме этого, едва ли не на первом месте у технически развитых стран, стоит вопрос об экологической безопасности нашей планеты, о чём свидетельствует Парижское соглашение о климате от 2015 года и ещё целый ряд международных документов. В контексте этих решений, а также в связи с уменьшением запасов традиционных источников энергии (газ, нефть, уголь и прочие) многие государства начинают всё более активно развивать альтернативные, возобновляемые источники энергии. Что такое альтернативные источники энергии, их виды и способы использования, можно ли сделать своими руками – это тема сегодняшнего обзора.

Альтернативные источники энергии безопасны для экологии нашей планеты

Содержание статьи

Альтернативные источники энергии – что это такое         

Если сформулировать кратко, то альтернативными источниками энергии являются возобновляемые, экологические ресурсы, при преобразовании которых получается электрическая и тепловая энергия, используемая человеком для собственных нужд. Нетрадиционные источники получения электроэнергии − солнце и вода, ветер и геотермальные воды, тепла – земля и солнце.

Виды альтернативных источников энергии                                     

Развитие зелёной энергетики обусловлено развитием технологий, позволивших с большей эффективностью использовать возобновляемые источники энергии, о которых следует поговорить отдельно.

Солнечная энергия

Солнце – это неисчерпаемый источник энергии, который может обеспечить теплом и электричеством всех жителей нашей планеты, однако, для преобразования этой энергии необходимо наличие специальных технических устройств.

Схема работы автономной солнечной станции

• Электрическая энергия.

Для получения электричества необходима электростанция, основным элементом которой является солнечная батарея (панель). Принцип работы такого устройства (панели) основан на преобразовании солнечного излучения в электрическую энергию, которое происходит при попадании света на фотоэлементы, из которых она и состоит. Электрический ток образуется за счёт создания разности потенциалов внутри фотоэлемента и обусловлен физическими процессами, связанными с «p-n» проводимостью кремний содержащих материалов. Принцип работы солнечной батареи приведён на следующем рисунке.

Разнонаправленное движение электронов и дырок, вызванное солнечным излучением, создаёт разность потенциалов на поверхности фотоэлемента

Для работы подобной электростанции, кроме солнечной панели, потребуется ещё ряд технических устройств:

• контроллер – обеспечивает работу электростанции в автоматическом режиме, обеспечивая заряд аккумуляторных батарей;
• аккумуляторная батарея – является накопителем энергии, выработанной солнечной панелью;
• инвертор – преобразует постоянное напряжение в переменное, используемое для подключения бытовых приборов;
• соединительные провода, а также приборы защиты и автоматики.

• Тепловая энергия.

Для получения тепловой энергии, которую можно использовать для отопления и горячего водоснабжения, необходимо наличие технических устройств, называемых солнечными коллекторами.

Схема включения солнечного коллектора в систему отопления и ГВС жилого дома

Подобные агрегаты бывают двух типов: плоские и вакуумные. Различаются по конструкции, но по принципу работы схожи между собой. Функция подобных устройств заключается в поглощении энергии солнца и преобразовании её в тепловую энергию, которая, в свою очередь, передаётся теплоносителю в контуре отопления или воде, идущей для горячего водоснабжения потребителей. Для работы данной системы потребуется также циркуляционный насос и бак-накопитель (бойлер), запорная и регулировочная арматура, а также системы автоматики и контроля.

Энергия ветра

Ветер также может служить источником получения электрической энергии, а так как он дует практически всегда и везде, что обусловлено «дыханием» нашей планеты, то и запасы его неисчерпаемы.

Схема включения ветрогенератора в систему электроснабжения загородного дома

 

Сложности получения электрической энергии из кинетической энергии ветра заключаются в его непостоянстве, разнонаправленности и различной величине силы воздушных потоков. Для получения электричества при помощи энергии ветра необходимо наличие ветрогенератора (ветровой энергетической установки).

Ветрогенраторы бывают различных типов:

• с вертикальной осью вращения – роторные, лопастные и ортогональные;
• с горизонтальной осью вращения – крыльчатые, турбинные и барабанные.

Разные модели отличаются по скорости вращения лопастей (тихоходные и скоростные) и барабанов, высоте установки и техническим характеристикам. Для работы ветровой установки в системе электроснабжения необходим комплект оборудования, аналогичный тому, что используется с солнечными батареями (контроллер, инвертор).

Статья по теме:

Энергия воды

На планете Земля вода занимает большую часть её поверхности − это моря и океаны, озёра и реки, искусственные водохранилища и прочие водоёмы.

Схематичное изображение гидроэлектростанции плотинного типа

Энергию воды человек научился использовать уже давно, и изначально это была механическая, получаемая в результате движения водной среды. Её потоки приводили во вращение жернова мельницы или иного механического устройства, а человек только регулировал скорость их вращения. В дальнейшем данный вид энергии люди стали использовать для генерации электрической энергии, как на реках с быстрым течением, так и в морях – за счёт приливов и отливов, «функционирующих» с постоянной точностью. Для выработки электрической энергии используются специальные турбины, помещаемые в водную среду, вал которых соединён с генератором, вырабатывающим электрический ток. Потоки воды, направленные на лопасти турбины, вращают её, и это движение передаётся генератору, и, как следствие, вырабатывается электрический ток.

Схема работы приливной электростанции

В приливных станциях работа осуществляется аналогично, с той лишь разницей, что потоки воды движутся разнонаправленно, что вызвано цикличностью периодов «прилив−отлив».

Энергия земли

Энергия нашей планеты также используется человеком для своих нужд, с её помощью можно обогреть дом или подогреть воду, а также осуществить производство электрической энергии.

• Геотермальная энергетика.

В отдельных регионах нашей планеты внутреннее тепло просто вырывается наружу, что выражается в сейсмической активности, извержениях вулканов и наличии гейзеров. В таких местах вопросы отопления и горячего водоснабжения решаются достаточно просто и не требуют особого описания, а про генерацию электричества подобным образом знают не все.

Варианты устройства геотермальной станции

Для получения электрической энергии сооружается геотермальная электрическая станция, в которой источником энергии служит паровая турбина, приводимая во вращение паром, получаемым или преобразуемым за счёт тепловой энергии земли.

Виды и способы преобразования пара могут быть различными, что обусловлено глубиной залегания геотермальных вод и их химическими характеристиками, а также тепловыми показателями.

• Тепловой насос.

Тепловой насос − это техническое устройство, позволяющее использовать тепло различных естественных источников для отопления и горячего водоснабжения.

Существует несколько типов таких агрегатов, различающихся по первичному источнику энергии и способу её передачи потребителю: «воздух−вода» и «воздух–воздух», «вода–вода» и «вода–воздух», а также «земля–вода».

Тепловой насос «вода–вода»

Работа теплового насоса «вода–вода», приведённого на рисунке, осуществляется следующим образом:

• в скважину, расположенную рядом с загородным домом, помещается наружный контур, в котором циркулирует теплоноситель;
• в здании помещается тепловой насос, к которому подключается наружный контур;
• при прохождении через насос теплоноситель наружного контура отдаёт своё тепло хладагенту, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса, при этом хладагент испаряется;
• внутренний контур здания также подключается к тепловому насосу, и по нему тоже циркулирует теплоноситель;
• хладагент, циркулируя по тепловому насосу, попадает на испаритель, где и происходит его испарение, при этом тепловая энергия, выделяющаяся в этот момент, передаётся теплоносителю контура отопления или ГВС здания.

Схема работы теплового насоса «воздух–вода»

Статья по теме:

Тепловой насос для отопления дома даёт возможность экологично, безопасно и бесплатно согреть батареи. Принцип его работы и устройство, критерии выбора, обзор производителей и моделей — читайте в публикации.

Биотопливо                                                 

Всем известным видом биотоплива являются дрова, но в силу того, что леса есть не во всех регионах, да и использовать их надо очень осторожно, то их в чистом виде не стоит рассматривать как альтернативное и легко восстанавливаемое топливо.

К альтернативным и возобновляемым видам источников энергии относятся следующие виды биотоплива:

• твёрдое – топливные брикеты и гранулы (пеллеты), изготавливаемые из опилок и отходов деревообрабатывающих производств, торф;
• жидкое – биоэтанол и биобутанол, биометанол и биодизель;
• газообразное – биогаз и биоводород.

Топливные брикеты и пеллеты изготавливаются на специальном оборудовании, а для их сжигания используются твердотопливные котлы, оборудованные специальными колосниковыми решётками, обеспечивающими их горение.

Топливные гранулы – пеллеты, изготавливаются из отходов различных пород дерева

Жидкое топливо получают на специальных предприятиях путём переработки исходного растительного сырья. Биогаз также производится с помощью переработки органических отходов и может быть использован для производства электрической и тепловой энергии. Для этого полученный газ сжигается, а полученное тепло расходуется на теплоснабжение и ГВС, а также на получение пара, обеспечивающего работу специальной турбины, вырабатывающей электрический ток.

Альтернативные источники энергии для частного дома  

Практически все выше перечисленные источники альтернативной энергии могут быть использованы для частного дома или иного сооружения, исключением может быть только производство жидкого биотоплива, что обусловлено высокой стоимостью оборудования, необходимого для его производства. Установки альтернативных источников энергии, используемые для личного потребления, могут выглядеть по-разному, ниже приведены примеры уже реализованных проектов возобновляемых энергетических установок:

• Солнечная энергетика.

Солнечные электростанции выпускаются в нашей стране и многих технически развитых странах мира. Разные модели отличаются по техническим характеристикам, срокам эксплуатации и стоимости, в связи с чем, всегда есть возможность выбрать станцию в соответствии с необходимостью и финансовыми возможностями. Вот некоторые варианты, успешно реализованные на отечественном рынке.

В удалённых регионах солнечная электростанция может стать основным источником электрической энергии

Отзыв о модели солнечной электростанции «Аbi-solar» мощностью 7,5кВт:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_4483104.html

Солнечные панели и коллекторы можно разместить рядом, тем самым обеспечить себя теплом и электричеством

Солнечные коллекторы также используются в нашей стране для отопления и горячего водоснабжения домов, но это направление наиболее развито в южных регионах, где климат позволяет пользоваться подобными установками практически круглый год.

Вот некоторые варианты такого применения.

Вакуумный солнечный коллектор может легко разместиться на кровле любого строения

Отзыв о гелиосистеме «Атмосфера», созданной на базе коллектора «СВК-Nano-30»:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_4503734.html

• Ветровые установки.

Ветрогенераторы менее распространены среди рядовых потребителей, чем солнечные электростанции, причиной тому является малая ветровая нагрузка в наиболее заселённых регионах нашей страны. Тем не менее, в сети Интернет можно найти фотографии и отзывы об успешном использовании подобных установок.

Ветряк может стать удачным дополнением к солнечной станции, благо параметры работы и комплект необходимого оборудования у них практически идентичны

В местах, где нет централизованного электроснабжения, ветровой генератор и солнечная станция становятся основным источником электрической энергии

Отзыв об использовании ветровой электростанции:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_98896.html

• Тепловой насос.

С данным видом оборудования мало кто знаком, но постепенно, в связи со снижением стоимости тепловых насосов, они потихоньку завоёвывают рынок альтернативных источников энергии. Вот некоторые успешно реализованные проекты.

Тепловой насос не занимает много места, но способен полностью обеспечить теплом загородный дом

Тепловой насос «воздух–воздух» внешне похож на кондиционер

• Получение биогаза.

Получением биогаза можно заняться, имея загородный дом, но при этом следует помнить о соблюдении температурного режима при его производстве и неприятном запахе, образующемся при брожении биомассы. Подобные установки могут себе позволить жители южных регионов, занимающиеся сельским хозяйством, т.к. именно отходы сельскохозяйственных культур служат сырьём при производстве данного вида альтернативного топлива.

Биогазовая установка, работающая на курином помёте, размещена рядом с птичником

Биогазовая установка для частного дома, работающая на отходах злаковых культур

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии  

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии − это вопрос, интересующий многих энергетиков, экологов и просто активных граждан нашей страны, и ответ однозначный – ДА, будущее есть. В нашей стране в 2009 году была принята и успешно реализуется программа развития альтернативной энергетики в России, сформулированная как «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года». Кроме этого, государство оказывает помощь предприятиям при реализации программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию возобновляемых источников энергии. Создаются на законодательном уровне экономические рычаги, способствующие распространению «зелёной» энергетики, выражающиеся в установлении льготных тарифов и финансовой помощи при строительстве, налоговых льготах и компенсации части кредитных затрат на строительство.

Развитие рынка альтернативной энергетики в России по установленной мощности (внутренний круг – 2009 год/внешний круг – 2020 год)

Одним из примеров такой помощи является внедрение так называемого «зелёного тарифа» на электрическую энергию. Суть его заключается в том, что значения данного тарифа выше, чем у электроснабжающих организаций, таким образом, государство стимулирует развитие альтернативной энергетики на конкретной территории. Тариф позволяет индивидуальным пользователям и предприятиям, имеющим альтернативные энергетические установки, частично компенсировать затраты на их приобретение и монтаж путём реализации излишков выработанной электрической энергии во внешнюю сеть по более высоким ценам. В настоящее время правительством России утверждены Правила такой реализации и подготовлены проекты Постановлений, определяющих условия предоставления «зелёного тарифа». Закон, в соответствии с которым, будет осуществляться подобная деятельность, находится в разработке в Минэнерго, Минэкономразвития и ФАС и должен быть представлен для рассмотрения в Государственную Думу в 2018 году.

Структура использования возобновляемых источников энергии в России и мире

Альтернативная энергетика для дома своими руками

При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд как в виде электрической, так и тепловой энергии.

Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики:

• солнечная генерация – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, при этом используя фотоэлементы заводского производства, собрать контроллер и инвертор, а также изготовить солнечный коллектор;
• ветровые установки – электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются аналогично, как и для солнечных станций, из запасных частей заводского производства, а ветрогенератор достаточно легко изготавливается из подручных материалов и запасных частей от автомототехники;
• микро-ГЭС – также можно изготовить из авто-, мотозапчастейи имеющихся материалов, единственным условием успешного строительства будет наличие водоёма, куда следует поместить турбину;
• биогазовая установка – способен собрать любой сельский житель, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу её брожения.

Видео: альтернативная энергия для частного дома

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

homemyhome.ru