Альтернативные источники энергии

Ветряные столбы

Энергию ветра используют с незапамятных времён. Сегодня многие производители выпускают полностью готовые ветроустановки.

Виды ветряков:

1. Малолопастные крыльчатые (высокий КПД, шум при сильном ветре, трудности с запуском).
2. Многолопастные крыльчатые (ещё зовут «тихоходными» за то, что запускаются при ветре 3 м/с, небольшой КПД, больше материалов).
3. Карусельные (крутятся по горизонтали, легко запускаются, хороши для устойчивого ветра, низкий КПД).

Хватит ли энергии от ветряка для потребностей среднестатистического дома? В среднем ветряки рассчитаны выдавать определённое количество кВт, при ветре 10 м/сек.

Домашний ветрогенератор

Найдётся немного местностей, где стабильно дует ветер такой силы. Там где нет такого ветра, установки будут работать не в полную силу. Аккумуляторные батареи, входящие в систему ветродвигателя, отчасти решают проблему периодического безветрия.

Мощность в 3 кВт может полностью удовлетворить потребности бытового электроснабжения. Либо обеспечит большую часть энергии для отопления.

Где приобрести ветрогенератор для дома

Вот примеры ветряков, выпускаемых НПК «Русский ветер» (г. Щёлково, Московская область):

• Вертикаль-Тм-500. Карусельный ветряк (высота 2 м.) три лопасти – 0,5 кВт при 10 м/сек. – 96 тыс. руб.
• ВЭУ-2000/3,5-3 малолопастной крыльчатый ветряк (диаметр лопастей 3,5 м) для регионов со слабым ветром. 2 кВт при 10 м/сек (но работать может и при 3-4 м/сек) – 49 200 руб.
• Плюс аккумулятор от 8,6 тыс. руб. и инвертор на 220В от 16 тыс. руб.

Телефон компании: +7 906 749-46-43

Тепловые насосы

Принцип работы оборудования заключается в отборе энергии у источников с низким потенциалом и последующей передачей тепла для дальнейшего прогрева теплоносителя, который затем транспортируется по трубам отопления. Конструкция тепловых насосов напоминает узел холодильника, тут тоже есть теплообменник, испаритель, компрессор.

Работает вся схема на физических свойствах поддержания постоянной плюсовой температуры в низкопотенциальных источниках энергии – это воздух, вода, земля. Первый контур теплоносителя прогревается до температуры окружающего источника, затем передает энергию хладагенту, компрессор всасывает и сжимает хладагент, нагревая вещество до +125 С, затем транспортирует в конденсатор, который направляет тепло в контур отопления. После охлаждения хладагент становится жидким и цикл нагрева возобновляется.

Различается три типа тепловых насосов:

1. Земля-вода. Универсальные альтернативные источники энергии для частного дома, который удален от города. Такие насосы не привязаны к климатическим условиям, забор тепловой энергии осуществляется с глубин грунта ниже точки промерзания, поэтому оборудование показано для обогрева домов любой площади. Размещение контура может быть вертикальным с бурением скважин, горизонтальным – с выкладкой по плоскости грунта.

1. Вода-вода. Оптимальный вариант теплового насоса (ТН) для хозяев домов, рядом с которыми есть озеро, пруд или река. Цена оборудования ниже, монтаж проще. Для отбора низкопотенциальной энергии требуется погружной зонд-теплообменник, уровень заглубления составляет 10-15 метров.
2. Воздух-воздух . Это самые недорогие ТН. Пример насоса воздух-воздух – сплит система. Теплообменник – это радиатор с большой площадью оребрения, обдуваемой вентилятором. Система имеет один недостаток – при понижении температуры за окном от -15 С функциональность прибора значительно снижается.

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.

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.

СИСТЕМА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ — ХОРОШИЙ ВАРИАНТ

Рассматривая альтернативные виды отопления частного дома, стоит обязательно остановиться на тепловых насосах, использующих энергию природных источников тепла, в том числе, подземных и наземных вод, грунта, воздуха. В зависимости от того, какие альтернативные источники тепла используются, различаются тепловые насосы:

Конструктивно тепловой насос состоит из следующих компонентов:

Фреон, попадая в испаритель через капиллярное отверстие, испаряется в результате резкого падения давления. Стенки испарителя, нагретые за счет геотермальных вод, отдают тепло хладагенту. Компрессор, всасывая и сжимая хладагент, способствует его нагреву до температуры до 85-125о С, после чего выталкивает его в конденсатор, отдавая тепло через конденсатор в отопительный контур. Остывший хладагент вновь превращается в жидкость. Процесс повторяется до тех пор, пока помещение не прогреется до установленной температуры. Получив сигнал, терморегулятор останавливает работу теплонасоса и вновь включает его, когда температура в доме опускается до соответствующей отметки.

Если вам удалось обеспечить электричество в частном доме своими руками (или с привлечением мастера) – установка теплового насоса поможет сократить расходы на теплоснабжение в сравнении газовым отоплением.

К достоинствам тепловых насосов относятся:

Схема подогрева воды с помощью теплового насоса

Радиаторы и трубы отопления

Помимо современных отопительных котлов не менее важными компонентами являются трубы и радиаторы. Они необходимы для эффективной передачи тепловой энергии воздуху в помещении. Во время проектирования системы необходимо решить две задачи – уменьшить тепловые потери при транспортировке теплоносителя по трубам и улучшить теплоотдачу батарей.

Любые современные радиаторы отопления должны не только иметь хорошие показатели теплопередачи, но и удобную для ремонта и обслуживания конструкцию. Это же касается трубопроводов. Их монтаж не должен вызывать затруднений. В идеале установку может осуществить сам владелец дома без применения дорогого оборудования.

Современные радиаторы отопления

Конструкция радиаторов отопления

Для увеличения теплоотдачи в качестве основного материала изготовления батарей все чаще используют алюминий. Он имеет хорошие показатели теплопроводности, а для получения нужной формы можно применять технологию литья или сварки.

Но нужно учитывать, что алюминий очень чувствителен к воздействию воды. Современные чугунные радиаторы отопления лишены этого недостатка, хотя и обладают меньшей энергоемкостью. Для решения этой проблемы была разработана новая конструкция батарей, у которых водяные каналы изготавливаются из стальных или медных труб.

Эти современные трубы для отопления практически не подвергаются коррозии, имея минимальные размеры и толщину стенок. Последнее необходимо для эффективной тепловой передачи алюминию энергии от горячей воды. У современных радиаторов отопления есть несколько преимуществ, заключающихся в следующем:

• Долгий срок эксплуатации – до 40 лет. Однако он зависит от условий работы и своевременного выполнения прочистки системы;
• Возможность выбора способа подключения – верхнее, нижнее или боковое;
• В комплектацию может входить кран Маевского и терморегулятор.

В большинстве случаев модели современных чугунных радиаторов отопления делают дизайнерскими. Они имеют классические формы, некоторые из них изготавливаются в напольном варианте с элементами художественной ковки.

КПД радиатора отопления зависит от правильной установки и способа подключения. Это обязательно учитывается при монтаже системы.

Современные трубы отопления

Полимерные трубы для отопления

Выбор современных труб отопления во многом зависит от материала их изготовления. В настоящее время чаще всего используют полимерные магистрали из полипропилена или сшитого полиэтилена. Они имеют дополнительный армирующий слой из алюминиевой фольги или стекловолокна.

Однако они имеют один существенный недостаток — относительно низкий порог температурного воздействия до +90°С. Это влечет большое температурное расширение и как следствие – повреждение трубопровода. Альтернативой полимерным трубам могут служить изделия из других материалов:

• Медные. С точки зрения функциональности медные трубопроводы соответствуют всем требованиям к отопительной системе. Они просты в монтаже, практически не изменяют форму даже при экстремально высоких температурах теплоносителя. Даже при замерзании воды стенки медных магистралей будут расширяться без повреждения. Недостаток – высокая стоимость;
• Нержавеющая сталь. Она не подвергается ржавлению, ее внутренняя поверхность имеет минимальный коэффициент шероховатости. К недостаткам можно отнести стоимость и трудоемкий монтаж.

Как правильно подобрать оптимальную комплектацию современного отопления? Для этого необходимо воспользоваться комплексным подходом – сделать правильный расчет системы и согласно полученным данным выбрать котел, трубы и радиаторы с соответствующими эксплуатационными характеристиками.

В видеоматериале показан пример современного отопления дома с помощью системы теплый пол:

Вариант #3 — использование энергии ветра

Если ветер способен гонять стаи туч, почему бы не использовать его энергию на другие полезные дела? Поиски ответа на этот вопрос привели инженеров к созданию ветрогенератора. Это устройство обычно состоит из:

• генератора;
• высокой башни;
• лопастей, которые вращаются, улавливая ветер;
• батареи;
• системы электронного управления.

Поскольку вопросы создания ветрогенераторов изучаются довольно давно, существуют проекты самых разнообразных конструкций этих устройств. Модели с горизонтальной осью вращения занимают довольно большое пространство, а вот ветрогенераторы с вертикальной осью вращения гораздо компактнее. Разумеется, для эффективной работы устройства требуется достаточно сильный ветер.

Ветрогенератор необходимо разместить как можно выше, чтобы его работа была эффективной. Модели, которые имеют вертикальную ось вращения, компактнее, чем при горизонтальном вращении

Перспективы использования альтернативных источников энергии.

Экологическая чистота и безопасность альтернативных источников электроэнергии является главным, но далеко не единственным аргументом в пользу альтернативных источников энергии. Во многих странах разработаны программы по переходу к возобновляемой энергетике. Альтернативная энергия продолжает укреплять свои позиции. В некоторых странах разработаны государственные программы со значительными денежными вложениями в возобновляемые источники энергии. По сравнению с 2009 годом стоимость солнечной энергии уже снизилась на 60%, а на энергию ветра – в два раза и стала более доступной.

Источник материалов для статьи: GWS Еnergy.

Малогабаритная гидроэнергетика

Автономное электричество для частного дома с помощью использования энергии воды — Hydro Power (гидроэнергетика), имеет преимущества и по сравнению с другими видами возобновляемой энергии, если система спроектирована и установлена правильно, создаёт минимум экологических рисков для окружающей среды.

Как правило, все что для этого нужно — это река с достаточным количеством воды и скорости течения, поступающей на водяную турбину, подключённую к генератору электроэнергии. В зависимости от размеров и необходимой мощности электрогенерации, миниэлектростанция для гидроэлектрических схем подразделяются следующим образом:

1. Small Scale Hydro Power (небольшие), генерирует электрическую мощность от 100кВт (1кВт) и 1МВт (мегаватт), подавая эту генерируемую энергию непосредственно в коммунальную сеть, питающей более одного домашнего хозяйства.
2. Mini Scale Hydro Power (мини-масштабные), которые генерируют мощность от 5кВт до 100кВт, подавая её непосредственно в коммунальную сеть или автономную систему с питанием от сети переменного тока.
3. Micro Scale Hydro Power (микромасштабные), домашняя схема САЭ для рек, с генератором постоянного тока для производства электромощности от сотен ватт до 5кВт в качестве части автономной системы.

Мини-ГЭС (гидроэлектростанции) в зависимости от вида водных ресурсов подразделяются на:

• русловые — малые речки с искусственным водоёмами на равнинах;
• стационарные — высокогорные речки;
• водоподъёмные с перепадом воды на промпредприятиях;
• мобильные — водяной поток поступает через армированные устройства.

Для работы мини-ГЭС используются следующие типы турбин:

• водяной напор > 60-м — ковшовые и радиально-осевые;
• при напоре 25—60-м — радиально-осевые и поворотно-лопастные;
• при низком напоре — пропеллерные и поворотно-лопастные в железобетонных устройствах.

Автономное электроснабжение дома с применением Hydro, Mini Hydro Systems или Micro Hydro Systems могут быть спроектированы с использованием либо водяных колёс, либо импульсных гидротурбин. Потенциал генерации конкретного участка будет зависеть от количества потока воды, которая, в свою очередь, зависит от условий и местоположения участка, а также от характеристик осадков на участке. Водяные колёса и водяные турбины отлично подходят для любой малой схемы гидроэнергетики, поскольку они извлекают кинетическую энергию из движущейся воды и преобразуют эту энергию в механическую энергию, приводящую в действие электрический генератор.

Максимальное количество электроэнергии, которое может быть получено из реки или потока проточной воды, зависит от количества энергии в конкретной точке потока. Но водяная турбина не идеальна, из-за потерь мощность внутри турбины вызванных трением. Большинство современных гидротурбин имеют к.п.д от 80 до 95% и способны использоваться, как миниэлектростанция для частного дома. Мини-ГЭС работают по надёжному принципу. Вода, воздействует на турбинные лопасти через гидропривод, приводит во вращение электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию.

Процесс контролируется системами автоматизации. Надёжная система автоматики защищает оборудование от перегрузок и поломок. Устройства современных гидрогенераторов сокращает до минимума производство монтажных работ в период строительства и создают оптимальное энергообеспечение электроэнергией.

Автономные источники электроснабжения мини-ГЭС проектируется при полном соответствии параметров турбины и гидроагрегата для производства требуемой частот вращения и тока.

К достоинствам работы мини-ГЭС относятся:

• экобезопасность оборудования;
• низкая себестоимость 1 кВт-час электроэнергии;
• автономность, простота и надёжность схемы;
• неисчерпаемость первичного ресурса.

К недостаткам мини-ГЭС относится слабая материально-техническая и производственная база для производства всего необходимого комплекса оборудования в стране.

Что такое альтернативное отопление частного дома

Альтернативное отопление представляет собой способы и системы теплоподачи для частного дома, дающие возможность не использовать газ или электрическую энергию. Как правило, источники тепла в этом контексте – бесплатные ресурсы природы, доступные каждому из нас. Например, такие, как солнце и ветер.

Почему это выгодно:

• Для обогрева помещения используются такие тепловые источники, которые не требуют оплаты счетов от поставщиков;
• На создание установок работающих с ветром или солнцем уйдет меньше денежных трат, чем на обустройство привычных отопительных систем;
• Повышение цен на коммунальные блага никак не отразится на использовании альтернативы обогрева жилья.

Впрочем, альтернатива электрическому или газовому обогреву не только экономически выгодна, но и еще экологична, так как в процессе работы не сжигается древесина или иное топливо.

Преимущества применения тепловых насосов

Экономия. Если сравнить расходы на отопление с помощью теплового насоса с расходами на газовое оборудование, то получится внушительная сумма с разницей в пользу насосов. А все потому, что альтернативные источники в системе отопления — это тепловая энергия воды и земли.

Безопасная работа. Относительно взрыво- и пожароопасности отопительного оборудования, работающего на газу, электрический тепловой насос для отопления дома является вполне безобидным прибором! Сюда же можно отнести и простоту эксплуатации оборудования.

Универсальность применения. Тепловой насос может работать как на обогрев помещений, так и на их охлаждение (нечто сродни работе сплит-систем в режимах «тепло-холод»).

Полная автоматизация работы. В отличие от твердотопливных котлов, тепловые насосы не требуют постоянной загрузки топлива, к тому же они не нуждаются в постоянном контроле, осмотре, чистке.

А еще тепловому насосу не требуется подключение к магистральному газопроводу – это автономное отопление загородного дома, которое обеспечивается простым подключением к сети электропитания.

Энергия из ветра

Наши предки давно научились применять энергию ветра для своих нужд. В принципе, с тех пор конструкция почти не изменилась. Только жернова сменил привод генератора, преобразующий энергию вращающихся лопастей в электричество.

Для изготовления генератора понадобятся следующие детали:

• генератор. Некоторые используют мотор от стиральной машинки, слегка преобразовав ротор;
• мультипликатор;
• аккумулятор и контроллер его заряда;
• преобразователь напряжения.

Ветрогенератор

Существует множество схем самодельных ветрогенераторов. Все они комплектуются по одному принципу.

1. Собирается рама.
2. Устанавливается поворотный узел. За ним монтируются лопасти и генератор.
3. Монтируют боковую лопату с пружинной стяжкой.
4. Генератор с пропеллером крепится на станину, затем её устанавливают на раму.
5. Подсоединяют и соединяют с поворотным узлом.
6. Устанавливают токосъёмник. Соединяют его с генератором. Провода подводят к батарее.

Совет. От диаметра пропеллера будет зависеть число лопастей, а также количество генерируемого электричества.

Солнечные батареи

Альтернативное электричество от солнца в частном домостроении используется редко. Все дело в дороговизне солнечных элементов, которые устанавливаются в батареях. Отсюда и высокая стоимость всей установки. Хотя необходимо отметить, что это перспективное направление, от которого нельзя отказываться. Ведь ежегодно на один квадратный метр поверхности земли падает 1000 кВт энергии. Представляете, сколько человечество теряет. Если сравнить с другими видами топлива, то это 100 м³ газа или 100 литров солярки.

Конечно, таким способом получить электрический ток еще дорого. А вот нагреть так воду – это очень дешево. Вот почему солнечные коллекторы сегодня так востребованы у жителей загородных поселков.

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ — ОТЛИЧНЫЙ ВИД АЛЬТЕРНАТИВЫ

Современное отопление частного дома может быть обеспечено за счет многочисленных альтернативных способов обогрева, среди которых солнечный коллектор является одним из наиболее эффективных. В отличие от солнечных батарей, где вырабатывается солнечная электроэнергия, устройство солнечных коллекторов позволяет концентрировать тепловую энергию Солнца и направлять ее на нагревание теплоносителя (воды, масла, воздуха, антифриза и пр.). Циркулирующий в коллекторе теплоноситель нагревается, после чего накопленное тепло передается в резервуар-накопитель для последующего расходования в системе отопления и горячего водоснабжения.

Как сделать своими руками

Комплекты оборудования, о котором было написано выше, стоят достаточно дорого, поэтому у людей творческих, с инженерной смекалкой, иногда появляются мысли о том, а как изготовить то или иное устройство своими руками.

Для того, чтобы сделать агрегат, способный производить электрическую энергию, с использованием альтернативных источников энергии, необходимо:

1. Иметь начальные знания в электротехнике и устройстве электрических сетей;
2. Обладать навыками работы с ручным механическим и электрическим инструментом;
3. Уметь работать с паяльником;
4. Иметь свободное время и главное – желание, создать свое собственное устройство, способное вырабатывать электричество.

Если, в качестве источника энергии, выбрать солнечные лучи, то необходимо изготовить приемную панель – солнечную батарею. Для этого можно пойти несколькими путями, это:

1. Приобрести фотоэлементы и выполнить их соединение, определенным образом (выполняется методом пайки). Изготовить корпус панели, в соответствии с размерами собранного приемника, в который и поместить фотоэлементы.
   При таком варианте изготовления, можно изготовить достаточно эффективное устройство, которое сможет обеспечить электрической энергией небольшую дачу, используемую не продолжительное время.
2. При малой мощности нагрузки, когда необходимо зарядить сотовый телефон или иное электронное устройство, можно изготовить солнечную панель из бывших в употреблении диодов или транзисторов.

• При использовании транзисторов — у транзисторов отрезаются крышки и сами транзисторы соединяются последовательно. Транзисторы помещаются в отдельный корпус, к их концам припаиваются выводы. Работа устройства осуществляется при попадании солнечных лучей на «p-n» переход транзисторов.
• При использовании диодов – их потребуется большое количество и электронная плата, которая используется в качестве подложки. Верхняя часть диодов срезается и используя паяльник, кристалл достается из корпуса. Кристаллы паяются последовательно, на подложке, в отдельные блоки. Блоки соединяются между собой параллельно.
• Аккумуляторы и электронные устройства (контроллер заряда и инвертор), в случае необходимости их установки, лучше всего приобрести, хотя при желании, электронные устройства, также могут быть изготовлены самостоятельно.
  Если в качестве источника энергии выбрать ветер, воду, биотопливо и энергию земли, то изготовление технических устройств, способных вырабатывать свое электричество, также возможно.

5 Гидроэлектростанция своими руками

Если на приусадебном участке имеется водоем, можно соорудить на нём самодельную гидроэлектростанцию. Основным компонентом такой системы является колесо для прокачивания воды. Мощность установки определяется в соответствии со скоростью течения. Материалы для изготовления можно брать подручные, например, детали автомобиля, обрезки металла, уголков. Понадобятся также неодимовые магниты, куски фанеры, медного провода и полистироловая смола. Последовательность работ следующая:

1. 1. Берут диски диаметром 27−28 см и изготавливают колесо. Делают лопасти, разрезав стальную трубу на 4 части в направлении вдоль. Всего необходимо 16 лопастей. Стягивают их болтами. Между ними оставляют зазор в 25 см. Закрепляют сваркой лопасти на конструкции.
2. 2. По ширине колеса делают сопло. Для этого берут обрезки металла, выгибают по размеру, приваривают сваркой. Регулируют элемент по высоте для удобного контроля водного потока.
3. 3. Сваривают ось и устанавливают на нее колесо.
4. 4. Делают обмотку, после чего катушки заливают смолой. Можно считать, что статор готов. Проводят сборку генератора. Шаблон изготавливают из фанеры. Ставят магниты.
5. 5. Обеспечивают генератор защитой от влаги — устанавливают металлическое крыло.
6. 6. Металлическим элементам также требуется защита от коррозии. Для этого все элементы крепежа, ось и колесо покрывают краской.

Отрегулировав сопло, можно добиться максимальной мощности. Такого рода самодельные системы хороши тем, что не предполагают больших капиталовложений. Энергию они предоставляют бесплатно. При совмещении нескольких альтернативных видов конструкций удается добиться ощутимого снижения расходов на электричество.