Солнечная энергия как альтернативный источник энергии — схемы

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?

Особенности преобразования

Недоработкой современной науки является неспособность прямого потребления энергии солнца. По этой причине разработаны специальные приборы, обеспечивающие преобразование солнечной энергии в электрическую или тепловую. В первом упоминании речь идет о батареях, а во втором — о коллекторах.

Сегодня разработано несколько вариантов преобразования:

• Термовоздушная энергетика. В ее основе лежит использование энергии солнца для получения потока воздуха, направляемого в турбогенератор. Популярность получают электростанции аэростатного типа, в которых генерируется водяной пар, благодаря нагреву аэростатной поверхности со специальным покрытием. Преимущество методики заключается в способности накапливать необходимый объем пара для обеспечения работы системы даже в темное время суток, при отсутствии солнечного света.
• Фотовольтаика. Особенность методики заключается в применении специальных панелей, имеющих фотоэлектрическую базу. Представители — солнечные батареи. В основе изделий лежит кремний, а толщина рабочей поверхности равна нескольким десятым миллиметра. Размещать конструкции можно в любом месте. Главным условием является максимальное поступление лучей.

Кроме фотопластин, для преобразования солнечной энергии могут использоваться тонкопленочные панели, обладающие меньшей толщиной. Их главным недостатком является небольшая эффективность.

• Гелиотремальная энергетика — направление, суть которого заключается в поглощении света поверхностью с последующим фокусированием тепла для нагрева. В бытовой сфере этот вид превращения солнечной энергии используется для прогрева. В промышленности эта методика применяется для получения электричества с помощью тепловых машин.

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.

Солнце как альтернативный источник энергии

Энергия солнца является одним из самых доступных возобновляемых источников на Земле. Использование солнечной энергии в народном хозяйстве положительно сказывается на состоянии окружающей среды, поскольку для её получения не требуется бурить скважины или разрабатывать шахты. К тому же, этот вид энергии свободный и не стоит ничего. Естественно, что требуются затраты на покупку и монтаж оборудования.

Проблема в том, что солнце – это прерывистый источник энергии. Так, что требуется накопление энергии и использование её в связке с другими энергетическими источниками. Основная проблема на сегодняшний день заключается в том, что современное оборудование имеет низкую эффективность преобразования энергии солнца в электрическую и тепловую. Поэтому все разработки направлены на то, чтобы увеличить КПД таких систем и снизить их стоимость.

Вот он – возобновляемый источник энергии

Кстати, очень много ресурсов на планете представляют собой производные от солнечной энергии. К примеру, ветер, который является ещё одним возобновляемым источников, не дул бы без солнца. Испарение воды и накопление её в реках также происходит под действием солнца. А вода, как известно, используется гидроэнергетике. Биотоплива также не было бы без солнца. Поэтому, помимо прямого источника энергии, солнце влияет на другие сферы энергетики.

Солнце отправляет к поверхности нашей планеты радиацию. Из широкого спектра излучения поверхности Земли достигают 3 типа волн:

• Световые. В спектре излучения их примерно 49 процентов;
• Инфракрасные. Их доля также 49 процентов. Благодаря этим волнам наша планета нагревается;
• Ультрафиолетовые. В спектре солнечного излучения их примерно 2 процента. Они невидимы для нашего глаза.

 

Экскурс в историю

Как развивалась солнечная энергетика до наших дней? Об использовании солнца в своей деятельности человек думал с древних времён. Всем известна легенда, согласно которой Архимед сжёг флот неприятеля у своего города Сиракузы. Он использовал для этого зажигательные зеркала. Несколько тысяч лет назад на Ближнем востоке дворцы правителей отапливали водой, которая нагревалась солнцем. В некоторых странах выпариваем морской воды на солнце получали соль. Учёные часто проводили опыты с нагревательными аппаратами, работающими от солнечной энергии.

Первые модели таких нагревателей были выпущены в XVII─XVII веках. В частности, исследователь Н. Соссюр представил свою версию водонагревателя. Он представляет собой ящик из дерева, накрытый стеклянной крышкой. Вода в этом устройстве подогревалась до 88 градусов Цельсия. В 1774 году А. Лавуазье использовал линзы для концентрации тепла от солнца. И также появились линзы, позволяющие локально расплавить чугун за несколько секунд.

Батареи, преобразующие энергию солнца в механическую, создали французские учёные. В конце XIX века исследователь О. Мушо разработал инсолятор, фокусирующий лучи с помощью линзы на паровом котле. Этот котёл использовался для работы печатной машины. В США в то время удалось создать агрегат, работающий от солнца, мощностью в 15 «лошадей».

Инсолятор О. Мушо

Долгое время инсоляторы выпускались по схеме, использующей энергию солнца для превращения воды в пар. И преобразованная энергия использовалась для совершения какой-либо работы. Первое устройство, преобразующее солнечную энергию в электрическую, было создано в 1953 году в США. Оно стало прообразом современных солнечных батарей. Фотоэлектрический эффект, на котором основана их работа, был открыт ещё в 70-е годы XIX столетия.

В тридцатые годы прошлого столетия академик СССР А. Ф. Иоффе предложил использовать полупроводниковые фотоэлементы для преобразования энергии солнца. КПД батарей в то время был менее 1%. Прошло много лет до того, как были разработаны фотоэлементы, имеющие КПД на уровне 10─15 процентов. Затем американцы построили солнечные батареи современного типа.

Для получения большей мощности солнечных систем низкий КПД компенсируется увеличенной площадью фотоэлементов. Но это не выход, поскольку кремниевые полупроводники в фотоэлементах довольно дорогие. При увеличении КПД возрастает стоимость материалов. Это является главным препятствием для массового использования солнечных батарей. Но по мере истощения ресурсов их использование будет всё более выгодным. Кроме того, исследования по увеличению КПД фотоэлементов не прекращаются.

Фотоэлемент для солнечной батареи

Стоит сказать, что батареи на основе полупроводников достаточно долговечны и не требуют квалификации для ухода за ними. Поэтому их чаще всего используют в быту. Есть также целые солнечные электростанции. Как правило, они создаются в странах с большим числом солнечных дней в году. Это Израиль, Саудовская Аравия, юг США, Индия, Испания. Сейчас есть и совсем фантастические проекты. Например, солнечные электростанции вне атмосферы. Там солнечный свет ещё не потерял энергию. То есть, излучение предлагается улавливать на орбите и затем переводить в микроволны. Затем в таком виде энергия будет отправляться на Землю.

 

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, 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.

Альтернативный проект по использованию солнечной энергии

Использование солнечной энергии не ограничивается кремниевыми батареями. Существует еще одна схема источника альтернативной энергии на основе солнечной тепловой энергии. В отличие от полупроводниковых панелей с прямым преобразованием света в электричество, в основе альтернативной системы используется тепло, получаемое в нескольких тепловых солнечных коллекторах.

Разогретая до 120оС вода или этиленгликоль поступает в бойлер-теплообменник, расположенный в подвале дома. Часть тепла отдается легкокипящей жидкости – бутану или фреону, которая направляется на небольшой электрогенератор с вихревой турбиной, а часть накапливается в массивном теплоаккумуляторе, заполненном расплавленным парафином.

Стоимость одной такой альтернативной установки примерно на 60-70% больше, чем для системы с кремниевыми панелями. По отзывам производителей, даже при более высокой цене спрос на альтернативный источник энергии значительно выше, чем на кремниевые панели:

• Ресурс конструкции при условии ежегодного обслуживания составляет более 50 лет;
• КПД альтернативной установки на солнечной энергии в 2,5 раза выше, чем у современной бытовой солнечной батареи.

Вместо дорогостоящих литий-ионных батарей в системе используется дешевый теплоаккумулятор, способный запасать энергию до 150 кВт/ч в электрическом эквиваленте. Это означает, что даже в зимнее время, в условиях непогоды и самого пасмурного неба, альтернативный источник энергии способен отапливать помещение площадью в 40-50 м2 в течение 24-30 ч. Единственным существенным недостатком тепломеханического источника энергии является необходимость прибегать к услугам сертифицированных специалистов для монтажа и регулярного обслуживания системы.

Преимущества и недостатки солнечной энергии

Преимущества

• Бесплатно. Одно из главных преимуществ энергии солнца – это отсутствие платы за неё. Солнечные панели делаются с использованием кремния, запасов которого достаточно много;
• Нет побочного действия. Процесс преобразования энергии происходит без шума, вредных выбросов и отходов, воздействия на окружающую среду. Этого нельзя сказать о тепловой, гидро и атомной энергетике. Все традиционные источники в той или иной мере наносят вред ОС;
• Безопасность и надёжность. Оборудование долговечное (служит до 30 лет). После 20─25 лет использования фотоэлементы выдают до 80 процентов от своего номинала;
• Рециркуляция. Солнечные панели полностью перерабатываются и могут быть снова использованы в производстве;
• Простота обслуживания. Оборудование довольно просто разворачивается и работает в автономном режиме;
• Хорошо адаптированы для использования в частных домах;
• Эстетика. Можно установить на крыше или фасаде здания не в ущерб внешнему виду;
• Хорошо интегрируются в качестве вспомогательных систем энергоснабжения.

Недостатки

• Эффективность зависит от времени суток и погоды. Нерентабельно использовать в высоких широтах;
• Требуется аккумулировать преобразованную энергию;
• Первоначальные вложения высокие. Особенно это ощутимо для обычных людей при покупке оборудования для частного дома;
• Периодически нужно делать очистку панелей от загрязнения;
• Для размещения требуется большая площадь;
• Некоторые фотоэлементы имеют в своём составе Pb, Cd, мышьяк, что усложняет и переработку.

 

Энергия ветра

Использование воздушных потоков в качестве ветровой нагрузки позволяет добиваться очень высоких мощностей, в пределах от 1-15 кВт на одну вышку. Классическая система получения альтернативной энергии с использованием ветра состоит из трех составляющих:

• Металлическая или бетонная мачта с поворотной платформой;
• Воздушный винт, соединенный механической трансмиссией с электрогенератором;
• Аккумуляторная батарея с системой преобразования тока.

Стоимость ветровой электроэнергии зависит от размеров конструкции, чем больше высота, на которую поднят винт, тем выше эффективность источника альтернативной энергии. Для альтернативной установки мощностью 50 кВт/ч, поднятой на мачту в 50 м, цена производимой «воздушной» электроэнергии сопоставима с тарифом тепловой электростанции.

Для частного дома возможности использования ветра в качестве альтернативного источника значительно скромнее. Например, простейшая ветровая установка с высотой мачты в 4,5 м и диаметром четырехлопастного винта в 2 м, при ветре в 12 м/с выдает не менее 800-900 Вт/ч. Четыре ветроустановки способны заменить дорогостоящий источник энергии на солнечных кремниевых панелях площадью 20 м2. При этом стоимость альтернативной энергии будет вдвое выше сетевого тарифа.

Простейшая установка получения альтернативной энергии с винтом диаметром всего 70 см, установленная на балконе пятого этажа, позволяет получить 200 Вт/ч даже в условиях несильного ветра. Изготовить альтернативные источники энергии для дома своими руками не составит особого труда, необходимо только спроектировать винт специальной конфигурации, чтобы максимально снизить уровень шума.

В Китае малогабаритные установки с винтом 50 см широко используются в качестве альтернативного источника электроэнергии для питания фонарей уличного освещения и ретрансляторов беспроводного интернета, систем сигнализации и камер наблюдения на парковках и автомагистралях. Стоит такая «кроха» в 10 раз дешевле кремниевой панельки аналогичной мощности, а работает практически в любую погоду, даже без аккумуляторов.

При удачном выборе места под размещение мачты ветряная электростанция в качестве альтернативного источника электроэнергии окупается в течение 2-3 лет. Высота мачты должна составлять не менее 10-12 м, а диаметр лопастей – 2,5-3 м. Две вышки способны производить до 5 кВт/ч при среднем ветре.

Ветроустановки отлично работают в степной и гористой местности, в условиях плотной городской и пригородной застройки их эффективность снижается на 30-40%. Единственным недостатком ветроустановки остается высокий уровень зашумленности. Системы мощностью около 1 кВт способны генерировать шум, сопоставимый с децибелами работающего дизельного автомобиля.

Сферы применения солнечной энергии

Направлений использования довольно много. Ниже рассматриваются самые востребованные и распространённые.

Энергоснабжение частного дома

Совсем недавно такие системы были чем-то из фантастических фильмов. Но сейчас у многие можно встретить комплекты солнечных модулей на крыше или фасаде дома. КПД таких систем пока не превышает 10─15 процентов. Напряжение вольта. Но для частного дома или дачи этого вполне достаточно.

Здесь стоит сказать, что современные панели вырабатывают электричество даже в сумерках и пасмурную погоду. Заряда аккумуляторных батарей хватает на тёмное время суток. Кроме того, солнечные панели подключаются как вспомогательные, и при необходимости их подменяет основная энергетическая система.



 

Солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения

Здесь энергия солнца преобразуется в тепловую. Наверное, у многих на дачном участке есть душ с металлическим баком наверху. Он нагревается от солнца и можно мытья нагретой водой. Это простейший вариант такого коллектора.

Но современные системы работают значительно эффективнее. В них есть поглощающий элемент, который передаёт тепловую энергию теплоносителю. Есть варианты с водой и воздухом в качестве теплоносителя.

Коллекторы чаще всего работают в составе систем горячего водоснабжения частных домов. Нагретый в них теплоноситель попадает в накопитель (бойлер), где нагревает воду. Схема практически такая же, как у электрического бойлера. Только электричество в этом случае не расходуется.

Компактные системы с коллектором могут обеспечить бесплатный нагрев воды в доме для семьи на 3─5 человек. Речь идёт об осенне-зимнем периоде. Зимой эффективность подобных систем значительно снижается. Параллельно с установкой таких систем проводятся работы по улучшению изоляции. Если зимы в вашем регионе не суровые, то коллектор вполне может использоваться и зимой.

 

Портативные источники энергии

Этот вид устройств предназначен для получения электрической энергии при отсутствии электрических сетей. Такие переносные аккумуляторы с возможностью зарядки от солнечной панели популярны среди туристов, дачников и т. п. Об этих устройствах можно прочитать в статьях:

 

Концентраторы

Этот вид устройств можно назвать экзотикой. Их можно встретить у туристов в составе походных кухонь. Они концентрируют свет параболическим зеркалом на ёмкости с теплоносителем.



 

Транспорт

Это пока также экзотическая сфера применения. Но уже сейчас проводятся гоночные соревнования в Австралии на солнечных карах. Однако в последнее время конструкторам удалось нарастить скорость таких транспортных средств до 80 км/час. И также проводятся испытания самолёта на солнечных батареях с облётом планеты.



 

Сила воды

Если рядом с домом протекает ручей или речушка, водный поток можно с успехом использовать в качестве источника энергии. Вода значительно слабее ветра по запасу энергии, поэтому для получения альтернативного источника с желаемыми 2-3 кВт/ч электроэнергии необходимо обеспечить следующие характеристики движения потока:

• Перепад высоты или напор — не меньше 150 см, скорость течения не менее 70 см/с;
• Расход воды – не менее 1,5-2 м3/с;
• Диаметр рабочего колеса не менее 60 см.

Кроме изготовления самой конструкции альтернативного водяного привода, дополнительно придется построить запруду и обводной ливневый канал, что потребует значительных расходов.

В качестве самостоятельного источника энергии возможностей ручейка для обеспечения потребности дома будет явно недостаточно, а для использования полноразмерного пятикиловаттного привода потребуется как минимум оформить разрешение на использование водных ресурсов.

Развитие солнечной энергетики в разных странах и её перспективы

Альтернативные виды энергетики, к которым относится солнечная, быстрее всего развивается в технологически развитых странах. Это США, Испания, Саудовская Аравия, Израиль и другие страны, где большое количество солнечных дней в году. Солнечная энергетика также развивается в России и странах СНГ. Правда, темпы у нас значительно медленнее из-за климатических условий и меньших доходов населения.

На территории бывшего СССР климат для солнечных установок больше всего подходит климат на Украине и республиках Средней Азии. Однако здесь пока больше разговоров о развитии, чем реальных дел. То есть, раскрыть потенциал использования солнечной энергии здесь пока не удалось. Если говорить о доле солнечной энергии на рынке России и стран СНГ, то она не превышает 1 процента. В планах значится строительство нескольких солнечных электростанций. Поэтому ситуация ещё может исправиться.

В России наблюдается постепенное развитие и уклон делается на развитие солнечной энергетики в регионах Дальнего Востока. Солнечные электростанции строятся в удалённых населённых пунктах Якутии. Это позволяет экономить на завозимом топливе. Строятся электростанции и в южной части страны. Например, в Липецкой области.

Все эти данные позволяют сделать вывод о том, что многие страны мира пытаются максимально внедрить у себя использование солнечной энергии. Это актуально потому, что энергопотребление постоянно растёт, а ресурсы ограничены. К тому же, традиционная сфера энергетики сильно загрязняет окружающую среду. Поэтому альтернативная энергетика – это будущее. И энергия солнца является одним из ключевых её направлений.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Этим вы поможете развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

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.

Биотопливо

Большинство альтернативных источников энергии обладают одним и тем же недостатком – сделать запас тепла или электроэнергии практически невозможно, если не считать сверхбольших теплоаккумуляторов и маломощных литиевых батарей к солнечным панелям.

Большинство владельцев частных домов предпочли бы использовать альтернативный вариант безопасного и простого в использовании биотоплива, которое можно было бы запасти на весь отопительный сезон.

На сегодня используются два варианта альтернативного топлива:

• Биогаз, получаемый непосредственно на территории усадьбы или домовладения;
• Пеллеты, гранулированные продукты переработки угля, торфа, древесины, отходов лесопиления.

Источником сырья для производства пеллет могут быть любые отходы древесины. Небольшой ротационный пресс, который можно легко установить в домашних условиях, превращает мешок измельченной стружки в несколько килограммов пеллет. В результате владелец получает источник альтернативного недорогого топлива, которое можно запасать и сжигать в специальных котлах с автоматической подачей пеллетной массы.

Биогаз представляет собой продукт переработки определенными культурами бактерий органических отходов, смешанных с коровьим и свиным навозом. Сырье загружают в металлическую емкость со свободно плавающей крышей и затирают порошком с бактериями.

На вторые-третьи сутки из бака начинает поступать биогаз, который можно использовать в качестве альтернативного газового топлива вместо метана. Достаточно лишь отрегулировать работу автоматики на газ с меньшей калорийностью.

Удобный, но не самый безопасный источник альтернативной энергии, так как биогаз не имеет запаха и в случае утечки может легко привести к возникновению пожара.

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.

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.

Система солнечного электроснабжения

Главная статья расходов альтернативного электроснабжения на солнечных батареях включает цену панелей, это примерно 160 руб. за 1 Вт или 80-85 долл. за метр квадратный поверхности. Для альтернативного энергоснабжения дома потребуется не менее 25 м2 панелек из поликристаллического кремния.

На аккумуляторах можно сэкономить. Вместо дорогостоящего лития можно установить щелочную батарею, которая прослужит 15 лет при минимальном уходе за источником энергии. На комплект щелочных батарей уйдет еще 200-300 долл.

Можно приобрести готовые панели в чехлах с наклеенной подложкой и пропаянной проводкой за 500-700 долл. или купить и наклеить одиночные плитки на текстолитовую основу своими руками. Вместо дорогущей монокристаллической плиты используем поликристаллические соты за вдвое меньшую цену. Правда, коэффициент полезного действия поликремния на несколько процентов меньше, но потерю можно легко компенсировать дополнительной площадью элементов.

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.

Устройство солнечной панели

Если планировать альтернативный источник энергии на длительную перспективу, то лучше всего отказаться от использования какого-либо биотоплива и водяных генераторов. Уже через десяток лет нормы выброса СО будут жестко контролироваться государством. Тогда как за установку альтернативного источника электропитания из поликремния можно будет получать субсидии, как это происходит в сегодня в Европе и Канаде.

Солнечная батарея представляет тончайший слой кремния с напыленными на торцы «бутерброда» медными или никелевыми электродами. Плоскость, обращенная к солнцу, обязательно защищается от пыли и влаги тонким кварцевым, ситалловым или поликарбонатным стеклом. Отдельные «бутерброды» спаяны в ряды и целые панели, способные выдавать по 80-100 Вт электрической мощности.

Панели соединяют последовательно и подключают к аккумулятору и преобразователю. Последний превращает постоянный ток панели в переменный 220 В, что позволяет подключать к альтернативному источнику обычную бытовую технику, освещение и системы жизнеобеспечения.

Кроме классической кремниевой панели, для альтернативного электроснабжения также используют так называемые титановые солнечные батареи. По сути, это два тонких стекла с напыленным, практически невидимым тонким слоем оксида титана, между которыми находится раствор электролита. Выглядит титановая панель, как обычное оконное стекло с едва заметным затемнением, но это не мешает альтернативному источнику выдавать энергию с КПД до 7%.

Панели вставляют в окна, используют для остекления веранд и целых этажей, применяют в качестве самостоятельного источника резервного электроснабжения и в паре с кремниевыми панелями.

Видео

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

Правила установки солнечной панели

В классическом исполнении солнечную панель необходимо устанавливать под углом в 55-60о к линии горизонта. Для обычных двухскатных крыш это слишком большой угол наклона, поэтому приходится либо приподнимать батареи относительно ската крыши, либо мириться с небольшим снижением эффективности альтернативного источника электроснабжения и укладывать секции просто на солнечной стороне кровли.

В альтернативном варианте панели располагают на участке на специальных поворотных подставках, такой способ используют в загородных домах и дачах, где мощности альтернативного источника всегда не хватает, а свободной площади всегда в избытке.

Тепловые насосы для отопления

Эффективность альтернативного источника тепла зависит от структуры пород, наличия геотермальных вод, высокого содержания газов и залежей органического топлива, торфа и угля. Наилучший выход тепла можно получить на влажных болотистых почвах, самыми сложными для организации альтернативного теплоснабжения считаются тяжелые скальные породы.

Принцип работы теплового насоса

Устройство и схема работы теплового насоса в качестве источника тепловой энергии приведена на схеме.

Работа альтернативной системы отопления во многом напоминает цикл обычного компрессионного или пароэжекционного холодильника, с двумя дополнительно установленными теплообменными контурами.

Первый контур альтернативного источника энергии изготавливается из нескольких десятков металлических труб, уложенных в скважины, глубиной от 40-100 м. Количество скважин может достигать 80-90 единиц для одного источника энергии мощностью 16-18 кВт. Скважины играют роль подогревателя для прокачиваемого антифриза и первичного источника энергии для теплового насоса.

Второй контур представляет собой медный теплообменник, сочлененный с первым контуром. В нем, как в холодильнике, циркулирует фреон или изобутан. В процессе конденсации фреона выделяется огромное количество тепловой энергии, которое через третий контур направляется на отопление дома.

Существуют также безнасосные схемы альтернативных источников энергии, в которых нет компрессоров и насосов, соответственно, практически нет потребления электрической энергии. КПД такого альтернативного теплового насоса меньше, поэтому для поддержания необходимой тепловой мощности источника энергии приходится увеличивать количество скважин.

Тепловой насос с узлами от бытовой техники

Простейший альтернативный источник тепла можно изготовить из деталей от мощного холодильника или уличной морозильной камеры. В таких системах в качестве агента — переносчика энергии используют углекислый газ. Компрессор мощностью 1,5 кВт способен выдать на медном радиаторе холодильника до 2,5 кВт тепловой энергии. Необходимо лишь оборудовать радиатор обдувом воздуха, а морозилку заглубить во влажный грунт на глубину ниже уровня промерзания. Такой альтернативного источник тепловой энергии способен эффективно отапливать помещение до 25 м2.

Обустройство и подключение внешнего устройства

Конструктивно тепловой насос выглядит, как холодильник, от которого идут трубы на радиаторы отопления и массивный бойлер-аккумулятор энергии. В альтернативном варианте трубы могут укладываться прямо в основание теплого пола.

Существует также альтернативный вариант укладки труб первого контура. Если рядом с домом существует источник любой воды, то для более эффективного забора тепла трубы первого контура лучше всего уложить как можно ближе к водному потоку.

Плюсы и минусы использования

В теории тепловой насос идеально подходит на роль альтернативного источника тепла, но на практике при эксплуатации приходится сталкиваться с таким явлением, как вырождение теплоотдачи скважин. После 1800-2000 часов работы грунт вокруг первого контура альтернативного отопления приходится подвергать регенерации.

Расстояние между скважинами должно быть не менее 6 м, поэтому под альтернативный способ получения тепловой энергии приходится отдавать значительную площадь участка. Стоимость установки теплового насоса сегодня самая высокая среди всех альтернативных источников энергии, минимум 10 тыс. евро.

Заключение

По мнению специалистов, покупка и установка альтернативных источников энергии на сегодня остается лучшим объектом для инвестиций. Система окупается даже раньше расчетного времени, а для ветровых конструкций этот срок может быть уменьшен до нескольких месяцев. Кроме того, это отличный способ избавиться от зависимости от поставок электрической энергии сетевых компаний.