Что такое альтернативная энергия?

Всегда перед потребителем стоит выбор, основанный на вопросе, что лучше? И в этом плане подразумевается, во-первых, затраты на приобретение нового вида источника электричества, во-вторых, как долго этот прибор будет работать. То есть, будет ли это выгодно, окупится ли вся затея, а если окупится, то через какой промежуток времени? Скажем так, экономию денежных средств еще никто не отменял.

Как видите, вопросов и проблем и здесь хватает, потому что электричество своими руками – дело не только серьезное, но и достаточно затратное.

Электрогенератор

Начнем именно с этой установки, как с самой простой. Простота ее заключается в том, что вам необходимо приобрести электрогенератор, установить его в надежном закрытом помещении, которое будет соответствовать правилам пожарной безопасности. Далее, проводите подключение электрической сети частного дома к нему, заливаете жидкое топливо (бензин или солярку) и включаете.

Бензиновый генератор
Бензиновый генератор

Какой лучше? Скажем так, если вам требуется альтернативный источник энергии, который будет эксплуатироваться постоянно, тогда выбирайте дизельный. Если для временного использования, тогда бензиновый. И это еще не все. Дизельный электрогенератор имеет большие габаритные размеры, по сравнению с бензиновым, он сильно шумит при работе и выделяет огромное количество дыма и выхлопных газов. Плюс ко всему он дороже.

Появились недавно на рынке газовые генераторы, которые могут работать и от природного газа, и от сжиженного. Неплохой вариант, экологичный, не требующий специального помещения для установки. Можно к одному генератору подключить, к примеру, сразу несколько газовых баллонов, которые в автоматическом режиме будут подключаться к установке.

Газовый электрогенератор
Газовый электрогенератор

Среди трех видов электрогенераторов газовый самый лучший и эффективный. Но стоимость топлива (жидкого или газообразного) – удовольствие не из дешевых, поэтому стоит задуматься над тем, что самостоятельно вырабатывать топливо, вкладывая в него минимум денежных средств. К примеру, биогаз, который можно получить из биомассы.

Кстати, альтернативные виды энергии, которые сегодня называются биологическими, могут заменить практически все альтернативные источники электроэнергии. К примеру:

  • Биогаз получается при помощи брожения навоза, птичьего помета, сельскохозяйственных отходов и так далее. Главное – установить оборудование, которое используется для улавливания метана.
  • Из мусора, к примеру, на свалках, добывается так называемый целлюлозный эталон. Или как его называют специалисты, свалочный газ.
ИБГУ-1 - установка для получения биогаза
ИБГУ-1 – установка для получения биогаза
  • Из сои и рапса, а точнее, из их семян, вырабатываются жиры, из которых можно получить биосолярку.
  • Из свеклы, сахарного тростника, кукурузы можно изготавливать биоэталон (биобензин).
  • Ученые доказали, что с помощью обычных водорослей можно аккумулировать солнечную энергию.

То есть, существует большой ряд научных разработок, которые выдают альтернативные виды энергии. И многие из них уже получили практическое применение. К примеру, установка ИБГУ-1, с помощью которой из навоза можно получить в сутки до двенадцати кубометров биогаза. Отечественные фермеры по достоинству оценили труд ученых, поэтому это оборудование раскупается быстро.

Энергия бывает возобновляемой (альтернативной) и невозобновляемой (традиционной).

Альтернативные источники энергии – это обычные природные явления, неисчерпаемые ресурсы, которые вырабатываются естественным образом. Такая энергия ещё называется регенеративной или «зелёной».

Невозобновляемые источники – это нефть, природный газ и уголь. Им ищут замену, потому что они могут закончиться. Ещё их использование связано с выбросом углекислого газа, парниковым эффектом и глобальным потеплением.

Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива и работы атомных электростанций. Альтернативная энергетика – это методы, которые отдают энергию более экологичным способом и приносят меньше вреда. Она нужна не только для промышленных целей, но и в простых домах для отопления, горячей воды, освещения, работы электроники.

  • Солнечный свет
  • Водные потоки
  • Ветер
  • Приливы
  • Биотопливо (топливо из растительного или животного сырья)
  • Геотермальная теплота (недра Земли)

Альтернативная энергия готовые решения

Главная перспектива альтернативных источников – существования человечества даже в условиях жёсткого дефицита нефти, газа и угля.

Преимущества:

  • Доступность – не нужно обладать нефтяными или газовыми месторождениями. Правда, это относится не ко всем видам. Страны без выхода к морю не смогут получать волновую энергию, а геотермальную можно преобразовывать только в вулканических районах.
  • Экологичность – при образовании тепла и электричества нет вредных выбросов в окружающую среду.
  • Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.
  • Траты на этапе строительства и обслуживание – оборудование и расходные материалы дорогие. Из-за этого повышается итоговая цена электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Сейчас главная задача разработчиков снизить себестоимость установок.
  • Зависимость от внешних факторов: невозможно контролировать силу ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии зависит от географии страны.
  • Низкий КПД и маленькая мощность установок (кроме ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
  • Влияние на климат. Например, спрос на биотопливо привёл к сокращению посевных площадей для продовольственных культур, а плотины для ГЭС изменили характер рыбных хозяйств.

Разное географическое положение регионов и специфика климатических поясов в России не позволяют развивать эту отрасль равномерно. Нет инвестиций и есть пробелы в законе.

Откуда и в каком виде получить энергоресурсы

Альтернативная энергия готовые решения

Использование солнечных панелей

Традиционными энергоисточниками являются тепловые, атомные и гидроэлектрические станции. Альтернативное энергоснабжение может самовосстанавливаться, является эффективным, дешевым и экологически безопасным. По факту энергия есть в природных ресурсах, нужно только попытаться ее извлечь. Без специальных навыков можно выполнить следующие работы:

  • устанавливать солнечные коллекторы и батареи, чтобы запитывать освещение или греть воду;
  • монтировать ветрогенераторы;
  • использовать тепловые насосы для отопления дома за счет тепла воды, земли или воздуха;
  • применять биогазовые установки для переработки отходов животных, птиц, человека.

Источники возобновляемой энергии

Альтернативная энергия готовые решения

Ветрогенераторы на крыше частного дома

По причине ограниченности топливных ископаемых ученые всего мира разрабатывают и внедряют в эксплуатацию энергоисточники будущего. К возобновляемым относятся:

  • Генераторы электричества – на территории России чаще всего используются электрические, бензиновые и газовые. Последний работает на сжиженном и природном топливе, за счет малошумности применяется в быту и является долговечным.
  • Энергия солнца – человек пользуется электромагнитным излучением. Источник электричества и автономного отопления бесшумный, экологически безопасный.
  • Ветряные установки – функционируют на основании трансформации кинетической энергии ветра в механическое вращение турбины, вырабатывающей переменный ток. Горизонтальные и вертикальные ветряки отличаются высоким КПД.
  • Биотопливо – оптимальными вариантами будут жиры масличных культур, водоросли, газ от брожения органических отходов.
  • Станции с водяным колесом – удобный энергоисточник, если рядом с домом имеется река. Турбинное колесо приводится в движении при помощи водных потоков.
  • Геотермальные решения – на сейсмически активных территориях преобразовывают тепло, возникающее в момент выброса геотермальной воды.

Главный потребитель возобновляемых источников энергии – Евросоюз. В некоторых странах альтернативная энергетика вырабатывает почти 40% от всей электроэнергии. Там уже прижились разные меры поддержки: скидочные тарифы на подключение и возврат денег за покупку оборудования. Не отстают страны Востока и США.

Германия

40% электроэнергии в Германии дают возобновляемые источники. Она лидер по числу ветровых установок, которые генерируют 20,4 % электричества. Оставшаяся доля приходится на гидроэнергетику, биоэнергетику и солнечную энергетику. Немецкое правительство поставило план: вырабатывать 80% энергии за счёт альтернативных источников к 2050 году, но закрывать атомные электростанции пока не хочет.

Исландия

У Исландии очень много горячей воды, потому что она расположилась в зоне вулканической активности. Страна обеспечивает 85% домов отоплением из геотермальных источников и покрывает ими 65% потребностей населения в электроэнергии. Мощность источников настолько велика, что они хотят наладить экспорт энергии в Великобританию.

Швеция

После нефтяного кризиса 1973 года страна стала искать другие источники энергии. Началось всё с ГЭС и АЭС. Из-за атомных станций шведов часто критиковали Greenpeace, но с конца 80-х доля энергии от АЭС не растёт.

Начиная с 90-х Швеция строит оффшорные ветропарки в море. На выбросы предприятиями углерода в атмосферу введён дополнительный налог, а для производителей ветровой, солнечной и биоэнергии есть льготы.

Ещё Швеция активно использует энергию от переработки мусора и даже планирует его закупать у соседних стран, чтобы отказаться от нефти. Некоторые города получают тепло от мусоросжигательных заводов.

В Китае самая мощная ГЭС в мире – «Три ущелья». По состоянию на 2018 год – это крупнейшее по массе сооружение. Её сплошная бетонная плотина весит 65,5 млн тонн. За 2014 станция произвела рекордные для мира 98,8 млрд кВт⋅ч.

Крупнейшие ветровые ресурсы тоже здесь (три четверти из них поставлены в море). К 2020 году страна планирует выработать при их помощи 210 ГВт.

Ещё тут 2 700 геотермальных источников и делают 63% устройств для преобразования солнечной энергии. Китай занимает третье место в производстве биотоплива на основе этанола.

Солнечная энергия

Альтернативная энергия готовые решения

Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Предлагаем ознакомиться  Как можно поймать рой пчел в ловушку новичку, ловля пчелиных роев на приманку

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Альтернативная энергия готовые решения

Рост инвестиций в возобновляемую энергетику и поддержка правительства помогает многим компаниям успешно вести бизнес.

First Solar Inc.

Эта американская компания была образована в 1990 году и стала известной благодаря производству солнечных батарей. Сейчас это крупнейшая фирма, которая продаёт солнечные модули, поставляет оборудование и отвечает за технический сервис.

Старейший производитель ветрогенераторов из Дании. Компания основана в 1898 году и на сегодняшний день ей удалось установить более 60 тысяч ветровых турбин в 63 странах. Vestas продаёт отдельные генераторы, комплексные станции и обслуживает устройства.

Atlantica Yield PLC

Эта компания с офисом в Лондоне владеет классическими линиями электропередач, солнечными и ветровыми станциями в Северной Америке, Испании, Алжире, Южной Америке и Южной Африке.

Шведско-швейцарская компания, известная автомобильными двигателями, генераторами и робототехникой. С 1999 года бренд занимается преобразованием солнечной и ветровой энергии. В 2013 году компания стала мировым лидером в области оборудования фотоэлектрической энергии.

Читайте: Персональный мир и полная автоматизация. Что такое четвёртая промышленная революция?

Солнечные батареи

Альтернативная энергия готовые решения
В некоторых европейских странах с помощью солнечных панелей обеспечивается электроэнергия для небольших населенных пунктов.

Принцип работы

Принцип работы данного источника энергии основан на способности фотоэлементов преобразовывать энергию солнечного света в электрическую. Такие устройства состоят из:

  • Солнечных панелей. Представляют собой комплекс элементов, преобразующих поток электронов из поступающего солнечного света.
  • Аккумуляторов. Обычно устанавливается несколько батарей, особенно если речь идёт о большом доме. В процессе эксплуатации можно добавить дополнительных аккумуляторов.
  • Контроллеров. Такие устройства используются для обеспечения оптимальной зарядки аккумуляторов. Их функция заключается в предотвращении перегрева батарей в результате перезарядки.
  • Инверторов. Предназначение этих приборов заключается в преобразовании электрического тока. АКБ генерируют ток с низким напряжением, поэтому возникает необходимость в его преобразовании с помощью инверторов. Для частного использования достаточно мощности 3-5 кВт.

В батареях, предназначенных для использования в частных домах, применяются кремниевые фотоэлементы. Существует две разновидности данных элементов:

  • Поли-кристаллические. Весьма хрупкие, требуют максимально бережного обращения. Характеризуются низким КПД (10-15%), небольшим эксплуатационным периодом (до 20 лет). Единственное достоинство – дешевизна.
Альтернативная энергия готовые решения
Наглядное отличие разновидностей фотоэлементов
  • Моно-кристаллические. Характеризуются надежностью, прочностью, продолжительным сроком службы (при правильной эксплуатации до 50 лет) и высоким КПД (25-30%). Единственный недостаток – относительно высокая стоимость.
Альтернативная энергия готовые решения
Схема работы солнечных панелей

Альтернативная энергия готовые решения

В большинстве регионов Российской Федерации (кроме Ленинградской области и ещё некоторых субъектов на северо-западе) количество солнечных дней преобладает над пасмурными. Поэтому использование солнечной энергии в таких регионах рационально. При затратах на оборудование среднестатистического частного дома (80 кв.м.) в 100 т.р. они окупаются за 1-2 года.

Отличительная особенность таких источников энергии заключается в том, что они не способны выдавать высокого напряжения. В среднем (зависит от конкретной модели) одна солнечная батарея выдаёт напряжение 18-21 В. Такого тока хватает для подзарядки аккумулятора на 12 вольт. Инвертор, АКБ и контроллер необходимо приобретать готовыми, ибо это довольно сложные с технической точки зрения приборы. Солнечные панели можно изготовить самостоятельно. Как сделать такой альтернативный источник энергии своими руками мы расскажем далее.

Альтернативная энергия готовые решения
Примерно так должен выглядеть корпус

Для создания корпуса солнечной панели понадобятся следующие материалы:

  • Бруски (размер произвольный, оптимальный 25х25 мм).
  • Фанера (или подобный листовой материал, например, OSB).
  • Оргстекло.
  • Силикон.
  • ДВП.

Из фанеры с помощью электролобзика (можно использовать ножовку, но лобзиком быстрее) вырезается днище корпуса. Размер выбирается, исходя из количества фотоэлементов и площади крыши.

Из брусков изготавливается рамка, в которую вставляются листы фанеры. По всему периметру конструкции с шагом 20-25 см сверлятся отверстия диаметром примерно 1 см. Они нужны для предотвращения перегрева конструкции при эксплуатации.

Из ДВП вырезается подложка по размеру корпуса, изготовленного ранее. После нарезки на листовом материале делаются вентиляционные отверстия с шагом 5-7 см. В конце корпус обрабатывается антисептиком (или специализированной пропиткой для дерева) и покрывается краской в два слоя. Такая мера нужна для предотвращения гниения древесины в результате постоянного воздействия ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков.

Фотоэлементы выкладываются на подложку из ДВП и производится распайка этих элементов последовательным соединением. Отдельные элементы соединяются в ряды, а затем несколько рядов объединяются в единую систему.

После спайки фотоэлементы необходимо перевернуть на другую сторону и зафиксировать силиконом. Затем с помощью мультиметра проверяется величина выходного напряжения. Оптимальное значение: 18-20 В.

Альтернативная энергия готовые решения
Фотоэлементы в сборе

Следующий этап – тестирование. Собранные батареи подключаются на несколько дней. За этот промежуток проверяется их работоспособность. Убедившись в исправности системы, производится герметизация стыков.

Первым делом все провода выводятся наружу, чтобы их можно было подключить к приборам. Из оргстекла (можно использовать обычный стеклорез) вырезается крышка. Она закрепляется к краям корпуса саморезами по металлу (у них шляпка больше, что обеспечивает большую прочность конструкции).

Солнечные элементы можно заменить на цепь из диодов типа Д223Б. Солнечная панель, с 36-ю такими диодами обеспечит напряжение около 12В. Перед сборкой конструкции необходимо удалить краску с диодов, замочив их в ацетоне. Далее размещается на пластиковой панели и производится распайка. Собранная конструкция помещается в прозрачный кожух, стыки обрабатываются герметиком.

Альтернативная энергия готовые решения
Если мансардные перекрытия достаточно прочные, можно целиком покрыть крышу солнечными панелями.

Чтобы обеспечить работоспособность изготовленной системы, учитывайте следующие параметры:

  • Солнечные батареи нельзя располагать в тени (от деревьев или построек), в противном случае она не будет оптимально функционировать. Учитывайте это при составлении чертежа.
  • Для обеспечения максимального КПД установки, фотоэлементы должны быть направлены в сторону солнца. Исходя из этого, в северном полушарии батареи необходимо направлять на юг, в южном полушарии на север.
  • Панель желательно размещать под углом, равным географической широте. В таком случае солнечные лучи будут попадать на панели под оптимальным углом.
  • Все элементы конструкции необходимо периодически чистить.
Альтернативная энергия готовые решения
Оптимальное размещение пластин – на скатной крыше дома

Тепловые насосы обеспечивают отопление и горячую воду, используя грунт, воду и даже воздух.

Насосам необходимо электричество, следовательно, их нужно использовать в сочетании с другим источником энергии. Работают они на веществах вроде фреона. Их специфика заключается в закипании только при низких температурах. В газообразном состоянии, вещество начинает выдавать тепло. Установка состоит из трех частей: внутренний контур, внешний контур и контур насоса.

Внешний в основном закапывают в землю или опускают на дно водоема. Под воздействием внешних факторов циркулирующий фреон начинается нагреваться. Высокое давление насоса внешнего контура, превращает его в газообразное состояние. В итоге температура достигает 70С°.

Альтернативная энергия готовые решения
Схема, наглядно объясняющая принцип работы теплового насоса.

Внутренний выполняет функцию распределителя, он разносит тепло, разогретое в насосе, по всему участку. Коллектор можно установить в любом удобном положении, как горизонтально, так и вертикально (иногда размеры участка не позволяют установить горизонтально).

Контур насоса опускают, в скважины на глубину 1-1,5 метра, предварительно пробурлив. Если же дом расположен подле озера, то прокладка теплообменника проходит в воде.  Отлично подойдет компрессор от кондиционера. 120 л бак будет конденсатором. В бак устанавливается медный змеевик, он нужен для того, чтобы по нему циркулировал фреон. Важно чтобы стенки змеевика были толстыми не менее 1мм. Если проигнорировать данный параметр, то труба при намотке может подвергнуться деформации.

Благодаря такой конструкции, вода начинает прогреваться. Пластиковая бочка объемом в 130-140 литров подойдет для испарителя. В неё монтируется еще один змеевик, а соединять первый и второй бак будет компрессор.

ПВХ труба послужит патрубком испарителя. Он выполняет функцию регулировки жидкости. Испаритель погружают в водоём. Вода непосредственно начинает обтекать его и происходит реакция – испарение фреона. В конденсаторе образуется газ и подает тепло воде, в которой находится змеевик. Помещение начинает греться за счет циркуляции теплоносителя.

Важно знать

Чтобы добиться максимального КПД от используемого прибора, учитывайте эти простые правила:

  • Не обращайте внимания на температуру воды в источнике, главное ее стабильное присутствие.
  • Точные термодинамические расчеты являются гарантией, что система будет продуктивно работать
  • Правильная проектировка и грамотный монтаж насоса, избавят от многих проблем и обеспечат его стабильную работу.
  • Мощность является самым важным показателем отопительной конструкции. Исходя из этого, чем дороже составляющие части отопительной системы, тем выше мощность.
Альтернативная энергия готовые решения
Типы тепловых насосов.

Идеальным условием считается любой водоем, расположенный на участке. Вариант насоса с использование воды, заметно сократит работы на земле. Эксплуатация насоса с использованием тепла земли, напротив, подразумевает немало земляных работ.

Главное отличие теплового насоса, от иных генераторов состоит в том, что до 70% энергии добывается из окружающей среды. Такая добыча энергии считается экологически чистой. Теперь рассмотрим вопрос об экономичности, сделать расчеты очень легко. Для начала посчитаем цену за 1кВт тепла, в определенном регионе.

Вот данные для расчета:

  • Сухие поленья — 4,000 кВт/кг.
  • Влажные поленья — 3,100 кВт/кг.
  • Антрацит — 5,900 кВт/кг.
  • Уголь- 3,050 кВт/кг.
  • Топливо- 11,900 кВт/кг.
  • Мазут — 11,000 кВт/кг.
  • Газ (природный) — 11,000 кВт/м3.
  • Газ (сжиженный)- 22,800 кВт/м3.

Собственно после подсчетов, надо принять существенное решение по эксплуатированию того или иного источника тепла.

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.

Альтернативная энергия готовые решения

Солнечные установки – альтернатива традиционному электричеству, которая в готовом виде стоит дорого. При собственноручной сборке можно снизить себестоимость конструкции в 3-4 раза. Перед началом создания солнечной панели нужно понять принцип ее функционала.

Применение энергии солнца

Альтернативная энергия готовые решения

Подключение солнечной батареи к домашней электросети

Альтернативное электричество на основе электромагнитного солнечного излучения оправдано для людей, у которых есть дача за городом. Причина – показатель суммарной мощности в хорошую погоду не более 5-7 кВт за час. На сегодняшний день популярны несколько солнечных установок.

Предлагаем ознакомиться  Цветы по периметру участка

Солнечные батареи

Сборка устройств производится из фотоэлектрических преобразователей. Промышленные элементы конструируются из минеров, вырабатывающих ток при воздействии прямого света. В частном секторе популярны кремниевые преобразователи поли- и монокристаллического типа. Последние отличаются КПД 13-25 %, но поликристаллические дешевле. Температурный диапазон пластин – от -40 до 50 градусов.

Альтернативная энергия готовые решения

Вакуумные солнечные коллекторы

Используются для нагрева воздуха или воды. Пользователь может задать направление нагретых потоков, организовать резерв на случай плохой погоды. Производители выпускают три модификации коллекторов – воздушные, плоские и трубчатые.

  • Плоские пластиковые. Представляют собой черную и прозрачную панель в одном корпусе с центральным змеевиком из меди. При воздействии солнечных лучей нагревается нижний темный элемент. Он передает тепло медному змеевику, который греет воду. Плоский коллектор подходит для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Минус технологии – для нагрева больших объемов требуется много элементов.
  • Трубчатые. Имеют вид вакуумных или коаксиальных трубочек из стекла. По ним стекает вода, нагретая солнцем. Тепло, сосредоточенное внутри специальной системой, нагревает воду в накопительном резервуаре. Для циркуляции водных потоков применяется нанос. Трубчатый коллектор – неплохое решение для подогрева воды в ГВС и отопления.
  • Воздушные солнечные коллекторы. Устройства напоминают плоские пластиковые модели за счет черной нижней и прозрачной верхней панели. Габаритные установки находятся на восточной или юго-восточной стене. В них за счет солнечного тепла нагревает воздух, подаваемый в дом и хозяйственные помещения специальными вентиляторами.

2. Ветроэнергетика

Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Ветровые станции помогают преобразовывать ветер в электрическую, тепловую и механическую энергию. Главное оборудование – ветрогенераторы (для образования электричества) и ветровые мельницы (для механической энергии).

Этот вид возобновляемой энергии хорошо развит – особенно в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную установленную мощность атомной энергетики.

Недостаток в том, что её нельзя контролировать (сила ветра непостоянна). Ещё ветроустановки могут вызывать радиопомехи и влиять на климат, потому что забирают часть кинетической энергии ветра – правда, учёные пока не знают хорошо это или плохо.

3. Гидроэнергия

Чтобы преобразовать движение воды в электричество нужны гидроэлектростанции (ГЭС) с плотинами и водохранилищами. Их ставят на реках с сильным потоком, которые не пересыхают. Плотины строят для того, чтобы добиться определённого напора воды – он заставляет двигаться лопасти гидротурбины, а она приводит в действие электрогенераторы.

Строить ГЭС дороже и сложнее относительно обычных электростанций, но цена электричества (на российских ГЭС) в два раза ниже. Турбины могут работать в разных режимах мощности и контролировать выработку электричества.

Особенности ветрогенераторов

Альтернативная энергия готовые решения

Вертикальный ветрогенератор

Источники ветровой электроэнергии работают по принципу преобразования кинетической энергии в механическую, а затем – в переменный ток. Электричество можно получить при минимальной скорости ветрового потока от 2 м/с. Оптимальной является скорость ветра от 5 до 8 м/с.

По типу крепления ротора существуют модификации:

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

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

Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:

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

Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.

Альтернативная энергия готовые решения

Создание ветрогенератора из автомобильного генератора

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

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

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

Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться

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

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

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

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

Чем больше витков на катушке, тем эффективнее работает генератор.

Альтернативная электроэнергия для частного дома

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

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

В тех регионах, где ветер всегда в наличии (приморские районы, горные, степные), оптимальный вариант альтернативного источника электрического тока – ветровой генератор. В Америки эти установки применяются почти везде. Стоят, правда, они недешево, то именно с их помощью можно решать проблемы отсутствия электроэнергии.

Принцип получения тока здесь достаточно простой. Ветер давит на лопасти, которые приводя во вращение ротор электрического генератора. Последний выдает электрический ток. То есть, в установке используется принцип преобразования механической энергии в электрическую. Самое главное, что ветрогенераторы работают при минимальных порывах ветра, свыше 2 м/с. Если скорость не будет ниже 8 м/с, то генератор можно подключать к дому напрямую.

Принцип работы альтернативных источников энергии
Принцип работы альтернативных источников энергии

Самая уязвимая часть оборудования – это аккумулятор, в котором скапливается электроэнергия. Он быстро выходит из строя, а стоит 25% от цены всей установки. Поэтому этот вариант получения альтернативной энергии лучше всего использовать не на накопление, а на потребление. Поэтому чаще всего ветровые генераторы подключаются к системам отопления и горячего водоснабжения напрямую. Кстати, оправданный и превосходный выход из положения.

Представляют собой комбинацию установленной на специальной мачте ветротурбины с лопастями и электрогенератора. При прохождении потоков воздуха через данную установку лопасти под их воздействием начинают вращаться и приводят в движение соединённый с редуктором внутренний вал.

Такая конструкция позволяет увеличить первоначальную скорость вращения. Редуктор подключён к генератору, который при вращении ротора вырабатывает электрический ток. Его излишки накапливаются в установленных аккумуляторах.

В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Первый тип более популярен. Многие модели оснащены системой автоматического разворота по направлению ветра, значительно увеличивающей эффективность работы установки.

Схема теплового насоса

Преимущества данных устройств во многом аналогичны солнечным батареям. КПД может составлять от 25% до 47% в зависимости от конкретной модели и погодных условий.

Основными недостатками являются шум во время работы и низкочастотный инфразвук, негативно влияющий на состояние здоровья. По этой причине устанавливать мачту с устройством следует как можно дальше от жилья.

Прародителем таких устройств являются ветряные мельницы, которыми пользовались сотни лет назад. Они позволяют круглый год получать электроэнергию в любых количествах (в зависимости от мощности генератора и погодных условий).

Принцип работы

Альтернативная энергия готовые решения
Стандартная схема работы ветрогенератора.

Ветрогенератор преобразовывает механическую энергию (получаемую за счет вращения генератора) в электроэнергию. На таком принципе основана работа, к примеру, ГЭС (только вместо ветра используется течение). Любой ветрогенератор состоит из:

  • Лопастей, вращающихся элементов, приводящих ротор в движение.
  • Генератора, вырабатывающего переменный ток.
  • Аккумуляторных батарей, служащих средством накопления и оптимизации вырабатываемой электроэнергии.
  • Контролера, призванного перерабатывать переменный ток в постоянный.
  • Инвертора, преобразовывающего постоянный ток в переменный, благодаря которому функционируют бытовые приборы.
  • Мачты, позволяющей поднимать лопасти на необходимую высоту.

Максимальная мощность системы зависит в большей степени от общей площади лопастей. Использование ветрогенераторов рентабельно только для регионов со среднегодовой скоростью ветра от 6 м/сек. Такие показатели имеют всего несколько субъектов РФ.

Альтернативная энергия готовые решения
Среднегодовая скорость ветра в разных регионах РФ

Существует несколько классификаций данных устройств:

  • По расположению оси: горизонтальные и вертикальные. Первые позволяют совершать автоматизированный поворот в целях поиск ветра. Вертикальные размещаются на земле, имеют меньший КПД, но более просты в обслуживании.
  • По количеству лопастей: одно-, двух-, трех- и многолопастные. Последняя разновидность предназначена для регионов с низкой среднегодовой скоростью ветра. Требует использование специального редуктора, что повышает себестоимость системы. Поэтому многолопастные ветрогенераторы применяются довольно редко.
  • По материалу, из которого изготовлены лопасти: парусные и жесткие. Первые более просты в изготовлении, при этом требуют регулярной замены в связи с низкой прочностью. Жесткие лопасти дороже, сложнее в изготовлении, но более долговечны.
  • По шагу винта: корректируемые и фиксируемые. Первый тип позволяет увеличить диапазон рабочих скоростей, имеет больший вес и крайне сложен в изготовлении. Фиксируемые генераторы проще и практичнее, поэтому они более популярны.

Далее мы рассмотрим, как сделать тихоходный ветрогенератор из использованного автомобильного генератора.

Альтернативная энергия готовые решения
Вариант изготовления лопастей из пластика.

Лопасти являются важнейшей частью ветронератора, так как они определяют работоспособность остальных элементов. Изготовить лопасти можно из подручных материалов: ткань, дерево, пластик, поликарбонат, металл и т.д.

альтернативные источники энергии

Мы рассмотрим технологию изготовления из обычной канализационной ПВХ трубы. В пользу такого материала говорит его устойчивость к влаге, низкая стоимость и простота в обработке. Для изготовления лопастей делаем следующее:

  1. Определяем необходимую длину лопасти. Оптимальный вариант – в 5 раз больше диаметра имеющейся трубы.
  2. Распиливаем ножовкой по металлу или лобзиком трубу вдоль на 4 части. Одна из них в дальнейшем будет использована в качестве шаблона.
  3. Обрабатываем края наждачной бумагой, убирая появившиеся в ходе резки заусеницы.
  4. Закрепляем обработанные лопасти и генератора на алюминиевом диске.
Предлагаем ознакомиться  Хурма: польза и вред для организма женщин. Полезные свойства.

Желательно использовать ПВХ трубу толщиной от 4 см – в таком случае лопасти будут выдерживать сильные порывы ветра. Не делайте лопасти слишком длинными – они менее прочными. Если требуется обеспечить электроснабжение для большого дома, лучше увеличить количество элементов, а не их размеры.

Изготовление мачты

Альтернативная энергия готовые решения
Профессиональный ветрогенератор.

Как и в случае с лопастями, мачту можно изготовить из подручных средств. Мы рекомендуем воспользоваться стальной трубой диаметром не менее 15 см – такой материал достаточно прочен и прост в обработке. Минимальная длина мачты – 7 м.

Если на участке много построек или деревьев, то рекомендуется поднять колесо на 1-1,5 метра. В противном случае не будет обеспечено равномерное движение воздушных потоков. Фиксирующие колышки и мачту необходимо залить бетоном – это обеспечит их надежную фиксацию. В раствор обязательно добавлять арматуру (или другие ненужные металлические элементы).

4. Волновая энергетика

Есть много способов генерации электричества из волн, но эффективно работают только три. Они различаются по типу установок на воде. Это камеры, нижняя часть которых погружена в воду, поплавки или установки с искусственным атоллом.

альтернативный источник энергии солнца

Такие волновые электростанции передают кинетическую энергию морских или океанических волн по кабелю на сушу, где она на специальных станциях преобразуется в электричество.

Этот вид используется мало – 1% от всего производства электроэнергии в мире. Системы тоже дорогие и для них нужен удобный выход к воде, который есть не у каждой страны.

Тепловые насосы

Следующий вариант из категории «альтернативные виды энергии» – энергия из недр земли. Для частного дома – это идеальный вариант. Он простой, эффективный и экономичный. Для этого на участке около дома бурится скважина (чем глубже, тем лучше), куда устанавливается тепловой насос.

Подземные воды имеют всегда положительную температуру. При охлаждении насосом этой воды, выделяется энергия, которую и приходиться использовать. Но у некоторых может возникнуть вопрос, как же работает насос, ведь для него также необходима электрическая энергия? Все правильно, но данная установки имеет определенное соотношение потребленной энергии и выделенной, которая находится вот в такой зависимости – 1:6. Так что эффективность налицо.

Альтернативная энергия готовые решения

Отопление с помощью тепловых насосов

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

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

По типу энергоисточника и способу добычи электроэнергии устройства бывают:

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

ветряные мельницы

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

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

Цикл работы теплонасоса постоянно повторяется.

Альтернативная энергия готовые решения

Самодельный тепловой насос

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

Для подготовки конденсатора и компрессора понадобится:

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

Для качественного шва пользуйтесь аргоновой сваркой.

Альтернативная энергия готовые решения

Для теплового насоса нужны две скважины

гидроэлектростанция

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

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

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

Понадобится 2 скважины:

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

Наружный контур системы прямого теплообмена

Их правильнее назвать альтернативным источником тепла. Предназначены для организации отопления и горячего водоснабжения дома. Потребляют электричество, поэтому их необходимо использовать в комбинации с другими видами альтернативной энергии.

Принцип действия основывается на способности таких веществ, как фреон, закипать при низких температурах. Когда оно переходит в газообразное состояние, выделяется тепловая энергия. Установка состоит из внешнего и внутреннего контуров, а также контура насоса. Внешний закапывается под землю или опускается на дно водоёма.

Циркулирующий по нему фреон нагревается под воздействием окружающей среды, в контуре насоса под большим давлением переходит в газообразное состояние, в результате чего температура поднимается до 70 С°. Внутренний разносит нагретый в насосе теплоноситель по дому.

5. Энергия приливов и отливов

Эту энергию берут от естественного подъёма и спада уровня воды. Электростанции ставят только вдоль берега, а перепад воды должен быть не меньше 5 метров. Для генерации электричества строят приливные станции, дамбы и турбины.

волновая электростанция wave star energy

Приливы и отливы хорошо изучены, поэтому этот источник более предсказуем относительно других. Но освоение технологий было медленным и их доля в глобальном производстве мала. Кроме того, приливные циклы не всегда соответствуют норме потребления электричества.

Биогазовые установки

Органическая альтернативная электроэнергия добывается с помощью биогазовых систем. Устройства позволяют перерабатывать отходы домашней птицы и животных. Получивший газ проходит очищение и сушку, а затем применяется в качестве теплоносителя. Остаточные массы будут эффективным и безопасным удобрением для грунта.

Принцип технологии

Газы образуются при брожении биологических отходов животных и птиц. Оптимальной будет анаэробная среда без доступа кислорода. В ней повышается активность мезофильные и термофильные бактерии. Для эффективности процесса массу понадобится перемешивать рукой, используя палку или механическими мешалками.

Альтернативная энергия готовые решения

Простейшая биогазовая установка

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

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

Используют для работы различные отходы жизнедеятельности, например, от домашних или сельскохозяйственных животных и птиц. В герметичной ёмкости они подвергаются обработке анаэробными бактериями, которые в свою очередь выделяют биогаз.

Чтобы процесс шёл быстрее, отходы нужно периодически перемешивать, для чего используется ручная или механическая мешалка.

Современные технологии для получения энергии с помощью биогазовых установок позволяют это делать без выполнения неприятных действий. Их главные преимущества:

  • независимость от погодных условий;
  • экономия на утилизации отходов;
  • возможность использовать множество видов сырья.

К недостаткам можно отнести следующие:

  • хоть это и биологически чистый вид топлива, при его сжигании в атмосферу выделяется небольшое количество вредных выбросов;
  • использовать установку удобно только в районах, богатых необходимым сырьём;
  • стоимость оборудования достаточно высока.

8. Геотермальная энергия

Геотермальные станции берут внутреннюю энергию Земли – горячую воду и пар. Их ставят в вулканических районах, где вода у поверхности или добраться до неё можно пробурив скважину (от 3 до 10 км.).

Извлекаемая вода отапливает здания напрямую или через теплообменный блок. Ещё её перерабатывают в электричество, когда горячий пар вращает турбину, соединённую с электрогенератором.

Недостатки: цена, угроза температуре Земли, выбросы углекислого газа и сероводорода.

Больше всего геотермальных станций в США, Филиппинах, Индонезии, Мексике и Исландии.

9. Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

  • Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.
  • Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).
  • Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Морская вода

Не стоит сбрасывать со счетов приливы и отливы моря. Здесь огромный склад энергии, которую уже давно жители приморских регионов используют себе во благо. Начнем с того, что вода плотнее воздуха почти в 900 раз, поэтому небольшое ее движение заставляет крутиться турбины. Конечно, такое сооружение не под силу хозяину частного дома, поэтому на нем не стоит останавливаться. Но для информации примите это во внимание. Тем более мы рассматриваем альтернативные виды энергии.

Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома
Монтаж солнечных панелей на крыше жилого дома

Заключение

Задумались, какой метод альтернативного электроснабжения выбрать? Если вы живете в регионе с большим количеством ясных дней, оптимально воспользоваться солнечными батареями. Для субъектов со среднегодовой скоростью ветра от 6 м/сек рационально соорудить ветрогенератор. Тепловой насос мы посоветуем тем, у кого есть хотя бы минимальные инженерские навыки, так как подобное устройство сложно в изготовлении и обслуживании.

Итак, был сделан небольшой обзор по теме – альтернативная энергетика частного дома. Как видите, вариантов на сегодняшний день немало. А вот, какой выбрать, каждый решает, как всегда, сам. Здесь важно правильно подойти к условиям эксплуатации, учесть регион, климатические условия и так далее. Может быть, даже продумать вариант, в котором можно было бы скомбинировать некоторые альтернативные источники энергии для дома, сделать их взаимозаменяемыми.