Обзор видов альтернативной энергетики для дома

Гидроэлектростанции

Реже всего в качестве автономного источника питания используется гидроэлектростанция по одной простой причине, далеко не у всех возле дома протекает река или мощный ручей.

Суть работы такой станции заключается в том, что вода вращает лопасти турбины, за счет чего генератор вырабатывает электричество.

Положительные качества гидростанций таковы: стабильная подача энергии круглосуточно, поскольку вода в реке или ручье не замедляет скорость движения. Такие станции полностью экологичны, долговечны и практически не требуют обслуживания.

Главным же их недостатком является необходимость установки на берегу реки или возле ручья. При этом скорость движения воды должна быть высокая.

Гидростанция способна вырабатывать энергию и при медленном движении воды, но в таком случае река зимой будет покрываться льдом, и использовать станцию уже не получиться.

Большая же скорость воды будет являться гарантией того, что река или ручей не перемерзнут. Второй недостаток – стоимость станции.

И все же концепция обеспечения дома автономной системой энергообеспечения является перспективной и многие ею интересуются.

Выше мы рассмотрели основные виды источников электричества, но их одних недостаточно, чтобы в доме была электроэнергия.

Дополнительно стоит отметить, что эффективность любой автономной системы зависит от правильности расчетов.

Особенности подключения к сетям ЛЭП

Без электричества сейчас трудно представить комфортабельное жилье. Благодаря ему жилище освещается, обогревается, выполняется готовка пищи, и нагрев воды. Вот только далеко не всегда есть возможность обеспечить электричеством жилье, особенно если дом находится далеко от города.

Многим владельцам загородных домов и дачных участков, особенно если они находятся далеко от цивилизации, приходится решать вопрос с энергообеспечением дома.

Самым распространенным решением является подключение дома к сетям ЛЭП, однако они далеко не везде имеются или же ближайшая линия находится на приличном удалении от дома.

В таком случае обеспечение электричеством дома может оказаться очень дорогим удовольствием. Ведь придется согласовывать вопросы по поставкам этого источника энергии с соответствующими органами, оплачивать установку подстанции и опор ЛЭП для подведения к дому.

И особенно неприятно то, что приобретаемое оборудование, причем за немалые деньги (подстанция, провода, опоры) перейдут на баланс местных энергосетей, то есть владельцем всего будут являться они, а владельцу дома еще придется и платить за поставки электроэнергии.

Поэтому такой вариант для многих может стать нецелесообразным, достаточно хлопотным и дорогостоящим.

Тепловой насос

Тепловой насос — это экологически чистый способ обогрева дома, использующий возобновляемое тепло:

• подземных вод;
• воды;
• воздуха.

Зимой система греет дом, летом охлаждает.

В сравнении с газовым котлом, тепловая энергия дешевле на 15 %, но установка оборудования стоит очень дорого и технологически довольно сложна. Кроме того, для работы насоса постоянно требуется электроэнергия. Потратив 1 кВт энергии, насос выдаёт три кВт (если с электричеством бывают перебои, нужно будет подстраховаться генератором, а это увеличивает расходы на оборудование).

Тепловые насосы устанавливают редко, поскольку экономическая выгода от них не велика – окупаться система начнёт только спустя несколько десятилетий!

Где купить

Альтернативной энергетикой, в том числе и тепловыми насосами, занимается компания Термодинамика. На сайте компании огромный выбор насосов всех видов от 85 тыс. руб. до 3 млн. руб. Телефон компании: +7 (499) 505 50 35

Топливные генераторные установки

Резервным источником электроэнергии могут стать генераторы, работающие на жидком или газообразном топливе (бензин, дизтопливо, газ).

Здесь все просто: установка состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора. Двигатель вращает ротор, и генератор вырабатывает энергию.

Полностью автономной такую систему назвать нельзя, все-таки необходимо топливо, которое еще и дорожает постоянно. Но как резервный источник электроэнергии такие генераторные установки являются самыми оптимальными.

В случае, когда пасмурная погода стоит уже несколько дней или же наблюдается безветрие, всегда можно запустить генераторную установку для восполнения заряда батарей.

Из положительных качеств генераторных установок, работающих от топлива, отмечается постоянная доступность электроэнергии, такие установки сравнительно дешевые, они обеспечивают хороший выход энергии.

К недостаткам же их относится потребность в топливе, что обеспечивает постоянные затраты. Такие установки не могут работать длительный период, а двигатели внутреннего сгорания требуют технического обслуживания.

Также для использования генераторных установок необходимо отведение отдельного помещения и организацию отвода выхлопных газов, ну и, естественно, ни о какой экологичности и речи быть не может.

Жидкое топливо из солнечной энергии

Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.

С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.

Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:

• превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
• с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
• соединить водород и оксид углерода и получить метанол.

Чтобы получить нужное количество солнечного света, исследователи используют целые фермы солнечных батарей

Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.

Отопление дома при помощи тепловых насосов

Отопление с помощью тепловых насосов

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

Разновидности тепловых насосов

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

По типу энергоисточника и способу добычи электроэнергии устройства бывают:

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

Как работает тепловой насос

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

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

Цикл работы теплонасоса постоянно повторяется.

Тепловой насос из подручных материалов

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.

Для теплового насоса нужны две скважины

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

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

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

Понадобится 2 скважины:

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

Солнечная энергетика

Это, пожалуй, самый распространённый альтернативный источник.

Солнечная энергия преобразовывается с помощью двух типов установок:

• солнечных батарей, вырабатывающих электрический ток;
• солнечных коллекторов, нагревающих воду.

Бытует ложное мнение, что работа таких установок возможна только на юге и в летнее время. Это не так. Они отлично функционируют и зимой. При условии ясной погоды и выпавшего снега генерация энергии лишь немного уступает летней. Поэтому подобная технология применима для регионов с большим количеством ясных дней.

Батареи, производимые для частого использования, оснащены кремниевыми фотоэлементами. Они могут быть поликристаллическими и монокристаллическими. Первые привлекают низкой стоимостью, но характеризуются повышенной хрупкостью и низким КПД (до 15%). Служат такие батареи около 20 лет, в отличие от монокристаллических, срок службы которых в 2,5 раза больше. Их КПД равен 25%, но и цена существенно выше.

К достоинствам солнечных батарей относят:

• обеспечение неисчерпаемого источника энергии на несколько десятков лет;
• простота в монтаже и обслуживании, не требуется ежедневного участия человека;
• долговечность;
• экологичность — без вреда для окружающей среды.

Откуда можно получать энергию?

Альтернативными энергетическими источниками признаются технологии и устройства, чей принцип действия не основывается на сжигании полезных ископаемых и иных традиционных способах, но которые позволяют получить электрическую энергию или другой, необходимый вид энергии – механическую, тепловую.

Основная цель такой энергетики – независимость от углеводородного топлива, исключение риска истощения залежей полезных ископаемых, исключение вредных выбросов в атмосферу и снижение парникового эффекта.

Где спрятаны огромные энергетические ресурсы нашей планеты? Обращают на себя внимание неисчерпаемые природные возможности:

1. Солнечная энергия. Она способна нагревать, освещать, служить катализатором химических реакций, вызывать фотоэффект. Возникает задача рационально преобразовывать солнечную энергию в необходимые виды и накапливать энергию для круглосуточного использования.
2. Ветер. Он имеет большой энергетический потенциал, который способен вращать специальные конструкции, способные генерировать электроэнергию.
3. Энергия Земли. Огромные запасы тепла хранят в себе недра нашей планеты. Геотермальные источники могут стать поставщиком необходимой тепловой или электрической энергии при правильном использовании.
4. Энергия воды. ГЭС давно служат человечеству, но они требуют перекрывания русла рек плотинами, что вносит заметный вклад в изменение природы. Неисчерпаемые энергетические возможности обнаруживают приливно-отливные морские процессы, которые иногда приносят только беды человеку. Если эту энергию использовать для вращения турбин, то можно обеспечить себя электроэнергией.
5. Биологическая энергия. В процессе гниения биологических масс (навоз, элементы растений, погибшие организмы) выделяется газ, основу которого составляет метан. Этот биогаз можно задействовать для выработки электричества и обогрева. Данная технология позволяет использовать отходы животноводства с большой пользой. На базе биомассы уже создается жидкое (биодизель, этанол) и твердое (биобрикеты и пеллеты) топливо.
6. Природный температурный градиент. Перепад температур, возникающий в естественных условиях, с пользой используется в тепловых насосах.

Виды источников

Как можно использовать альтернативные источники? При правильном подходе можно получить такие виды энергии:

• Электроэнергия. Альтернативная энергия дает возможность создания электрических аккумуляторов, строительства тепловых и гидроэлектростанций.
• Тепловая энергия. Обогрев домов, теплиц, производственных сооружений можно осуществлять непосредственно от природных источников, что уже находит широкое применение.
• Транспорт. Биотопливо способно приводить в движение двигатели транспортных средств. Если в настоящее время такой подход больше похож на эксперимент, то в будущем у него отмечаются хорошие перспективы.
• Механическая энергия. С древних времен вода приводила в движение жернова мельниц. При современной технике альтернативные источники способны двигать конструкции самого разного назначения.

Электроэнергия от нулевого провода

Как правило, для электропитания жилых домов используется трёхфазная сеть с глухозаземленной нейтралью. Отдельные потребители запитываются фазным напряжением от одной фазы и нулевого провода. Если в доме имеется надёжный контур заземления с низким сопротивлением, то в периоды интенсивного потребления электрической энергии, между нулевым проводом питающей сети и заземляющим проводником образуется разность потенциалов. Эта разность может достигать 12-15 В. Проблема заключается в нестабильности величины напряжения между нулем и заземлением, которая напрямую зависит от величины потребляемой домом мощности. Максимальное напряжение достигается только при пиковом токопотреблении.

Описанные выше способы получения электроэнергии вполне работоспособны. С применением импульсных электронных преобразователей, возможно получение напряжения любой величины. Однако, для реального использования в быту описанные способы не годятся ввиду очень низкой мощности подобных источников тока. Исключение составляет схема с металлическими электродами, но для достижения приемлемой мощности, потребуется занять большую площадь металлическими штырями и периодически поливать её раствором соли. Добыть электричество из земли в достаточном для использования количестве не так просто, как кажется. Несмотря на то, что магнитные и электрические поля окутывают планету, на сегодняшний день нет технической возможности использовать этот потенциал. Рассматривать такие способы как источник энергоснабжения дома нельзя. Своими руками можно соорудить разве что источник питания для пары светодиодов, часов или радиоприёмника с очень низким уровнем потребления мощности.

Автономные источники электроэнергии

Второй вариант обеспечить загородный дом электричеством – использовать автономные источники энергообеспечения. Такими источниками могут стать ветер, солнце, вода и горючие материалы.

Используя автономное энергообеспечение, владелец дома становится полностью независимым в плане получения электроэнергии для потребления.

Не требуется никаких согласований, протяжки ЛЭП и т. д. Конечно, получение электроэнергии все равно будет связано затратами. И на начальном этапе они будут достаточно весомыми, поскольку необходимое оборудование стоит немало.

В дальнейшем необходимо еще и проведение обслуживания всех составляющих системы энергообеспечения, но в итоге все окупится.

Коротко рассмотрим самые распространенные автономные источники электроэнергии.

Новаторские идеи для частного дома

Популярность экологически чистой альтернативной энергетики требует совершенствования способов ее осуществления. Можно выделить такие технологии, которые направлены в будущее

1. АэроГЭС. Принцип действия основан на получении конденсата из облаков, тумана, влажной атмосферы. Уже запущены такие опытные установки.
2. Энергия грозы. Перед учеными ставится задача поимки разряда молний и направления его в линии электросетей.
3. Водород. Это один из самых распространенных химических элементов и его активное использование в энергетике может вызвать настоящую революцию. На стадии разработки находятся водородные двигатели и установки для получения биоводорода.
4. Биогаз второго поколения. Более эффективные и чистые составы получаются путем современных пиролизных технологий. Уже сейчас на опытных установках получается метанол, этанол, биодизель.
5. Космическая энергетика. Получение электричества с помощью фотоэлементов в космосе с последующей передачей его путем микроволнового излучения сейчас кажется фантастикой. Однако перспективы у такого направления огромны.

Заботы о состоянии атмосферы и всей планеты в целом, а также ожидание исчерпания запасов углеводородного топлива заставляет всерьез относиться к альтернативной энергетике.

Запасы энергии в природе неисчерпаемы

Важно найти наиболее оптимальный подход и выбрать лучший, эффективный вариант получения необходимой энергии

Советуем почитать: Новые материалы и технологии для строительства частных домов

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.

Как работает ветряная электростанция?

Еще одним источником электроэнергии для вас может стать ветер.

Особенно это актуально для местностей, в которых есть устойчивые и достаточно сильные ветра.

Все смотрели американские фильмы и там часто показывают следующий вид:

Что такое ветряки с лопастями

На рисунке выше изображен бытовой ветрогенератор (далее ветряк) их применяют для электроснабжения частных домов отстоящих далеко от ЛЭП.

Сам ветряк является только частью системы следующего вида:

Работа ветряной электростанции

Все, что изображено выше — общий вид системы. Тут могут быть различные варианты исполнения в зависимости от того, для каких целей она предназначена.

То есть для постоянного энергоснабжения будет один вариант, а для резервного питания другой.

Ветряная электростанция: устройство

Теперь давайте рассмотрим внутреннее устройство самого ветряка. Здесь я не предлагаю схему для самостоятельного изготовления.

Это все в качестве ликбеза:

Ветряная электростанция принцип работы

Выбор мощности ветряка

Скажу сразу, что выбор этот делается от конца к началу. То есть мы сначала выбираем необходимую нам мощность, а потом, исходя из нее, выбираются параметры ветряка. Здесь существует нюансы, о которых необходимо знать.

Давайте посмотрим на следующую формулу:

Данная формула показывает какую полезную мощность можно получить от ветрогенератора.

Чтобы вас не пугать греческими буквами я сразу расшифрую эту формулу:

• P — полезная мощность, получаемая от ветряка.
• ξ — коэффициент, показывающий на сколько полно используется энергия ветра.
• R — радиус винта ветряка.
• v — скорость ветра.
• ρ — плотность воздуха.

Как видим, мощность сильно зависит от скорости ветра и радиуса винта.

Здесь и кроется загвоздка, ведь если радиус винта вещь во времени постоянная, то скорость ветра ничем предсказать нельзя.

А значит сегодня вы можете получить 20 киловатт-часов, а завтра 2. Потому что, ветра не будет.

Ветряная электростанция фото

Если в вашей местности ветер слабый, то вам придется увеличивать радиус винта и поднимать ветряк выше.

Для накопления энергии необходимо использовать аккумуляторные батареи, а для ее преобразования нужен инвертор.

Все это достаточно сильно увеличивает цену всей этой истории.

Но стоит оно того или нет надо считать обстоятельно и отдельно для каждого объекта.

Рекомендую посмотреть следующее видео:

Теперь давайте поговорим про солнечную энергетику.

Разновидности альтернативных систем отопления

Альтернатива газовому отоплению представляет собой, как правило, автоматизированные системы теплоснабжения, использующие на практике современные технологии и новейшие разработки.

Данные системы — идеальное решение для собственников частных и загородных домов, особенно расположенных на удалении от мест прокладки газопроводной сети.

Альтернативное отопление может иметь следующие разновидности:

1. Дизельное.
2. Электрическое.
3. Твердотопливное (уголь, брикет, дрова и т.д.).
4. Природные возобновляемые источники (энергия ветра, тепло земли, солнечная энергия и т.д.).

Какой из перечисленных выше вариантов наиболее оптимален для применения в загородном частном доме? Для ответа на данный вопрос рассмотрим преимущества и недостатки каждого из них с точки зрения эффективности и экономичности.

Использование дизельного топлива

Одним из основных преимуществ использования дизельного топлива для обогрева частного дома является относительно невысокая стоимость монтажа тепловой установки, производящей выработку тепловой энергии.

Любые другие виды отопления, принцип действия которых основан на сгорании топлива с последующим выделением тепла, требуют гораздо больших затрат на установку, чем работающие на жидком топливе котлы.

К основным недостаткам данной системы можно отнести именно высокую стоимость эксплуатации и необходимость регулярного обслуживания и наблюдения за системой.

Электрическое отопление

Электрическое отопление — неплохая альтернатива газовому отоплению в загородном либо частном жилом доме.

Данную систему характеризует простота в установке и эксплуатации, высокий уровень автоматизации, обеспечивающий надежную и качественную работу всей системы.

Электрическое отопление может быть отрегулировано на каждую комнату в отдельности. Нажмите для увеличения.

Кроме этого, работающие на электричестве обогревательные системы отличаются практически максимальным значением коэффициента полезного действия (около 100%).

Перечень многочисленных преимуществ могут дополнить небольшие габаритные размеры отопительных систем и возможность их установки практически в любом помещении.

Электрическое отопление может быть отрегулировано на каждую комнату в отдельности.

К недостаткам системы относится высокая стоимость электрической энергии, зависимость стабильной работы от наличия тока и качества электрической сети.

Использование твердых видов топлива

Наиболее сбалансированная альтернатива газовому отоплению — котлы, работающие на твердых видах топлива.

Данные устройства совмещают в себе сравнительно большую доступность твердого топлива, низкую стоимость установки и достаточно высокую эффективность (коэффициент полезного действия может достигать значения 85% — 95%).

Работоспособность твердотопливных котлов обеспечивается за счет их периодической «дозаправки», которую необходимо производить вручную 3-4 раза в сутки.

Следует отметить и конструкционную надежность данных котлов. Основные недостатки системы отопления на твердом виде топлива связаны с необходимостью заготовки, сушки и организации хранения дров (угля, брикета и т.д.).