Альтернативная энергетика для дома своими руками: обзор лучших эко-технологий

Применение биотоплива (биогаза)

Действие теплового насоса основано на обратном принципе Карно. Это довольно большое и достаточно сложное устройство, которое собирает низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды и преобразовывает ее в энергию с высоким потенциалом. Чаще всего тепловые насосы используют для обогрева помещений. Устройство состоит из:

• наружного контура с теплоносителем;
• внутреннего контура с теплоносителем;
• испарителя;
• компрессора;
• конденсатора.

В системе также используется фреон. Наружный контур теплового насоса может поглощать энергию из различной среды: земли, воды, воздуха. Затраты труда на его создание зависят от типа насоса и его конфигурации. Сложнее всего устроить насос типа «земля-вода», в котором наружный контур горизонтально располагается в толще грунта, поскольку это требует масштабных земляных работ. Если возле дома есть водоем, имеет смысл сделать тепловой насос типа «вода-вода». В этом случае наружный контур просто опускают в водоем.

Тепловой насос преобразует низкопотенциальную энергию земли, воды или воздуха в высокопотенциальную тепловую энергию, которая позволяет вполне эффективно обогреть здание

Эффективность работы теплового насоса зависит не столько от того, как высока температура среды, сколько от ее постоянства. Правильно спроектированный и установленный тепловой насос может обеспечить дом достаточным количеством тепла в зимнее время, даже при очень низкой температуре воды, земли или воздуха. В летнее время тепловые насосы могут выполнять роль кондиционера, охлаждая жилище.

Чтобы использовать такие насосы, нужно предварительно выполнить буровые работы

К достоинствам этих установок можно отнести:

• энергоэффективность;
• пожаробезопасность;
• многофункциональность;
• длительная эксплуатация до первого капитального ремонта.

Слабой стороной подобной системы являются:

• высокая изначальная цена в сравнении с другими способами обогрева здания;
• требование к состоянию питающей электросети;
• более шумные, чем классический газовый котел;
• необходимость проведения буровых работ.

Видео: как работают тепловые насосы

Как видите, для того чтобы обеспечить свой дом теплом и электричеством, можно использовать солнечную энергию, силу ветра и воды. У каждого из способов есть свои преимущества и недостатки. Но тем не менее, из всех существующих вариантов можно использовать метод, который будет и недорогим, и эффективным.

Материал обновлен 30.01.2018

Перспективы развития альтернативной энергетики в Российской Федерации и Мире.

Бурное потребление энергетических ресурсов планеты человеческой цивилизаций началось в девятнадцатом веке. Это связанно с тем, что именно в этот период общество достигло серьезного прогресса в науке и технологиях что привело к началу промышленной революции.

В это время был изобретен паровой двигатель, люди узнали об электричестве, а чуть позже смогли создать моторы, работающие на жидком топливе. Благодаря всем этим технологиям темпы развития цивилизации возросли многократно. Люди получили новые перспективы и возможности. Они стали создавать для себя более комфортные условия жизни и внедрять новые эффективные механизмы, которые требовали огромного потребления угля, нефти и газа. Время показало, что эти энергетические ресурсы планеты быстро расходуются.

Солнечные батареи – подарок космических технологий

Солнечные батареи получили известность в начале космической эры. Они по сей день используются, как источники энергии для космических кораблей и межпланетных станций. Аппараты, бороздящие пески Марса, оборудованы этими нехитрыми приспособлениями. Само Солнце дает для них свою энергию. Принцип действия солнечных панелей основан на способности фотонов при прохождении через полупроводниковый слой создавать в нем разность потенциалов, которая, при замыкании в электрическую цепь, создает электрический ток.

Удивительно, но сделать самостоятельно солнечную батарею не так уж и трудно. Есть два способа ее создания. Первый способ простой, и с ним справится любой человек. Нужно просто приобрести готовые фотоэлементы на поликристаллах или монокристаллах, связать их в одну цепь и закрыть прозрачным корпусом. Эти кристаллы способны улавливать фотоны света Солнца и преобразовывать их в электричество

Они очень хрупкие, поэтому в процессе изготовления прибора, нужно соблюдать меры предосторожности. Каждый элемент промаркирован, поэтому его вольтамперные характеристики известны

Необходимо только собрать нужное количество элементов для сооружения батареи нужной мощности. Для этого:

• Делают прозрачный каркас из пластика, оргстекла или поликарбоната.
• Вырезают из фанеры или пластика корпус по размеру этого каркаса.
• Все кристаллические элементы последовательно спаивают в схему. Только при последовательном соединении достигается увеличение напряжения в цепи. Оно просто суммируется со всех элементов.
• Фотоэлементы помещают в каркас и аккуратно закрывают, не забыв вывести наружу провода.

При выборе фотоэлементов нужно учесть то, что монокристаллы более долговечны и эффективны (КПД 13%), а поликристаллы часто ломаются и менее эффективны (КПД 9%). При этом первым требуется постоянный открытый солнечный свет, а вторые довольствуются более пасмурной погодой. Устанавливают готовую панель чаще всего на крышу или на освещенную солнцем площадку. Угол наклона должен регулироваться, так как зимой лучше устанавливать панель вертикально во избежание засыпания снегом.

Солнечная батарея, установленная на крыше здания.

Второй способ изготовления солнечных батарей на много сложнее. Здесь уже требуются некоторые электротехнические навыки. Вместо готовых элементов нужно сделать диодную цепь. Для этого необходимо приобрести или насобирать из старой техники диодов. Лучше всего для этой цели подойдут Д223Б. Они имеют высокое напряжение в 350мВ при прямых солнечных лучах. То есть для выработки 1В понадобится всего 3 таких диода. Напряжение в 12В способны создать 36 диодов. Количество значительное, но стоимость у них небольшая, около 130 рублей за сотню, поэтому основная проблема в длительности монтажа.

Диоды замачивают в ацетоне, после чего удаляют с них краску. Затем сверлят необходимое количество отверстий в пластиковой заготовке и вставляют в них диоды. Спайку производят последовательно по рядам. Готовую панель закрывают прозрачным материалом и помещают в кожух.

Схема изготовления солнечной батареи из диодов.

Как видим, воспользоваться дармовой энергией Солнца не так уж и сложно. Достаточно уделить немного сил и средств.

Все ли так гладко?

Казалось бы, такая технология электроснабжения частного дома должна бы уже давно вытеснить с рынка традиционные централизованные методы обеспечения энергией. Почему же этого не происходит? Есть несколько аргументов, которые свидетельствуют не в пользу альтернативной энергетики. Но их значимость определяется в индивидуальном порядке — для части владельцев загородных домов актуальны одни недостатки и совсем не представляют интереса другие.

Для больших загородных коттеджей может стать проблемой не слишком высокий КПД альтернативных энергетических установок. Естественно, локальные гелиосистемы, тепловые насосы или геотермальные установки не могут сравниваться с продуктивностью даже самых старых ГЭС, ТЭЦ и тем более — атомных электростанций.Впрочем, этот недостаток часто минимизируется за счет установки двух или даже трех систем, использованием их больше мощности. Следствием этого может стать другая проблема — для их монтажа потребуется более обширная площадь, выделить которую получается не во всех проектах домов.

Для бесперебойного обеспечения привычного для современного дома числа бытовых приборов и отопительной системы требуется большая мощность. Поэтому в проекте должны предусматриваться такие источники, которые смогут продуцировать такую мощность. А это требует солидных капиталовложений — чем мощнее оборудование, тем оно дороже.

Кроме того, в некоторых случаях (например, при использовании энергии ветра) источник может не гарантировать постоянства выработки энергии. Поэтому необходимо оснастить всю коммуникацию накопительными устройствами. Обычно с этой целью устанавливаются аккумуляторы и коллекторы, что влечет все те же дополнительные расходы и необходимость в выделении большего количества квадратных метров в доме.

Определение альтернативного отопления

Альтернативные источники отопления частного дома включают в себя виды систем теплоснабжения, где задействуются природные источники энергии. При этом затраты на монтаж таких установок должны быть доступными и несравнимыми со стоимостью обслуживаемого жилища. Используются такие схемы, как правило, в загородных домах. Для обитателей многоквартирных комплексов вопрос об этом не поднимается, так как каждая квартира подключена к централизованному отоплению.

Интерес к альтернативным источникам отопления связан с неуклонным повышением цен на большинство распространенных энергоносителей. Это относится и к самому дешевому варианту – магистральному теплоснабжению. Из-за ограниченности природных ресурсов эта тенденция будет наблюдаться и в будущем, что вынуждает искать новые источники энергии. Помимо экономической выгоды, такие способы обогреть дом хороши тем, что атмосфера не загрязняется твердыми и газообразными выбросами, получаемыми при сжигании разных типов топлива. Это способствует улучшению экологической обстановки.

Виды альтернативного электричества

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. После чего в вашем доме появляется электричество, которое зависит лишь от наличия топлива в баке генератора. Если продумать автоматическую систему подачи топлива, то вы получаете маленькую тепловую электростанцию, которая от вас будет требовать минимального присутствия.

Бензиновый генератор

К тому же электрогенераторы – это надежные и удобные установки, которые работают практически вечно, если правильно их эксплуатировать. Но тут есть один момент. В настоящее время на рынке присутствует два вида генераторов:

• Бензиновый.
• Дизельный.

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

Альтернатива углеводородному топливу

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

• 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.

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.

Достоинства и недостатки альтернативных источников энергии в мире

Альтернативные источники энергии — альтернативная энергия во всем мире

Альтернативные источники энергии — преимущества

• Доступность. Особенно выгодно для стран, не обладающих нефтяными или газовыми месторождениями. Однако, это относится не ко всем видам. Например, если страна не имеет выхода к морю, получать волновую энергию она уже никак не сможет; так же и с геотермальной энергией, которую можно преобразовывать только в вулканических районах.
• Экологичность – в процессе образовании тепла и электричества не происходит вредных выбросов в окружающую среду.
• Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.

Альтернативные источники энергии — недостатки и проблемы

• Требует больших затрат на этапе строительства и обслуживания, так как расходные материалы с оборудованием дорогие. Это приводит к повышению итоговой цены электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Единственное, что может помочь — это снижение себестоимости установок разработчиками.
• Зависимость от факторов природы: сила ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии не подлежит контролю, плюс географическое расположение.
• Низкий КПД наряду с маленькой мощностью установок (исключение ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
• Влияние на климат. Возьмем к примеру, спрос на биотопливо. Он повлек за собой сокращение посевных площадей для продовольственных культур, а на характер рыбных хозяйств повлияли плотины для ГЭС.

Зачем нужны альтернативные источники энергии

Когда исчерпаемые источники энергии (ископаемые топлива) закончатся, человечеству придется перейти на АИЭ (альтернативные источники энергии). По данным на 2020 год 35% вырабатываемой в России электроэнергии добыты безуглеродным способом — на АЭС и ГЭС.

Использовать традиционные источники энергии проблематично по следующим причинам:

• ТЭС использует топливо, которое закончится в ближайшем будущем. По худшим оценкам это произойдет через 30 лет;
• Стоимость ископаемого топлива растет, поэтому поднимается цена на электроэнергию;
• Продукты производства электроэнергии загрязняют окружающую среду;
• Тепло, выделяемое на станциях, вызывает глобальное потепление.

У человечества один путь — переход на АИЭ.

Примечания

1. Источники энергии Научно-технический энциклопедический словарь
2. ↑ 12 Взгляд.ru 13.07.10 В Подмосковье не пойдет.
3. Air Hydro Electric Station (AirHES, АэроГЭС)
4. Передача об АэроГЭС на НТВ
5. Публикация об Аэро ГЭС на Мембрана (веб-сайт)
6. Молниевая ферма поймает энергию небесных разрядов membrana.ru
7. Холдинг альтернативной энергетики объявляет о развитии грозовой энергетики Архивировано 5 июня 2014 года.
8. Японские компании запустят солнечную электростанцию в космос.
9. European Renewables Target Can Create 2.8M Jobs
10. Cleantech in Russia 2010 (недоступная ссылка)
11. В Химках планируют создать Центр альтернативной энергетики
12. Green energy overtakes fossil fuel investment, says UN
13. ↑ 12 アーカイブされたコピー. Проверено 15 декабря 2012. Архивировано 15 декабря 2012 года.
14. Another Record for U.S. Renewable Electricity
15. К 2020 году пятая часть электроэнергии в Австралии будет «зеленой»

Солнечные батареи

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

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

Принцип действия и применение солнечных батарей в частном доме

Физическое явление, на котором основан принцип работы этого источника энергии – фотоэффект. Солнечный свет, попадая на её поверхность, высвобождает электроны, что создает избыточный заряд внутри панели. Если подключить к ней аккумулятор, то благодаря зарнице в количестве зарядов в цепи появится ток.

Принцип работы солнечной батареи заключается в фотоэффекте

Конструкции, способные улавливать и преобразовывать энергию солнца, многочисленны, разнообразны и постоянно улучшаются. Для множества народных умельцев совершенствование этих полезных конструкций превратилось в отличное хобби. На тематических выставках такие энтузиасты охотно демонстрируют множество полезных идей.

Чтобы сделать солнечные батареи, необходимо приобрести монокристаллические или поликристаллические фотоэлементы, поместить их в прозрачный каркас, который фиксируют прочным корпусом

Основа солнечной батареи — специальные кристаллы, которые улавливают энергию. В домашних условиях такие элементы изготовить невозможно, их придется приобретать

Кристаллы очень хрупкие, обращаться с ними нужно осторожно. Чтобы сделать солнечную батарею, необходимо:

1. Изготовить каркас для солнечных батарей из прозрачного материала, например, оргстекла.
2. Сделать корпус из металлического уголка, фанеры и т. п.
3. Аккуратно спаять кристаллические элементы в схему.
4. Поместить фотоэлементы в каркас.
5. Выполнить монтаж корпуса.

Вообще существует два вида фотоэлементов: монокристаллические и поликристаллические. Первые более долговечны и имеют КПД около 13%, а вторые быстрее выходят из строя, их КПД несколько ниже — менее 9%. Однако монокристаллические фотоэлементы хорошо работают лишь при стабильном потоке солнечной энергии, в облачный день их эффективность становится значительно ниже. А вот поликристаллические элементы переносят капризы погоды гораздо лучше.

Полученное электричество можно использовать для питания бытовой техники или же для обогрева помещения при помощи технологии теплого пола. Но энергия солнца пригодна не только для выработки электрической энергии. С помощью солнечной энергии можно нагревать воду. Об этом в следующем разделе статьи. Итак, преимущества этого источника энергии:

• неиссякаемость;
• отсутствие каких-либо отходов или шумов в процессе производства энергии;
• автономность;
• относительно дешевое техническое обслуживание;
• прогрессивность;

Недостатки этой технологии таковы:

• высокая стоимость самих панелей и наладочных работ;
• небольшое загрязнение планеты выбросами при производстве;
• дорогие аккумуляторные батареи;
• низкий КПД панелей, и, как следствие, необходимость их большого количества.

Видео: изготовление солнечной батареи своими руками

Готовые батареи размещают, разумеется, на самой солнечной стороне крыши. При этом следует предусмотреть возможность регулирования наклона панели. Например, во время снегопадов панели следует размещать практически вертикально, иначе слой снега может помешать работе батарей или даже повредить их.

Классификация тепловых насосов

В качестве альтернативных источников тепловой энергии используется несколько основных типов тепловых насосов:

• С отбором тепла из грунтовых масс. Наиболее распространенная схема для организации альтернативного отопления с использованием стабильного источника тепла;
• Нагрев теплообменника насоса из окружающего воздуха за пределами помещения. По данной схеме работает кондиционер в качестве теплового источника для легкого подогрева помещения в осенний период;
• Отбор тепла из внутреннего помещения для охлаждения воздуха в режиме кондиционирования.

В качестве альтернативного источника тепловой энергии используются первых два типа тепловых насосов. Тепловой насос может работать как источник тепловой энергии, так и в режиме охлаждения. Альтернативная система охлаждения насоса примерно на 40-45% эффективнее кондиционера. Тепловые насосы в ближайшей перспективе уверенно перейдут из статуса альтернативных источников энергии в разряд основного способа получения тепла.

Что можно использовать в частном доме

Выработка электричества при помощи АЭС нужна не только для фирм и государства, но для частного дома. Имеются разные конструкции, которые вырабатывают электроэнергию нетрадиционным методом.

АЭС позволит вам сэкономить на счетах электричества, а кроме того, вы никогда не останетесь без света при отключении электричества.

Солнечные панели

Этот тип получения электроэнергии поможет получить электричество для дома. Для приобретения этого устройства вам необходимо знать мощность и найти место для фиксирования. Эта покупка в скором времени окупиться и вы даже уйдете в плюс.

Солнечные коллекторы

Принцип действия этой конструкции следующий: она нагревается на солнце, затем направляет накопленное тепло к воде, и тем самым нагревает ее. В результате вы будете всегда иметь горячую воду, а также отопление в любое время.

Ветрогенераторы

Ветровые генераторы собирают энергию, которая будет впоследствии использоваться бытовыми изделиями. Как правило, устанавливают несколько сооружений, которые включаются по очереди в случае аварийного выключения другого.

Тепловые насосы

Прибор всегда нагревает дом до требуемой температуры

Многие оборудования оснащены кондиционером, что особенно важно в жаркую погоду. В роли источника электроэнергии могут применяться различные виды энергий

Производство биогаза

Изготовление биогаза в домашних условиях позволяет заменить использование традиционного топлива на недорогой аналог. Такую конструкцию можно изготовить своими руками или приобрести в магазине.

Мини гидроэлектростанция

Мини гидроэлектростанция — это маленькая станции, которая вырабатывает электричество для жилья.

Применяют это сооружения с целью главного или запасного источника электроэнергии. Переносные ГЭС хорошо подойдут для местностей, к которым трудно добраться.

Прочие возможности

Имеются и другие возможности для выработки электричества, но они обойдутся вам в значительную сумму. К примеру, водородные котлы, которые пришли на замену традиционному отоплению дома без выбросов вредных веществ. Тепло вырабатывается за счет прохождения хим. реакций между водородом и кислородом.

Похожие записи:

Как проверить основные параметры аккумулятора мультиметром Контроллер заряда солнечной батареи: схема, принцип работы, способы подключения Как подключить 380 вольт в частный дом? плюсы и минусы такого решения Как правильно пользоваться мультиметром Какие бывают разновидности электрических щитов: их классификация, описание и сфера применения Cветодиодный (led) диммер 220в