Альтернативные источники энергии для дома

Для владельцев частных домов есть возможность значительно снизить свои счета или вообще не пользоваться услугами поставщиков тепла, электроэнергии и газа. Вы также можете предоставить большую ферму и, если хотите, продать излишки. Это реально, и некоторые уже сделали это. Для этого используются альтернативные источники энергии. 

Альтернативные источники энергии могут удовлетворить любые потребности

Где взять энергию и в каком виде

В самом деле, энергия в той или иной форме присутствует в природе практически везде – солнце, ветер, вода, земля – ​​энергия есть везде. Основная задача – извлечь его оттуда. Человечество занимается этим более ста лет и добилось хороших результатов. В настоящее время альтернативные источники энергии позволяют обеспечить дом теплом, электричеством, газом, горячей водой. Кроме того, альтернативная энергия не требует дополнительных навыков или знаний. Вы можете сделать все для своего дома своими руками. Что ты можешь сделать:

• Используйте солнечную энергию для выработки электроэнергии или нагрева воды – для горячего водоснабжения или низкотемпературного отопления (солнечные панели и коллекторы).
• Получение газа из отходов животноводства и птицеводства (биогазовые установки).

  Альтернативная энергия – это способ самообслуживания для ваших нужд

• Преобразование энергии ветра в электричество (ветряные турбины).
• Отапливайте дом с помощью тепловых насосов, забирая тепло из воздуха, земли, воды (тепловые насосы).

Все альтернативные источники энергии способны полностью удовлетворить потребности человека, но для этого требуются слишком большие инвестиции и / или слишком большие площади. Поэтому разумнее сделать комбинированную систему: получать энергию из альтернативных источников и в случае ее дефицита «собирать» ее из централизованных сетей.

Использование солнечной энергии

Одним из самых мощных альтернативных источников энергии для дома является солнечная радиация. Существует два типа систем преобразования солнечной энергии:

• солнечные панели производят электричество;
• солнечные коллекторы нагревают воду.

  Солнечная энергия может использоваться для нагрева воды или выработки электроэнергии

Не думайте, что подъемники работают только на юге и только летом. Они хороши и зимой. В ясную погоду и при снегопаде выработка энергии лишь немного ниже, чем летом. Если в вашем районе много ясных дней, вы можете воспользоваться этой технологией.

Солнечные панели

Солнечные элементы собираются из фотоэлектрических преобразователей, которые сделаны на основе минералов, которые под воздействием солнечного света испускают электроны – генерируют электрический ток. Для частного использования используются кремниевые фотопреобразователи. По своей структуре они бывают монокристаллическими (состоящими из одного кристалла) и поликристаллическими (много кристаллов). Монокристаллические имеют более высокий КПД (13-25% в зависимости от качества) и более длительный срок службы, но стоят дороже. Поликристаллические вырабатывают меньше электроэнергии (9-15%) и быстрее выходят из строя, но дешевле.

Это поликристаллический фотопреобразователь. С ними нужно обращаться осторожно – они очень хрупкие (даже монокристаллические, но не в такой степени)

Собрать солнечную панель своими руками не составит труда. Для начала нужно купить определенное количество кремниевых солнечных элементов (количество зависит от требуемой мощности). Чаще всего их покупают на китайских торговых площадках типа Алиэкспресс. Тогда процедура проста:

• Сделайте каркас (из деревянных досок или металлических уголков). Установите на него подложку. Прозрачный – стекло, оргстекло (монолитный поликарбонат) – если солнечная батарея будет висеть на окне и непрозрачный (фанера, покрашенная в белый цвет), если вы не будете устанавливать батарею на крыше.
• Готовый аккумулятор нужно опломбировать. Он залит эпоксидной смолой или оклеен специальной пленкой EVA. При герметизации нужно следить за тем, чтобы не было пустот – пузырьков воздуха. Они значительно снижают производительность батареи, поэтому мы тщательно их прогоняем.

  Это готовая солнечная батарея

• Используя алюминиевые проводники, соедините элементы в батарее (параллельно). Проводники можно сразу припаять к пластинам (они стоят немного дороже) или их придется покупать отдельно, а потом паять самостоятельно.

Несколько слов о том, почему подложку под солнечную панель (аккумулятор) нужно красить в белый цвет. Диапазон рабочих температур кремниевых пластин составляет от -40 ° C до + 50 ° C. Работа при более высоких или более низких температурах приводит к быстрому отказу компонентов. На крыше летом в закрытом помещении температура может быть намного выше + 50 ° С. Поэтому белый цвет нужен, чтобы не перегревал силикон.

Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы можно использовать для нагрева воды или воздуха. Куда направить нагретую на солнце воду – в краны горячего водоснабжения или в систему отопления – выбираете вы. Только отопление будет на невысокую температуру – для теплого пола то, что требуется. Но чтобы температура в доме не зависела от погодных условий, система должна быть резервированной, чтобы при необходимости подключался другой источник тепла или котел переключался на другой источник энергии.

Наиболее распространенные трубчатые солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы бывают трех типов: плоские, трубчатые и воздушные. Наиболее распространены трубчатые, но и другие имеют право на существование.

Плоский пластик

Две панели – черная и прозрачная – объединены в один корпус. Между ними проходит медный трубопровод змеевидной формы. Нижняя темная панель нагревается солнцем, ею нагревается медь, а от нее – вода, проходящая через лабиринт. Такой способ использования альтернативных источников энергии не самый эффективный, но привлекательный, поскольку его очень просто реализовать. Таким образом можно нагреть воду в бассейне. Необходимо будет только замкнуть его подачу (с помощью циркуляционного насоса). Точно так же можно нагреть воду в емкости для летнего душа или использовать для хозяйственных нужд. Недостаток таких установок – невысокий КПД и производительность. Для нагрева большого объема воды требуется много времени или большое количество плоских коллекторов.

Плоский солнечный коллектор

Трубчатые коллекторы

Это стеклянные трубки – вакуумные или коаксиальные – по которым течет вода. Специальная система позволяет максимальную концентрацию тепла в трубах, которое передается воде, проходящей через них.

Трубчатые коллекторы могут быть вакуумными и перьевыми

В системе должен быть накопительный бак, в котором нагревается вода. Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом. Самостоятельно такие системы сделать нельзя – сделать стеклянные трубы своими руками проблематично, и это главный недостаток. Наряду с высокой ценой это сдерживает широкое распространение этого источника энергии для дома. Да и сама система очень эффективна, с нагревом воды для горячего водоснабжения справляется на ура и вносит достойный вклад в отопление.

Схема организации отопления и горячего водоснабжения за счет альтернативных источников энергии – использование солнечных коллекторов

Коллекторы воздуха

В нашей стране они очень редки и бесполезны. Они простые, их легко можно сделать самому. Единственный минус – нужна большая территория – они могут занимать всю южную стену (восток, юго-восток). Система очень похожа на плоские коллекторы: черная нижняя панель, прозрачный верх, но они напрямую нагревают воздух, который нагнетается (вентилятором) или естественным образом направляется в комнату. Несмотря на кажущуюся легкомысленность, таким способом можно отапливать днем ​​небольшие помещения, в том числе технические или служебные: гаражи, дачи, животноводческие помещения.

Устройство воздухосборника

Такой альтернативный источник энергии, как солнце, дает нам тепло, но большая его часть уходит «в никуда». Захватить его небольшую часть и использовать в личных целях – задача, которую решают все эти устройства.

Ветряные турбины

Альтернативные источники энергии хороши тем, что они в основном касаются возобновляемых ресурсов. Самый вечный, наверное, ветер. Пока есть атмосфера и солнце, есть и ветер. Возможно, на короткое время воздух будет неподвижен, но ненадолго. Наши предки использовали энергию ветра на мельницах, а современный человек преобразует ее в электричество. Все, что для этого нужно:

• башня, установленная в ветреном месте;
• аккумулятор и система распределения электрического тока.
• генератор с прикрепленными к нему лопатками;

Любую башню можно построить из любого материала. Аккумуляторная батарея – это батарея, тут ни о чем не придумаешь, но куда подавать электричество – выбор за вами. Осталось только изготовить генератор. Его тоже можно приобрести в готовом виде, но сделать его вполне реально из мотора бытовой техники: стиральной машины, отвертки и т.д. Вам понадобятся неодимовые магниты и эпоксидная смола, токарный станок.

Схема обеспечения частного дома электроэнергией от альтернативных источников энергии (ветрогенератор и солнечные батареи)

На роторе мотора размечаем места для установки магнитов. Они должны быть равноудалены друг от друга. Шлифуем ротор выбранного двигателя, формируя «сиденья». Дно выемки должно иметь небольшой уклон, чтобы поверхность магнита находилась под углом. К резным местам жидких гвоздей, залитых эпоксидной смолой, приклеены магниты. Затем поверхность зачищается наждачной бумагой. Далее нужно подключить кисти, которые будут убирать ток. И все, можно собрать и запустить ветрогенератор.

Такие установки достаточно эффективны, но их мощность зависит от многих факторов: интенсивности ветра, правильности конструкции генератора, эффективности снятия разности потенциалов со щеток, надежности электрических соединений и т.д.

Тепловые насосы для отопления жилых помещений

Тепловые насосы используют все доступные альтернативные источники энергии. Они берут тепло из воды, воздуха, земли. В небольших количествах это тепло присутствует и зимой, поэтому тепловой насос собирает его и направляет на отопление дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии: тепло земли, воду и воздух

Принцип действия

Чем так привлекательны тепловые насосы? Дело в том, что потратив на его прокачку 1 кВт энергии, в худшем случае вы получите 1,5 кВт тепла, а при самых удачных реализациях можно отдать до 4-6 кВт. И это никоим образом не противоречит закону сохранения энергии, потому что энергия расходуется не на получение тепла, а не на его перекачку. Так что нет никаких противоречий.

Схема теплового насоса для использования альтернативных источников энергии

Тепловые насосы имеют три рабочих контура: два внешних и один внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Схема работает так:

• В первом контуре циркулирует хладагент, который отбирает тепло от источников с низким потенциалом. Его можно погрузить в воду, закопать в землю или отводить тепло из воздуха. Максимальная температура, достигаемая в этом контуре, составляет около 6 ° C.
• В конденсаторе тепло передается теплоносителю третьим отопительным контуром. Охлаждающие пары конденсируются и попадают в испаритель. И затем цикл повторяется.
• Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0 ° C). При нагревании хладагент испаряется, пар поступает в компрессор, где сжимается под высоким давлением. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента нагреваются до средней температуры от + 35 ° C до + 65 ° C.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Для этого лучше всего подходят температуры. Для радиаторной системы потребуется слишком много секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: где и как получить тепло

Но наибольшие трудности вызывает устройство первого внешнего контура, собирающего тепло. Поскольку источники имеют низкий потенциал (на дне мало тепла), необходимы большие площади для его сбора в достаточном количестве. Есть четыре вида гарниров:

• Трубы с теплоносителем уложены в воде кольцами. Водоем может быть что угодно: река, пруд, озеро. Главное условие – он не должен замерзать даже в самые сильные морозы. Насосы, перекачивающие тепло из реки, работают эффективнее; гораздо меньше тепла передается стоячей воде. Изготовлен такой источник тепла простейшим образом – бросить трубы, привязать груз. Высока только вероятность случайного повреждения.

  Самый простой способ создать термальный лагерь на воде

• Отвод тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева: они забирают тепло из «забортного» воздуха. Даже при минусовых температурах такие агрегаты работают, правда, на менее «глубокой» – до -15 ° C. Чтобы сделать работу более интенсивной, можно использовать тепло вентиляционных шахт. Некоторые из них закидываем с теплоносителем и качаем оттуда тепло.

  Самый компактный тепловой насос, но и самый нестабильный, отбирающий тепло из воздуха

• Тепловые поля с подземными трубами ниже точки замерзания. В этом случае недостаток только один – большие объемы земляных работ. Нам нужно удалить почву на большой площади, а также на значительную глубину.

  Большой объем земляных работ

• Использование геотермальных температур. Пробурен ряд очень глубоких скважин, в которые опускается контур с теплоносителем. Этот вариант хорош тем, что он занимает мало места, но не всегда можно просверлить скважину на большую глубину, а услуги по бурению обходятся дорого. Впрочем, дырокол можно сделать и самостоятельно, но работа все равно не из легких.

  Колодцы требуют меньше места

Главный недостаток тепловых насосов – высокая цена самого насоса, а установка полей сбора тепла обходится недешево. В этом случае можно сэкономить, сделав насос своими руками, а также проложив схему своими руками, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет дешевым, а система проработает долгое время.

Из отходов в энергию: биогазовые установки 

Все альтернативные источники энергии имеют естественное происхождение, но от биогазовых установок можно получить только двойную выгоду. Они перерабатывают отходы домашних животных и птицы. В результате получается определенный объем газа, который после очистки и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для увеличения урожайности – очень эффективное и безопасное удобрение.

Энергию также можно получить из навоза, только не в чистом виде, а в виде газа

Кратко о технологии

Во время ферментации происходит газообразование, в котором участвуют живущие в навозе бактерии. Отходы животноводства и птицы подходят для производства биогаза, но оптимальным является использование коровьего навоза. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» – в нем содержатся именно те бактерии, которые необходимы для обработки.

Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда: брожение должно проходить без кислорода. Поэтому эффективные биореакторы представляют собой закрытые емкости. Чтобы процесс был более активным, необходимо регулярно перемешивать массу. На промышленных предприятиях для этого устанавливают мешалки с электроприводом, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства – от простой палки до механических мешалок, «работающих» вручную.

Принципиальная схема биогазовых установок

В газообразовании из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофилы активны при температуре от + 30 ° С до + 40 ° С, термофилы – от + 42 ° С до + 53 ° С. Более эффективно действуют термофильные бактерии. В идеальных условиях добыча газа с 1 литра полезной поверхности может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру 50 ° C очень сложно и дорого, даже если затраты оправданы.

Немного строительства

Самая простая биогазовая установка – это бочонок с крышкой и мешалкой. В крышке есть выход для подключения гибкой трубки, по которой газ поступает в резервуар. Из такого объема не получится много газа, но хватит на одну-две газовые горелки.

Более серьезные объемы можно получить из подземного или надземного бункера. Если речь идет о подземном бункере, то он железобетонный. Стены отделены от земли слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых обработка будет происходить со сдвигом по времени. Поскольку мезофильные культуры обычно работают в таких условиях, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные культуры обрабатываются за 3 дня), поэтому желателен временной сдвиг.

Схема бункерной биогазовой установки

Навоз поступает через загрузочный бункер, с противоположной стороны делается разгрузочный люк, откуда забирается переработанное сырье. Бункер не полностью заполнен биосмесью – около 15-20% пространства остается свободным – здесь скапливается газ. Для его слива в крышку встраивается трубка, другой конец которой опускается в гидрозатвор – емкость, частично заполненную водой. Таким образом, газ осушается: уже очищенный газ собирается в верхней части, отводится через другую трубу и уже может быть задушен потребителю.

Каждый может использовать альтернативные источники энергии. Владельцам квартир это сделать сложнее, но в частном доме хотя бы можно реализовать все задумки. Есть и реальные примеры тому. Люди полностью удовлетворяют потребности как собственной, так и большой экономики.

Источник – https://stroychik.ru/raznoe/alternativnaya-energiya