На сегодняшний день вопросы энергосбережения стоят очень жестко, особенно на территории некоторых независимых государств из числа бывших республик Советского Союза. Одна из самых обсуждаемых на многих форумах тем касается финансовой целесообразности монтажа источников, обеспечивающих снижение энергопотребления. Альтернативная энергия своими руками- существует ли эффективное решение? В этом вопросе и попробуем разобраться.
Стоит сразу оговорить тот факт, что альтернативные источники энергии своими руками создать вряд ли получится. Но существует возможность применения оборудования, выпускаемого в промышленных масштабах. Именно монтаж таких устройств способен не только сократить расходы на электро- и теплоснабжение, но и полностью исключить зависимость от центральных энергетических сетей.
Технологически все установки альтернативной энергии можно разделить на два основных типа:
- Устройства для получения электрической энергии.
- Агрегаты, применяемые для получения тепловой энергии в чистом виде или для генерации газообразного топлива для котельного оборудования.
Установки автономного электроснабжения
Среди существующих устройств для получения бесплатной электроэнергии массовое применение нашли следующие виды оборудования:
|
|
- Солнечные панели, позволяющие преобразовывать энергию нашего естественного источника света непосредственно в электричество. Панели данного типа состоят из множества воспринимающих световое излучение полупроводниковых элементов. Данные установки рекомендованы для использования в регионах, отличающихся большим количеством солнечных дней. Целесообразно устанавливать такие панели с применением механизмов, обеспечивающих изменение угла наклона конструкции. Это поможет избежать негативного воздействия атмосферных осадков и обеспечить прием максимально возможного солнечного излучения.
- Еще один генератор альтернативной энергии своими руками может быть смонтирован в регионах со значительной ветровой нагрузкой. На первый взгляд обычная ветряная мельница способна обеспечить электричеством несколько потребителей одновременно. Производительность установки зависит от типа применяемого генератора, размаха крыльев приводной установки, возможности поворота устройства в зависимости от преобладающего направления ветра.
Установки обеспечения теплоснабжения
- Тепловые насосы, работающие по принципу передачи тепловой энергии от среды с более высокой температурой. На практики применяют теплообменники, работающие на энергии воды, воздуха и геотермальные установки, способные преобразовывать в тепловую энергию температуру различных слоев грунта.
- Биогенераторы, позволяющие собирать выделяемый в процессе разложения органических веществ газ. Данная конструкция может работать на различных видах топлива, наиболее эффективны и безопасны установки с автоматическим управлением.
Конечно, стоимость установок данного класса немала, но их приобретение позволит обеспечить независимость энергоснабжения собственного дома.
Интерес к альтернативным источникам прикован и по причине обеспокоенности вопросами экологии. Природные ресурсы, используемые в нынешнее время для продуцирования электроэнергии традиционным способом, постепенно истощаются.
Это решение многих домовладельцев, продиктованное тремя факторами.
- Во-первых, далеко не во всех населенных пунктах, особенно - удаленных от областных центров, имеется исправно работающая высоковольтная магистраль;
- Во-вторых, даже при наличии этой коммуникации, состояние местных электросетей и трансформаторных подстанций часто оставляет желать лучшего, вследствие чего аварийные отключения стали уже практически нормой;
- В-третьих, соображения энергетической независимости от монопольных государственных тарифов на всех виды энергоресурсов мотивируют владельцев загородного жилья полагаться только на свои возможности.
Сюда же необходимо добавить сервисное обслуживание центральных линий энергоснабжения, методы которого устарели лет тридцать назад, - и тогда решение использовать альтернативные источники энергии в частном доме станет безвозвратным, убедительным и мотивирующим к конкретным действиям.
Интерес к альтернативным источникам прикован и по причине обеспокоенности вопросами экологии. Природные ресурсы, используемые в нынешнее время для продуцирования электроэнергии традиционным способом, постепенно истощаются. Причем интенсивность уменьшения запасов вызывает тревогу всей мировой общественности. При этом увеличивается спрос на энергию - количество в каждом доме бытовых приборов и оборудования требует огромных ресурсов. Уже сейчас в среднем расходы на оплату энергии достигают 40% семейного бюджета.
Технологические и эксплуатационные достоинства альтернативных источников энергии
Так ли необходимы в частном доме подобные системы, если до нынешнего времени удавалось справляться и с эксплуатацией традиционных, хотя и внушающих опасение своим техническим состоянием, ЛЭП?В этом вопросе свою компетентность демонстрируют специалисты компании ИнноваСтрой, проводящие инженерные работы в частных домах, в том числе - и устройство альтернативных энергосистем.
Насколько эффективным и, главное, - необходимым, может оказаться альтернативный источник энергии для дома , можно судить по описанию его эксплуатационных достоинств:
- Полная энергонезависимость от центральных линий электроснабжения;
- Возможность своевременно устранять аварийные ситуации и малозначительные неполадки;
- Возможность контролировать функциональной всех конструктивных элементов альтернативной системы;
- Отсутствие ограничений в определении номинальной мощности;
- Отсутствие критических перепадов в потребительской сети электроснабжения;
- Минимизация рисков выхода из строя бытовых приборов вследствие нарушения рабочих параметров в сети;
- Контроль безопасности при использовании альтернативных источников;
- Свободный выбор функционального оборудования с учетом бюджетных приоритетов и технологических параметров.
Последний пункт обычно представляет наибольший интерес для тех, кто решился установить у себя альтернативный источник энергии для дома.
Экономические преимущества
Финансовые достоинства альтернативных источников проявляется, прежде всего, в возможности выбирать систему энергоснабжения в доступном ценовом диапазоне, в зависимости от типа используемых топливных ресурсов, технических характеристик, авторитетности бренда производителя и прочих условий.
При этом домовладелец не несет дополнительных издержек, характерных для централизованных сетей, включающих затраты на содержание и ремонт центральной магистрали - он покупает только то оборудование, которое будет обеспечивать энергией только его дом.
- Еще один финансовый нюанс - это регулярные платежи. При наличии собственного альтернативного источника нет необходимости оплачивать ежемесячные коммунальные издержки, совершенно необоснованно завышенные.
- В список экономических преимуществ нужно добавить возможность снизить затраты на монтажные работы, так как они ограничиваются только пределами дома и двора.
- И наконец, главное достоинство - это низкая стоимость эксплуатации оборудования для альтернативных систем энергообеспечения дома.
Как следствие всех этих приоритетов - очень быстрая окупаемость таких энергетических источников. Если сюда добавить возможность внесения изменений в проект частного дома , и невысокую стоимость таких работ в компании ИнноваСтрой, то приоритетность альтернативных источников станет совершенно очевидной.
Технические преимущества
Главное техническое достоинство состоит в том, что альтернативный источник энергии для дома позволяет регулировать и контролировать эксплуатационные характеристики по усмотрению хозяина дома.Еще один очевидный "плюс" в том, что владелец оборудования всегда может отключить его за ненадобностью - при длительном отсутствии, например.
Обслуживание источников альтернативной энергетики - еще одно преимущество. Плановый технический осмотр зависит только от ответственности и желания домовладельца. При этом не нужно планировать день, чтобы подстраиваться под визит бригады из центральной службы электросетей.Если понадобится заменить оборудование - это тоже в силах и в возможностях самого владельца. Полная энергетическая независимость с ее техническими возможностями, которую предоставляют альтернативные источники энергии в частном доме, - это еще и независимость от государственных служб, контролирующих органов, и их не всегда компетентных действий.
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.
Классификация альтернативных источников энергии
Пока традиционные методы требуют сжигания угля в объемах, измеряемых тоннами за одну минуту, прогрессивная часть человечества пытается найти выход из вполне прогнозируемого энергетического коллапса в доступных естественных ресурсах.Порывы ветра, энергия морских волн, невероятная мощность солнечного излучения и прочие факторы постепенно становятся на службу человека. Уже сейчас существует классификация самих источников альтернативной энергетики и, соответственно, - оборудования для комплектации проектов частных домов.
Энергия ветра
Приручить ветер людям удалось уже 40 лет назад, когда появились первые ветрогенераторы. В сегодняшних реалиях такие установки становятся не только актуальными и востребованными - в некоторых странах оснащение ветроэлектростанциями стало тенденцией для целых регионов. В Новой Зеландии существуют целые районы, потребляющие мощность энергии ветра.
В наших условиях такая тенденция пока не приобрела признаков такой актуальности и находится в стадии становления. Тем не менее, в некоторых частных домах уже появились ветряки, продуцирующие электроэнергию даже при слабом движении ветра - от 2 до 6 метров в секунду. В регионах с сильными порывами ветра достаточно установить мачту высотой до 15 метров, чтобы обеспечивать доступной электроэнергией несколько домов. Там, где таких ветров мало, используются более высокие мачты - до 30-45 метров с большим размахом лопастей и их численностью до 30 штук.
Поражает энергоэффективность и экономическая рентабельность этого типа альтернативной энергетики. Например, всего один ветрогенератор, продуцирующий 1 мВт энергии, способен за двадцатилетний период сэкономить 90 000 тонн нефти! Это же устройство избавит от необходимости сжечь за тот же период 30 тысяч тонн угля! При этом затраты на установку и эксплуатацию окупаются гораздо быстрее, чем при сооружении традиционных источников энергии.
Несколько омрачает эффективность источников с ветряной энергией необходимость использования аккумуляторов. При непостоянстве и разнице в силе ветра продуцирование электроэнергии этим источником нельзя назвать стабильным. Поэтому приходится накапливать ее излишки в аккумуляторных батареях. Недостаток этого метода в том, что стоимость самих аккумуляторов занимает 25-30% всего бюджета на оснащение этого альтернативного источника энергии. К тому же при частой эксплуатации аккумуляторы имеют непродолжительный период жизни.
Энергия солнца
Солнечные альтернативные источники энергии для частного дома более продуктивны и более прогрессивны в сравнении даже с ветрогенераторами. Гелиосистемы состоят из солнечных коллекторов, принимающих солнечную энергию и распределяющих ее, а также из системы аккумуляторов и емкости для теплоносителя.
Существует два типа гелиоустановок:
- С плоскими коллекторами;
- С вакуумными коллекторами.
В средней полосе более актуальны трубчатые вакуумные коллекторы.Эффективность гелиосистемы практически безгранична - по подсчетам ученых, на 1 квадратный метр попадает примерно 150-300 Вт солнечной энергии в сутки, что эквивалентной использованию 100 метров кубических газа или 100-120 литров дизельного топлива.Достоинством этой системы является том, что подобные альтернативные источники энергии для частного дома могут работать даже в пасмурную погоду, несмотря на отсутствие солнца.
Геотермальная энергетика
Использование энергии недр земли - еще одно перспективное направление в современной энергетике. Продуцирование энергии осуществляется с помощью специальных устройств - тепловых насосов. Перекачивая теплую подземную воду и охлаждая ее, такие насосы отбирают у нее тепловую энергию, преобразуя ее в электрическую энергию.
При этом они способны сами себя обеспечить электричеством для поддержания функциональности. Коэффициент расхода и производства электроэнергии составляет 1,6 единиц. Поэтому выделенной энергии вполне хватает на обеспечение потребительской сети и для работы самого насоса.Любопытно и то, что во время вырабатывания электроэнергии может одновременно происходить подогрев теплоносителя для отопительной системы за счет нагрева вращательных элементов в конструкции теплового насоса.
Биологические источники
Например, для продуцирования биогаза разработаны автономные системы и целые производственные комплексы, работающие за счет выделения энергии из навоза, отходов растительности и даже древесных отходов.Наука обнаруживает все новые возможности использования биоресурсов для продуцирования энергии. Например, недавно начались исследования по аккумулированию солнечной энергии с участием обычных водорослей.Из сахарной свеклы можно вырабатывать биотопливо, на котором могли бы работать бензиновые или дизельные электрогенераторы. Аналогично такое альтернативное топливо вырабатывается и из рапса, сои и кукурузы.
Другие виды альтернативной энергетики
В последние годы интерес к использованию альтернативных источников энергии вырос, вследствие чего начали реализовываться проекты с использованием космических технологий - многочисленные спутники могут аккумулировать и передавать на землю энергию уже со стабильными характеристиками. Кроме того, в приморских регионах устанавливаются станции, вырабатывающие энергию за счет движения волн. Еще одно направление современной энергетики - получение электричества при разряде грозы.
Проектирование домов с альтернативными источниками энергии
Как видно, уже сейчас человечество имеет в своем распоряжении вполне реальные, эффективные, обладающие высокой продуктивностью современные источники альтернативной энергии для дома.
Задача проектировщиков, строителей и даже самого застройщика - в том, чтобы выбрать максимально выгодную альтернативную систему с учетом климатических условий, технических особенностей проекта, доступности того или иного источника.И только опытные и компетентные специалисты из профессионального штата сотрудников компании ИнноваСтрой могут наиболее рационально справиться с этой задачей. Ведь недостаточно просто спроектировать дом - необходимо оформить его ввод в эксплуатацию при наличии альтернативных источников энергии.
Да и сам проект необходимо подготовить таким образом, чтобы эти источники могли гармонично вписываться в общую концепцию стиля, и полностью соответствовали проектным нормативам, требованиям государственной стандартизации и соображениям безопасности.Узнать немного больше о принципах, классификации и методах альтернативных источников энергии можно из предлагаемых видеоматериалов, размещенных ниже.
Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.
Джоули из турникетов
Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.
Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.
В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.
Водоросли отапливают дома
Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.
Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.
По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.
«Лежачие полицейские» освещают улицы
Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.
В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.
Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.
Больше, чем просто футбол
Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.
Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.
Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.
Скрытая энергия вулканов
Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.
На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа - во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).
Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.
Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.
Энергия из тепла человека
Принцип термоэлектрических генераторов , работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.
Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.
Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.
В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.
Шаги по «умной» тротуарной плитке
На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.
Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.
Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.
Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.
Велосипед, заряжающий смартфоны
Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.
Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.
Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.
Польза от сточных вод
Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод , загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.
Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.
Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала - не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.
«Бумажная» энергия
Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.
Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).
Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало - его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.
Электроэнергия - это один из важнейших источников питания для частного дома. Электричество помогает в приготовлении пищи, отоплении помещения, закачке в него воды и в простом освещении. Оно в состоянии полностью заменить газоснабжение и центральный водопровод. Без электричества современный дом не считается благоустроенным и функциональным. Высоковольтные линии дотягиваются даже до самых отдаленных сел и поселков, снабжая их электричеством. Но все же остаются места, куда коммуникации не проложены, а монтаж их обойдется в приличную сумму. В данной ситуации выручат альтернативные источники энергии. Они экологически безопасны, полностью автономны и финансово выгодны. Владелец собственного источника электрической энергии не зависит от плановых ремонтных работ, поломок и веерных отключений, которые оставляют без света целые поселки. Самые распространенные и не совсем привычные нетрадиционные источники энергии подробно рассмотрены ниже.
Электрогенераторы
Первый и самый популярный источник энергии дома, который чаще всего встречается в частных домах - электрогенераторы. По типу используемого горючего они разделяются на дизельные, бензиновые и газовые.
Дизельные генераторы имеют массу преимуществ, среди них экономичность, надежность и низкий риск возникновения пожара. При регулярном ежедневном использовании дизельный генератор гораздо выгодней моделей с потреблением газа или бензина. Расход топлива у дизельного оборудования не велик, цена на топливо также не высока, он не требует дорогостоящих ремонтов и денежных вложений. Недостатки дизельных генераторов - большое количество выделяемых при работе газов, шум и высокая цена на сам аппарат. Цена оборудования с мощностью 5 кВт в среднем составляет 850 $.
Бензиновый генератор - данный аппарат идеально подходит как резервный или сезонный источник тока. Генераторы на таком типе топлива имеют небольшие размеры, издают мало шума при работе, сам аппарат имеет более низкую цену, чем дизельный аналог. Средняя цена бензинового генератора мощностью 5 кВт составляет 500 $. Недостатки использования бензинового электрогенератора - уровень шума хоть и низок, но он есть, во время работы выделяется большое количество углекислого газа, потому прибор необходимо размещать в отдельных комнатах с хорошей звукоизоляцией.
Газовые генераторы электричества зарекомендовали себя хорошо со всех сторон. Работают они как от природного газа, так и от сжиженного топлива в баллонах. Уровень шума у данных приборов самый низкий, моторесурс очень высок. Средняя цена на прибор мощностью 5 кВт составляет 600 $.
Использование солнечной энергии
Еще один альтернативный источник электрической энергии - энергия солнца. Используют ее не только для выработки электрической энергии, но и для обеспечения автономного отопления. Для получения электроэнергии от солнца устанавливаются солнечные батареи различной площади, которые оборудуются аккумулятором и инвертором. Среди преимуществ использования источников электричества на солнечной энергии значится:
- Способность возобновляться.
- Абсолютная бесшумность в работе.
- Безопасность для здоровья человека и для окружающей среды, так как используемые в данной технологии приборы не выбрасывают в атмосферу никаких веществ.
- Простота монтажа при самостоятельной установке.
Все эти качества и делают источники энергии солнца одними из самых популярных. Но есть у данного способа получения электричества и недостатки:
- Для домов с высоким показателем потребления электричества потребуется установка оборудования большой площади, которое займет много места на придомовой территории. Площадь станции должна быть не менее 10 м2. То есть данный тип получения энергии недоступен для владельцев небольших участков земли.
- Второй недостаток - зависимость от суточных и сезонных изменений в солнечном излучении.
- Третий - при работе данные установки не выделяют вредные вещества, но вот для изготовления фотоэлементов и гелиосистем, из которых состоит солнечная батарея, используются высокотоксичные вещества, которые сложно утилизировать.
Готовая станция имеет цену от 3500 до 7000 $. Более доступный способ получения энергии от солнца - коллекторы для нагрева воды. Данное оборудование улавливает солнечное тепло даже в те дни, когда звезда скрыта за тучами. Используется только для нагрева воды, электроэнергию не вырабатывает. Один коллектор удовлетворяет суточную потребность в горячей воде для семьи из трех человек. Цена варьирует от 1000 до 4000 $. Недостаток у данного вида оборудования только один, присущий и солнечным батареям - невозможность функционирования в зонах с низкой солнечной активностью и в ночное время суток.
Использование энергии ветра
Установки для преобразования энергии воздушного потока в электричество также уже не относятся в разряд фантастики и применяются повсеместно. Работают они по принципу ветряных установок, которые преобразовывают кинетическую энергию ветра в механическую энергию от вращения турбины. Данная энергия собирается и преобразуется инвертором в переменный ток. Минимальная скорость ветра, при которой образуется электричество от маховика - 2 м/с. Оптимальная скорость ветра - 8 м/с. По типу конструкции ветряные генераторы энергии делятся на модели с горизонтальным расположением ротора и с вертикальным.
Горизонтальная конструкция генератора имеет высокий показатель КПД, при монтаже используется небольшое количество материалов. Недостатки - для монтажа потребуется высокая мачта, сам генератор имеет сложную механическую часть, в обслуживании не удобен. Вертикальные отличает больший диапазон скоростей ветра, при котором они функционируют. Но при этом вертикальные ветряные генераторы не экономичны, так как требуют использования большего количества оборудования и материалов.
Использование ветряной станции ограничено показателями ветра в разрезе каждого сезона. Если в межсезонье, при повышенной активности воздуха, станция будет весьма эффективна, то в дни безветрия электричество вырабатываться не будет. Чтобы сгладить эту разницу и питать дом электрическим током бесперебойно, ветряную станцию оборудуют накопительным аккумулятором. Данная мера помогает накапливать энергию в ветреную погоду и использовать ее в периоды затишья.
Альтернативой установки аккумуляторной батареи к ветряной станции выступает преобразование энергии в тепло. Используют ее как для отопления, так и для горячего водоснабжения. В такой конструкции батарею заменяют водонакопительным баком. Использование ветряной станции в таком ключе позволяет снизить ее общую стоимость на 25%. Стоимость ветряной станции с аккумулятором составляет в среднем 10 000 $, без аккумулятора - 1000-2000 $.
Среди не очень приятных нюансов использования ветряной станции числится необходимость обустройство фундамента под оборудование. Его укрепляют особенно тщательно, чтобы во время сильных ветров мачту вместе с ветряком не вырвало из земли. Второй нюанс - возможность обледенения лопастей в зимний период, это снижает КПД станции. Во время работы данное оборудование образует шум и вибрации, потому монтируют его вдали от жилых строений.
Использование геотермальной энергии
Геотермальная энергия - это достаточно новый источник энергии для частного дома. В данном случае используется тепло, которое образуется в недрах планеты. Ядро Земного шара имеет высокую температуру, которая выходит на поверхность в вулканических областях, источниками воды и пара, а также содержится в глубоких слоях планеты. Геотермальное тепло используется как энергия источника тока и тепла.
Принцип работы геотермального источника энергии в частном доме достаточно прост - бурят скважину, в которую устанавливают тепловой насос. Установка качает из глубинных слоев горячую воду, при охлаждении она вырабатывают энергию, которая далее преобразуется в электричество. При работе данная установка расходует электрический ток, но при этом на каждый потраченный кВт она вырабатывает 5-6 кВт тока. Средняя стоимость установки для дома площадью 150 м2 составляет 30 000 $. Преимущества использования - неисчерпаемый источник энергии, который не зависит от сезона, времени суток и погодных условий.
Недостатки использования энергии Земли - термальная вода зачастую сильно минерализована и содержит токсические примеси, потому ее нельзя отправлять в обычные канализационные стоки. Отработанную воду возвращают в тот глубинный горизонт, из которого она была закачена. Некоторые ученые полагают, что данный вид получения энергии приводит к увеличению сейсмической активности в земной коре.
Использование энергии биомассы
О биотопливе уже наслышаны многие. Вокруг данного вида горячего разгорается масса споров и противоречивых отзывов. В качестве топлива для машин оно имеет привлекательную цену, но при этом до конца не понятно его влияние на мотор и его мощность. Но боитопливо применяется не только в качестве горючего для транспортных средств, но и как источник электрического тока. Данным горючим заменяют газ, бензин и дизель при заправке оборудования для выработки электрической энергии.
Биотопливо производится путем переработки различных растений. Для изготовления биологического дизеля применяют жиры из семян масляных культур, а бензин производят путем ферментации кукурузы, сахарного тростника, свеклы и других растений. Наиболее оптимальным источником биологической энергии признаны водоросли, так как неприхотливы, легко превращаются в боимассу с похожими на нефть маслянистыми свойствами.
Данная технология также позволяет получать биологический газ, который улавливают при брожении органических отходов пищевой промышленности и животноводства. В данном случае получают метан. При улавливании газа на свалках получают целлюлозный этанол. 1 тонна бесполезного мусора производит до 500 м3 полезного газа.
Что касается бытового использования биотоплива для выработки электрической энергии, то для этой цели приобретается индивидуальная биогазовая установка. Такой прибор вырабатывает природный газ из отходов. Стандартная установка ИБГУ-1 в сутки дает от 3 до 12 м3 газа, которые затем используются для отопления дома, заправки различного оборудования, в том числе и газового генератора электроэнергии. Стоимость биогазовой установки в среднем составляет 9 000 $.
Миниатюрная ГЭС
Еще один вид альтернативной энергетики, который успешно применяется в частных домах - индивидуальные ГЭС. В монтаже этот тип генераторов электричества является одним из самых сложных, но при этом его КПД значительно выше, чем у ветряных и солнечных источников. ГЭС сооружаются плотинные и бесплотинные, второй вариант наиболее прост и доступен. Такие установки называют еще проточными станциями. По устройству они делятся на станции с колесом, гирляндой, ротором Дарье и пропеллером.
- Станция с водяным колесом имеет центральную круглую часть с лопастями, которая установлена перпендикулярно водяной поверхности. При движении вода давит на лопасти и крутит колесо. Принцип работы такой же, как в ветряной станции, только же в качестве источника выступает вода. Более сложные конструкции колесных водяных электростанций - колесо-турбина, имеющее специальные лопатки для струи воды.
- Станция с гирляндой - это трос, на котором жестко закреплены роторы. Трос крепится на противоположных берегах водяного потока, роторы погружены в воду. При движении вода вращает роторы, а они передают это движение тросу.
- Станция с ротором Дарье - конструкция похожа на предыдущую, но здесь ротор расположен вертикально и вращается за счет разных показателей давления в его лопастях. Этот показатель создается за счет сложной формы поверхности.
- Станция с пропеллером - подводная установка с вертикальным ротором. Внешне данная установка схожа с ветряком, имеющим маленькие лопасти.
Среди представленных разновидностей ГЭС наиболее неудобной считается гирляндная установка. Она имеет низкую производительность, сама конструкция представляет опасность для окружающих людей, монтаж станции требует расхода большого количества материалов. Ротор Дарье более удобен, так как ось расположена вертикально и ее установка возможна над водой. Но смонтировать такую станцию достаточно сложно и ротор при старте необходимо раскручивать. Наиболее оптимальный вариант для изготовления своими руками - станция с пропеллером или колесом. Средняя стоимость станции мощностью 6 кВт составляет 8 000-10 000 $.
Правильный подбор и грамотная эксплуатация альтернативных источников энергии в современных условиях позволит на 70-90% отказаться от закупки газа, тепловой энергии, возможно, и электричества. Существует достаточно много вариантов использования энергии окружающей среды, но работать с ней не так просто, как может показаться на первый взгляд. Потребуется выполнить максимально точный расчет параметров альтернативного энергоснабжения, учесть климатический пояс, месторасположение дома, плотность застройки и, главное, объем финансовых средств, которые можно было бы вложить в проект.
Виды альтернативной энергетики
Сразу нужно сделать оговорку: возможность полностью перейти на альтернативные источники энергии для частного дома вполне реализуема, но только в том случае, если энергообеспечение коттеджа или квартиры опирается на два-три различных способа получения «зеленых» тепла и электричества.
Исключением могут быть частные домовладения, расположенные в северных районах, где отапливаемый сезон длится не менее восьми месяцев. В этом случае за счет альтернативных источников можно всего лишь снизить потребление энергии на 40-50%. В южных районах на альтернативные источники электроэнергии и тепла можно перевести даже квартиры в многоэтажных домах.
Энергия солнца и кремниевые панели
Большинство проектов по освоению альтернативных источников связано с солнечной энергией. Компании-производители солнечных батарей активно рекламируют преобразователи и панели, как наиболее выгодные, экологичные и бесшумные. Но не все так просто. Прежде чем покупать и устанавливать солнечные панели в качестве главного источника тепла, стоит помнить о некоторых недостатках подобного способа получения альтернативной энергии:
- Высокая стоимость солнечной электроэнергии, на сегодня разница составляет 2,5 раза в сравнении с тарифом электросетевых компаний;
- Небольшая мощность источника энергии. С одного квадратного метра панели в солнечный день можно получить не более 150 Вт альтернативной электроэнергии, при том, что стоимость самой панели составляет около сотни долларов;
- Сложность ремонта и ограниченный срок службы солнечных кремниевых панелей.
Перечисленные недостатки альтернативного солнечного источника энергии, которыми любят пугать чиновники электросетевых компаний, прежде всего, связаны с высокой стоимостью солнечного элемента. По оценкам специалистов, снижение розничной цены на кремневые батареи всего на 60% приведет к взрывному спросу на альтернативные источники солнечной электроэнергии.
Важно! Для установки солнечной батареи на крыше частного дома не нужны согласования и разрешения местных властей, если система не будет сопряжена с вводным контуром проводки электросетевой компании.
Альтернативный проект по использованию солнечной энергии
Использование солнечной энергии не ограничивается кремниевыми батареями. Существует еще одна схема источника альтернативной энергии на основе солнечной тепловой энергии. В отличие от полупроводниковых панелей с прямым преобразованием света в электричество, в основе альтернативной системы используется тепло, получаемое в нескольких тепловых солнечных коллекторах.
Разогретая до 120 о С вода или этиленгликоль поступает в бойлер-теплообменник, расположенный в подвале дома. Часть тепла отдается легкокипящей жидкости – бутану или фреону, которая направляется на небольшой электрогенератор с вихревой турбиной, а часть накапливается в массивном теплоаккумуляторе, заполненном расплавленным парафином.
Стоимость одной такой альтернативной установки примерно на 60-70% больше, чем для системы с кремниевыми панелями. По отзывам производителей, даже при более высокой цене спрос на альтернативный источник энергии значительно выше, чем на кремниевые панели:
- Ресурс конструкции при условии ежегодного обслуживания составляет более 50 лет;
- КПД альтернативной установки на солнечной энергии в 2,5 раза выше, чем у современной бытовой солнечной батареи.
Вместо дорогостоящих литий-ионных батарей в системе используется дешевый теплоаккумулятор, способный запасать энергию до 150 кВт/ч в электрическом эквиваленте. Это означает, что даже в зимнее время, в условиях непогоды и самого пасмурного неба, альтернативный источник энергии способен отапливать помещение площадью в 40-50 м 2 в течение 24-30 ч. Единственным существенным недостатком тепломеханического источника энергии является необходимость прибегать к услугам сертифицированных специалистов для монтажа и регулярного обслуживания системы.
Энергия ветра
Использование воздушных потоков в качестве ветровой нагрузки позволяет добиваться очень высоких мощностей, в пределах от 1-15 кВт на одну вышку. Классическая система получения альтернативной энергии с использованием ветра состоит из трех составляющих:
- Металлическая или бетонная мачта с поворотной платформой;
- Воздушный винт, соединенный механической трансмиссией с электрогенератором;
- Аккумуляторная батарея с системой преобразования тока.
Стоимость ветровой электроэнергии зависит от размеров конструкции, чем больше высота, на которую поднят винт, тем выше эффективность источника альтернативной энергии. Для альтернативной установки мощностью 50 кВт/ч, поднятой на мачту в 50 м, цена производимой «воздушной» электроэнергии сопоставима с тарифом тепловой электростанции.
Для частного дома возможности использования ветра в качестве альтернативного источника значительно скромнее. Например, простейшая ветровая установка с высотой мачты в 4,5 м и диаметром четырехлопастного винта в 2 м, при ветре в 12 м/с выдает не менее 800-900 Вт/ч. Четыре ветроустановки способны заменить дорогостоящий источник энергии на солнечных кремниевых панелях площадью 20 м 2 . При этом стоимость альтернативной энергии будет вдвое выше сетевого тарифа.
Простейшая установка получения альтернативной энергии с винтом диаметром всего 70 см, установленная на балконе пятого этажа, позволяет получить 200 Вт/ч даже в условиях несильного ветра. Изготовить альтернативные источники энергии для дома своими руками не составит особого труда, необходимо только спроектировать винт специальной конфигурации, чтобы максимально снизить уровень шума.
В Китае малогабаритные установки с винтом 50 см широко используются в качестве альтернативного источника электроэнергии для питания фонарей уличного освещения и ретрансляторов беспроводного интернета, систем сигнализации и камер наблюдения на парковках и автомагистралях. Стоит такая «кроха» в 10 раз дешевле кремниевой панельки аналогичной мощности, а работает практически в любую погоду, даже без аккумуляторов.
При удачном выборе места под размещение мачты ветряная электростанция в качестве альтернативного источника электроэнергии окупается в течение 2-3 лет. Высота мачты должна составлять не менее 10-12 м, а диаметр лопастей – 2,5-3 м. Две вышки способны производить до 5 кВт/ч при среднем ветре.
Ветроустановки отлично работают в степной и гористой местности, в условиях плотной городской и пригородной застройки их эффективность снижается на 30-40%. Единственным недостатком ветроустановки остается высокий уровень зашумленности. Системы мощностью около 1 кВт способны генерировать шум, сопоставимый с децибелами работающего дизельного автомобиля.
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 м 3 /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.
Тепло земли
Тепловые насосы можно смело причислять к одной из наиболее удачных схем альтернативного обеспечения тепловой энергией. В теории тепловой насос может поставлять на 60% больше тепловой энергии, чем потребляет.
Чтобы получить тепло с температурой потока не менее 70 о С, в грунт, на глубину на 6-7 м ниже уровня промерзания, укладываются трубы, объединенные в один контур-теплообменник. С помощью прокачиваемого теплоносителя отбирается внутреннее тепло грунтовых пластов и используется в тепловом насосе для дальнейшего обогрева помещения.
Биотопливо
Большинство альтернативных источников энергии обладают одним и тем же недостатком – сделать запас тепла или электроэнергии практически невозможно, если не считать сверхбольших теплоаккумуляторов и маломощных литиевых батарей к солнечным панелям.
Большинство владельцев частных домов предпочли бы использовать альтернативный вариант безопасного и простого в использовании биотоплива, которое можно было бы запасти на весь отопительный сезон.
На сегодня используются два варианта альтернативного топлива:
- Биогаз, получаемый непосредственно на территории усадьбы или домовладения;
- Пеллеты, гранулированные продукты переработки угля, торфа, древесины, отходов лесопиления.
Источником сырья для производства пеллет могут быть любые отходы древесины. Небольшой ротационный пресс, который можно легко установить в домашних условиях, превращает мешок измельченной стружки в несколько килограммов пеллет. В результате владелец получает источник альтернативного недорогого топлива, которое можно запасать и сжигать в специальных котлах с автоматической подачей пеллетной массы.
Биогаз представляет собой продукт переработки определенными культурами бактерий органических отходов, смешанных с коровьим и свиным навозом. Сырье загружают в металлическую емкость со свободно плавающей крышей и затирают порошком с бактериями.
На вторые-третьи сутки из бака начинает поступать биогаз, который можно использовать в качестве альтернативного газового топлива вместо метана. Достаточно лишь отрегулировать работу автоматики на газ с меньшей калорийностью.
Удобный, но не самый безопасный источник альтернативной энергии, так как биогаз не имеет запаха и в случае утечки может легко привести к возникновению пожара.
Система солнечного электроснабжения
Главная статья расходов альтернативного электроснабжения на солнечных батареях включает цену панелей, это примерно 160 руб. за 1 Вт или 80-85 долл. за метр квадратный поверхности. Для альтернативного энергоснабжения дома потребуется не менее 25 м 2 панелек из поликристаллического кремния.
На аккумуляторах можно сэкономить. Вместо дорогостоящего лития можно установить щелочную батарею, которая прослужит 15 лет при минимальном уходе за источником энергии. На комплект щелочных батарей уйдет еще 200-300 долл.
Можно приобрести готовые панели в чехлах с наклеенной подложкой и пропаянной проводкой за 500-700 долл. или купить и наклеить одиночные плитки на текстолитовую основу своими руками. Вместо дорогущей монокристаллической плиты используем поликристаллические соты за вдвое меньшую цену. Правда, коэффициент полезного действия поликремния на несколько процентов меньше, но потерю можно легко компенсировать дополнительной площадью элементов.
Устройство солнечной панели
Если планировать альтернативный источник энергии на длительную перспективу, то лучше всего отказаться от использования какого-либо биотоплива и водяных генераторов. Уже через десяток лет нормы выброса СО будут жестко контролироваться государством. Тогда как за установку альтернативного источника электропитания из поликремния можно будет получать субсидии, как это происходит в сегодня в Европе и Канаде.
Солнечная батарея представляет тончайший слой кремния с напыленными на торцы «бутерброда» медными или никелевыми электродами. Плоскость, обращенная к солнцу, обязательно защищается от пыли и влаги тонким кварцевым, ситалловым или поликарбонатным стеклом. Отдельные «бутерброды» спаяны в ряды и целые панели, способные выдавать по 80-100 Вт электрической мощности.
Панели соединяют последовательно и подключают к аккумулятору и преобразователю. Последний превращает постоянный ток панели в переменный 220 В, что позволяет подключать к альтернативному источнику обычную бытовую технику, освещение и системы жизнеобеспечения.
Кроме классической кремниевой панели, для альтернативного электроснабжения также используют так называемые титановые солнечные батареи. По сути, это два тонких стекла с напыленным, практически невидимым тонким слоем оксида титана, между которыми находится раствор электролита. Выглядит титановая панель, как обычное оконное стекло с едва заметным затемнением, но это не мешает альтернативному источнику выдавать энергию с КПД до 7%.
Панели вставляют в окна, используют для остекления веранд и целых этажей, применяют в качестве самостоятельного источника резервного электроснабжения и в паре с кремниевыми панелями.
Правила установки солнечной панели
В классическом исполнении солнечную панель необходимо устанавливать под углом в 55-60 о к линии горизонта. Для обычных двухскатных крыш это слишком большой угол наклона, поэтому приходится либо приподнимать батареи относительно ската крыши, либо мириться с небольшим снижением эффективности альтернативного источника электроснабжения и укладывать секции просто на солнечной стороне кровли.
В альтернативном варианте панели располагают на участке на специальных поворотных подставках, такой способ используют в загородных домах и дачах, где мощности альтернативного источника всегда не хватает, а свободной площади всегда в избытке.
Ветрогенератор в частном доме
Стоимость ветроустановки мощностью 1 квт/ч составляет не менее 600 долл. Для монтажа установки альтернативного электропитания, прежде всего, потребуется грамотно выбрать свободное место для мачты генератора. Вокруг вышки должно быть свободное пространство площадью не менее 20 м 2 .
Можно собрать самодельную конструкцию резервного источника энергии из следующих деталей:
- Автомобильный генератор;
- Воздушный винт 2,5м из фанеры и пластика;
- Стальная двухдюймовая труба;
- Тросовые расчалки.
Цена набора деталей едва превышает 150 долл., поэтому стоимость киловатта энергии, выдаваемой альтернативной системой питания, получится дешевле 3,5 руб. Резервный источник энергии окупится в три месяца.
Тепловые насосы для отопления
Эффективность альтернативного источника тепла зависит от структуры пород, наличия геотермальных вод, высокого содержания газов и залежей органического топлива, торфа и угля. Наилучший выход тепла можно получить на влажных болотистых почвах, самыми сложными для организации альтернативного теплоснабжения считаются тяжелые скальные породы.
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.
Принцип работы теплового насоса
Устройство и схема работы теплового насоса в качестве источника тепловой энергии приведена на схеме.
Работа альтернативной системы отопления во многом напоминает цикл обычного компрессионного или пароэжекционного холодильника, с двумя дополнительно установленными теплообменными контурами.
Первый контур альтернативного источника энергии изготавливается из нескольких десятков металлических труб, уложенных в скважины, глубиной от 40-100 м. Количество скважин может достигать 80-90 единиц для одного источника энергии мощностью 16-18 кВт. Скважины играют роль подогревателя для прокачиваемого антифриза и первичного источника энергии для теплового насоса.
Второй контур представляет собой медный теплообменник, сочлененный с первым контуром. В нем, как в холодильнике, циркулирует фреон или изобутан. В процессе конденсации фреона выделяется огромное количество тепловой энергии, которое через третий контур направляется на отопление дома.
Существуют также безнасосные схемы альтернативных источников энергии, в которых нет компрессоров и насосов, соответственно, практически нет потребления электрической энергии. КПД такого альтернативного теплового насоса меньше, поэтому для поддержания необходимой тепловой мощности источника энергии приходится увеличивать количество скважин.
Тепловой насос с узлами от бытовой техники
Простейший альтернативный источник тепла можно изготовить из деталей от мощного холодильника или уличной морозильной камеры. В таких системах в качестве агента — переносчика энергии используют углекислый газ. Компрессор мощностью 1,5 кВт способен выдать на медном радиаторе холодильника до 2,5 кВт тепловой энергии. Необходимо лишь оборудовать радиатор обдувом воздуха, а морозилку заглубить во влажный грунт на глубину ниже уровня промерзания. Такой альтернативного источник тепловой энергии способен эффективно отапливать помещение до 25 м 2 .
Обустройство и подключение внешнего устройства
Конструктивно тепловой насос выглядит, как холодильник, от которого идут трубы на радиаторы отопления и массивный бойлер-аккумулятор энергии. В альтернативном варианте трубы могут укладываться прямо в основание теплого пола.
Существует также альтернативный вариант укладки труб первого контура. Если рядом с домом существует источник любой воды, то для более эффективного забора тепла трубы первого контура лучше всего уложить как можно ближе к водному потоку.
Плюсы и минусы использования
В теории тепловой насос идеально подходит на роль альтернативного источника тепла, но на практике при эксплуатации приходится сталкиваться с таким явлением, как вырождение теплоотдачи скважин. После 1800-2000 часов работы грунт вокруг первого контура альтернативного отопления приходится подвергать регенерации.
Расстояние между скважинами должно быть не менее 6 м, поэтому под альтернативный способ получения тепловой энергии приходится отдавать значительную площадь участка. Стоимость установки теплового насоса сегодня самая высокая среди всех альтернативных источников энергии, минимум 10 тыс. евро.
Заключение
По мнению специалистов, покупка и установка альтернативных источников энергии на сегодня остается лучшим объектом для инвестиций. Система окупается даже раньше расчетного времени, а для ветровых конструкций этот срок может быть уменьшен до нескольких месяцев. Кроме того, это отличный способ избавиться от зависимости от поставок электрической энергии сетевых компаний.
