Альтернативная энергия для частного дома своими руками

Альтернативные системы энергии и отопления частного дома на сайте Недвио

Содержание своего дома — недешевое удовольствие. С каждым годом газ и электричество стоят все дороже. А это значит: пора подумать о том, как сэкономить на этих счетах.

Это можно сделать несколькими способами. Во-первых рассмотреть использование альтернативных источников энергии. Во-вторых сделать дом максимально энергоэффективным, продумать его теплоизоляцию и правильную вентиляцию / обогрев помещений. В третьих — позаботиться об установке в доме более эффективного котла (с наибольшим КПД).

Давайте рассмотрим как это сделать более подробно.

1. Использование альтернативных систем энергии

Поиск альтернативных источников энергии — это мощный общемировой вектор, определяющий будущее энергетики во всем мире. Уже сегодня для отопления и электричества зданий используются:

• солнечная энергия;
• энергия ветра;
• энергия, полученная из земли (геотермальная энергия);
• энергия морей и океанов;
• энергия внутренних вод;
• энергия биомассы;
• энергия биогаза.

Возобновляемая энергия и ее источники

В основном, альтернативные источники энергии делятся на возобновляемые и синтетические. Разница их заключается в том, что возобновляемые используют для получения энергии различные природные явления, в то время как синтетические построены на синтезе топлива, то есть, по сути, замены природных углеводородов синтетическими материалами.

Спрос и цены на электроэнергию растут не только в нашей стране, но и во всем мире. Это неизбежная плата за развитие современных технологий. И термин «возобновляемые источники» не совсем корректный — все потому, что спрос многократно превышает воспроизводство этих источников: человечество с каждым годом потребляет все больше нефти, газа и угля, месторождения истощаются, больше их не становится.

Все это ведет к тому, что ближайшие десятилетия на ископаемые-энергоносители во всем мире возникнет острый дефицит.

Что это значит для владельцев частных домов?

Это значит, пора начинать готовиться к резкому подорожанию энергоресурсов. Да, это произойдет не сегодня и не сразу. Но лучше к этому моменту быть готовым, утеплить дом, заменить котел, установить новые системы источников энергии, постараться сделать свой дом максимально энергоэффективным.

Сегодня в частных домах возобновляемую энергию из альтернативных источников можно получить посредством установки:

• Солнечных батарей (солнечные коллекторы);
• Теплового насоса;
• Рекуператоров вентиляции;
• Ветровых турбин;
• Установкой внешних систем электроснабжения (https://saen.com.ua/vneshnee-elektrosnabzhenie.html).

Учитывая наш холодный и резко континентальный климат, одного источника для отопления дома может оказаться недостаточно. И здесь уже надо смотреть комбинации:

• Если в вашем регионе много солнечных дней, можно рассмотреть комбинацию солнечных панелей и традиционного котельного отопления. Днем солнце будет экономить вам топливо, а ночью (пока заряжаются панели) дом будет отапливаться котлом;
• Если в вашем районе частые и сильные ветра, то однозначно стоит подумать об установке ветряка. Комбинировать ветряную энергию с котельным отоплением можно по той же схеме, что описана выше;
• Для более рационального использования энергии в теплых регионах, можно вообще рассмотреть замену традиционного котлов на котлы, работающие на биомассе, тепловые насосы и системы рекуперации тепла из вентиляции.

Что немаловажно, альтернативные источники энергии обеспечат стабильность отопления вашего дома. Ведь, ни для никого не секрет, что во многих российских поселках и деревнях отключение электричества — довольно частое явление.

Солнечная энергия

Основной элемент домашней солнечной электростанции — фотоэлектрические элементы, изготовленные из кремниевых пластин. Под воздействием солнечного излучения, они вырабатывают электричество, при том совершенно бесплатно.

Солнечные коллекторы могут еще использоваться в качестве вторичного теплоносителя. Например, с помощью них можно поддерживать в доме постоянную горячую воду. Разумеется, необходимо правильно спроектировать такую установку, учесть число всех жителей и их потребность в горячей воде, а также уровень поступающего на крышу дома солнечного света. В идеале коллекторы должны быть установлены с южной стороны дома.

Ветряная энергия

Установка домашнего ветряка — тоже интересное, но пока что дорогое решение для большинства домовладельцев. Зато такая система менее зависима от погоды и числа солнечных дней — ветряки работают постоянно, меняя лишь крутящий момент.

Рекуператор и рекуперация тепла

Рекуператор — это специальное устройство, устанавливаемое в систему вентиляции, главная функция которого — возвращать исходящий из дома теплый воздух обратно в дом.

На рынке представлено множество моделей и типов рекуператоров. Стоят они относительно недорого. Для лучшего эффекта, рекомендуется выбирать устройства с максимальным КПД (свыше 90%) и потреблением не более 0,35 Вт мощности на 1 м3 воздуха.

Сочетание возобновляемых источников энергии: гибридные решения

В доме можно комбинировать более одного альтернативного источника энергии. Наиболее популярным решением являются гибридные коллекторы с использованием фотоэлектрических элементов и солнечных коллекторов. В тоже время они нагревают воду и вырабатывают электричество.

Энергию и тепло сегодня даже можно извлечь из сточных вод. На рынке есть так называемые системы отопления от сероводорода. Они собирают теплую воду, ранее использовавшуюся для стирки или мытья посуды, и передают ее в систему отопления дома. Эта система состоит из фильтра, специального резервуара для сточной воды и насоса.

Какое устройство выбрать для своего дома — решать вам. Если бюджет ограничен и вы не уверены в том, что устройство будет работать эффективно, рекомендуется начать с малого: установкой одной солнечной панели или рекуператора. А там уже смотреть.

Могут ли альтернативные системы энергии полностью заменить котел?

Нет, пока что не могут. Альтернативные источники энергии часто критикуют за их малую мощность — ни солнечные панели, ни ветряные электростанции, ни рекуператоры, разумеется, не смогут полностью решить проблему отопления и электричества частного дома. Или смогут, но это будет стоить слишком дорого.

Тем не менее, очевиден и другой факт — что такие устройства уже сегодня становятся важной составляющей инженерии многих домов, поскольку многие владельцы поняли, что такие системы позволяют неплохо сэкономить на счетах за газ и электроэнергию.

2. Замена котла на более эффективный

Отопительная установка — это сердце каждого дома. И если вы задумались о том, как сделать свой дом более энергоэффективным, впору подумать о замене котла. Тем более, если он старый и ему уже больше 10 лет.

Эффективность котлов определяют по КПД – т. е. коэффициенту их полезного действия. Как правило, этот показатель указывается на упаковке или сайте производителя.

В принципе все современные газовые и твердотопливные котлы отличаются высоким КПД — от 85-90% и выше. Тем не менее, даже несколько процентов КПД могут сэкономить вам десятки тысяч рублей на отоплении дома.

Самым высоким КПД обладают газовые конденсационные котлы, у которых этот параметр доходит до 98%. Однако слишком полагаться на этот показатель при выборе котла не стоит. Характерный пример: есть два вида газовых котлов: конвекционные и конденсационные. КПД первых составляет более 92%, вторых — около 85-90%. Однако в конвекционных котлах часть энергии теряется вместе с продуктами горения. И более экономичными с точки зрения потребления топлива являются конденсационные котлы.

Можно также рассмотреть замену котла на работающий от возобновляемых источников энергии. Одним из эффективных решений являются твердотопливные отопительные котлы, работающие за счет сжигания биомассы. Такие отопительные установки крайне экономичны и экологичны — весь СО2, образующийся при сжигании топлива, полностью поглощается деревьями и растениями и не попадает в атмосферу.

При выборе котла необходимо учитывать климатические условия и возможные тепловые потери здания. Затем следует определиться с типом топлива, что это будет: брикеты, пеллеты или щепы.

Другим решением для модернизации системы отопления может быть установка теплового насоса. Это устройство, которое позволяет извлекать тепловую энергию из земли, воздуха или воды. Принцип его работы заключается в передаче тепла, при помощи специального компрессора, из мест с низкой температурой в места с высокой температурой. Затем энергия конденсируется и передается в отапливаемое помещение.

Как и в случае использования других возобновляемых источников энергии, выбор теплового насоса должен также основываться на реальных потребностях членов семьи и специфике здания.

3. Минимизация потерь тепла из дома

В заключение этой статьи мы не можем не затронуть еще один важный аспект — минимизацию потерь тепла из дома. Ведь, очевидно, какими бы эффективными и современными не были источники энергии вашего дома, если он «дырявый как сито» — все труды будут напрасными, а экономия бюджета — минимальной.

Как же избавиться от потерь тепла? Поскольку мы уже ранее неоднократно писали на нашем портале Nedvio.com об энергоэффективности домов, различных утеплителях и пассивных технологиях строительства, рассмотрим эти факторы здесь кратко:

1. Улучшение теплоизоляции стен и кровли;
2. Выявление тепловых мостов и их устранение;
3. Замена окон и дверей на более теплоизолированные (предпочтительно с коэффициентом теплопередачи [U] до 1,0 Вт / м²K);
4. Модернизация естественной механической вентиляции дома в систему с рекуперацией тепла;
5. Теплоизоляция труб и установка более эффективных бойлеров.

Разумеется, это далеко не все факторы. Вот наглядная схема того, куда может уходить тепло из вашего дома:

Если следовать данным рекомендациям и привести дом в порядок, вы уже с первых недель заметите, что дом станет более теплым, а счета за отопление и электричество станут меньше. Ну а использование альтернативных, возобновляемых источников энергии поможет достичь вам еще лучших показателей комфорта и эффективности вашего дома.

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Источник

Как сделать источник альтернативной энергии самостоятельно

Стоимость электроэнергии в России постоянно растёт, например, в Иркутской области цена киловатта выросла в 3 раза за последние пять лет (с 0,38 до 1,11 р. за кВт). Это подвигает владельцев частных домов искать альтернативные источники энергии. В данной статье рассмотрим самые популярные решения: солнечные панели, тепловой насос и ветрогенератор.

Как сделать солнечные панели

Принцип работы

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

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

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

• Поли-кристаллические. Весьма хрупкие, требуют максимально бережного обращения. Характеризуются низким КПД (10-15%), небольшим эксплуатационным периодом (до 20 лет). Единственное достоинство – дешевизна.

• Моно-кристаллические. Характеризуются надежностью, прочностью, продолжительным сроком службы (при правильной эксплуатации до 50 лет) и высоким КПД (25-30%). Единственный недостаток – относительно высокая стоимость.

Экономика получения энергии из солнца у себя дома

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

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

Изготовление и сборка корпуса для панелей

Для создания корпуса солнечной панели понадобятся следующие материалы:

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

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

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

Сборка основных элементов

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

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

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

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

Окончательная сборка системы

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

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

Несколько важных правил

Чтобы обеспечить работоспособность изготовленной системы, учитывайте следующие параметры:

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

Изготовление теплового насоса

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

Принцип работы и типология

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

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

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

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

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

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

Важно знать

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

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

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

Экономика получения такой энергии

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

Вот данные для расчета:

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

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

Как сделать ветрогенератор

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

Принцип работы

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

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

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

Классификация ветрогенераторов

Существует несколько классификаций данных устройств:

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

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

Создание ветрового колеса

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

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

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

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

Изготовление мачты

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

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

Манипуляции с автомобильным генератором

Делаем следующее:

1. Просверливаем отверстия в генераторе, позволяющие зафиксировать магниты в полюсах ротора.
2. Устанавливаем магниты, чередуя полюса (плюс – минус – плюс и т.д.). Образовавшиеся пустоты заполняем эпоксидной смолой или подобным материалом. Ротор оборачиваем бумагой.
3. Перематываем катушку по трехфазной схеме, не меняя направление витков.

По завершению работ тестируем генератор. Оптимальный показатель: напряжение 25-30В при 300 об/мин. Если мощность получилась меньше, добавляем витков на катушке.

Шаг №4: завершение сборки конструкции

Поворотная ось генератора изготавливается из металлической трубы с двумя подшипниками, а хвостовая часть из оцинковки (минимальная толщина – 1,2 мм). Также создается рама, позволяющая закрепить генератор к мачте. Лучше использовать профильную трубу.

Важно: расстояние между мачтой и лопастью должно быть не менее 25 см.

Для обеспечения работоспособности системы дополнительно приобретается и устанавливается контроллер, инвертор и АКБ. Ёмкость батарей высчитывается исходя из мощности генератора, которая зависит от трёх факторов: габариты колеса, количество лопастей и среднегодовая скорость ветра.

Заключение

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

Источник