Альтернативная энергия для дома: выбираем источник
Многие полагают, что дешевое отопление частного дома возможно только на магистральном газе. Подумаем, что делать, если его нет, и подведение не планируется, и какой может быть альтренативная энергия для дома.
- Как работает ветрогенератор.
- Как установить солнечный коллектор.
- Как обустроить тепловой насос.
- Как выбрать инвертор.
Сегодня, когда цены на энергоносители стремительно растут вверх, а стоимость подключения к трубе с «голубым топливом» неоправданно высока, всё большее число домовладельцев отказывается от традиционных энергоресурсов и обращает свой взор на альтернативные источники энергии для дома.
Опираясь на знания экспертов и опыт участников forumhouse.ru мы расскажем вам, чем можно заменить газ; как ветер, солнце и тепло земли становятся альтернативой электричеству из проводов — используя их, можно осветить и обогреть загородный дом.
Альтернативный источник электроэнергии: ловец ветра
Именно так можно назвать ветрогенератор. Люди с давних пор используют силу ветра в качестве источника альтернативной энергии.
Пройдя долгий путь, знакомые всем ветряные мельницы превратились в современные ветроэнергетические установки способные вырабатывать электроэнергию.
По какому принципу работает ветрогенератор
Всё довольно просто. Поток ветра вращает лопасти ветроколеса, заставляя таким образом вращаться вал электрогенератора.
Генератор в свою очередь вырабатывает электрический ток.
Следует помнить, что генератор выдает непостоянное напряжение с различной частотой. На случай отсутствия ветра в комплект ветроэнергетической системы входит блок аккумуляторных батарей, куда и поступает выработанная генератором электроэнергия.
Среди индивидуальных домовладельцев наиболее широкое распространение получили ветроэнергетические установки мощностью до 10 кВт. Имеются три основных типа конструкции ветродвигателей:
- Малолопастные. Чаще всего имеют три лопасти. Отличаются высоким КПД и простотой конструкции. Недостатки: из-за малой площади лопастей, начальный запуск двигателя требует скорости ветра не менее 5-5 м/с. Также пользователи отмечают высокий уровень шума.
- Многолопастные. На ветровое колесо монтируется от 18 до 24 выгнутые лопасти. Начинают работать при скорости ветра в 2-4 м/с. Отличаются низким уровнем шума, но и более низким КПД, чем малолопастные ветродвигатели. Недостатки: усложненность конструкции, которая мешает установить ветрогенератор своими руками, и возникающий при их работе гироскопический эффект.
- Роторные ветродвигатели – имеют вертикально расположенные лопасти, которые двигаются не по прямой, а по кругу. Достоинства: стабильная работа при постоянном ветре, низкий уровень шума. Существенный недостаток подобной конструкции ветродвигателя низкий КПД, не более 18 %.
Посмотрим, как же сделать ветроэнергетическую установку эффективной в наших условиях.
Интересен личный опыт участника forumhouse.ru Александра Капустина (ник на форуме Бывалый 1406)
– Размещать ветрогенератор следует на площадке, где для ветров существует как можно меньше помех. Энергия ветра – это кубическая функция скорости ветра. Это означает, что незначительные изменения скорости ветра вызывают существенные изменения выходной мощности. В целях безопасности ставить ветряк желательно дальше от жилых построек. О высоте мачты – ставим как можно выше.
В условиях поселков под Москвой можно рекомендовать высоту мачты не менее 15 метров. А при самостоятельном расчёте системы альтернативного энергоснабжения частного дома сначала необходимо выяснить, какое количество энергии требуется от системы. Для этого придётся определить пиковую мгновенную мощность, а также рассчитать две величины ожидаемого суточного энергопотребления — его максимальное и среднее значения.
Следует помнить, что в наших климатических условиях ветряки могут работать на полную мощность примерно 20–30% дней в году, поэтому ветрогенератор следует рассматривать как дополнительную, резервную систему электроснабжения по выработке электроэнергии для питания бытовых электроприборов.
Ловцы солнца
Как можно использовать энергию солнца: первое, что приходит в голову – солнечная батарея.
Уже никого не удивить фотоэлементами, размещенными на крыше коттеджа.
Но речь в нашем материале пойдёт не о них, а об устройстве способном преобразовывать солнечную энергию в тепло пригодное ля отопления или горячего водоснабжения дома.
Солнечные коллекторы
За ответом на вопрос, что такое солнечный коллектор, обратимся за разъяснениями к заместителю технического директора компании «АкваБур» Евгению Касаткину.
– В основу гелиосистемы или, проще говоря, солнечного коллектора заложен принцип получения тепла от солнечного излучения и дальнейшей передачей накопленной энергии в систему ГВС или отопления.
Существуют два вида солнечных коллекторов:
- Вакуумный солнечный коллектор. Съем потенциала в данной системе производиться с помощью вакуумных трубок. Вакуумная трубка – это колба с двойным стеклом с выкаченным из неё воздухом. С внутренней стороны колба покрыта отражающим материалом, который впускает солнечное излучение, но не выпускает наружу. А во внутренней части системы, находятся трубки со стержнем, в котором находиться теплоноситель. Вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.
- Плоский солнечный коллектор. Съем потенциала в данной системе основан на поглощении солнечного излучения абсорбирующей пластиной, после чего энергия, в виде накопленного тепла передаётся жидкому носителю. Обратная сторона солнечного коллектора покрывается теплоизоляцией.
Какую систему выбрать с учётом работы в наших условиях
По мнению руководителя направления отдела развития компании «Виссманн» Михаила Мурашко:
– При пасмурной погоде, смоге и рассеянном излучении наиболее эффективно работают трубчатые вакуумные коллекторы. А плоские солнечные коллекторы, более оптимальны для использования в районах с высокой солнечной инсоляцией.
Евгений Касаткин:
– В зимний период и в северных районах солнечный коллектор может использоваться как дополнительная система, подключённая к системе отопления или ГВС. Но наилучшие показатели мы получим летом, когда система при правильной её установке и монтаже, может полностью удовлетворить вашу потребность в горячей воде, без использования косвенных систем нагрева воды.
Установка солнечного коллектора позволит вам получить практически бесплатное тепло. Если системе необходима принудительная циркуляция теплоносителя, то электричество потребуется лишь для работы насоса. А в солнечный день, гелиосистема может нагреть воду до температуры 50-70 С.
Тепловые насосы
Как гласит закон сохранения энергии: «Энергия не может возникнуть из ничего и не может просто так исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую».
В земле, воздухе и воде содержится большое количество низкопотенциальной тепловой энергии которую можно использовать для отопления дома. Остаётся только собрать эту рассеянную тепловую энергию и «запустить» её в систему теплоснабжения дома. Для этого применяется специальное устройство – тепловой насос.
В чем заключается эта технология, объясняет директор компании «SagaTherm» Александр Сагалович:
– Тепловой насос – это холодильная машина.В обычных условиях тепловая энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому. Тепловой насос может забирать тепловую энергию у менее нагретого тела и передавать его более нагретому, нагревая его еще сильнее.
Тепловой насос способен отбирать тепловую энергию из следующих источников – воздуха, воды и земли. В наших условиях наиболее целесообразно построить систему тепловых насосов, базирующуюся на отборе тепла земли и воды.
Для перекачивания 4 кВт тепловой энергии нам понадобится примерно 1 кВт электроэнергии. Но электроэнергия тоже никуда просто так не пропадет, она превратится в тепловую энергию, т.к. компрессор в процессе работы также нагревается. Итого – затратив 1 кВт электроэнергии, мы получаем 5 кВт тепла.
Какую выгоду даёт установка этого устройства
Евгений Касаткин:
– Выгоду от использования тепловых насосов лучше всего демонстрирует следующая таблица.
Теперь мы знаем, как работает тепловой насос. Рассмотрим, какие бывают типы систем.
Выбор конструкции будет зависеть от наличия на вашем участке дополнительных свободных площадей или водоёма.
- Вертикальная система. Применяется, если на участке нет места для закладки контура труб или отсутствуют незамерзающие зимой водоёмы. Для монтажа теплового насоса бурятся от 3 до 5 скважин, глубиной от 50 до 150 метров.
- Горизонтальная система. Менее затратна, чем вертикальная система, т.к. отпадает необходимость в бурении дорогих скважин. Контур труб закладывается на небольшой глубине, обычно около 1.5 метров, но требуется довольно приличная площадь участка.
- Водная система. Если возле участка, не далее чем 100 метров, есть незамерзающий в зимнее время водоём, то закладка контура труб в нём будет наиболее разумным выбором.
Особенности эксплуатации тепловых насосов
Как и любая инженерная система, отопление и горячее водоснабжение на базе теплового насоса требует очень вдумчивого подхода.
Александр Сагалович:
– Вертикальная и горизонтальная системы обустройства грунтового теплообменника одинаково эффективны. Горизонтальный теплообменник занимает много места, но значительно дешевле вертикального.
Бурение скважин обойдётся дороже, но зато можно сэкономить место на участке.
Для многих это единственное решение, т.к. участок не позволяет разместить горизонтальный теплообменник.
При обустройстве горизонтального грунтового теплообменника понадобится примерно 5 соток земли на каждые 10 кВт мощности. После завершения работ, эту землю можно использовать без ограничений, единственное, на ней нельзя будет строить капитальные строения. Одним из способов использования тепловых насосов в качестве отопительного контура, может стать монтаж системы водяного тёплого пола.
Инвертор – как часть системы источника альтернативной энергии
Как уже говорилось выше, выработанное источником альтернативной энергии электричество накапливается в аккумуляторах. Но что делать дальше с этой энергией, ведь аккумуляторные батареи выдают постоянный ток, непригодный для подключения бытовых электроприборов? На помощь приходит преобразователь тока – инвертор. При помощи данного прибора постоянный ток преобразовывается в переменный.
Об особенностях использования инверторов для создания систем автономного и бесперебойного электропитания, рассказывает главный инженер компании «СибКонтакт» Сергей Лесков:
– Инверторы встраиваются в различные системы по производству альтернативной энергии содержащие аккумулятор, тем самым обеспечивая весь дом электроэнергией с напряжением 220В и частотой 50 Гц. Инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения являются обязательной частью установки автономного электропитания, так как к ним можно подключить любое, даже самое чувствительное оборудование.
При создании системы автономного и бесперебойного электропитания инверторы имеют ряд преимуществ по сравнению с дизель и бензогенераторами:
- Эти элементы системы работают в автономном режиме и не требуют присутствия человека;
- В режиме холостого хода потребляют минимум электроэнергии;
- Не требуют специальной вытяжной вентиляции помещения;
- Не требуют звукоизоляции помещения.
Таким образом, выбор эффективного источника альтернативной энергии для загородного дома, заключается в комплексном подходе к решению множества достаточно сложных задач, требующих знаний, опыта и умелых рук.
Узнать больше об альтернативной энергии в частном доме вы можете из соответствующей ветки форума. В нашей теме раскрывается вопрос использования ветрогенератора и о том, можно ли собрать его своими руками для энергоснабжения альтернативного дома.
Поучаствуйте в обсуждении нескольких вариантов применения тепловых насосов. Ознакомившись с видео на нашем сайте, вы увидите, как геотермальный насос обеспечивает теплом дом в случае отсутствия магистрального газа. А в этом разделе форума ведётся обсуждение инверторов.
Источник
Самые необычные альтернативные источники электроэнергии
Энергия из морских волн
В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.
Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.
Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.
Энергия из ДНК
Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели синтезировать супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.
Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.
Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.
Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.
Респираторы с солнечными батареями
Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.
Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.
Солнечные паруса
В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.
Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.
Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.
«Бесконечная» энергия из воздуха
В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.
С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.
Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.
Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.
Электричество из дерева
Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.
Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.
Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.
Жидкое топливо из солнечной энергии
Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.
С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.
Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:
- превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
- с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
- соединить водород и оксид углерода и получить метанол.
Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.
Источник