Гидроэлектростанции
Реже всего в качестве автономного источника питания используется гидроэлектростанция по одной простой причине, далеко не у всех возле дома протекает река или мощный ручей.
Суть работы такой станции заключается в том, что вода вращает лопасти турбины, за счет чего генератор вырабатывает электричество.
Положительные качества гидростанций таковы: стабильная подача энергии круглосуточно, поскольку вода в реке или ручье не замедляет скорость движения. Такие станции полностью экологичны, долговечны и практически не требуют обслуживания.
Главным же их недостатком является необходимость установки на берегу реки или возле ручья. При этом скорость движения воды должна быть высокая.
Гидростанция способна вырабатывать энергию и при медленном движении воды, но в таком случае река зимой будет покрываться льдом, и использовать станцию уже не получиться.
Большая же скорость воды будет являться гарантией того, что река или ручей не перемерзнут. Второй недостаток – стоимость станции.
И все же концепция обеспечения дома автономной системой энергообеспечения является перспективной и многие ею интересуются.
Выше мы рассмотрели основные виды источников электричества, но их одних недостаточно, чтобы в доме была электроэнергия.
Дополнительно стоит отметить, что эффективность любой автономной системы зависит от правильности расчетов.
Скачать
- Теория и практика применения аккумуляторов. Виды аккумуляторов. Лучшее, что можно почитать по теме – • Выбор и эксплуатация аккумуляторов для автономного и резервного электроснабжения. / Теория и практика — подробно простым языком, pdf, 6.97 MB, скачан: 520 раз./
- • Дасоян, Новодережкин, Томашевский. Производство электрических аккумуляторов / В книге изложено производство электрических аккумуляторов (свинцово-кислотных, щелочных, серебряно-цинковых и др.), даны необходимые сведения об устройстве, важнейшие электрические и эксплуатационные характеристики, pdf, 19.88 MB, скачан: 351 раз./ .
Можно ли сделать своими руками в домашних условиях
При наличии свободного времени, желания, а также умения работать ручным инструментом, можно создать установки, с помощью которых использовать альтернативные источники для своих нужд, как в виде электрической, так и тепловой энергии.
Это касается всех выше перечисленных видов альтернативной энергетики, так для:
- Солнечных электростанций – можно самостоятельно изготовить солнечные батареи, используя фотоэлементы заводского производства, а также собрать контроллер заряда и инвертор, являющиеся элементами таких установок.
- Ветровых установок – также, как и для солнечных станций, электронные устройства (контроллер, инвертор) собираются достаточно просто с использованием существующих электрических схем и из элементов заводского производства. Самый важный элемент, ветрогенератор – можно изготовить из имеющихся запасных частей и материалов.
- Микро ГЭС – изготовить и смонтировать может каждый, если есть река или водоем, где можно соорудить плотину. Конструкция и вид гидротурбины, зависят от типа водоема и рельефа местности.
- Биогазовую установку – создать не составит труда любому сельскому жителю, условиями для этого будут – наличие необходимого количества биомассы и температура окружающего воздуха, позволяющая происходить процессу ее брожения.
Виды альтернативных источников энергии
1. Солнечная энергия
Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.
Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.
Зеленая экономика
Съедобная упаковка и солнечный парус: новинки космических эко-технологий
2. Энергия ветра
Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.
Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.
3. Энергия воды
Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.
4. Геотермальная энергия
Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.
5. Биоэнергетика
Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.
Зеленая экономика
Энергия из спирта и навоза: преимущества и недостатки биотоплива
6. Энергия приливов и отливов
Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.
Зеленая экономика
Как устроена самая мощная в мире приливная турбина
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 м2. 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.
Тепловые насосы
Самое универсальное альтернативное отопление частного дома – установка тепловых насосов. Они работают по известному всем принципу холодильника, отбирая тепло у более холодного тела и отдавая в отопительной системе.
Состоит сложная на первый взгляд схема из трех устройств: испаритель, теплообменник и компрессор. Вариантов реализации тепловых насосов огромное множество, но наиболее востребованными считаются:
Самый дешевый вариант реализации – «воздух-воздух». По сути он напоминает классическую сплит-систему, однако электроэнергия затрачивается лишь на перекачивание тепла с улицы в дом, а не на обогрев воздушных масс. Это способствует экономии средств, при этом прекрасно обогревая дом на протяжении всего года.
КПД систем очень высок. На 1 кВт электроэнергии можно получить до 6-7 кВт тепла. Современные инверторы прекрасно работают даже при температурах -25 градусов и ниже.
«Воздух-вода» – одна из распространенных реализаций теплового насоса, у которой роль теплообменника играет змеевик большой площади, установленный на открытой местности. Дополнительно он может обдуваться вентилятором, заставляя остывать воду внутри.
Такие установки характеризуются более демократичной стоимостью и простым монтажом. Но они способны работать с высоким КПД исключительно при температурах от +7 до +15 градусов. Когда столбик опускается до отрицательной отметки, эффективность падает.
Самой универсальной реализацией теплового насоса является «грунт-вода». Она не зависит от климатической зоны, так как непромерзающий на протяжении всего года слой почвы имеется повсюду.
В данной схеме трубы погружаются в землю на глубину, где на протяжении всего года температура удерживается на уровне 7-10 градусов. Коллекторы могут располагаться вертикально и горизонтально. В 1-ом случае предстоит бурить несколько очень глубоких скважин, во втором – укладывать змеевик на определенной глубине.
Недостаток очевиден. сложные монтажные работы, которые потребуют высоких финансовых вложений. Прежде чем решаться на подобный шаг, следует посчитать экономическую выгоду. В районах с непродолжительными теплыми зимами стоит подумать и других вариантах альтернативного отопления частных домов. Еще одно ограничение – необходимо большая свободная площадь – до нескольких десятков кв. м.
Реализация теплового насоса «вода-вода» практически ничем не отличается от предшествующей, однако трубы коллектора прокладываются в грунтовых водах, незамерзающих на протяжении года, или близлежащем водоеме. Она обходится дешевле за счет следующих преимуществ:
- Максимальная глубина бурения скважины – 15 м
- Можно обойтись 1-2 погружными насосами
Котлы, работающие на биологическом топливе
Если нет желания и возможности обустраивать сложную систему, состоящую из труб в земле, солнечных модулей на крыше, можно заменить классический котел моделью, которая работает на биологическом топливе. Для них необходимы:
Подобные установки рекомендуется устанавливать совместно с рассмотренными ранее альтернативными источниками. В ситуациях, когда один из отопительных приборов не работает, можно будет воспользоваться вторым.
Принимая решение об установке и последующей эксплуатации альтернативных источников получения тепловой энергии, необходимо ответить на вопрос: как быстро они окупятся? Безусловно, рассмотренные системы обладают преимуществами, среди которых:
- Стоимость получаемой энергии меньше, чем при использовании традиционных источников
- Высокий КПД
Однако следует помнить о высоких первоначальных материальных затратах, которые могут достигать десятка тысяч долларов. Монтаж подобных установок назвать простым нельзя, поэтому проведение работ доверяется исключительно профессиональной бригаде, которая способна предоставить гарантию на результат.
Востребованность приобретает альтернативное отопление частного дома, которое становится более выгодным на фоне дорожающих традиционных источников тепловой энергии. Однако прежде чем начинать переоборудовать текущую отопительную систему, необходимо все рассчитать, рассмотрев каждый из предлагаемых вариантов.
Отказываться от традиционного котла также не рекомендуется. Его необходимо оставить и в определенных ситуациях, когда альтернативное отопление не выполняет своих функций, останется возможность согреть свой дом и не замерзнуть
Тепловые насосы для отопления дома
Тепловые насосы используют все доступные альтернативные источники энергии. Они берут тепло из воды, воздуха, земли. В небольших количествах это тепло присутствует и зимой, поэтому тепловой насос собирает его и направляет на отопление дома.
Принцип работы
Чем так привлекательны тепловые насосы? Потратив на его прокачку 1 кВт энергии, вы получите в худшем случае 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никоим образом не противоречит закону сохранения энергии, потому что энергия расходуется не на получение тепла, а не на его перекачку. Так что нет никаких противоречий.
Тепловые насосы имеют три рабочих контура: два внешних и один внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Схема работает так:
- В первом контуре циркулирует хладагент, который отбирает тепло от источников с низким потенциалом. Его можно погрузить в воду, закопать в землю или поглотить тепло из воздуха. Максимальная температура, достигаемая в этом контуре, составляет около 6 ° C.
- Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0 ° C). При нагревании хладагент испаряется, пар поступает в компрессор, где сжимается под высоким давлением. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента нагреваются до средней температуры от + 35 ° C до + 65 ° C.
- В конденсаторе тепло передается теплоносителю третьим отопительным контуром. Охлаждающие пары конденсируются и попадают в испаритель. И затем цикл повторяется.
Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Для этого лучше всего подходят температуры. Для радиаторной системы нужно слишком много секций, что некрасиво и нерентабельно.
Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло
Но наибольшие трудности вызывает устройство первого внешнего контура, собирающего тепло. Поскольку источники имеют низкий потенциал (внизу мало тепла), необходимы большие площади для его сбора в достаточном количестве. Есть четыре вида гарниров:
- Трубы с теплоносителем уложены в воде кольцами. Водоем может быть что угодно: река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен замерзать даже в самые сильные морозы. Насосы, перекачивающие тепло из реки, работают эффективнее; гораздо меньше тепла передается стоячей воде. Такой источник тепла изготавливается самым простым способом — бросанием труб, привязкой груза. Высока только вероятность случайного повреждения.
Самый простой способ построить водный спа — это - Тепловые поля с подземными трубами ниже точки замерзания. В этом случае недостаток только один — большие объемы земляных работ. Нам нужно удалить почву на большой площади, а также на значительную глубину.
Большой объем земляных работ - Использование геотермальных температур. Пробурен ряд глубоких скважин и спущен в них контур охлаждения. Этот вариант хорош тем, что он занимает мало места, но не всегда можно просверлить скважину на большую глубину, а услуги по бурению обходятся дорого. Впрочем, дырокол можно сделать и самостоятельно, но работа все равно не из легких.
Колодцы требуют меньше места - Отвод тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева: они забирают тепло из «забортного» воздуха. Даже при минусовых температурах такие агрегаты работают, правда, на менее «глубокой» — до -15 ° C. Чтобы сделать работу более интенсивной, можно использовать тепло вентиляционных шахт. Добавьте немного охлаждающей жидкости и откачайте оттуда тепло.
Самый компактный тепловой насос, но и самый нестабильный, отбирающий тепло из воздуха
Главный недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, а установка полей сбора тепла обходится недешево. В этом случае можно сэкономить, сделав насос своими руками, а также проложив схему своими руками, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет дешевым, а система проработает долгое время.
Достоинства и недостатки альтернативных источников энергии в мире
Альтернативные источники энергии — альтернативная энергия во всем мире
Альтернативные источники энергии — преимущества
- Доступность. Особенно выгодно для стран, не обладающих нефтяными или газовыми месторождениями. Однако, это относится не ко всем видам. Например, если страна не имеет выхода к морю, получать волновую энергию она уже никак не сможет; так же и с геотермальной энергией, которую можно преобразовывать только в вулканических районах.
- Экологичность – в процессе образовании тепла и электричества не происходит вредных выбросов в окружающую среду.
- Экономия – полученная энергия имеет низкую себестоимость.
Альтернативные источники энергии — недостатки и проблемы
- Требует больших затрат на этапе строительства и обслуживания, так как расходные материалы с оборудованием дорогие. Это приводит к повышению итоговой цены электроэнергии, поэтому она не всегда оправдана экономически. Единственное, что может помочь — это снижение себестоимости установок разработчиками.
- Зависимость от факторов природы: сила ветра, уровень приливов, результат переработки солнечной энергии не подлежит контролю, плюс географическое расположение.
- Низкий КПД наряду с маленькой мощностью установок (исключение ГЭС). Вырабатываемая мощность не всегда соответствует уровню потребления.
- Влияние на климат. Возьмем к примеру, спрос на биотопливо. Он повлек за собой сокращение посевных площадей для продовольственных культур, а на характер рыбных хозяйств повлияли плотины для ГЭС.
Энергия солнца — в электричество
Солнечные панели впервые начали делать для космических кораблей. В основе устройства лежит способность фотонов создавать электрический ток. Вариаций конструкции солнечных батарей великое множество и каждый год они совершенствуются. Самостоятельно изготовить солнечную батарею можно двумя способами:
Способ №1. Купить готовые фотоэлементы, собрать из них цепь и накрыть конструкцию прозрачным материалом
Работать нужно предельно осторожно, все элементы очень хрупкие. Каждый фотоэлемент имеет маркировку в вольт-амперах
Посчитать нужное количество элементов для сбора батареи необходимой мощности не составит большой сложности
Последовательность работы такая:
Посчитать нужное количество элементов для сбора батареи необходимой мощности не составит большой сложности. Последовательность работы такая:
- для изготовления корпуса понадобится лист фанеры. По периметру прибиваются деревянные рейки;
- в листе фанеры сверлятся отверстия для вентиляции;
- внутрь помещается лист ДВП со спаянной цепью фотоэлементов;
- проверяется работоспособность;
- на рейки прикручивается оргстекло.
Способ №2 требует знаний электротехники. Электрическая цепь собирается из диодов Д223Б. Спаивают их по рядам последовательно. Помещают в корпус, накрытый прозрачным материалом.
Фотоэлементы бывают двух видов:
- Монокристаллические пластины обладают КПД 13% и прослужат четверть века. Безупречно работают только в солнечную погоду.
- Поликристаллические имеют КПД ниже, их срок службы всего 10 лет, но мощность не падает при облачности. Панель площадью 10 кв. м. способна произвести 1КВт энергии. При размещении на крыше стоит учитывать общий вес конструкции.
Готовые батареи размещают на самой солнечной стороне. Панель необходимо оснастить возможностью регулировки наклона угла по отношению к Солнцу. Вертикальное положение устанавливают во время снегопадов, чтобы батарея не вышла из строя.
Солнечную панель можно использовать с аккумулятором или без него. Днём потреблять энергию солнечной батареи, а ночью — аккумулятора. Либо днём пользоваться солнечной энергией, а ночью — от центральной сети электроснабжения.
Ветряные столбы
Энергию ветра используют с незапамятных времён. Сегодня многие производители выпускают полностью готовые ветроустановки.
Виды ветряков:
- Малолопастные крыльчатые (высокий КПД, шум при сильном ветре, трудности с запуском).
- Многолопастные крыльчатые (ещё зовут «тихоходными» за то, что запускаются при ветре 3 м/с, небольшой КПД, больше материалов).
- Карусельные (крутятся по горизонтали, легко запускаются, хороши для устойчивого ветра, низкий КПД).
Хватит ли энергии от ветряка для потребностей среднестатистического дома? В среднем ветряки рассчитаны выдавать определённое количество кВт, при ветре 10 м/сек.
Домашний ветрогенератор
Найдётся немного местностей, где стабильно дует ветер такой силы. Там где нет такого ветра, установки будут работать не в полную силу. Аккумуляторные батареи, входящие в систему ветродвигателя, отчасти решают проблему периодического безветрия.
Мощность в 3 кВт может полностью удовлетворить потребности бытового электроснабжения. Либо обеспечит большую часть энергии для отопления.
Где приобрести ветрогенератор для дома
Вот примеры ветряков, выпускаемых НПК «Русский ветер» (г. Щёлково, Московская область):
- Вертикаль-Тм-500. Карусельный ветряк (высота 2 м.) три лопасти – 0,5 кВт при 10 м/сек. – 96 тыс. руб.
- ВЭУ-2000/3,5-3 малолопастной крыльчатый ветряк (диаметр лопастей 3,5 м) для регионов со слабым ветром. 2 кВт при 10 м/сек (но работать может и при 3-4 м/сек) — 49 200 руб.
- Плюс аккумулятор от 8,6 тыс. руб. и инвертор на 220В от 16 тыс. руб.
Телефон компании: +7 906 749-46-43
Заключение
В современном модернизированном обществе существует большой выбор альтернативных видов энергии. Как правило выбор этот зависит от ресурсов, доступности, географического места расположения, финансовой возможности оплатить установку и дальнейшую эксплуатацию. Для своих частных нужд при наличии свободного времени и умения владеть ручным инструментом, можно создать установки, с целью использования альтернативных источников энергии как электрической, так и тепловой. С описанием и принципами работы альтернативных источников энергии вы уже ознакомились. Каждый из видов достоин внимания и развития для пользы всего человечества и сохранения природы в планетарном масштабе.
