Альтернативная энергетика для дома своими руками обзор лучших эко-технологий

Виды альтернативных источников энергии.

Энергия ветра, солнца, воды, биотопливо, тепло Земли относительно неисчерпаемы и возобновимы. Преимущества альтернативных источников энергии неоспоримы, поскольку они сохраняют природные ресурсы. Кроме того, они в гораздо большей мере соответствуют требованиям экологической безопасности.

Ветровая энергетика.

Принцип использования силы ветра заключается в превращении кинетической энергии в электрическую, тепловую, механическую. Для получения электрической энергии используют ветровые генераторы. Они могут иметь различные технические параметры, размеры, конструкции, горизонтальную или вертикальную ось вращения. Паруса – классический пример использования силы ветра в морском транспорте, а ветряная мельница – преобразования в механическую энергию.

Диаметр лопастей и высота их расположения определяют мощность ветрогенератора. При силе ветра от 3 м/с генератор начинает вырабатывать ток и достигает максимальной величины при 15 м/с. Сила ветра свыше 25 м/с является критической – генератор отключается.

Гелиоэнергетика — дар Солнца.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии – естественное продолжение жизнетворящей миссии Солнца на нашей планете. Но пока человечество не научилось использовать ее напрямую. В настоящее время в качестве преобразователей солнечной энергии в электрическую применяют солнечные батареи, а для тепловой – солнечные коллекторы. Кроме того, в некоторых случаях используют совмещение двух видов.

Гелиотехнология заключается в нагреве поверхности солнечными лучами и в использовании нагретой воды для горячего водоснабжения, отопления или использования в паровых электрогенераторах. Для преобразования энергии солнца в тепловую используют солнечные коллекторы. Их общая мощность зависит от количества и мощности отдельных устройств, которые включены в систему солнечной или тепловой станции.

Солнечные батареи подразделяют на:

• кремниевые
• пленочные

Наибольшим спросом в настоящее время пользуются батареи с использованием кристаллов кремния, а самые удобные – пленочные. Кремниевые панели являются одним из лучших вариантов для частного дома.

ГЭС — использование силы воды.

Принцип действия турбин на гидроэлектростанциях заключается в воздействии силы воды на лопасти гидротурбины, которая вырабатывает электричество. Иногда к альтернативным видам энергии относят лишь те ГЭС, где не использованы мощные плотины, а выработка тока происходит под влиянием естественного течения воды. Это связано со значительным негативным воздействием мощных ГЭС на природные речные ландшафты, их обмелением и катастрофическими наводнениями.

Не вызывает возражений экологов использование естественной энергии морских и океанических приливов. Преобразование кинетической энергии в электрическую в этом случае происходит на специальных приливных станциях.

Геотермальная энергетика — тепло Земли.

Поверхность Земли излучает тепло не только в местах выброса горячих сейсмических источников, как, например, на Камчатке, но и практически во всех регионах планеты. Для извлечения тепла земли используют специальные тепловые насосы, а затем его преобразуют в электрическую энергию или используют как тепловую. Принцип действия установок базируется на законах термодинамики и физических законах поведения жидкостей и газа, в частности, фреона.

Тип конструкции насоса определяет первичный источник энергии, например, « грунт- воздух» или «грунт — вода».

Биотопливо.

Принцип получения биотоплива основан на переработке органических продуктов с помощью специальных установок. В ходе переработки вырабатывается тепловая или электрическая энергия. Виды биотоплива могут иметь жидкое, твердое или газообразное состояние. К твердым, например, относятся топливные брикеты, жидким – биоэтанол, к газообразным – биогаз. К его разновидностям относится свалочный газ, который образуется на свалках. Использование биогаза старых свалок помогает решить проблемы переработки отходов.

Отходы в доходы: биогазовые установки

Все альтернативные источники энергии имеют природное происхождение, но получать двойную выгоду можно только от биогазовых установок. В них перерабатываются отходы жизнедеятельности домашних животных и птицы. В результате получается некоторый объем газа, который после очищения и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для повышения урожайности — получается очень эффективное и безопасное удобрение.

Из навоза тоже можно получать энергию, только не в чистом виде, а в виде газа

Коротко о технологии

Образование газа происходит при брожении, и участвуют в этом бактерии, живущие в навозе. Для выработки биогаза подходят отходы любого скота и птицы, но оптимален навоз КРС. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» — в нем содержатся именно нужные для переработки бактерии.

Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда — брожение должно проходить без доступа кислорода. Потому эффективные биореакторы — закрытые емкости. Чтобы процесс шел активнее, необходимо регулярное перемешивание массы. В промышленных установках для этого устанавливаются мешалки с электроприводами, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства — от простейшей палки до механических мешалок, которые «работают» от силы рук.

Принципиальная схема биогазовых установок

В процессе образования газа из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофильные активны при температуре от +30°C до +40°C, термофильные — при +42°C до +53°C. Более эффективно работают термофильные бактерии. При идеальных условиях выработка газа с 1 литра полезной площади может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру в 50°C очень непросто и затратно, хотя затраты себя оправдывают.

Немного о конструкциях

Самая простая биогазовая установка — это бочка с крышкой и мешалкой. В крышке сделан вывод для подключения шланга, по которому газ поступает в резервуар. От такого объема много газа не получите, но на одну-две газовые горелки его хватит.

Более серьезные объемы можно получить от подземного или надземного бункера. Если речь о подземном бункере, то его делают из железобетона. Стенки от грунта отделяют слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых будет происходить переработка со сдвигом во времени. Так как работают в таких условиях обычно мезофильные культуры, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные перерабатывают за 3 дня), потому сдвиг по времени желателен.

Схема бункерной биогазовой установки

Навоз поступает через бункер загрузки, с противоположной стороны делают люк выгрузки, откуда отбирают переработанное сырье. Заполняется бункер биосмесью не полностью — порядка 15-20% пространства остается свободным — тут скапливается газ. Для его отвода в крышку встраивается трубка, второй конец которой опускается в гидрозатвор — емкость частично заполненную водой. Таким образом газ осушается — в верхней части собирается уже очищенный, он отводится при помощи другой трубки и уже может подавиться к потребителю.

Использовать альтернативные источники энергии может каждый. Владельцам квартир осуществить это сложнее, а вот в частном доме можно хоть все идеи реализовать. Есть уже даже реальные примеры того. Люди обеспечивают полностью потребности свои и немалого хозяйства.

Россия, как страна альтернативных источников энергии

Поскольку Россия входит в число одних из самых технически развитых стран мира, большое внимание уделяется добыче и использованию альтернативных источников энергии. На просторах больших территорий, к сожалению в настоящее время нет централизованных источников энергии

К том уже мы еще не втянуты в общемировую тенденциею, связанную с борьбой за экологию планеты и экономией традиционных видов топлива.

Россия

В каждом, отдельно взятом регионе нашей страны, применяются подходящие этому региону виды альтернативной энергетики. Это связано с географическим положением. А так же возможностью использования того или иного первоисточника получения энергии.

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции в настоящее время, получают все большее распространение среди различных слоев населения, как альтернативный или резервный источник электрической и тепловой энергии.

Данный вид энергетики так же применяется в промышленности в нашей стране.

Наиболее крупными солнечными электростануциями, мощностью в 400,0 МВт являются:

• Орская им. А. А. Влазнева, установленной мощностью 40,0 МВт в Оренбургской области;
• Бурибаевская, мощностью 20,0 МВт и Бугульчанская, мощностью 15,0 МВт, в Республике Башкортостан;
• На полуострове Крым функционирует более десяти солнечных электростанций мощностью 20,0 МВт каждая.

Еще на стадии разработки можно насчитать более 50 объектов солнечной генерации на различных этапах строительства. Их место расположения от Дальнего Востока и Сибири, до центральных и южных областей нашей страны.

Общая мощность проектируемых и строящихся объектов составляет более 850,0 МВт.

Ветровая энергетика

Ветряки, работающие для получения электрической энергии в промышленных масштабах, в нашей стране не достигают таких больших масштабов, как солнечные электростанции.

Общая установленная мощность ветровых генераторов составляет чуть больше чем 100,0 МВт. Самые мощные из них это:

• Зеленоградская ветровая установка, мощностью 5,1 МВт, расположенная в Калининградской области;
• Останинская (25,0 МВт), Тарханкутская (22,0 МВт) и Сакская (20,0 МВт) – на полуострове Крым.

Также на стадии проектирования и строительства у нас есть 22 ветровые энергетические установки. Их общая мощность более 2500,0 МВт.

Гидроэнергетика

Как раз самый распространенный вид альтернативной энергетики на территории России. На настоящее время доля вырабатываемой электрической энергии ГЭС в разных регионах страны на реках, превышает 20,0 %. Отчет идет от общей генерации всей энергосистемы РФ.

Геотермальная энергетика

Это энергия тепла недр всей планеты, широко используется в ряде стран, где присутствует вулканическая деятельность. У нас данный вид энергетики расположен на Дальнем Востоке, в меру особенностей этого региона.

Их мощность 80,1 МВт. В настоящее время успешно работает 5 геотермальных электрических станций. Из них три расположены на Камчатке (Мутновская, Паужетская и Верхне-Мунтовская), остальные две — на островах Кунашир (Менделеевская) и Итуруп (Океанская).

Использование биотоплива

Использование биотоплива

Наша страна числится в лидерах по экспорту биотоплива на европейский рынок

У нас же это не самый распространенный вид энергоресурсов, как традиционные виды топлива.Однако, в связи с развитием лесной и деревообрабатывающей промышленности, большие территории заняты под сельскохозяйственные культуры, что сподвигло обратить внимание на этот вид энергетики

Последние годы было построено большое количество заводов по переработке отходов древесины. Из них изготавливаются такие материалы, как топливные брикеты и гранулы (пеллеты).

Брикеты и пеллеты, в свою очередь, используются в качестве топлива для различного типа котлов в результате сжигания которых, вырабатывается тепловая и электрическая энергии.

А из отходов сельскохозяйственных культур производится биогаз и жидкое топливо. Оно подходит для применения в двигателях и дизельных установках, там их сжигают, в результате чего производится тепловая и электрическая энергия.

Хоть биотопливо пока не имеет широкого распространения в нашей стране, тем не менее перспективы его развития, достаточно обширны и успешны.

Применение биогаза

Во время анаэробной переработки органических отходов выделяется так называемый биогаз. В результате получается смесь газов, состоящая из метана, углекислоты и сероводорода. Генератор для получения биогаза состоит из:

• герметичного бака;
• шнека для перемешивания органических отходов;
• патрубка для выгрузки отработанной массы отходов;
• горловины для заливки отходов и воды;
• патрубка, по которому поступает полученный газ.

Нередко емкость для переработки отходов устраивают не на поверхности, а в толще грунта. Чтобы не допустить утечки полученного газа, ее делают полностью герметичной. При этом следует помнить о том, что в процессе выделения биогаза давление в емкости постоянно повышается, поэтому газ требуется из емкости регулярно отбирать. Помимо биогаза в результате переработки получается отличное органическое удобрение, полезное для выращивания растений.

К устройству и правилам эксплуатации такого газового генератора предъявляются повышенные требования безопасности, поскольку биогаз опасно вдыхать и он может взорваться. Впрочем, в ряде стран мира, например, в Китае, этот способ получения энергии распространен довольно широко.

Подобная установка для получение биогаза может стоить недешево

Этот продукт переработки отходов можно использовать как:

• сырье для тепловой электростанции и когенерационной установки;
• замену природному газу в плитах, горелках и котлах.

Сильной стороной этого вида топлива являются возобновляемость и доступность, особенно в деревнях, сырья для переработки. Этот вид топлива имеет и ряд недостатков, таких как:

• выбросы от сжигания;
• несовершенная технология получения;
• цена аппарата для создания биогаза.

Конструкция генератора для получения биогаза очень проста, однако при его эксплуатации следует соблюдать определенную осторожность, поскольку биогаз — опасное для здоровья горючее вещество

Состав и количество биогаза, получаемого из отходов, зависит от субстрата. Больше всего газа получают при использовании жира, зерна, технического глицерина, свежей травы, силоса и т. п. Обычно в бак загружают смесь из отходов животного и растительного происхождения, в которую добавляют некоторое количество воды. В летнее время рекомендуется увеличить влажность массы до 94-96%, а в зимнее время достаточно и 88-90% влаги. Воду, подаваемую в резервуар с отходами, следует подогревать до 35-40 градусов, иначе процессы разложения будут замедлены. Чтобы сохранить тепло, снаружи на бак монтируют слой теплоизоляционного материала.

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

Автономные солнечные электростанции

Для снабжения частного жилого дома применяют коллекторы или солнечные батареи. Эти устройства поглощают световую энергию и преобразовывают ее в ток, который потом питает системы, устройства и приборы, работающие на электричестве.

Солнечные батареи (панели) представляют собой набор соединенных вместе и заключенных в раму полупроводниковых элементов, перерабатывающих ресурсы света в электрическую энергию. Оборудование не потребляет топлива и не нуждается в сложном высокопрофессиональном обслуживании.

Для содержания объекта в порядке достаточно просто время от времени протирать поглощающее зеркало от пыли и убирать с него мелкий мусор. Установка агрегата на некотором возвышении под углом около 70 градусов создаст условия, при которых в зимний период времени снег не сможет скапливаться на поверхности батарее и препятствовать ее корректной работе.

Регулировка гелиосистемы происходит автоматически. Владельцу не требуется включать или выключать оборудование. Выработанная энергия скапливается в специальных аккумуляторных комплексах и позволяет использовать электричество круглосуточно в индивидуальном, удобно лично для хозяина режиме.

Солнечная батарея напрямую преобразует энергию света в электроток и, в отличие от генераторных установок, делает это абсолютно бесшумно, не мешая таким образом ни жильцам, ни соседям

Солнечные батареи высокого качества очень надежны и рассчитаны на полноценную эксплуатацию в течение как минимум 25 лет. К концу этого периода их работоспособность немного снижается и следующие 20 лет панели выдают ресурс в объеме около 80% от базовой изначальной мощности, заявленной производителем.

Таким образом, общий срок службы батарей составляет 45 лет, что значительно превышает показатели прочих автономных систем.

В отличие от ветряных генераторов, напрямую зависящих от определенных метеорологических явлений, солнечные батареи гарантированно выдают электроэнергию каждый день. В непогожие пасмурные дни их производительность становится немного меньше, но не прекращается полностью

Так как солнечный свет имеется практически везде, гелиопанели почти не имеют ограничений по установке. Размещать их можно на любом незатененном пространстве участка, обращая принимающую поверхность под определенным углом на южную сторону.

Выбирая место для расположения солнечных панелей на приусадебной территории, нужно следить, чтобы рядом не было высоких деревьев и строений, загораживающих солнце и отбрасывающих тень. Иначе батарея не сможет работать в полную силу

Если размеры приусадебной территории не позволяют выделить для оборудования отдельное свободное место, уместно использовать для монтажа системы поверхность крыши жилого дома или кровлю хозяйственных построек.

Несмотря на некоторую хрупкость, солнечные панели имеют значительный вес и требуют четкого и надежного крепления. Перед монтажом надо оснастить кровельную конструкцию прочными балками или подпорками, чтобы в будущем крыша не обвалилась, не выдержав дополнительной нагрузки, не предусмотренной изначальным проектом

Ветряные и гидроэлектрические системы имеют фиксированный уровень мощности. У гелиосистем эта величина плавающая и зависит только от количества установленных батарей. Солнечные панели можно использовать в качестве дополнительных энергетических источников. В этом случае понадобится гибридный инвертор, с которым ознакомит рекомендуемая нами статья.

Если в большом количестве энергии на данный момент нет потребности, можно поставить агрегат миниатюрных габаритов, а в случае надобности в удобное время нарастить дополнительные панели и увеличить объем получаемого ресурса.

Солнечные батареи

Альтернативное электричество от солнца в частном домостроении используется редко. Все дело в дороговизне солнечных элементов, которые устанавливаются в батареях. Отсюда и высокая стоимость всей установки. Хотя необходимо отметить, что это перспективное направление, от которого нельзя отказываться. Ведь ежегодно на один квадратный метр поверхности земли падает 1000 кВт энергии. Представляете, сколько человечество теряет. Если сравнить с другими видами топлива, то это 100 м³ газа или 100 литров солярки.

Конечно, таким способом получить электрический ток еще дорого. А вот нагреть так воду – это очень дешево. Вот почему солнечные коллекторы сегодня так востребованы у жителей загородных поселков.

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.