Альтернативные источники энергии для дома

Откуда и в каком виде получить энергоресурсы

Традиционными энергоисточниками являются тепловые, атомные и гидроэлектрические станции. Альтернативное энергоснабжение может самовосстанавливаться, является эффективным, дешевым и экологически безопасным. По факту энергия есть в природных ресурсах, нужно только попытаться ее извлечь. Без специальных навыков можно выполнить следующие работы:

• устанавливать солнечные коллекторы и батареи, чтобы запитывать освещение или греть воду;
• монтировать ветрогенераторы;
• использовать тепловые насосы для отопления дома за счет тепла воды, земли или воздуха;
• применять биогазовые установки для переработки отходов животных, птиц, человека.

Собираем альтернативный источник энергии | Лучшие идеи для частного дома

Получать электроэнергию и тепло от общих сетей финансово невыгодно. Экологии наносится вред. Автономные энергоэффективные технологии снабжают необходимыми энергоресурсами. Оплата коммунальных услуг снижается. Окружающая среда не загрязняется.

Доступны разные виды альтернативной энергетики для сбережения ресурсов, которые можно использовать.

Солнечные батареи

Солнечный поток – это энергия, при помощи которой получают:

• тепло для обогрева дома;
• электричества – свет и работа электроприборов.

Плюсы:

• неограниченность ресурса;
• экологичность;
• полная бесшумность;
• трансформация исходной энергии в разные виды;
• самостоятельное конструирование.

КПД солнечных панелей зависит от интенсивности ухода за ними. При появлении налета пыли или грязи отдача снижается.

У монокристаллов коэффициент полезного действия составляет 14%, тогда как у поликристаллов – 9%.

Чтобы получить из недр Земли энергию, устанавливают тепловой насос, работающий по геотермальному принципу. Схема универсальная – она дает возможномть получать электричество как из почвы, так и из грунтовых вод.

Биогаз также используется для отопления. Принцип работы прибора аналогичен тем, которые работают на природном топливе. Получают энергоресурсы благодаря жизнедеятельности анаэробных бактерий. Отходы помещают в закрытую емкость. В баке процесс жизнедеятельности бактерий приводит к выделению газа метана.

Недостаток – нужен постоянный источник отходов. Поэтому станцию, работающую на биотопливе, используют на фермах.

Энергия из ветра

Использование ветрогенератора основано на принципе мельницы. Вращающиеся лопасти вырабатывают электричество.

Применение возможно только в областях, где постоянно дуют ветра, которые должны обладать достаточной мощностью, для того, чтобы вращать лопасти.

Если в шаговой доступности находится ручей со стремниной, то на нем можно организовать самодельную электростанцию. Это даст дополнительную возможность получать электричество.

Виды возобновляемых источников для отопления

По причине ограниченности топливных ископаемых ученые всего мира разрабатывают и внедряют в эксплуатацию энергоисточники будущего. К возобновляемым относятся:

• Генераторы электричества – на территории России чаще всего используются электрические, бензиновые и газовые. Последний работает на сжиженном и природном топливе, за счет малошумности применяется в быту и является долговечным.
• Энергия солнца – человек пользуется электромагнитным излучением. Источник электричества и автономного отопления бесшумный, экологически безопасный.
• Ветряные установки – функционируют на основании трансформации кинетической энергии ветра в механическое вращение турбины, вырабатывающей переменный ток. Горизонтальные и вертикальные ветряки отличаются высоким КПД.
• Биотопливо – оптимальными вариантами будут жиры масличных культур, водоросли, газ от брожения органических отходов.
• Станции с водяным колесом – удобный энергоисточник, если рядом с домом имеется река. Турбинное колесо приводится в движении при помощи водных потоков.
• Геотермальные решения – на сейсмически активных территориях преобразовывают тепло, возникающее в момент выброса геотермальной воды.

Для обогрева дома можно успешно использовать энергию ветра, солнца, земли. А также биотопливо. Разберем детальнее, как именно это сделать и что для этого потребуется.

Вид #1 – сила ветра

Весьма успешно в качестве альтернативного источника для отопления загородного дома можно использовать энергию ветра. Этот ресурс невозможно исчерпать. Он имеет свойство возобновляться. Чтобы использовать силу ветра, потребуется специальное приспособление, называемое ветряк.

Электростанция на солнечных батареях

Для того, чтобы повысить автономность работы аккумулятора, используют солнечные батареи. Оснастив накопительное устройство солнечными пластинами в 30-35 мА, можно обеспечить бесперебойное питание устройства, выдающего емкость в 0,5 А/ч.

Единственная проблема, которая может в этом случае возникнуть – облачная погода. Она растягивает во времени зарядку аккумулятора. Ночью процесс останавливается.

Установка солнечных панелей потребует:

• Накопители, представляющие из себя фотоэлементы.
• АКБ – для накопления заряда.
• Контроллер, который позволит следить за аккумулятором.
• Устройство для преобразования 12 или 24 В тока в 200 В.
• Конструктивные и фиксирующие элементы.

Следует учесть, что угол наклона должен меняться. Зимой альтернативный солнечный накопитель следует переводить в положение с большим углом к горизонту. Делается это для того, чтобы на солнечном коллекторе не скапливался снег. Иначе это приведет к резкому уменьшению эффективности.

Выбирать следует участок крыши дома, которая обращена на южную, восточную или юго-восточную стороны света.

Для получения горячей воды и отопления в частном доме используют альтернативный коллектор, работающий от солнечного тепла. Принцип работы и устройство конструкции:

1. Короб. Металлический прослужит дольше. Выполненный из плит ОСБ, ДВП, ДСП – более дешевый вариант, но его эксплуатации будет менее длительная. Для увеличения срока службы пропитывают плиту специальными септиками и лаками.
2. На дно короба укладывается минеральная вата или пенопласт – они служат теплоизоляторами и предотвращают теплопотери.
3. На плиту укладываются плотными рядами трубы. Лучший материал медь – обладает высокой теплопроводностью. Допускаются металлопластиковые варианты, но их энергоэффективность будет на 20% меньше медных.
4. Входная часть и выходная снабжаются фиттингами. Они обеспечивают подключение к коммуникациям водоснабжения дома.
5. Сверху короб закрывается стеклом. Можно также использовать акриловый материал или монолитный поликарбонат. Важный момент – поверхность должна быть не гладкой, а рифленой, для лучшего процесса нагрева. Солярное стекло обладает способностью устранять потери тепла. Оно обеспечивает меньшие энергопотери.

Далее вся альтернативная конструкция подключается к источнику воды, который будет циркулировать внутри помещения.

Применение энергии солнца

Альтернативное электричество на основе электромагнитного солнечного излучения оправдано для людей, у которых есть дача за городом. Причина – показатель суммарной мощности в хорошую погоду не более 5-7 кВт за час. На сегодняшний день популярны несколько солнечных установок.

Солнечные батареи

Сборка устройств производится из фотоэлектрических преобразователей. Промышленные элементы конструируются из минеров, вырабатывающих ток при воздействии прямого света. В частном секторе популярны кремниевые преобразователи поли- и монокристаллического типа. Последние отличаются КПД 13-25 %, но поликристаллические дешевле. Температурный диапазон пластин – от -40 до 50 градусов.

Используются для нагрева воздуха или воды. Пользователь может задать направление нагретых потоков, организовать резерв на случай плохой погоды. Производители выпускают три модификации коллекторов – воздушные, плоские и трубчатые.

• Плоские пластиковые. Представляют собой черную и прозрачную панель в одном корпусе с центральным змеевиком из меди. При воздействии солнечных лучей нагревается нижний темный элемент. Он передает тепло медному змеевику, который греет воду. Плоский коллектор подходит для подогрева воды в бассейне или летнем душе. Минус технологии – для нагрева больших объемов требуется много элементов.
• Трубчатые. Имеют вид вакуумных или коаксиальных трубочек из стекла. По ним стекает вода, нагретая солнцем. Тепло, сосредоточенное внутри специальной системой, нагревает воду в накопительном резервуаре. Для циркуляции водных потоков применяется нанос. Трубчатый коллектор – неплохое решение для подогрева воды в ГВС и отопления.
• Воздушные солнечные коллекторы. Устройства напоминают плоские пластиковые модели за счет черной нижней и прозрачной верхней панели. Габаритные установки находятся на восточной или юго-восточной стене. В них за счет солнечного тепла нагревает воздух, подаваемый в дом и хозяйственные помещения специальными вентиляторами.

Тепловые насосы для отопления

Тепловые насосы – это емкость, заполненная фреоном. Весь режим работы альтернативного устройства основан на цикле Карно, когда тепло забирается из окружающей среды.

Европа уже несколько лет использует тепловые насосы, взаимодействующие со всеми альтернативными видами электроэнергии. В летнее и зимнее время установки забирают тепло из почвы, воздуха, воды и направляют его на обогрев помещения.

В зависимости от потребностей в обогреве можно подобрать модели с 1, 2, 3 контурами, 1-2 конденсаторами. Они будут работать на нагрев и охлаждение либо исключительно на нагрев.

По типу энергоисточника и способу добычи электроэнергии устройства бывают:

• Воздух-вода. Тепловые потоки забираются из воздуха и нагревают воду. Системы подходят для климатических зон с зимней температурой -15 градусов.
• Земля-вода. Актуальны для умеренного климатического пояса. Монтируются в грунт посредством коллектора или зонда без разрешительных документов на бурение.
• Вода-вода. Устанавливаются рядом с водоемами. Зимой насос за счет нагрева источника обеспечивает теплом большой дом.
• Вода-воздух. Источник энергии – водоем. Тепловые потоки при помощи компрессора поступают в воздух. Он становится теплоносителем.
• Земля-воздух. Почва является источником тепла, которое передается в воздух компрессором. Переносчик энергии – жидкости-антифризы.
• Воздух-воздух. Приборы работают по принципу кондиционера – на охлаждение и обогрев.

Тепловой насос функционирует на основании цикла Карно – повышения температуры при резком сжатии теплоносителя. Поскольку устройства имеют 3 рабочих контура (2 – наружных, 1 – внутренний), конденсатор, испаритель и компрессор, схему их действия можно представить так:

1. Теплоноситель первого контура (находится в воде, на воздухе, в земле) забирает тепло и источников с низкими потенциалами. Максимальная температура узла около 6 градусов.
2. Низкотемпературный носитель с низкой температурой находится во внутреннем контуре. Хладагент при нагреве испаряется, его пар в компрессоре сжимается. В этот момент выделяется тепло. Температура паров – от 35 до 65 градусов.
3. Тепло в конденсаторе попадает на теплоноситель из контура отопления. Пары становятся конденсатом и направляются в испаритель.

Цикл работы теплонасоса постоянно повторяется.

Самоделка вполне реальна, если у вас имеются рабочие детали от бытовой техники.

Для подготовки конденсатора и компрессора понадобится:

1. Сделать компрессор насоса из компрессора холодильника либо кондиционера. Деталь фиксируют мягкой подвеской на стене котельной.
2. Сделать конденсатор. Оптимальный вариант – резервуар из нержавейки на 100 л.
3. Разрезать емкость болгаркой пополам, а потом вставить змеевик (медная трубка холодильника или кондиционера).
4. После монтажа змеевика сварить половинки бака.

Для качественного шва пользуйтесь аргоновой сваркой.

Испаритель изготавливается на основе пластикового бака на 75-80 л со змеевиком из медной трубы ¾ дюйма в диаметре. Она обматывается вокруг стальной трубы 300-400 мм в диаметре. Витки фиксируются перфоуглом.

На змеевике нарезается резьба для сцепки с трубопроводом. В установку закачивается хладагент, после чего испаритель крепится на стену.

Оптимальным источником для данных альтернативных способов получения тепла и электроэнергии будет вода из скважины либо колодца. Жидкость не замерзает даже в зимнее время.

Понадобится 2 скважины:

• для забора воды и ее подачи к испарителю;
• для сброса отработанной воды и ее поступления на испаритель.

Самостоятельное изготовление солнечных панелей

Солнечные установки – альтернатива традиционному электричеству, которая в готовом виде стоит дорого. При собственноручной сборке можно снизить себестоимость конструкции в 3-4 раза. Перед началом создания солнечной панели нужно понять принцип ее функционала.

Для представления принципа работы стоит начать с конструкции. Устройство солнечных энергоисточников включает:

• солнечную панель – комплекс узлов преобразования солнечного света в электронный поток;
• АКБ – в системе их несколько, количество зависит от мощности потребителей;
• контроллер заряда – обеспечивает нормальную зарядку АКБ без перезарядки;
• инвертор – трансформирует ток низкого напряжения с батарей в ток высокого напряжения (для дома хватит 3-5 кВт).

Солнечные батареи по отдельности производят токи с низким напряжением (около 18-21 В), чего хватает для зарядки аккумулятора на 12 вольт.

Сборка батареи производится из модульных фотоэлементов. В одном бытовом модуле находится 30, 36 и 72 элемента. Они соединяются последовательно с источником питания, максимальное напряжение которого – 50 В.

Для корпусной части понадобятся деревянные брусья, ДВП, оргстекло и фанера. Дно бокса вырезается из фанеры и вставляется в рамку из брусков 25 мм в толщину. По периметру рамы проделываются отверстия. Для предотвращения перегрева элементов шаг сверления должен составлять 15-20 см.

Из ДВП канцелярским ножом вырезается подложка из ДВП с вентиляционными отверстиями. Их изготавливают по квадратно-гнездовой схеме с отступом на 5 см. Затем:

1. Элементы укладываются верхней частью на подложку и распаиваются.
2. Соединения производятся последовательно, порядово.
3. Готовые ряды присоединяют на шины, проводящие ток.
4. Элементы переворачивают и крепят в посадочном месте силиконом.
5. Проверяют параметры напряжения на выходе. Его диапазон составляет от 18 до 20 В.
6. 2-3 дня производят обкатку батареи для тестирования заряжающей способности.
7. По окончании проверки стыки герметизируют.

Покрасьте и просушите подложку 2 раза.

После проверки функционирования собирают солнечную панель:

1. Выводят контакты входа и выхода наружу.
2. Вырезают крышку из оргстекла и фиксируют ее саморезами на заранее проделанные отверстия.
3. При использовании диодной цепи из 36 диодов с напряжением 12 В с детали снимают краску ацетоном.
4. В пластиковой панели проделываются отверстия, вставляют и распаиваются диоды.

На последнем этапе выполняется монтаж и ориентирование солнечной панели для облегчения доступа обслуживания и эффективности получения энергии.

Промышленные модификации могут вращаться самостоятельно. Бытовые устройства необходимо выставлять по нескольким параметрам:

• Удаление от затененных участков – дерево или высокий дом рядом сделают работу прибора неэффективной.
• Ориентир на солнечную сторону. Жители северного полушария ориентируют конструкцию на юг, южного – на север.
• Угол наклона – привязывается к географической широте участка. Летом солнечную панель лучше наклонять на 30 градусов к линии горизонта, зимой – на 70 градусов.
• Наличие доступа для обслуживания – уборки пыли, грязи, налипшего снега.

Устройство и использование ветрогенераторов

Конструкция ветрогенератора состоит из двух основных частей. Механическая часть состоит из столба, к которому крепится вертушка. Столб ставят как можно дальше от дома. Подвижная часть представляет собой лопасти, прикрепленные к цилиндру, внутри которого имеется шарикоподшипниковый механизм. Он обеспечивает вращение. Интенсивность оборотов влияет на количество тока, который будет вырабатывать вся конструкция.

Вторая часть – это генератор. Его можно приобрести в электротехническом магазине.

Основная задача правильно совместить две части изделия, для его правильной работы.

После сборки устанавливать конструкцию нужно в тех местах, где потоки воздуха смогут крутить лопасти максимально быстро и долго. Иначе эффективность будет низкой.

По типу конструкции ветрогенераторы могут быть:

• Горизонтальные – крыльчатые.
• Вертикальные – карусельного типа.

Конструкция обуславливает следующий принцип действия альтернативного механизма:

1. Лопасти колеса вращаются под действием ветра.
2. Вращение передает на ротор двигателя крутящий момент. Сам вал находится внутри конструкции. Между лопастями и валом расположен редуктор, который способен преобразовать малое количество вращений в большее – для того, чтобы увеличить мощность.
3. Далее располагается инвертор. Он преобразует механическое движение в электрический ток.
4. Завершает всю конструкцию аккумулятор, который собирает полученное электричество и доставляет его в дом.

Особенности ветрогенераторов

Источники ветровой электроэнергии работают по принципу преобразования кинетической энергии в механическую, а затем – в переменный ток. Электричество можно получить при минимальной скорости ветрового потока от 2 м/с. Оптимальной является скорость ветра от 5 до 8 м/с.

По типу крепления ротора существуют модификации:

• Горизонтальные – отличаются минимальным количеством материалов для изготовления и большим КПД. Минусы прибора заключаются в высокой монтажной мачте и сложности механической части.
• Вертикальные – работают в большом диапазоне ветровой скорости. Специфика генератора – необходимость дополнительной фиксации мотора.

По количеству лопастей существуют одно- или многолопастные модели. По материалу лопасти классифицируются на парусные и жесткие. Винтовой шаг установки бывает изменяемым (можно выставить рабочую скорость) и фиксируемым.

Готовый ветряной генератор состоит из таких частей:

• вышка – ставится в ветреной зоне;
• лопастный генератор;
• контроллер лопастей – преобразует переменный ток в постоянный;
• инвертор – трансформирует постоянный ток в переменный;
• накопительный аккумулятор;
• резервуар для воды.

Накопительная АКБ сглаживает разницу в сезон ветров и период штиля.

Поскольку комплект для сборки ветрогенератора стоит от 250 до 300 тыс. руб, конструкцию целесообразно сделать собственноручно. Понадобится генератор автомобиля и аккумуляторная батарея.

Лопасти обеспечивают работу других устройств ветряка. Самостоятельно их можно изготовить из ткани, металла или пластиковой трубы следующим образом:

1. Выбрать материал с хорошей ветроустойчивостью – толщиной от 4 см.
2. Рассчитать длину лопасти так, что диаметр трубы равнялся 1/5.
3. Обрезать трубу и применять ее в качестве шаблонов.
4. Пройтись по краям всех элементов наждачкой для удаления неровностей.
5. Зафиксировать пластиковые лопасти на диске из алюминия.
6. Произвести балансировку колеса посредством фиксирования в горизонтальном положении.
7. Обточить края ветрового колеса при вращении.

Проект изготовления мачты нужно начать с выбора материала. Понадобится стальная труба длиной 7 м и диаметром 150-200 м. При наличии препятствий колесо поднимается выше их на 1 м.

Для дополнительной устойчивости конструкции изготавливаются колышки под растяжку из стального или оцинкованного троса 6-8 мм в толщину. Мачту и колышки нужно забетонировать.

Процесс переделки автогенератора заключается в перемотке старторного узла и создании ротора на основе неодимовых магнитов. В приборе просверливаются отверстия под них. Магниты нужно ставить, чередуя полюса и заполнять пустоты эпоксидкой.

Ротор оборачивается бумагой для перемотки катушки в одном направлении по трехфазной схеме. На последнем этапе генератор тестируется – при 300 оборотах должно показывать 30 В.

Чем больше витков на катушке, тем эффективнее работает генератор.

Альтернативные ветровые источники тепла и электрической энергии собираются после изготовления поворотной оси. Понадобится труба с двумя подшипниками и хвостовая часть из оцинкованного листа 1,2 мм в толщину.

Генератор крепится к мачте посредством рамы их профтрубы. Расстояние от балки до лопастей должно быть больше 25 см. После сборки базовой конструкции монтируются контроллер заряда, инвертор и АКБ.

Как сделать ветрогенератор?

Вертикальные ветрогенераторы просты в конструкции. Их легко смастерить для использования в частных домах, причем можно выполнить это своими руками. Данный вид альтернативного источника бладают высокой эффективностью, КПД и надежностью эксплуатации.

Вертикальное расположение ветряка у дома позволяет лучше улавливать потоки ветра и не переживать за устойчивость всей конструкции.

Альтернативное ветроколесо имеет лопасти, насаженные на конус или цилиндр. Подшипник будет вращать их на валу, далее идет редуктор и генератор электрического тока. Включить в цепь не получится напрямую. Необходимо далее трансформировать энергию в переменный ток.

При сборке и установке альтернативного вертикального ветряка выбирают любое место рядом с домом для расположения всей конструкции. Профиль лопастной конструкции позволяет получать высокий коэффициент полезного действия.

У горизонтального конструктивного решения ветряка необходимо предусмотреть высокий шест. Лопасти располагают как можно выше.

Обоим типам понадобится АКБ.

Использовать в доме альтернативные источники энергии – выгодно и надежно. Применяют как один из видов, так и сразу несколько с учетом погодных и климатических условий.

Биогазовые установки

Органическая альтернативная электроэнергия добывается с помощью биогазовых систем. Устройства позволяют перерабатывать отходы домашней птицы и животных. Получивший газ проходит очищение и сушку, а затем применяется в качестве теплоносителя. Остаточные массы будут эффективным и безопасным удобрением для грунта.

Принцип технологии

Газы образуются при брожении биологических отходов животных и птиц. Оптимальной будет анаэробная среда без доступа кислорода. В ней повышается активность мезофильные и термофильные бактерии. Для эффективности процесса массу понадобится перемешивать рукой, используя палку или механическими мешалками.

Простейший биореактор – емкость с крышкой и механизмом перемешивания. В крышке проделывается отверстие для шланга отвода газа. Его количества будет достаточно для 1-2 горелок.

Подземный или надземный бункер увеличивает полезный объем. Конструкция под землей изготавливается из железобетона с верхним слоем теплоизоляции. Емкость делится на отсеки. Навоз загружают в транспортер, заполняя бункер на 80-85 %. Остальная площадь используется для скопления газа. Он выводится через специальную трубку, второй конец которой находится в гидрозатворе. После осушения очищенный газ поступает в дом.