Как альтернативные источники энергии помогают получать тепло и электричество

Содержание

1. Что нужно для получения энергии?
2. Технологические и эксплуатационные достоинства альтернативных источников энергии
3. Экономические преимущества
4. Технические преимущества
5. Типы солнечных электростанций
6. Что такое солнечный контроллер?
7. Как выбрать солнечные панели?
8. Мой выбор солнечной электростанции
9. Что даёт солнечная электростанция?
10. Начинаю собирать
11. Эксплуатация гибридной солнечной электростанции
12. Виды альтернативных источников энергии
13. Использование альтернативных источников энергии – солнце и ветер
14. Вода и тепло Земли на службе человека
15. Биотопливо – альтернатива бензину
16. Развитие альтернативных источников энергии
17. Классификация альтернативных источников энергии
18. Энергия ветра
19. Энергия солнца
20. Геотермальная энергетика
21. Биологические источники
22. Другие виды альтернативной энергетики
23. Проектирование домов с альтернативными источниками энергии
24. Плюсы и минусы использования
25. Использование солнечной энергии
26. Солнечные батареи
27. Солнечные коллекторы
28. Плоские пластиковые
29. Трубчатые коллекторы
30. Воздушные коллекторы
31. Как соорудить генератор свободной энергии своими руками?
32. Схема генератора
33. Магнитный генератор
34. С самозапиткой
35. Генераторы Теслы
36. Как получить энергию из эфира своими руками?
37. Что можно использовать в частном доме
38. Солнечные панели
39. Солнечные коллекторы
40. Ветрогенераторы
41. Тепловые насосы
42. Производство биогаза
43. Мини гидроэлектростанция
44. Прочие возможности
45. Что можно сделать своими руками
46. Самостоятельное изготовление солнечных панелей
47. Как работает система солнечного электроснабжения
48. Создание солнечной батареи
49. Правила монтажа солнечной панели
50. Особенности ветрогенераторов
51. Виды ветряных генераторов
52. Конструкция ветрогенератора
53. Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины
54. Отопление дома при помощи тепловых насосов
55. Разновидности тепловых насосов
56. Как работает тепловой насос
57. Тепловой насос из подручных материалов
58. Получение тепла из других альтернативных источников
59. Отходы в доходы: биогазовые установки
60. Коротко о технологии
61. Немного о конструкциях
62. Заключение

Что нужно для получения энергии?

Труба отопления, температурой от 50 градусов.
— Крепление на трубу – сделал сам из различного хлама.
— Алюминиевая фольга.
— Элемент пельтье – aliexpress
— Повышающий преобразователь USB — aliexpress
— Радиатор – aliexpress
— Нагрузка – светодиодный фонарь – aliexpress

Технологические и эксплуатационные достоинства альтернативных источников энергии

Так ли необходимы в частном доме подобные системы, если до нынешнего времени удавалось справляться и с эксплуатацией традиционных, хотя и внушающих опасение своим техническим состоянием, ЛЭП?В этом вопросе свою компетентность демонстрируют специалисты компании ИнноваСтрой, проводящие инженерные работы в частных домах, в том числе — и устройство альтернативных энергосистем.

Насколько эффективным и, главное, — необходимым, может оказаться альтернативный источник энергии для дома, можно судить по описанию его эксплуатационных достоинств:

• Полная энергонезависимость от центральных линий электроснабжения;
• Возможность своевременно устранять аварийные ситуации и малозначительные неполадки;
• Возможность контролировать функциональной всех конструктивных элементов альтернативной системы;
• Отсутствие ограничений в определении номинальной мощности;
• Отсутствие критических перепадов в потребительской сети электроснабжения;
• Минимизация рисков выхода из строя бытовых приборов вследствие нарушения рабочих параметров в сети;
• Контроль безопасности при использовании альтернативных источников;
• Свободный выбор функционального оборудования с учетом бюджетных приоритетов и технологических параметров.

Последний пункт обычно представляет наибольший интерес для тех, кто решился установить у себя альтернативный источник энергии для дома.

Экономические преимущества

Финансовые достоинства альтернативных источников проявляется, прежде всего, в возможности выбирать систему энергоснабжения в доступном ценовом диапазоне, в зависимости от типа используемых топливных ресурсов, технических характеристик, авторитетности бренда производителя и прочих условий.

При этом домовладелец не несет дополнительных издержек, характерных для централизованных сетей, включающих затраты на содержание и ремонт центральной магистрали — он покупает только то оборудование, которое будет обеспечивать энергией только его дом.

• Еще один финансовый нюанс — это регулярные платежи. При наличии собственного альтернативного источника нет необходимости оплачивать ежемесячные коммунальные издержки, совершенно необоснованно завышенные.
• В список экономических преимуществ нужно добавить возможность снизить затраты на монтажные работы, так как они ограничиваются только пределами дома и двора.
• И наконец, главное достоинство — это низкая стоимость эксплуатации оборудования для альтернативных систем энергообеспечения дома.

Как следствие всех этих приоритетов — очень быстрая окупаемость таких энергетических источников. Если сюда добавить возможность внесения изменений в проект частного дома , и невысокую стоимость таких работ в компании ИнноваСтрой, то приоритетность альтернативных источников станет совершенно очевидной.

Технические преимущества

Главное техническое достоинство состоит в том, что альтернативный источник энергии для дома позволяет регулировать и контролировать эксплуатационные характеристики по усмотрению хозяина дома.Еще один очевидный «плюс» в том, что владелец оборудования всегда может отключить его за ненадобностью — при длительном отсутствии, например.

Обслуживание источников альтернативной энергетики — еще одно преимущество. Плановый технический осмотр зависит только от ответственности и желания домовладельца. При этом не нужно планировать день, чтобы подстраиваться под визит бригады из центральной службы электросетей.Если понадобится заменить оборудование — это тоже в силах и в возможностях самого владельца. Полная энергетическая независимость с ее техническими возможностями, которую предоставляют альтернативные источники энергии в частном доме, — это еще и независимость от государственных служб, контролирующих органов, и их не всегда компетентных действий.

Типы солнечных электростанций

Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности. То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моем доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.
Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счету, их всего три, но бывают вариации. Расположу, по росту стоимости каждой системы.
Сетевая Солнечная Электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220В/380В в доме и потребляется домашними энергосистемами. Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети, солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества. Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети, работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счетчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счетчик посчитает, как потребленную, и за нее еще придется заплатить. Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.
Гибридная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции сочетает в себе достоинства сетевой и автономной электростанции. Состоит из 4 элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор. Основа всего – это гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергии подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритезации потребляемой энергии. В идеале, дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при ее недостатке, добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасенной в аккумуляторах. Таким образом, даже если электроэнергию отключат на продолжительное время и будет пасмурный день (или электричество отключат ночью), в доме всё будет функционировать. Но что делать, если электричества нет вообще, а жить как-то надо? Тут я перехожу к третьему типу электростанции.
Автономная Солнечная Электростанция – этот тип электростанции позволяет жить полностью независимо от внешних электросетей. Она может включать в себя больше 4 стандартных элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, АКБ, инвертор.
Дополнительно к этому, а иногда вместо солнечных панелей, может быть установлена ГидроЭлектроСтанция малой мощности, ветряная электростанция, генератор (дизельный, газовый или бензиновый). Как правило, на таких объектах присутствует генератор, поскольку может не быть солнца и ветра, а запас энергии в аккумуляторах не бесконечен – в этом случае генератор запускается и обеспечивает энергией весь объект, попутно заряжая АКБ. Такая электростанция легко трансформируется в гибридную, при подключении внешней электросети, если инвертор обладает этими функциями. Основное отличие автономного инвертора от гибридного – это то, что он не умеет подмешивать энергию от солнечных панелей к энергии из внешней сети. При этом гибридный инвертор, наоборот, умеет работать в качестве автономного, если внешняя сеть будет отключена. Как правило, гибридные инверторы соразмерны по цене с полностью автономными, а если и отличаются, то несущественно.

Что такое солнечный контроллер?

Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту. Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечной электростанции, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут запросы в комментариях.
Солнечный контроллер – это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12В. И АКБ изготавливаются кратно 12В, так уж повелось. Простые системы на 1-2 кВт мощности работают от 12В. Производительные системы на 2-3 кВт уже функционируют от 24В, а мощные системы на 4-5 кВт и более работают на 48В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.
Итак, допустим у нас есть система на 48В и солнечные панели на 36В (панель собрана кратно 3х12В). Как получить искомые 48В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой. Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передает в АКБ. Это упрощенно. Есть контроллеры, которые могут со 150-200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.
Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ – Широтно-Импульсная Модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking – отслеживание точки максимальной мощности). Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT – контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно бОльшим КПД, но и стоят дороже.

Как выбрать солнечные панели?

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус. Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели. Но и это не всё. Каждая солнечная батарея – это четырехслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-пленка, солнечный элемент, герметизирующая пленка. И вот тут каждый этап крайне важен. Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии. От прозрачности EVA-пленки зависит, сколько энергии попадет на элемент и сколько энергии выработает панель. Если пленка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадет.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам, в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте, элемент будет греться и быстрее выйдет из строя. Ну и финишная пленка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей, очень быстро на элементы попадет влага, начнется коррозия и панель также выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны – это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику. А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний. Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория – это Калифорнийская Энергетическая Комиссия, а вторая лаборатория Европейская – TUV. Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае, присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Мой выбор солнечной электростанции

Перед покупкой стоит очертить круг задач, которые ставятся перед солнечной электростанцией, чтобы не заплатить за ненужное и не переплатить за неиспользуемое. Тут я перейду к практике, как и что делал я сам. Для начала, цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до 8 часов. Возможны отключения как раз в месяц, так и подряд несколько дней. Задача: обеспечить дом электроснабжением в круглосуточном режиме с некоторым ограничением потребления на период отключения внешней сети. При этом, основные системы безопасности и жизнеобеспечения должны функционировать, то есть: должны работать насосная станция, система видеонаблюдения и сигнализации, роутер, сервер и вся сетевая инфраструктура, освещение и компьютеры, холодильник. Вторично: телевизоры, развлекательные системы, электроинструмент (газонокосилка, триммер, насос для полива огорода). Можно отключить: бойлер, электрочайник, утюг и прочие греющие и много потребляющие устройства, работа которых сиюминутно не важна. Чайник можно вскипятить на газовой плите, а погладить позже.
Как правило, солнечную электростанцию можно купить в одном месте. Продавцы солнечных панелей также продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск отталкиваясь от солнечных батарей. Один из солидных брендов – TopRay Solar. О них есть хорошие отзывы и реальный опыт эксплуатации в России, в частности, в Краснодарском крае, где знают толк в солнце. В РФ есть официальный дистрибьютор и дилеры по регионам, на вышеозначенных сайтах с лабораториями для проверки солнечных панелей этот бренд присутствует и далеко не на последних местах, то есть можно брать. Кроме того, фирма-продавец солнечных панелей TopRay, также занимается собственным производством контроллеров и электроники для дорожной инфраструктуры: системы управления трафиком, светодиодные светофоры, мигающие знаки, солнечные контроллеры и прочее. Ради любопытства даже напросился на их производство – вполне технологично и даже есть девушки, которые знают, с какой стороны подходить к паяльнику. Бывает же!

Со своим списком хотелок я обратился к ним и попросил собрать мне пару комплектаций: подороже и подешевле для моего дома. Мне задали ряд уточняющих вопросов насчет резервируемой мощности, наличия потребителей, максимальной и постоянной потребляемой мощности. Последнее вообще оказалось для меня неожиданным: дом в режиме энергосбережения, когда работают только системы видеонаблюдения, охраны, связь с инетом и сетевая инфраструктура, потребляет 300-350 Вт. То есть даже если дома никто не пользуется электричеством, на внутренние нужды уходит до 215 кВт*ч в месяц. Вот тут и задумаешься над проведением энергетического аудита. И начнешь выключать из розеток зарядки, телевизоры и приставки, которые в режиме ожидания потребляют по чуть-чуть, а набегает прилично.
Не буду томить, остановился я на более дешевой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов. Список оборудования получился следующим:

1. Солнечная батарея TopRay Solar 280 Вт Моно – 9 шт
2. Однофазный Гибридный инвертор на 5 кВт InfiniSolar V-5K-48 – 1 шт
3. Аккумулятор AGM Парус HML-12-100 – 4 шт

Советуем к прочтению:   Камин с водяным отоплением водяная рубашка для камина, схема отопления частного дома печью с котлом

Дополнительно, мне было предложено приобрести профессиональную систему крепления солнечных панелей на крышу, но я, посмотрев фотографии, решил обойтись самодельными креплениями и тоже сэкономить. Но я решил собирать систему сам и не жалел сил и времени, а монтажники работают с этими системами постоянно и гарантируют быстрый и качественный результат. Так что решайте сами: с заводскими креплениями работать гораздо приятнее и проще, а моё решение просто дешевле.

Что даёт солнечная электростанция?

Этот комплект может выдать до 5 кВт мощности в автономном режиме – именно такой мощности я выбрал однофазный инвертор. Если докупить такой же инвертор и модуль сопряжения к нему, то можно нарастить мощность до 5кВт+5кВт=10 кВт на фазу. Или можно сделать трехфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим. Инвертор высокочастотный, а потому достаточно легкий (порядка 15 кг) и занимает немного места – легко монтируется на стену. В него уже встроено 2 MPPT-контроллера мощностью 2,5 кВт каждый, то есть я могу добавить еще столько же панелей без покупки дополнительного оборудования.
Солнечных панелей у меня на 2520 Вт по шильдику, но из-за неоптимального угла установки они выдают меньше – максимум я видел 2400 Вт. Оптимальный угол – это перпендикулярно солнцу, что в наших широтах составляет примерно 45 градусов к горизонту. У меня панели установлены под 30 градусов.

Сборка АКБ составляет 100А*ч 48В, то есть запасено 4,8 кВт*ч, но забирать энергию полностью крайне нежелательно, поскольку тогда их ресурс заметно сокращается. Желательно разряжать такие АКБ не более, чем на 50%. Это литий-железофосфатные или литий-титанатные можно заряжать и разряжать глубоко и большими токами, а свинцово-кислотные, будь то жидкостные, гелевые или AGM лучше не насиловать. Итак, у меня есть половина емкости, а это 2,4 кВт*ч, то есть порядка 8 часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем и еще останется половина емкости АКБ на аварийный режим. Утром уже встанет солнце и начнет заряжать АКБ, параллельно обеспечивая дом энергией. То есть дом может функционировать и автономно в таком режиме, если снизить энергопотребление и погода будет хорошей. Для полной автономии можно было бы добавить еще аккумуляторов и генератор. Ведь зимой солнца совсем мало и без генератора будет не обойтись.

Начинаю собирать

Перед покупкой и сборкой необходимо просчитать всю систему, чтобы не ошибиться с расположением всех систем и прокладкой кабелей. От солнечных панелей до инвертора у меня порядка 25-30 метров и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 кв.мм, так как по ним будет передаваться напряжение до 100В и ток 25-30А. Такой запас по сечению был выбран, чтобы минимизировать потери на проводе и максимально доставить энергию до приборов. Сами солнечные панели я монтировал на самодельные направляющие из алюминиевых уголков и притягивал их самодельными же креплениями. Чтобы панель не сползала вниз, на алюминиевом уголке напротив каждой панели смотрит вверх пара 30мм болтов, и они являются своеобразным «крючком» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.

Солнечные панели были собраны в три блока по 3 панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115В без нагрузки и снизить ток, а значит можно выбрать провода меньшего сечения. Блоки между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения – называются MC4. Их же я использовал для подключения проводов к солнечному контроллеру, так как они обеспечивают надежный контакт и быстрое замыканиеразмыкание цепи для обслуживания.

Далее переходим к монтажу в доме. АКБ предварительно заряжены «умной» автомобильной зарядкой, чтобы выровнять напряжение и подключены последовательно для обеспечения напряжения 48В. Далее, они подключены к инвертору кабелем с сечением 25 мм кв. Кстати, во время первого подключения АКБ к инвертору будет заметная искра на контактах. Если вы не спутали полярность, то всё нормально – в инверторе установлены довольно емкие конденсаторы и они начинают заряжаться в момент подключения к аккумуляторам. Максимальная мощность инвертора – 5000 Вт, а значит ток, который может проходить по проводу от АКБ будет составлять 100-110А. Выбранного кабеля хватает для безопасной эксплуатации. После подключения АКБ, можно подключать внешнюю сеть и нагрузку дома. К клеммным колодкам цепляются провода: фаза, ноль, заземление. Тут всё просто и наглядно, но если для вас починить розетку небезопасно, то подключение этой системы лучше доверить опытным электромонтажникам. Ну и последним элементом подключаю солнечные панели: тут тоже надо быть внимательным и не перепутать полярность. При мощности в 2,5 кВт и неправильном подключении, солнечный контроллер сгорит моментально. Да что там говорить: при такой мощности, от солнечных панелей можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора. Здоровья это солнечным панелям не добавит, но мощь солнца действительно велика. Так как я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность просто невозможно при первоначальном правильном монтаже.

Всё подключено, один щелчок выключателя и инвертор переходит в режим настройки: тут надо выставить тип АКБ, режим работы, зарядные токи и прочее. Для этого есть вполне понятная инструкция и если вы можете справиться с настройкой роутера, то настройка инвертора тоже не будет очень сложной. Надо только знать параметры АКБ и правильно их настроить, чтобы они прослужили как можно дольше. После этого, хм… После этого наступает самое интересное.

Эксплуатация гибридной солнечной электростанции

После запуска солнечной электростанции, я и моя семья пересмотрели многие привычки. Например, если раньше стирка или посудомоечная машина запускались после 23 часов, когда работал ночной тариф в электросетях, то теперь эти энергозатратные работы перенесены на день, потому что стиралка потребляет 500-2100 Вт во время работы, посудомоечная машина потребляет 400-2100 Вт. Почему такой разброс? Потому что насосы и моторы потребляют немного, а вот нагреватели воды крайне прожорливы. Гладить оказалось тоже «выгоднее» и приятнее днем: в комнате гораздо светлее, а энергия солнца полностью покрывает потребление утюга. На скриншоте продемонстрирован график выработки энергии солнечной электростанцией. Хорошо виден утренний пик, когда работала стиральная машинка и потребляла много энергии – эта энергия была выработана солнечными панелями.

Первые дни я по несколько раз подходил к инвертору, взглянуть на экран выработки и потребления. После поставил утилиту на домашний сервер, который в реальном времени отображает режим работы инвертора и все параметры электросети. К примеру, на скриншоте видно, что дом потребляет больше 2 кВт энергии (пункт AC output active power) и вся эта энергия заимствуется от солнечных батарей (пункт PV1 input power). То есть инвертор, работая в гибридном режиме с приоритетом питания от солнца, полностью покрывает энергопотребление приборов за счет солнца. Это ли не счастье? Каждый день в таблице появлялся новый столбик выработки энергии и это не могло не радовать. А когда во всей деревне отключили электричество, я узнал об этом только по писку инвертора, который оповещал о работе в автономном режиме. Для всего дома это означало только одно: живем как прежде, пока соседи ходят за водой с ведрами.
Но есть в наличии дома солнечной электростанции и нюансы:

1. Я начал замечать, что птицы любят солнечные панели и, пролетая над ними, не могут сдержаться от счастья наличия технологичного оборудования в деревне. То есть иногда всё же солнечные панели надо мыть от следов и пыли. Думаю, что при установке под 45 градусов, все следы просто смывались бы дождями. Выработка от нескольких птичьих следов вообще не падает, но если затенена часть панели, то падение выработки становится ощутимым. Это я заметил, когда солнце пошло к закату и тень от крыши начала накрывать панели одну за другой. То есть лучше располагать панели вдали от всех конструкций, способных их затенить. Но даже вечером, при рассеянном свете, панели выдавали несколько сотен ватт.
2. При большой мощности солнечных панелей и подкачке от 700 Ватт и более, инвертор включает вентиляторы активнее и их становится слышно, если дверь в техническое помещение открыта. Тут либо закрывать дверь, либо крепить инвертор на стену через демпфирующие прокладки. В принципе, ничего неожиданного: любая электроника греется при работе. Просто надо учитывать, что инвертор не стоит вешать там, где он может мешать звуком своей работы.
3. Фирменное приложение умеет отправлять оповещения по электронной почте или в SMS, если произошло какое-либо событие: включение/отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищенному 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы, вроде gmail.com или mail.ru работают по защищенному порту 465. То есть сейчас, фактически, оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.

Не сказать, что эти пункты как-то огорчают, ведь всегда надо стремиться к совершенству, но имеющаяся энергонезависимость того стоит.

Виды альтернативных источников энергии

В зависимости от возобновляемого ресурса современные источники энергии разделяются на несколько видов, которые определяют способы её преобразования и типы установок, предназначенных для этого. Рассмотрим кратко альтернативные источники энергии и их характеристики.

Настало время сделать правильный выбор в пользу использования неистощимых запасов солнечной, ветровой и прочей возобновляемой энергии

Использование альтернативных источников энергии – солнце и ветер

Преобразование энергии солнца при помощи специальных устройств позволяет получать тепло и электричество для дальнейшего использования. Электрическая энергия генерируется благодаря физическим процессам, которые происходят в кремниевых полупроводниках солнечных панелей под воздействием солнечных лучей, а тепловая – свойствам газов и жидкостей.

Пример альтернативного источника электроэнергии – солнечные батареи, установленные на воде, для экономии земляных площадей

Использование ветра в качестве альтернативного источника энергии основано на преобразовании силы воздушных потоков в электричество при помощи специальных генераторных установок. Ветрогенераторы имеют различную конструкцию и габариты, а также отличаются и по месту расположения. Ветер приводит в движение лопасти, которые, в свою очередь, вращают генератор, вырабатывающий электроэнергию.

Ветер, ветер, ты могуч…

Вода и тепло Земли на службе человека

Силу воды для получения электроэнергии человек научился использовать уже давно. Раньше для этого строились гидроэлектростанции, которые перекрывали реки, это были как небольшие, так и грандиозные сооружения. С развитием технологий конструкции гидроэлектростанций изменились, и теперь появилась возможность получать электричество не только за счёт силы речного потока, но и благодаря приливам морей и океанов (приливные станции). Вода падает на лопасти турбин, вращающих генератор, который вырабатывает электроэнергию, поступающую к потребителю.

Один из первых освоенных человеком видов АИЭ – гидроэлектростанции

В недрах нашей Земли скрыты огромные запасы тепла, которые позволяют заменить более дорогостоящие и «грязные» источники энергии. Это направление называется геотермальной энергетикой, в которой используют четыре основных вида теплоресурсов:

• поверхностное тепло земли;
• энергия пара и горячей воды, находящиеся у поверхности земли;
• тепло, сконцентрированное глубоко в недрах планеты;
• энергия магмы и тепла, скапливаемого под вулканами.

Внутреннее тело земли используется для отопления домов и производства электричества. Его запасы в 35 млрд раз превышают годовую потребность в энергии во всём мире. Первая геотермальная электростанция мощностью в 7,5 МВт была введена в Италии в 1916 году. На данный момент себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ТеоТЭС, практически равна той, что производится угольными ТЭС.

Геотермальная электростанция Хеллишейди в Исландии – хороший проект альтернативного источника электроэнергии

Биотопливо – альтернатива бензину

Биотопливо является альтернативным источником энергии, которая получается вследствие переработки органического сырья или отходов. Этот вид топлива может быть в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. В качестве твёрдого биотоплива используется дерево, брикеты и пеллеты из её отходов древесины или сельхозпродукции (лузга подсолнечника и гречихи, ореховая скорлупа и т.д.). Данное топливо используют для выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС.

Отходы деревоперерабатывающей промышленности можно использовать для производства биотоплива

Жидкое биотопливо получают путём переработки растительной массы определённых сельскохозяйственных культур и их отходов (солома) и используют в основном в качестве горючего для автомобилей. К этому виду экотоплива можно отнести:

• биоэтанол;
• биометанол;
• биобутанол;
• биодизель;
• диметиловый эфир.

Газообразное экотопливо бывает трёх видов: биогаз, биоводород и метан. Его получают посредством брожения биологической массы. Сырьё подвергается воздействию особых бактерий, которые разлагают биомассу, и вследствие этого вырабатывается газ.

Сырьё для получения биогаза

Развитие альтернативных источников энергии

По данным Минэнерго РФ, доля использования альтернативных источников энергии в России составляет всего лишь 1%. Планируется увеличить данный показатель к 2020 году до 4,5%, за счёт привлечения не только средств правительства Российской Федерации, но и частных предпринимателей. Развитие альтернативной энергетики имеет большой потенциал:

• ввиду малой заселённости морских и океанских побережий Камчатки, Чукотки, Сахалина и других территорий возможно развитие ветровой и приливной энергетики;
• актуально развитие солнечной энергетики, особенно в Ставропольском и Краснодарском крае, на Северном Кавказе, Дальнем Востоке и пр.

Способы генерирования электроэнергии в разных странах

К сожалению, альтернативная энергетика не является приоритетным направлением российской промышленности. Основной проблемой является финансирование подобных проектов. Иногда добыча угля и нефти обходится дешевле, чем строительство ветрогенераторных и солнечных электростанций.

Классификация альтернативных источников энергии

Пока традиционные методы требуют сжигания угля в объемах, измеряемых тоннами за одну минуту, прогрессивная часть человечества пытается найти выход из вполне прогнозируемого энергетического коллапса в доступных естественных ресурсах.Порывы ветра, энергия морских волн, невероятная мощность солнечного излучения и прочие факторы постепенно становятся на службу человека. Уже сейчас существует классификация самих источников альтернативной энергетики и, соответственно, — оборудования для комплектации проектов частных домов.

Энергия ветра

Приручить ветер людям удалось уже 40 лет назад, когда появились первые ветрогенераторы. В сегодняшних реалиях такие установки становятся не только актуальными и востребованными — в некоторых странах оснащение ветроэлектростанциями стало тенденцией для целых регионов. В Новой Зеландии существуют целые районы, потребляющие мощность энергии ветра.

В наших условиях такая тенденция пока не приобрела признаков такой актуальности и находится в стадии становления. Тем не менее, в некоторых частных домах уже появились ветряки, продуцирующие электроэнергию даже при слабом движении ветра — от 2 до 6 метров в секунду. В регионах с сильными порывами ветра достаточно установить мачту высотой до 15 метров, чтобы обеспечивать доступной электроэнергией несколько домов. Там, где таких ветров мало, используются более высокие мачты — до 30-45 метров с большим размахом лопастей и их численностью до 30 штук.

Советуем к прочтению:   Установка циркуляционного насоса – как установить насос на отопление

Поражает энергоэффективность и экономическая рентабельность этого типа альтернативной энергетики. Например, всего один ветрогенератор, продуцирующий 1 мВт энергии, способен за двадцатилетний период сэкономить 90 000 тонн нефти! Это же устройство избавит от необходимости сжечь за тот же период 30 тысяч тонн угля! При этом затраты на установку и эксплуатацию окупаются гораздо быстрее, чем при сооружении традиционных источников энергии.

Несколько омрачает эффективность источников с ветряной энергией необходимость использования аккумуляторов. При непостоянстве и разнице в силе ветра продуцирование электроэнергии этим источником нельзя назвать стабильным. Поэтому приходится накапливать ее излишки в аккумуляторных батареях. Недостаток этого метода в том, что стоимость самих аккумуляторов занимает 25-30% всего бюджета на оснащение этого альтернативного источника энергии. К тому же при частой эксплуатации аккумуляторы имеют непродолжительный период жизни.

Энергия солнца

Солнечные альтернативные источники энергии для частного дома более продуктивны и более прогрессивны в сравнении даже с ветрогенераторами. Гелиосистемы состоят из солнечных коллекторов, принимающих солнечную энергию и распределяющих ее, а также из системы аккумуляторов и емкости для теплоносителя.

Существует два типа гелиоустановок:

• С плоскими коллекторами;
• С вакуумными коллекторами.

В средней полосе более актуальны трубчатые вакуумные коллекторы.Эффективность гелиосистемы практически безгранична — по подсчетам ученых, на 1 квадратный метр попадает примерно 150-300 Вт солнечной энергии в сутки, что эквивалентной использованию 100 метров кубических газа или 100-120 литров дизельного топлива.Достоинством этой системы является том, что подобные альтернативные источники энергии для частного дома могут работать даже в пасмурную погоду, несмотря на отсутствие солнца.

Геотермальная энергетика

Использование энергии недр земли — еще одно перспективное направление в современной энергетике. Продуцирование энергии осуществляется с помощью специальных устройств — тепловых насосов. Перекачивая теплую подземную воду и охлаждая ее, такие насосы отбирают у нее тепловую энергию, преобразуя ее в электрическую энергию.

При этом они способны сами себя обеспечить электричеством для поддержания функциональности. Коэффициент расхода и производства электроэнергии составляет 1,6 единиц. Поэтому выделенной энергии вполне хватает на обеспечение потребительской сети и для работы самого насоса.Любопытно и то, что во время вырабатывания электроэнергии может одновременно происходить подогрев теплоносителя для отопительной системы за счет нагрева вращательных элементов в конструкции теплового насоса.

Биологические источники

Эту категорию представляют альтернативные источники энергии в частном доме, которые используют в качестве сырья биологические компоненты растительного или животного происхождения.

Например, для продуцирования биогаза разработаны автономные системы и целые производственные комплексы, работающие за счет выделения энергии из навоза, отходов растительности и даже древесных отходов.Наука обнаруживает все новые возможности использования биоресурсов для продуцирования энергии. Например, недавно начались исследования по аккумулированию солнечной энергии с участием обычных водорослей.Из сахарной свеклы можно вырабатывать биотопливо, на котором могли бы работать бензиновые или дизельные электрогенераторы. Аналогично такое альтернативное топливо вырабатывается и из рапса, сои и кукурузы.

Другие виды альтернативной энергетики

В последние годы интерес к использованию альтернативных источников энергии вырос, вследствие чего начали реализовываться проекты с использованием космических технологий — многочисленные спутники могут аккумулировать и передавать на землю энергию уже со стабильными характеристиками. Кроме того, в приморских регионах устанавливаются станции, вырабатывающие энергию за счет движения волн. Еще одно направление современной энергетики — получение электричества при разряде грозы.

Проектирование домов с альтернативными источниками энергии

Как видно, уже сейчас человечество имеет в своем распоряжении вполне реальные, эффективные, обладающие высокой продуктивностью современные источники альтернативной энергии для дома.

Задача проектировщиков, строителей и даже самого застройщика — в том, чтобы выбрать максимально выгодную альтернативную систему с учетом климатических условий, технических особенностей проекта, доступности того или иного источника.И только опытные и компетентные специалисты из профессионального штата сотрудников компании ИнноваСтрой могут наиболее рационально справиться с этой задачей. Ведь недостаточно просто спроектировать дом — необходимо оформить его ввод в эксплуатацию при наличии альтернативных источников энергии.

Да и сам проект необходимо подготовить таким образом, чтобы эти источники могли гармонично вписываться в общую концепцию стиля, и полностью соответствовали проектным нормативам, требованиям государственной стандартизации и соображениям безопасности.Узнать немного больше о принципах, классификации и методах альтернативных источников энергии можно из предлагаемых видеоматериалов, размещенных ниже:

Плюсы и минусы использования

Как у каждого конкретного источника энергии, вне зависимости от того, к какому типу он относится, традиционному или альтернативному, свойственны относящееся именно к нему достоинства и недостатки использования.

Кроме этого, в каждой группе энергоресурсов свойственны общие плисы и минусы. Для альтернативных источников, к таковым относятся:

• Плюсами использования являются:
• Возобновляемость альтернативных источников энергии;
• Экологическая безопасность;
• Доступность и возможность использования в широком спектре применения;
• Низкая себестоимость энергии, получаемой в результате преобразования.
• Минусы использования:
• Высокая стоимость оборудования и значительные материальные затраты на этапах строительства и монтажа;
• Низкий КПД установок;
• Зависимость от внешних факторов, как-то: погодные условия, сила ветра и т.д.;
• Относительно не большая установленная мощность генерирующих установок, за исключением гидроэлектростанций.

Использование солнечной энергии

Один из самых мощных альтернативных источников энергии для дома — солнечное излучение. Для преобразования солнечной энергии есть два типа установок:

• солнечные батареи вырабатывают электрический ток;
• солнечные коллекторы греют воду.От солнечной энергии можно греть воду или получать электрический ток

Не стоит думать что работают установки только не юге и только летом. Хорошо они работают и зимой. В ясную погоду при выпавшем снеге выработка энергии только немного ниже летней. Если в вашем регионе большое количество ясных дней, использовать подобную технологию можно.

Солнечные батареи

Солнечные батареи собирают из фотоэлектрических преобразователей, которые изготавливают на базе минералов, которые под действием солнечного света испускают электроны — вырабатывают электрический ток. Для частного применения используются кремниевые фотопреобразователи. По своей структуре они бывают монокристаллическими (сделаны из одного кристалла) и поликристаллическими (много кристаллов). Монокристаллические имеют более высокий КПД (13-25% в зависимости от качества)  и более продолжительный срок службы, но стоят дороже. Поликристаллические вырабатывают меньше электроэнергии (9-15%) и быстрее выходят из строя, но имеют более низкую цену.

Это поликристаллический фотопреобразователь. Обращаться с ними надо аккуратно — они очень хрупкие (монокристаллические тоже, но не в такой степени)

Сборка солнечной батареи своими руками несложна. Сначала надо приобрести некоторое количество кремниевых фотоэлементов (количество зависит от требуемой мощности). Чаще всего их покупают на китайских торговых площадках типа АлиЭкспресс. Затем порядок действий прост:

• Сделать каркас (из деревянных планок или металлических уголков). Установить на него подложку. Прозрачную — стекло, оргстекло (монолитный поликарбонат) — если солнечная батарея будет висеть на окне, и непрозрачную (фанера, окрашенная в белый цвет), если устанавливать батарею будете не крыше.
• При помощи алюминиевых проводников соединить элементы в одну батарею (параллельно). Проводники могут быть сразу припаяны к пластинам (стоят чуть дороже) или придется покупать отдельно и затем паять самостоятельно.
• Готовую батарею надо загерметизировать. Заливают ее эпоксидной смолой или проклеивают специальной пленкой EVA. При герметизации необходимо следить чтобы не было пустот — воздушных пузырьков. Они очень сильно снижают производительность батареи, потому выгоняем их тщательно.Это уже готовая солнечная батарея

Несколько слов о том, почему подложку для солнечной панели (батареи) надо красить в белый цвет. Рабочий диапазон температур кремниевых пластин от — 40°C до +50°C. Работа при более высоких или низких температурах приводит к быстрому выходу элементов из строя. На крыше, летом, в закрытом объеме, температура может быть намного выше +50°C. Потому и необходим белый цвет — чтобы не перегреть кремний.

Солнечные коллекторы

При помощи солнечных коллекторов можно нагревать воду или воздух. Куда направлять нагретую солнцем воду — в краны для горячего водоснабжения или в систему отопления — выбираете вы сами. Только отопление будет низкотемпературным — для теплого пола, то что требуется. Но для того, чтобы температура в доме не зависела от погоды, систему требуется сделать резервируемой, чтобы при необходимости подключался другой источник тепла или котел переходил на другой источник энергии.

Наиболее распространенные трубчатые солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы есть трех видов: плоские, трубчатые и воздушные. Наиболее распространенные — трубчатые, но и другие тоже имеют право на существование.

Плоские пластиковые

Две панели — черная и прозрачная — соединены в один корпус. Между ними расположен медный трубопровод в виде змейки. От солнца нижняя темная панель нагревается. от нее греется медь, а от нее — проходящая по лабиринту вода. Такой способ использования альтернативных источников энергии не самый эффективный, но привлекателен тем, что он очень прост в исполнении. Таким образом можно нагревать воду в бассейне. Надо будет только зациклить ее подачу (при помощи циркуляционного насоса). Точно также можно подогревать воду в емкости для летнего душа или использовать ее для бытовых нужд. Недостаток подобных установок — низкая эффективность и производительность. Чтобы нагреть большой объем воды, нужно или много времени, или большое количество плоских коллекторов.

Плоский солнечный коллектор

Трубчатые коллекторы

Это стеклянные трубки — вакуумные или коаксиальные — по которым протекает вода. Специальная система позволяет по максимуму концентрировать в трубках тепло, которое передается протекающей через них воде.

Трубчатые коллекторы могут быть вакуумными и перьевыми

В системе обязательно есть накопительная емкость, в которой вода и греется. Циркуляция воды в системе обеспечивается насосом. Такие системы самостоятельно не сделать — стеклянные трубки сделать своими руками проблематично и это — главный недостаток. Вместе с высокой ценой он сдерживает широкое внедрение этого источника энергии для дома. А сама система очень эффективна, на «ура» справляется с нагревом воды для ГВС и вносит приличный вклад в отопление.

Схема организации отопления и ГВС за счет альтернативных источников энергии — с использованием солнечных коллекторов

Воздушные коллекторы

В нашей стране они встречаются очень редко и зря. Они просты, их легко можно сделать своими руками. Единственный минус — требуется большая площадь: могут занимать всю южную (восточную, юго-восточную) стену. Система очень похожа на плоские коллекторы — черная нижняя панель, прозрачная верхняя, но греют они напрямую воздух, который принудительно (вентилятором) или естественным путем направляется в помещение. Несмотря на кажущуюся несерьезность, таким способом можно на протяжении светового дня греть небольшие помещения, в том числе и технические или подсобные: гаражи, дачи, сараи для живности.

Устройство возушного коллектора

Такой альтернативный источник энергии как солнце, дарит нам свое тепло, но большая его часть уходит «в никуда». Словить небольшую ее долю и использовать для личных нужд — вот задача, которую решают все эти приспособления.

Как соорудить генератор свободной энергии своими руками?

Генераторы создаются на основе следующих комплектующих и приспособлений:

• Элемент питания и резистор номиналом 2,2 КОМ. Его включать в чертёж обязательно.
• Ферритовое колечко любой магнитной проводимости.
• Конденсатор с ёмкостью 0,22 мкф, рассчитанный для напряжения до 250 Вольт.
• Толстая медная шина, чей диаметр — около 2 миллиметров. В дополнение берут тонкие медные провода в эмалевой изоляции, с диаметром 0,01 мм. Тогда и радиантные установки дают результат.
• Пластиковая или картонная трубка, чей диаметр составляет 1,5-2,5 сантиметра.
• Любой транзистор, обладающий подходящими параметрами. Хорошо, если в базовой комплектации, помимо генератора, будет присутствовать дополнительная инструкция. Иначе невозможно заняться реализацией практических схем генераторов свободной энергии с самозапиткой.

Интересно. В случае с дополнительными развязками между питающей и высоковольтной цепями применяют специальный входной фильтр. Можно не ставить такое приспособление, а подавать напряжение напрямую.

Для сборки можно использовать плату из стеклотекстолита, либо другое основание, обладающее похожими характеристиками. Главное — чтобы поверхность вмещала радиатор со всеми необходимыми приспособлениями. На пластиковой трубке наматывают обе катушки таким образом, чтобы одна размещалась внутри другой. Виток к витку наматывают высоковольтную обмотку, тоже расположенную внутри. Иногда этого требуют и самодельные импульсные безтопливные генераторы энергии.

Форма генерируемых импульсов обязательно проверяется на работоспособность, когда сборка закончена. Для этого берут осциллограф, цифровой или электронный. При настройке следует обращать внимание только на один важный параметр — наличие крутых фронтов, которыми отличается генерируемая последовательность прямоугольных контактов.

Вам это будет интересно  Определение мощности резистора
Безтопливные генераторы

Схема генератора

Минимальные мощности из любых устройств можно получить несколькими способами:

1. Атмосферный конденсат в качестве источника. Его можно использовать при создании трансгенератора.
2. Ферримагнитные сплавы.
3. Тёплая вода.
4. Через магниты. Условия для них нужны минимальные.

Но необходимо научиться управлять этим явлением, чтобы эффект был максимальным.

Схема свободной энергии

Магнитный генератор

Подача магнитного поля к электрической катушке — главный эффект, которого можно добиться при использовании такого устройства. Список основных компонентов выглядит следующим образом:

• Поддерживающая катушка, для регулировки электричества.
• Питающая катушка.
• Запирающая катушка.
• Пусковая катушка, необходимая и для бестопливных приборов.

Схема включает транзистор управления вместе с конденсатором, диодами, ограничительным резистором и нагрузкой.

Создание переменного магнитного потока — вопрос, при решении которого у владельцев устройств возникает больше всего вопросов. Рекомендуется монтировать два контура, у которых есть постоянные магниты. Тогда силовые линии организуются со встречным направлением.

С самозапиткой

Необходимо создать схему, которая подаёт на рабочее устройство основной поток электроэнергии. После этого генераторы переходят к автоколебательному режиму. Во внешнем питании они больше не нуждаются.

Такое устройство получило название «качера». Но правильное название — блокинг-генератор. Оно создаёт мощный электрический импульс.

Всего выделяют три основные группы блокинг-генераторов:

1. На полевых транзисторах, затвор у которых изолирован.
2. С основой в виде биполярных транзисторов.
3. С электронными лампами, такие конструкции тоже встречаются часто.

Энергия из эфира

Генераторы Теслы

Конструкция предполагает применение трансформатора, как высоковольтные аналоги. Принцип работы — примерно такой же, как и у обычных изделий. На выходе у этого приспособления образуются так называемые излишки энергии. Они значительно превосходят то, что потратилось при запуске устройства. Главное — выбрать правильную методику изготовления трансформатора, настроить приспособление на работу.

Как получить энергию из эфира своими руками?

Микроквантовые эфирные потоки у многих подобных генераторов — главные источники, откуда поступает энергия для генераторов. Системы можно пробовать подключать через конденсаторы, литиевые батарейки. Можно выбирать различные материалы в зависимости от показателей, которые они дают. Тогда и количество кВт будет разным.

Вам это будет интересно  Основы электроники для начинающих

Пока что свободная энергия — явление мало изученное на практике. Поэтому сохраняется много пробелов при конструировании генераторов. Только практические эксперименты помогают найти ответ на большинство вопросов. Но многие крупные производители электронных устройств уже заинтересованы в этом направлении.

Что можно использовать в частном доме

Получение энергии с помощью альтернативных источников возможно не только для компаний и государства. Существуют различные установки и приборы, помогающие вырабатывать электричество нетрадиционным путем. Альтернативные способы получения энергии помогают экономить на счетах и в случае аварийного отключения электричества не остаться без света.

Солнечные панели

Панели установлены на крыше

Солнечные панели помогут получить экологичную энергию для дома. Для покупки вам нужно рассчитать необходимую мощность и выбрать место для крепления. Покупка и установка фотоэлементов оправдана и окупается в будущем.

Солнечные коллекторы

Солнечные коллекторы нагреваются на солнце, направляют накопленное тепло к воде и нагревают ее. Таким образом, это устройство обеспечивает отопление и горячую воду в любой сезон.

Ветрогенераторы

Генераторы аккумулируют энергию, а впоследствии потребляется бытовыми приборами. Обычно устанавливают несколько устройств, которые попеременно включаются в случае аварийного отключения.

Советуем к прочтению:   Двухтрубная система отопления частного дома: сравнение схем

Тепловые насосы

Тепловые насосы в любое время года нагревают помещение до необходимой температуры. Большинство из них оборудованы обратной функцией — охлаждением, что будет кстати летом. В качестве источника может использоваться вода, ветер или тепло земли.

Производство биогаза

Домашнее производство биогаза позволяет заменить применение ископаемого топлива в быту на его более экологичный и дешевый аналог. Биогазовую установку можно купить или построить самостоятельно.

Мини гидроэлектростанция

Мини ГЭС — это небольшие станции, которые производят электричество для отдельного дома. Используют эту установку в качестве основного или резервного источника энергии. Портативные гидроэлектростанции — альтернатива для удаленных и труднодоступных районов.

Прочие возможности

Существуют и более редкие возможности, однако их дорого реализовывать. Например, инфракрасные излучатели для обогрева помещения. На мировом рынке можно встретить водородные котлы, обеспечивающие тепло за счет химических реакций между кислородом и водородом.

Что можно сделать своими руками

Альтернативная энергетика “своими руками” доступна каждому. Не нужно тратить много денег, чтобы экономить на счетах и при этом не вредить экологии. Изготовить можно практически все что угодно.

• Топливные брикеты из подручных материалов (например, бумага);
• Генератор ручной работы с ионистором;
• Генератор на бензине;
• Солнечная панель в смартфоне;
• Коллектор из поликарбоната;
• Небольшая версия ветрогенератора.

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.

Как работает система солнечного электроснабжения

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.

Создание солнечной батареи

Материалы для изготовления солнечной панели

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.

Для размера дна подсчитайте количество фотоэлементов и замеряйте каждый.

Сборка солнечной панели

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.

Подготовка панели к монтажу

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.

Правила монтажа солнечной панели

Подключение солнечной батареи

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 будет эффективным в случае прямой направленности лучей солнца на крышку.

Особенности ветрогенераторов

Вертикальный ветрогенератор

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.

Виды ветряных генераторов

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.

При строительстве ветровой установки обязательно создается и укрепляется фундамент.

Конструкция ветрогенератора

Конструкция ветрогенератора

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.

Изготовление тихоходного ветрогенератора из генератора машины

Создание ветрогенератора из автомобильного генератора

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.

Оптимальная схема лопастей – большое количество, но меньший размер.

Мачта должна быть надежной, прочной и не раскачиваться

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.

Отопление дома при помощи тепловых насосов

Отопление с помощью тепловых насосов

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.

Разновидности тепловых насосов

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.

Выбор источника тепла зависит от геологии местности и наличия препятствий для земляных мероприятий.

Как работает тепловой насос

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.

Тепловой насос из подручных материалов

Самодельный тепловой насос

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.

Для теплового насоса нужны две скважины

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.

Автономность теплового насоса обеспечат автоматические механизмы контроля движения теплоносителя по контурам отопления и давления фреона.

Получение тепла из других альтернативных источников

Наружный контур системы прямого теплообмена

При организации первого внешнего контура насоса понадобится эффективный тепловой источник:

• Кольцеобразные трубы в воде. Водоем без большой глубины промерзания или река обеспечивают эффективность технологии. Трубы закладываются под воду с помощью груза.
• Термальные поля. Трубы закапывают ниже промерзания почвы – снимается большой пласт грунта.
• Геотермальные источники. Пробуриваются скважины на большую глубину. В них заводятся контуры с теплоносителями.
• Забортный воздух. Тепло извлекается из вентиляционных шахт или ветканалов.

Минус теплового насоса – высокая стоимость и затраты на монтаж источников тепла.

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.

Заключение

По мнению специалистов, покупка и установка альтернативных источников энергии на сегодня остается лучшим объектом для инвестиций. Система окупается даже раньше расчетного времени, а для ветровых конструкций этот срок может быть уменьшен до нескольких месяцев. Кроме того, это отличный способ избавиться от зависимости от поставок электрической энергии сетевых компаний.

Источники

• https://SdelaySam-SvoimiRukami.ru/3732-besplatnaya-energiya-u-vas-doma.html
• https://innstroy.ru/enciklopedija-stroitelstva/alternativnye-istochniki-energii-dlya-doma
• https://habr.com/post/460457/
• https://HouseChief.ru/chto-takoe-alternativnye-istochniki-ehnergii.html
• https://kachestvolife.club/ekologiya/al-ternativnye-istochniki-energii-dlya-doma
• https://rusenergetics.ru/polezno-znat/svobodnaya-energiya-realno-rabotayuschie-skhemy
• https://cleanbin.ru/terms/alternative-energy
• https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/kakuyu-alternativnuyu-elektriku-mozhno-ispolzovat-v-chastnyx-domax/
• https://stroychik.ru/raznoe/alternativnaya-energiya
• https://bouw.ru/article/alternativnye-istochniki-energii-dlya-doma

Источник: akak7.ru