Как использовать альтернативные источники энергии для частного дома? Какие виды нетрадиционной энергетики бывают?

Традиционная энергетика основана на тепловых и атомных станциях, а также на гидроэлектростанциях, что существенно вредит природе, опасно для окружающей среды и человека.

Шагом в будущее признаются альтернативные источники энергии, которые не требуют расходования полезных ископаемых и основаны на экологически чистых принципах работы. В них максимально задействованы нескончаемые возобновляемые природные энергетические запасы.

Откуда можно получать энергию?

Альтернативными энергетическими источниками признаются технологии и устройства, чей принцип действия не основывается на сжигании полезных ископаемых и иных традиционных способах, но которые позволяют получить электрическую энергию или другой, необходимый вид энергии – механическую, тепловую.

Основная цель такой энергетики – независимость от углеводородного топлива, исключение риска истощения залежей полезных ископаемых, исключение вредных выбросов в атмосферу и снижение парникового эффекта.

Где спрятаны огромные энергетические ресурсы нашей планеты? Обращают на себя внимание неисчерпаемые природные возможности:

1. Солнечная энергия. Она способна нагревать, освещать, служить катализатором химических реакций, вызывать фотоэффект. Возникает задача рационально преобразовывать солнечную энергию в необходимые виды и накапливать энергию для круглосуточного использования.
2. Ветер. Он имеет большой энергетический потенциал, который способен вращать специальные конструкции, способные генерировать электроэнергию.
3. Энергия Земли. Огромные запасы тепла хранят в себе недра нашей планеты. Геотермальные источники могут стать поставщиком необходимой тепловой или электрической энергии при правильном использовании.
4. Энергия воды. ГЭС давно служат человечеству, но они требуют перекрывания русла рек плотинами, что вносит заметный вклад в изменение природы. Неисчерпаемые энергетические возможности обнаруживают приливно-отливные морские процессы, которые иногда приносят только беды человеку. Если эту энергию использовать для вращения турбин, то можно обеспечить себя электроэнергией.
5. Биологическая энергия. В процессе гниения биологических масс (навоз, элементы растений, погибшие организмы) выделяется газ, основу которого составляет метан. Этот биогаз можно задействовать для выработки электричества и обогрева. Данная технология позволяет использовать отходы животноводства с большой пользой. На базе биомассы уже создается жидкое (биодизель, этанол) и твердое (биобрикеты и пеллеты) топливо.
6. Природный температурный градиент. Перепад температур, возникающий в естественных условиях, с пользой используется в тепловых насосах.

Виды источников

Как можно использовать альтернативные источники? При правильном подходе можно получить такие виды энергии:

• Электроэнергия. Альтернативная энергия дает возможность создания электрических аккумуляторов, строительства тепловых и гидроэлектростанций.
• Тепловая энергия. Обогрев домов, теплиц, производственных сооружений можно осуществлять непосредственно от природных источников, что уже находит широкое применение.
• Транспорт. Биотопливо способно приводить в движение двигатели транспортных средств. Если в настоящее время такой подход больше похож на эксперимент, то в будущем у него отмечаются хорошие перспективы.
• Механическая энергия. С древних времен вода приводила в движение жернова мельниц. При современной технике альтернативные источники способны двигать конструкции самого разного назначения.

Использование солнечного излучения

Энергия солнца может преобразовываться в электрическую и тепловую энергию. Для этого используются фотоэлектрические и термодинамические способности солнечных лучей. На первом механизме основывается принцип действия солнечных батарей, в которых с помощью фотоэлектрических преобразователей энергия фотонов трансформируется в электричество.

Термодинамика солнечного источника задействована в коллекторах, которые способны накапливать тепловую энергию, вырабатываемую под воздействием солнечных лучей.

Основной недостаток солнечной энергетики связан с зависимостью излучения от времени суток, сезона и погодных условий. Для бесперебойной работы такого источника возникает необходимость аккумулирования энергии в период максимальной излучательной интенсивности.

[stextbox id=’warning’]Строительство солнечных электростанций и ТЭЦ должно учитывать климатические и метеорологические особенности региона.[/stextbox]

Солнечные батареи

Солнечная батарея или фотоэлектрический генератор представляет собой комплект моделей в виде двухслойного полупроводникового элемента, в котором происходит преобразование световой энергии в электрическую за счет фотоэффекта.

Современные фотоэлементы имеют достаточный срок службы и просты в обслуживании. Они накапливают энергию в течение всего времени попадания на них солнечных лучей, а затем постепенно отдают ее в виде электрического тока беспрерывно (пока хватает запасов). Так обеспечивается их работа и в темное время суток.

[stextbox id=’alert’]Важно. Для бесперебойной работы батарей должна обеспечиваться достаточная продолжительность светлого времени суток. Кроме того, их нельзя нагревать выше 110-120 ºС, а для устранения влияния осадков надо установить наклонно (примерно под углом 45º).[/stextbox]

К преимуществу солнечных батарей относится экологическая чистота, возможность выработки энергии в труднодоступных местах (даже в космосе). Недостатки связаны с малой суммарной мощностью установок и высокой стоимостью солнечных электростанций.

Солнечные коллекторы

Солнечный коллектор представляет собой устройство, преобразующее солнечное излучение в тепловую энергию.

Принцип их действия основан на нагревании теплоносителя, с последующим направлением тепловой энергии на отопление или выработку электричества (теплоэлектростанция).

Выделяются несколько типов таких устройств.

Воздушные

Это наиболее простой вариант рассматриваемой системы. В основе конструкции закладывается пластина из материала с высокой теплопроводностью, которая покрыта прозрачным, теплоизоляционным слоем.

Солнечные лучи проходят через защитный слой, разогревая базовый элемент. Далее тепло передается на конвектор, где потоком воздуха направляется на обогрев помещения или тепловой электрогенератор.

Главный недостаток – работа только в светлое время суток, а потому воздушные коллекторы обычно совмещаются с ТЭНами, что позволяет существенно экономить электроэнергию.

Плоские

Их задача нагреть теплоноситель. В конструкцию устройства входит поглотитель солнечной энергии, трубопровод и термоизоляция. Поглотитель часто делается из стекла с определенным содержанием металла. Внутри установки он соединяется с трубопроводом, по которому пропускается теплоноситель.

Нагреваемый трубопровод может выполняться в решетчатой или серпантиноообразной форме и изготавливается из металла с повышенной теплопроводностью (медь, алюминий).

Трубчатые или вакуумные

Основу конструкции составляют 2 трубки из стекла боросиликатного типа, которые вставлены друг в друга. Внутренняя трубка выполняется с покрытием веществом с повышенным теплопоглощением. В межтрубном пространстве обеспечивается вакуум.

Теплоноситель циркулирует по центральному каналу. Такая конструкция обеспечивает достаточно высокий КПД и возможность работы при морозе. Даже при повышенной облачности такой коллектор будет работать за счет поглощения инфракрасных лучей.

Ветрогенераторы

Ветроэнергетика начинает широко внедряться во многих странах мира, чему способствует экологичность таких систем и огромная сила ветра. Он помогает привести в движение лопасти ветрогенераторов, с помощью которых механическая энергия ветра преобразуется в электричество.

Такая установка включает двигатель с ветряным приводом, электрогенератор, автоматическую систему регулировки и контроля, а также конструкцию, позволяющую поднять установку на оптимальную высоту.

Основу привода двигателя составляет многолопастные элементы, которые раскручиваются в потоке ветра – пропеллеры, «ромашки», роторы вертикального типа и т.п. Различаются горизонтальные и вертикальные устройства, различающиеся расположением оси вращения турбины.

Наибольшее распространение находит система с горизонтальной осью и трехлопастным пропеллером, установленным в вертикальной плоскости. Она способна работать даже при небольшом ветре.

Каждый ветрогенератор имеет небольшую мощность, а потому для создания электростанции требуется достаточно большое количество установок, что требует больших площадей. Эксплуатация такой станции возможна только при наличии ветра, а ее эффективность зависит от силы ветра.

Полная зависимость в этом отношении от природы составляет важный недостаток ветрогенераторов. К плюсам надо отнести то обстоятельство, что ветер дует практически везде, а значит вырабатывать электроэнергию для небольшого потребителя можно в любом месте.

Энергия Земли, воды и воздуха

Известный закон физики гласит, что тепловой поток всегда устремляется от теплой среды к более холодной.

Именно этот механизм и закладывается в установках для обогрева помещений. Задачу отбора энергии у окружающей среды решают тепловые насосы.

По своей сути, тепловой насос представляет собой установку, которая способна использовать природную энергию для получения тепла или холода в зависимости от назначения.

Устройство можно применить для обогрева помещения, в качестве кондиционера или нагревателя воды.

Принцип действия теплового насоса основан на наличии температурного градиента, обеспечивающего тепловой поток. Он реализуется за счет хладагента, испаряющегося при нагревании. Процесс испарения происходит в камере с пониженной температурой и давлением. При перемещении хладагента в камеру с повышенным значением указанных параметров, он отдает полученная извне тепло.

Установка содержит такие элементы, как компрессор, капиллярную трубку, испарительную и конденсаторную камеру. Все устройство во многом похоже на обычный бытовой холодильник и работает за счет перемещения хладагента внутри замкнутой системы.

Как обогреть помещение?

На практике задействованы разные альтернативные источники. Исходя из способа отбора энергии, выделяются тепловые насосы таких типов:

1. Воздушный тип. По своей конструкции он аналогичен кондиционеру, забирающему энергию из окружающего воздуха. Главное отличие – тепловой насос имеет гораздо большую мощность по сравнению с обычными сплит-системами. Он имеет очень высокую эффективность при температуре воздуха выше 25-28 ºС. Основной недостаток – существенное снижение КПД при опускании температуры ниже 12 ºС.
2. Система «вода-вода». Источником тепла становятся естественные водоемы, грунтовые или сточные воды. На глубине, где вода не замерзает, температура не опускается ниже 4-6 ºС, что дает возможность задействовать тепловой насос. Испарительный контур устройства можно расположить на дне реки, озера, колодца. В подземных водах температура не падает ниже 7-10 ºС, что вполне достаточно для обеспечения работы испарительной камеры.
3. Система «воздух-вода». В этой установке энергия берется из окружающего воздуха, а в качестве теплоносителя используется вода, которая циркулирует в отопительной системе. Данный тепловой насос достаточно эффективен при температуре воздуха выше 12-14 ºС.
4. Система «земля-вода». Установка работает аналогично предыдущему варианту, но испарительная камера размещается под землей.

[stextbox id=’warning’]Справка. Несмотря на то, что требуются затраты на электроэнергию, питающую компрессор, тепловые насосы достаточно эффективны. На каждый 1 кВт затраченной электроэнергии можно получить до 5-6 кВт тепловой энергии. Использование электрогенератора мощностью не более 3-4 кВт позволяет обогреть дом площадью более 280 м².[/stextbox]

Биогазовые установки

Биогазовые установки основываются на использовании анаэробного брожения. В результате разложения биологической массы выделяется смесь газов, основу которой составляет метан. Его вполне можно считать аналогом природного газа, который используется, как топливо для тепловых электрогенераторов.

Технология

Технология получения биогаза базируется на введении определенных бактерий, которые активизируют процесс брожения. В качестве сырья можно использовать практически любые билогические отходы – остатки пищи, отходы животноводческих и птицеводческих ферм, опавшую листву, траву, водоросли и т.п.

Биогаз (биометан) можно использовать для получения электрического тока, обогрева помещения, нагрева воды, использовать в качестве автомобильного топлива.

Принцип работы

Выработка газа обеспечивается в биогазовых установках. Основу их конструкции составляет реактор в виде герметичной емкости с искусственным подогревом, без доступа воздуха. В него периодически загружается биологическое сырье и запускаются полезные бактерии.

Подогрев массы производится до 34-38 ºС. Выделяемый газ направляется в накопитель – газгольдер. После очистки через систему фильтров он поступает в газовый котел или газовый электрогенератор.

Преимуществом биоэнергетики является использование вторичного сырья и возможность утилизации отходов с большой пользой. Недостатки ее аналогичны проблемам, возникающим в электростанциях, работающих на природном газе. Прежде всего, выделяется риск парниковых эффектов.

Новаторские идеи для частного дома

Популярность экологически чистой альтернативной энергетики требует совершенствования способов ее осуществления. Можно выделить такие технологии, которые направлены в будущее

1. АэроГЭС. Принцип действия основан на получении конденсата из облаков, тумана, влажной атмосферы. Уже запущены такие опытные установки.
2. Энергия грозы. Перед учеными ставится задача поимки разряда молний и направления его в линии электросетей.
3. Водород. Это один из самых распространенных химических элементов и его активное использование в энергетике может вызвать настоящую революцию. На стадии разработки находятся водородные двигатели и установки для получения биоводорода.
4. Биогаз второго поколения. Более эффективные и чистые составы получаются путем современных пиролизных технологий. Уже сейчас на опытных установках получается метанол, этанол, биодизель.
5. Космическая энергетика. Получение электричества с помощью фотоэлементов в космосе с последующей передачей его путем микроволнового излучения сейчас кажется фантастикой. Однако перспективы у такого направления огромны.

Заботы о состоянии атмосферы и всей планеты в целом, а также ожидание исчерпания запасов углеводородного топлива заставляет всерьез относиться к альтернативной энергетике.

Запасы энергии в природе неисчерпаемы. Важно найти наиболее оптимальный подход и выбрать лучший, эффективный вариант получения необходимой энергии.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Новые материалы и технологии для строительства частных домов[/stextbox]

Полезные видео

Посмотрите реальный проект по внедрению альтернативных источников энергии в частном доме, характеристики, свойства и цены:
[yvideo number=»p_vTgDpNh6M»]
Обеспечение полной энергонезависимости частного дома солнечными фотомодулями (панелями) и ветрогенератором, как происходила установка, какой объем вырабатываемой энергии, смотрим:
[yvideo number=»vy-Zx2D4Yzk»]
Нетрадиционная энергетика своими руками, как добывают бесплатную энергию самостоятельно, смотрим:
[yvideo number=»24VYop0Hc5w»]