Альтернативные источники электроэнергии для частного дома: виды, преимущества и недостатки, интересные инженерные решения – "Строим Дом"

Содержание

Альтернативные источники энергии для дома

Для владельцев частных домов есть возможность значительно уменьшить счета за коммунальные услуги или вообще не пользоваться услугами поставщиков тепла, электроэнергии и газа. Можно даже обеспечить немалое хозяйство, а при желании и продавать излишки. Это реально и некоторыми уже проделано. Для этого используют альтернативные источники энергии.

Альтернативные источники энергии могут обеспечить все потребности

Содержание статьи

Откуда можно получать энергию и в каком виде

На самом деле энергия, в том или ином виде, в природе есть практически везде — солнце, ветер, вода, земля — везде есть энергия. Основная задача — извлечь ее оттуда. Этим человечество занимается уже не одну сотню лет и достигло неплохих результатов. На сегодняшний момент альтернативные источники энергии могут обеспечить дом теплом, электроэнергией, газом, теплой водой. Причем альтернативная энергетика не требует каких-то сверх навыков или сверх знаний. Все можно сделать для своего дома своими руками. Итак, что можно сделать:

Все альтернативные источники энергии способны полностью обеспечить потребности человека, но для этого требуются слишком большие капиталовложения или/и слишком большие площади. Потому разумнее делать комбинированную систему: получать энергию от альтернативных источников, а при недостатке «добирать» из централизованных сетей.

Использование солнечной энергии

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

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:

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.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии хороши тем, что они по большей части относятся к возобновляемым ресурсам. Самый вечный, наверное, ветер. Пока есть атмосфера и солнце, ветер тоже есть. Может какой-то непродолжительный период воздух и будет неподвижным, но очень недолго. Наши предки использовали энергию ветра в мельницах, а современный человек преобразует ее в электричество. Все что для этого требуется:

вышка, установленная в ветреном месте;
генератор с приделанными к нему лопастями;
накопительной батареи и системы распределения электрического тока.

Вышка строится любая, из любого материала. Накопительная батарея — аккумулятор, тут ничего не придумаешь, а куда подавать электричество — ваш выбор. Остается только сделать генератор. Его тоже можно купить уже готовым, но вполне можно сделать из двигателя от бытовой техники — стиральной машины, шуруповерта и т.п. Нужны будут неодимовые магниты и эпоксидная смола, токарный станок.

Схема обеспечения частного дома электричеством за счет альтернативных источников энергии (ветрогенератор и солнечные батареи)

На роторе мотора размечаем места под установку магнитов. Они должны находится на равном расстоянии друг от друга. Ротор выбранного мотора обтачиваем, формируя «посадочные места». Дно выемки должно иметь небольшой наклон, чтобы поверхность магнита была наклонена. В выточенные места на жидкие гвозди приклеиваются магниты, заливаются эпоксидной смолой. Поверхность затем наждачной бумагой доводится до гладкости. Далее надо приделать щетки, которые будут снимать ток. И все, можно собирать и запускать ветрогенератор.

Такие установки довольно эффективны, но их мощность зависит от многих факторов: интенсивности ветра, того, насколько правильно сделан генератор, насколько эффективно снимается разность потенциала щетками, от надежности электрических соединений и т.п.

Тепловые насосы для отопления дома

Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха

Принцип работы

Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.

Схема теплового насоса для использования альтернативных источников энергии

У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:

В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.

В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло

Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:

Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.
В воде сделать термальное поле проще всего
Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.
Большой объем земляных работ
Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, сделать буровую установку самостоятельно, но работа все равно нелегкая.
Со скважинами требуется меньше места
Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.
Самые компактные, но и самые нестабильные тепловые насосы, отбирающие тепло у воздуха

Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.

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.

Альтернативная энергия дома – 3 самых выгодных источника: как сделать своими руками

Стоимость электроэнергии в России постоянно растёт, например, в Иркутской области цена киловатта выросла в 3 раза за последние пять лет (с 0,38 до 1,11 р. за кВт). Это подвигает владельцев частных домов искать альтернативные источники энергии. В данной статье рассмотрим самые популярные решения: солнечные панели, тепловой насос и ветрогенератор.

Как сделать солнечные панели

В некоторых европейских странах с помощью солнечных панелей обеспечивается электроэнергия для небольших населенных пунктов.

Принцип работы

Принцип работы данного источника энергии основан на способности фотоэлементов преобразовывать энергию солнечного света в электрическую. Такие устройства состоят из:

Солнечных панелей. Представляют собой комплекс элементов, преобразующих поток электронов из поступающего солнечного света.
Аккумуляторов. Обычно устанавливается несколько батарей, особенно если речь идёт о большом доме. В процессе эксплуатации можно добавить дополнительных аккумуляторов.
Контроллеров. Такие устройства используются для обеспечения оптимальной зарядки аккумуляторов. Их функция заключается в предотвращении перегрева батарей в результате перезарядки.
Инверторов. Предназначение этих приборов заключается в преобразовании электрического тока. АКБ генерируют ток с низким напряжением, поэтому возникает необходимость в его преобразовании с помощью инверторов. Для частного использования достаточно мощности 3-5 кВт.

В батареях, предназначенных для использования в частных домах, применяются кремниевые фотоэлементы. Существует две разновидности данных элементов:

Поли-кристаллические. Весьма хрупкие, требуют максимально бережного обращения. Характеризуются низким КПД (10-15%), небольшим эксплуатационным периодом (до 20 лет). Единственное достоинство – дешевизна.

Наглядное отличие разновидностей фотоэлементов

Моно-кристаллические. Характеризуются надежностью, прочностью, продолжительным сроком службы (при правильной эксплуатации до 50 лет) и высоким КПД (25-30%). Единственный недостаток – относительно высокая стоимость.

Схема работы солнечных панелей

Экономика получения энергии из солнца у себя дома

В большинстве регионов Российской Федерации (кроме Ленинградской области и ещё некоторых субъектов на северо-западе) количество солнечных дней преобладает над пасмурными. Поэтому использование солнечной энергии в таких регионах рационально. При затратах на оборудование среднестатистического частного дома (80 кв.м.) в 100 т.р. они окупаются за 1-2 года.

Отличительная особенность таких источников энергии заключается в том, что они не способны выдавать высокого напряжения. В среднем (зависит от конкретной модели) одна солнечная батарея выдаёт напряжение 18-21 В. Такого тока хватает для подзарядки аккумулятора на 12 вольт. Инвертор, АКБ и контроллер необходимо приобретать готовыми, ибо это довольно сложные с технической точки зрения приборы. Солнечные панели можно изготовить самостоятельно. Как сделать такой альтернативный источник энергии своими руками мы расскажем далее.

Изготовление и сборка корпуса для панелей

Примерно так должен выглядеть корпус

Для создания корпуса солнечной панели понадобятся следующие материалы:

Бруски (размер произвольный, оптимальный 25х25 мм).
Фанера (или подобный листовой материал, например, OSB).
Оргстекло.
Силикон.
ДВП.

Из фанеры с помощью электролобзика (можно использовать ножовку, но лобзиком быстрее) вырезается днище корпуса. Размер выбирается, исходя из количества фотоэлементов и площади крыши.

Из брусков изготавливается рамка, в которую вставляются листы фанеры. По всему периметру конструкции с шагом 20-25 см сверлятся отверстия диаметром примерно 1 см. Они нужны для предотвращения перегрева конструкции при эксплуатации.

Сборка основных элементов

Из ДВП вырезается подложка по размеру корпуса, изготовленного ранее. После нарезки на листовом материале делаются вентиляционные отверстия с шагом 5-7 см. В конце корпус обрабатывается антисептиком (или специализированной пропиткой для дерева) и покрывается краской в два слоя. Такая мера нужна для предотвращения гниения древесины в результате постоянного воздействия ультрафиолетовых лучей и атмосферных осадков.

Фотоэлементы выкладываются на подложку из ДВП и производится распайка этих элементов последовательным соединением. Отдельные элементы соединяются в ряды, а затем несколько рядов объединяются в единую систему.

После спайки фотоэлементы необходимо перевернуть на другую сторону и зафиксировать силиконом. Затем с помощью мультиметра проверяется величина выходного напряжения. Оптимальное значение: 18-20 В.

Фотоэлементы в сборе

Следующий этап – тестирование. Собранные батареи подключаются на несколько дней. За этот промежуток проверяется их работоспособность. Убедившись в исправности системы, производится герметизация стыков.

Окончательная сборка системы

Первым делом все провода выводятся наружу, чтобы их можно было подключить к приборам. Из оргстекла (можно использовать обычный стеклорез) вырезается крышка. Она закрепляется к краям корпуса саморезами по металлу (у них шляпка больше, что обеспечивает большую прочность конструкции).

Солнечные элементы можно заменить на цепь из диодов типа Д223Б. Солнечная панель, с 36-ю такими диодами обеспечит напряжение около 12В. Перед сборкой конструкции необходимо удалить краску с диодов, замочив их в ацетоне. Далее размещается на пластиковой панели и производится распайка. Собранная конструкция помещается в прозрачный кожух, стыки обрабатываются герметиком.

Если мансардные перекрытия достаточно прочные, можно целиком покрыть крышу солнечными панелями.

Несколько важных правил

Чтобы обеспечить работоспособность изготовленной системы, учитывайте следующие параметры:

Солнечные батареи нельзя располагать в тени (от деревьев или построек), в противном случае она не будет оптимально функционировать. Учитывайте это при составлении чертежа.
Для обеспечения максимального КПД установки, фотоэлементы должны быть направлены в сторону солнца. Исходя из этого, в северном полушарии батареи необходимо направлять на юг, в южном полушарии на север.
Панель желательно размещать под углом, равным географической широте. В таком случае солнечные лучи будут попадать на панели под оптимальным углом.
Все элементы конструкции необходимо периодически чистить.

Оптимальное размещение пластин – на скатной крыше дома

Изготовление теплового насоса

Тепловые насосы обеспечивают отопление и горячую воду, используя грунт, воду и даже воздух.

Принцип работы и типология

Насосам необходимо электричество, следовательно, их нужно использовать в сочетании с другим источником энергии. Работают они на веществах вроде фреона. Их специфика заключается в закипании только при низких температурах. В газообразном состоянии, вещество начинает выдавать тепло. Установка состоит из трех частей: внутренний контур, внешний контур и контур насоса.

Внешний в основном закапывают в землю или опускают на дно водоема. Под воздействием внешних факторов циркулирующий фреон начинается нагреваться. Высокое давление насоса внешнего контура, превращает его в газообразное состояние. В итоге температура достигает 70С°.

Схема, наглядно объясняющая принцип работы теплового насоса.

Внутренний выполняет функцию распределителя, он разносит тепло, разогретое в насосе, по всему участку. Коллектор можно установить в любом удобном положении, как горизонтально, так и вертикально (иногда размеры участка не позволяют установить горизонтально).

Контур насоса опускают, в скважины на глубину 1-1,5 метра, предварительно пробурлив. Если же дом расположен подле озера, то прокладка теплообменника проходит в воде. Отлично подойдет компрессор от кондиционера. 120 л бак будет конденсатором. В бак устанавливается медный змеевик, он нужен для того, чтобы по нему циркулировал фреон. Важно чтобы стенки змеевика были толстыми не менее 1мм. Если проигнорировать данный параметр, то труба при намотке может подвергнуться деформации.

Благодаря такой конструкции, вода начинает прогреваться. Пластиковая бочка объемом в 130-140 литров подойдет для испарителя. В неё монтируется еще один змеевик, а соединять первый и второй бак будет компрессор.

ПВХ труба послужит патрубком испарителя. Он выполняет функцию регулировки жидкости. Испаритель погружают в водоём. Вода непосредственно начинает обтекать его и происходит реакция – испарение фреона. В конденсаторе образуется газ и подает тепло воде, в которой находится змеевик. Помещение начинает греться за счет циркуляции теплоносителя.

Важно знать

Чтобы добиться максимального КПД от используемого прибора, учитывайте эти простые правила:

Не обращайте внимания на температуру воды в источнике, главное ее стабильное присутствие.
Точные термодинамические расчеты являются гарантией, что система будет продуктивно работать
Правильная проектировка и грамотный монтаж насоса, избавят от многих проблем и обеспечат его стабильную работу.
Мощность является самым важным показателем отопительной конструкции. Исходя из этого, чем дороже составляющие части отопительной системы, тем выше мощность.

Типы тепловых насосов.

Идеальным условием считается любой водоем, расположенный на участке. Вариант насоса с использование воды, заметно сократит работы на земле. Эксплуатация насоса с использованием тепла земли, напротив, подразумевает немало земляных работ.

Экономика получения такой энергии

Главное отличие теплового насоса, от иных генераторов состоит в том, что до 70% энергии добывается из окружающей среды. Такая добыча энергии считается экологически чистой. Теперь рассмотрим вопрос об экономичности, сделать расчеты очень легко. Для начала посчитаем цену за 1кВт тепла, в определенном регионе.

Вот данные для расчета:

Сухие поленья — 4,000 кВт/кг.
Влажные поленья — 3,100 кВт/кг.
Антрацит — 5,900 кВт/кг.
Уголь- 3,050 кВт/кг.
Топливо- 11,900 кВт/кг.
Мазут — 11,000 кВт/кг.
Газ (природный) — 11,000 кВт/м3.
Газ (сжиженный)- 22,800 кВт/м3.

Собственно после подсчетов, надо принять существенное решение по эксплуатированию того или иного источника тепла.

Как сделать ветрогенератор

Прародителем таких устройств являются ветряные мельницы, которыми пользовались сотни лет назад. Они позволяют круглый год получать электроэнергию в любых количествах (в зависимости от мощности генератора и погодных условий).

Принцип работы

Стандартная схема работы ветрогенератора.

Ветрогенератор преобразовывает механическую энергию (получаемую за счет вращения генератора) в электроэнергию. На таком принципе основана работа, к примеру, ГЭС (только вместо ветра используется течение). Любой ветрогенератор состоит из:

Лопастей, вращающихся элементов, приводящих ротор в движение.
Генератора, вырабатывающего переменный ток.
Аккумуляторных батарей, служащих средством накопления и оптимизации вырабатываемой электроэнергии.
Контролера, призванного перерабатывать переменный ток в постоянный.
Инвертора, преобразовывающего постоянный ток в переменный, благодаря которому функционируют бытовые приборы.
Мачты, позволяющей поднимать лопасти на необходимую высоту.

Максимальная мощность системы зависит в большей степени от общей площади лопастей. Использование ветрогенераторов рентабельно только для регионов со среднегодовой скоростью ветра от 6 м/сек. Такие показатели имеют всего несколько субъектов РФ.

Среднегодовая скорость ветра в разных регионах РФ

Классификация ветрогенераторов

Существует несколько классификаций данных устройств:

По расположению оси: горизонтальные и вертикальные. Первые позволяют совершать автоматизированный поворот в целях поиск ветра. Вертикальные размещаются на земле, имеют меньший КПД, но более просты в обслуживании.
По количеству лопастей: одно-, двух-, трех- и многолопастные. Последняя разновидность предназначена для регионов с низкой среднегодовой скоростью ветра. Требует использование специального редуктора, что повышает себестоимость системы. Поэтому многолопастные ветрогенераторы применяются довольно редко.
По материалу, из которого изготовлены лопасти: парусные и жесткие. Первые более просты в изготовлении, при этом требуют регулярной замены в связи с низкой прочностью. Жесткие лопасти дороже, сложнее в изготовлении, но более долговечны.
По шагу винта: корректируемые и фиксируемые. Первый тип позволяет увеличить диапазон рабочих скоростей, имеет больший вес и крайне сложен в изготовлении. Фиксируемые генераторы проще и практичнее, поэтому они более популярны.

Далее мы рассмотрим, как сделать тихоходный ветрогенератор из использованного автомобильного генератора.

Создание ветрового колеса

Вариант изготовления лопастей из пластика.

Лопасти являются важнейшей частью ветронератора, так как они определяют работоспособность остальных элементов. Изготовить лопасти можно из подручных материалов: ткань, дерево, пластик, поликарбонат, металл и т.д.

Мы рассмотрим технологию изготовления из обычной канализационной ПВХ трубы. В пользу такого материала говорит его устойчивость к влаге, низкая стоимость и простота в обработке. Для изготовления лопастей делаем следующее:

Определяем необходимую длину лопасти. Оптимальный вариант – в 5 раз больше диаметра имеющейся трубы.
Распиливаем ножовкой по металлу или лобзиком трубу вдоль на 4 части. Одна из них в дальнейшем будет использована в качестве шаблона.
Обрабатываем края наждачной бумагой, убирая появившиеся в ходе резки заусеницы.
Закрепляем обработанные лопасти и генератора на алюминиевом диске.

Желательно использовать ПВХ трубу толщиной от 4 см – в таком случае лопасти будут выдерживать сильные порывы ветра. Не делайте лопасти слишком длинными – они менее прочными. Если требуется обеспечить электроснабжение для большого дома, лучше увеличить количество элементов, а не их размеры.

Изготовление мачты

Профессиональный ветрогенератор.

Как и в случае с лопастями, мачту можно изготовить из подручных средств. Мы рекомендуем воспользоваться стальной трубой диаметром не менее 15 см – такой материал достаточно прочен и прост в обработке. Минимальная длина мачты – 7 м.

Если на участке много построек или деревьев, то рекомендуется поднять колесо на 1-1,5 метра. В противном случае не будет обеспечено равномерное движение воздушных потоков. Фиксирующие колышки и мачту необходимо залить бетоном – это обеспечит их надежную фиксацию. В раствор обязательно добавлять арматуру (или другие ненужные металлические элементы).

Манипуляции с автомобильным генератором

Делаем следующее:

Просверливаем отверстия в генераторе, позволяющие зафиксировать магниты в полюсах ротора.
Устанавливаем магниты, чередуя полюса (плюс – минус – плюс и т.д.). Образовавшиеся пустоты заполняем эпоксидной смолой или подобным материалом. Ротор оборачиваем бумагой.
Перематываем катушку по трехфазной схеме, не меняя направление витков.

Подойдет генератор от любого автомобиля.

По завершению работ тестируем генератор. Оптимальный показатель: напряжение 25-30В при 300 об/мин. Если мощность получилась меньше, добавляем витков на катушке.

Шаг №4: завершение сборки конструкции

Поворотная ось генератора изготавливается из металлической трубы с двумя подшипниками, а хвостовая часть из оцинковки (минимальная толщина – 1,2 мм). Также создается рама, позволяющая закрепить генератор к мачте. Лучше использовать профильную трубу.

Важно: расстояние между мачтой и лопастью должно быть не менее 25 см.

Для обеспечения работоспособности системы дополнительно приобретается и устанавливается контроллер, инвертор и АКБ. Ёмкость батарей высчитывается исходя из мощности генератора, которая зависит от трёх факторов: габариты колеса, количество лопастей и среднегодовая скорость ветра.

Заключение

Задумались, какой метод альтернативного электроснабжения выбрать? Если вы живете в регионе с большим количеством ясных дней, оптимально воспользоваться солнечными батареями. Для субъектов со среднегодовой скоростью ветра от 6 м/сек рационально соорудить ветрогенератор. Тепловой насос мы посоветуем тем, у кого есть хотя бы минимальные инженерские навыки, так как подобное устройство сложно в изготовлении и обслуживании.

Альтернативная энергия для полного обеспечения частного дома

Взаимодействие систем

Альтернативные источники электроэнергии для дома имеют некоторые особенности работы. Например, когда светит солнце или дует ветер, соответствующие контроллеры заряжают аккумуляторы до напряжения 56 В. Если аккумуляторы уже заряжены, но выработка энергии продолжается (то есть еще светит солнце или дует ветер), то контроллеры отправляют вырабатываемую электроэнергию напрямую на ТЭНы, встроенные в буферную емкость, до разрядки аккумуляторов до 54В.

При разрядке аккумуляторов ниже 54 В вся вырабатываемая электроэнергия снова автоматически начинает подаваться на аккумуляторы для их зарядки. При достижении напряжения в них 56 В цикл повторяется.

Когда светит солнце (преимущественно в теплый период года) система солнечных коллекторов преобразует солнечную энергию в тепловую. Вырабатываемая тепловая энергия нагревает бойлер. Если температура воды в бойлере достигла 60°С, а тепловая энергия еще вырабатывается, то контролер солнечной системы перенаправляет подачу вырабатываемого тепла с бойлера на теплообменник буферной ёмкости, нагревая ее.

Пиролизный котел обеспечивает подогрев воды для радиаторного отопления и теплого пола. Также он нагревает воду в бойлере, если тепла, вырабатываемого солнечными коллекторами, не достаточно.

Таким образом любой избыток выработанной энергии будет аккумулироваться в том или ином виде, что в конечном счёте ускоряет окупаемость проекта, а сама система будет защищена от преждевременного износа (особенно это касается аккумуляторных батарей).

Мощность этих ТЭНов 4 кВт выбрана исходя из того что солнце и ветер совместно могут дать не более 4 кВт электоэнергии в час. Таким образом, ТЭНы нагревают воду в буферной емкости, которая, обладая большой теплоемкостью, может вместить большое количество теплоты и обеспечить непрерывное использование вырабатываемой энергии и максимальную эффективность установленного оборудования для производства электрической энергии.

Накопленная в буферной емкости теплота используется для производства горячей воды и поддержки системы комфортного теплого пола.

Все системы, потребляющие электроэнергию (система освещения, система кондиционирования и бытовые приборы в доме), берут ее из аккумуляторов, разряжая их. Напряжение 220 В на входе в дом обеспечивается инвертором.

Альтернативные источники энергии для частного дома

В наше время использование альтернативных источников энергии в личных целях становится все популярнее. Все чаще в проект частного дома архитекторами заложены инновационные энергетические приспособления. И это экономически грамотно. Неоднократные кропотливые просчеты доказывают, что такие виды энергии значительно экономят бюджеты домовладельцев. Они экологически дружественны и имеют высокую производительность.

Если Вы окончательно решили отказаться от центрального энергоснабжения и отдать предпочтение альтернативным энергоисточникам, тогда мы смело Вам поможем. Специалисты компании помогут подобрать приборы, рассчитают мощности, правильно все установят, и в результате нашего сотрудничества все инженерные системы будут работать в унисон. Ваш дом будет абсолютно автономным.

Что мы советуем использовать в частном доме из источников альтернативной энергии?

1. Солнечные фотомодули, электростанции или батареи. Они предназначены для выработки электроэнергии, используя солнечную энергию. Такие устройства бывают разной мощности. Например, для дома, площадь которого 350 кв.м таких модулей понадобится не более 12 штук. Их производительность в солнечный период (март-сентябрь) будет составлять 300-400 кВт\час, а в менее активный период – до 150. Все батареи подключаются к инверторной системе (примерная мощность 6 кВт) через зарядное устройство. Для накопления электроэнергии, под землей на глубине 3 метра устанавливаются аккумуляторы, емкостью 92 ампера\ час.
Солнечная батарея состоит из кристаллов, которые улавливают энергию. Бывают монокристаллические и поликристаллические. Моно – более долговечные, но капризны. Для их безупречной работы нужен постоянный поток солнечного света. Поликристаллические батареи подстраиваются под любые погодные условия.
2. Ветрогенератор. С его помощью получим еще один альтернативный источник питания. В нем энергия ветра преобразуется в электричество. Для частного дома достаточно мощности в 5 кВт при диаметре лопастей 6-7 метров. Высота мачты, на которой установлен улавливатель ветра, составляет 26-30 метров. При высокой активности ветра, производительность генератора – 450-600 кВт\час, в иной период – до 200 кВт.
Используя только солнечные батареи и ветрогенератор, Вы получите 700 кВт в час, этого будет предостаточно для работы всей домашней техники в полную мощность.
3. Котел на биотопливе. Такой котел обеспечит высокую эффективность вследствие сжигания древесины, гранулированного торфа или других биопродуктов. Загрузка топлива происходит один раз в сутки. При мощности котла 60 кВт его ресурса хватит для того, чтобы отопить жилой дом до 400 кв. м., а также дополнительные помещения – баню, сауну, зимний сад.
4. Солнечный коллектор. Этот альтернативный источник энергии преобразует энергию солнца в тепловую. Устанавливается на крыше частного дома. Используется для нагревания воды. Преобразованная электроэнергия накапливается в специальную буферную емкость или сразу используется бойлером для нагрева воды. В летний период, когда потребность в отоплении отпадает, энергия используется для нагрева воды до 60 градусов, затем контроллер направляет «лишнюю» тепловую энергию в буферную емкость, объемом 2000 литров. Такая емкость имеет теплообменник, мощностью 45 кВт. Тепловая энергия из буферной зоны летом используется только для подогрева полов в ванных комнатах.
5. Геотермальные тепловые насосы – еще один вид альтернативного источника тепла. С помощью такой техники используется энергия земли и воды. Летом такая система работает на охлаждение дома. Минусами в этом виде получения альтернативной энергии есть дороговизна оборудования, но последующая экономия на оплате коммунальных услуг покажется Вам более приятной. Для работы насоса необходим постоянный источник энергии.
6. Инфракрасное отопление – сегодня становится очень популярным альтернативным видом отопления. Такой вид обогрева дома экономичный и быстро монтируется. При монтаже теплого пола используют инфракрасную пленку. Кроме теплого пола часто в частном доме прокладывают систему «теплый плинтус».

Как же все это будет работать системно?

При монтаже системы отопления устанавливается котел на биотопливе, подключаются специально предназначенные для такого вида отопления радиаторы. Укладывается теплый пол, который работает от альтернативного источника энергии. Разводятся трубы по всему дому. Обязательно помним про буферную емкость и теплообменник.
Подогрев воды осуществляет бойлер с теплообменниками от солнечного коллектора и от котла.
Система кондиционирования дома также работает от альтернативного питания. Она автономна, с возможностью регулировки температуры в каждой комнате отдельно. Аналогичная ситуация и с вентилированием. Система вентиляции устанавливается с регуляторами влажности и очистки воздуха.
Энергия солнца, ветра или воды заряжает аккумуляторы до напряжения в них в размере 56 В. Если аккумуляторы заряжены, альтернативный источник направляет энергию в резервные емкости, а именно на ТЭНы. Их мощность 4 кВт. ТЭНы, в свою очередь, нагревают воду. Также накопленное тепло из буферной зоны идет на обогрев полов.

Привычными и уже давно используемыми альтернативными источниками получения тепла есть камины, печи, а также кондиционеры.

Применение альтернативного метода получения электроэнергии в частном доме – самое правильное решение. Вы получаете умный дом с минимальными энергопотерями. Для того, чтобы получить высокий коэффициент энергоэффективности в доме, специалисты компании неукоснительно правильно и согласно технологии спроектируют выбранный Вами инновационный альтернативный источник энергоснабжения, установят его и запустят бесперебойную работу всех систем жизнедеятельности Вашего дома.

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Такой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Смотреть далее: 10 самых красивых ветряных электростанций мира

Альтернативные источники энергии

В современном мире, с растущими показателями потребления и как следствие – ограниченными энергоресурсами, стремительные обороты набирает развитие технологий добычи энергии из альтернативных, возобновляемых источников. К таким источникам относятся, в первую очередь, солнечная и ветровая энергии, геотеримальное тепло, энергия морских волн и приливов.

Сегодня альтернативные источники энергии уже широко используются для решения проблем энергоснабжения не только в промышленных масштабах, но и в частном секторе. Доступность технологий получения энергии из неисчерпаемых источников позволяет строить энергонезависимые дома с экологически чистой инфраструктурой в удаленных районах и решать проблемы энергоснабжения уже существующих объектов.

Виды альтернативных источников энергии

Такие альтернативные источники энергии, как энергия солнечного света и ветра используются для энергоснабжения и нагрева воды, геотермальное тепло земли – для отопления и кондиционирования зданий. Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит при помощи фотоэлектрических пластин из кремния – самого распространенного элемента на планете. Солнечные батареи, на основе кремниевых пластин имеют продолжительный ресурс жизни – более 25 лет и, в зависимости от технологии производства, сохраняют до 80% своей эффективности в течении всего ресурса. Количество энергии, получаемой от солнечных батарей, различается и напрямую зависит от месторасположения и солнечной активности в различные сезоны года. Эффективность преобразования энергии у солнечных батарей достигает 20% и зависит от технологии их производства и чистоты кремния. Технология стремительно развивается и показатель эффективности постоянно растет.

Эксплуатация ветро-установок (ветрогенераторов) для получения электричества, целесообразна в районах с высоким значением средней скорости ветра или в периоды низкой солнечной активности. Эффективность преобразования энергии ветра не уступает эффективности гелиоустановок, но зависит от точки расположения объекта и корректно рассчитанного потенциала местности.

Широко используется для отопления зданий и геотермальное тепло земли. Тепловые насосы позволяют получать тепло окружающей среды: земли, воды или воздуха. В зимний период геотермальное тепло используется для отопления зданий, а в летние месяцы позволяет эффективно отводить тепло, производя кондиционирование.

Альтернативные источники энергии и выгоды их использования

Эффективность использования тех или иных альтернативных источников энергии напрямую зависит от региона, в котором необходима установка. Качественный мониторинг энергопотенциала позволяет определять наиболее подходящую технологию и рассчитывать ее окупаемость на годы вперед, а так же исключает ошибки связанные с региональными особенностями.

Конечно, первоначальную цену энергонезависимого дома, с экологически чистыми, возобновляемыми источниками энергоснабжения, сегодня нельзя назвать низкой, но по истечении двух – пяти лет эксплуатации альтернативные источники энергии полностью окупают свою стоимость и приносят ощутимую финансовую выгоду в течении многих лет. Не стоит забывать о экологичности альтернативных технологий добычи энергии. Солнечные, ветровые и гелиоустановки не производят вредных выбросов в атмосферу, не загрязняют воду и безопасны для человека.

Производство солнечных батарей набирает обороты

Нехватка ресурсов в удаленных регионах, в совокупности с быстрыми темпами развития технологии привело к ситуации, когда производство солнечных батарей быстро набирает обороты, а стоимость конечных изделий с каждым годом становится все более доступной для потребителей со средним уровнем доходов. И если вчера технология гелиоустановок была доступна лишь для космических программ, то уже сегодня мини-солнечные электростанции, как грибы после дождя, растут на крышах домов и садовых участках.

Альтернативные источники энергии для частного дома

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, почему год от года дорожает электроэнергия, газ, отопление и т.д. Это связано с тем, что для обеспечения наших квартир теплом, светом и газом применяются невозобновляемые источники энергии. А их количество с каждым годом снижается все больше и больше, а новых на их смену не приходит. Поэтому и становятся они дороже для человечества. Кроме того, все легкодоступные месторождения уже опустошены, а разработка тяжелодоступных требует больших капитальных затрат. Есть ли альтернатива традиционным источникам? Поговорим об этом в нашей статье.

Содержание:

Что такое альтернативный источник энергии
Солнечная энергия
Ветровая энергия
Биоэнергетика
Что такое «экодом»

Что такое альтернативный источник энергии

Альтернативный (или возобновляемый) источник – это неиссякаемый источник энергии на нашей планете.

К альтернативным источникам ученые относят:

энергию ветра;

Последняя в данное время относится к уже традиционным источникам энергии, но остается при этом возобновляемой.

Из всех вышеперечисленных источников энергии для отдельно взятого частного дома могут использоваться лишь некоторые, такие как солнечная энергия, ветровая и биоэнергетика. Рассмотрим более подробно каждый вид альтернативных источников энергии для частного дома.

Солнечная энергия

Солнечная энергия может быть направлена на систему отопления дома или на обеспечение домочадцев горячей водой. Аккумулировать и преобразовывать солнечную энергию в тепловую стало возможно с появлением первых гелоиустановок (солнечных батарей).

Гелиоустановки представляют собой систему тонкостенных трубочек, заполненных жидким веществом, способным нагреваться под воздействием солнца. От прямого нагрева жидкости получают горячую воду в частном доме. Иногда с их помощью можно прогреть помещение.
Что касается получения электричества посредством солнечной энергии, то в этом помогут солнечные батареи, способные преобразовывать тепловую энергию в электрическую.

Ветровая энергия

Ветровая энергия используется для генерирования электрического тока с помощью ветряков (или ветроустановок). Под воздействием постоянного потока воздуха происходит вращение лопастей ветряка, подсоединенных к преобразователю и аккумулятору электроэнергии.

Один ветряк вполне способен обеспечить коттедж электроэнергией, но при условии наличия постоянного ветра, что наблюдается далеко не в каждом регионе. Ветряки себя оправдывают в ветреных районах, где затруднена подача электроэнергии традиционным способом: высокогорье, остров, коса и т.д.

Биоэнергетика

Биоэнергетика сводится к потреблению продуктов растительного и животного происхождения для получения энергии.

Сюда относят:

Сжигание древесных пеллет и капсул.
Получение тепловой энергии за счет экзотермических процессов гниения продуктов животноводства.
Получение биогаза в результате разложения растительных и животных остатков.
Получение жидкого топлива за счет сжижения биогаза.

В условиях частного дома хорошо себя зарекомендовал первый способ получения тепловой энергии: сжигание древесных пеллет и капсул. Пеллеты и капсулы появляются в результате вторичное переработки древесных отходов, т.е. в данном случае энергия получается из отходов.

Существуют простейшие установки по изготовлению пеллет в домашних условиях, а также специальные печи, адаптированные под сжигание древесных пеллет и капсул.

Что такое «экодом»

В последнее время стало популярным понятие «экодом». Что же это за сооружение такое? Оно построено с учетом всех экологических факторов, влияющих на данное здание.

Такие дома оборудуются светлыми просторными помещениями, большие окна которых выходят на солнечную сторону. Это позволяет напрямую прогревать комнаты солнечной энергией без участия «посредников».

Но это возможно лишь в солнечную погоду, а в ненастье помогут солнечные коллекторы, установленные на крыше дома, которые способны аккумулировать энергию солнца, преображенную в электрическую.
Кроме того, эти дома расположены так, что с наветренной стороны не имеют окон, дверей и других проемов. Это позволяет дому экономить тепло, накопленное в помещении.
Нередко в таких домах устанавливаются ветряки. Но напомним, что их использование целесообразно лишь в ветреных районах.

Как видите, нет ничего сложного в том, чтобы заполучить альтернативные источники энергии в рамках отдельно взятого дома. Зато вы станете экономить на покупке традиционной энергии и будете обладать энергетической независимостью.

7 способов снабдить ваш дом возобновляемой энергией – Key Life Homes

Если вы не очень богаты, вы, вероятно, всегда ищете способы сэкономить пару долларов. Один из лучших способов сократить ежемесячные счета – это инвестировать в возобновляемые источники энергии. Не от силовой установки, а всего того, что можно напугать самому.

Использование возобновляемых источников энергии для питания вашего дома может снизить или полностью исключить ваши счета за коммунальные услуги, а налоговые льготы для установки возобновляемых источников энергии могут сделать их еще более рентабельными.Вот семь различных способов снабдить ваш дом возобновляемой энергией.

Крышные солнечные панели
Это, вероятно, наиболее распространенный и очевидный метод, если вы изучаете возобновляемые источники энергии. Солнечные панели обычно устанавливаются на вашей крыше, хотя вы также можете установить их у себя во дворе. В зависимости от вашей широты и ориентации панелей вы можете генерировать 10 или более ватт на квадратный фут. Типичный дом потребляет не менее киловатта энергии, поэтому нескольких квадратных футов солнечных панелей должно хватить для обеспечения большей части или всех ваших потребностей.

Если срок службы вашей нынешней крыши подходит к концу, вы также можете подумать об инвестициях в солнечную черепицу. В то время как стандартные солнечные панели на крыше устанавливаются поверх вашей нынешней крыши, солнечная черепица фактически заменяет вашу черепицу. SolarCity Илона Маска недавно объявила о плане начать производство солнечной черепицы, и другие компании, такие как SunTegra, производят ее в течение многих лет.

Конечно, одна большая слабость солнечной энергии в том, что она работает только тогда, когда солнце встало.Если вы хотите запитать свой дом, когда солнце садится, вам нужно будет заплатить за электроэнергию в сети или инвестировать в второй тип возобновляемой энергии.

Ветряные турбины
Ветряные турбины чаще всего используются на ветряных фермах или плавучих морских объектах, но если у вас достаточно недвижимости, вы можете установить небольшую ветряную турбину на своей территории, чтобы обеспечить электроэнергией свой дом.
У ветряных турбин есть несколько недостатков, которые делают их менее популярными в жилых районах. Они могут быть уродливыми и наделать много шума.Они занимают место, и в зависимости от того, где вы живете, местные законы и правила зонирования могут прямо запретить это.

Но если эти недостатки вас не касаются или не беспокоят, энергия ветра может оказаться большим преимуществом. Ветроэнергетика более стабильна, чем солнечная, и ветряная турбина хорошего размера может легко вырабатывать большую часть или все ваши потребности в электроэнергии. В зависимости от вашего региона ветер может быть лучшим вложением в возобновляемые источники энергии, чем солнечная.

Солнечная печь
Возможно, вы не готовы обеспечить весь свой дом возобновляемыми источниками энергии.Это большой проект, и, возможно, он просто невыполним по разным причинам. Вы по-прежнему можете обеспечить часть своего дома возобновляемой энергией, построив солнечную печь.

Солнечные печи обычно представляют собой научный проект, но на самом деле печи потребляют довольно много электроэнергии. Использование солнца для пассивного нагрева еды – хороший способ начать работу в мире возобновляемых источников энергии. Солнечные печи работают, улавливая солнечный свет для нагрева пищи. Вы можете купить духовку на солнечной батарее или построить свою собственную из нескольких распространенных материалов.

Духовки на солнечных батареях

имеют ряд преимуществ: они бесплатно нагревают пищу и работают даже при отключении электричества или в аварийной ситуации. Вам никогда не придется перекусить из-за недостатка энергии.

Hydro Power
Это не сработает для большинства людей, но если на вашем участке есть проточная вода, вам повезло. Вы можете направить поток или реку частично или полностью, чтобы они протекали через турбину и приводили в действие ваш дом.

Есть несколько способов сделать это, но в самом простом случае вы захотите найти наибольшее расстояние по вертикали, которое будет преодолевать вода, и отвести эту воду, чтобы она проходила через турбину контролируемым образом.В зависимости от количества воды и расстояния по вертикали вы можете таким образом производить значительную мощность. Установить гидроэлектростанцию непросто, и вам может потребоваться профессиональная установка. Однако, если у вас есть некоторые инженерные знания, вы даже можете построить его самостоятельно с нуля.

И преимущества гидроэнергетики огромны. В отличие от солнечной и ветровой, гидроэнергетика стабильна и непрерывна, а это означает, что вы всегда будете получать одинаковую мощность, несмотря ни на что. Вам никогда не придется беспокоиться о том, что ваш генератор не сможет питать ваш дом.Это может стоить небольшого инженерного проекта.

Солнечное водонагревание
Солнечная энергия нужна не только для производства электроэнергии. Вы также можете использовать энергию солнца для обогрева дома.

Солнечные водонагреватели используют солнце для нагрева запаса воды, которую затем можно перекачивать через радиаторы, из смесителей или насадок для душа. Эта система намного дешевле, чем использование газа или электричества для нагрева воды, и ее проще установить, чем солнечные панели.Если вы не хотите полностью использовать возобновляемые источники энергии для всего дома, хорошей альтернативой может стать солнечное нагревание воды.

Существует множество различных типов солнечных водонагревателей, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, поэтому обязательно выберите тот тип системы, который лучше всего подходит для вас.

Солнечная система кондиционирования воздуха
Может показаться странным использование солнечного тепла для охлаждения вашего дома, но это именно то, что делает солнечная система кондиционирования воздуха.Солнечное кондиционирование воздуха использует те же принципы, что и солнечный водонагреватель, но использует эту горячую воду в системе кондиционирования воздуха.

Кондиционер потребляет больше электроэнергии, чем что-либо еще в вашем доме. Кондиционер может стоить вам значительных денег каждый год, особенно если у вас есть система кондиционирования и вы живете в жарком климате. Использование горячей воды для охлаждения дома может сэкономить деньги и помочь окружающей среде.
В качестве бонуса горячая вода, производимая для кондиционирования воздуха, также может использоваться для других целей в вашем доме.В зависимости от вашей установки вы также можете получить преимущества солнечного нагрева воды с дополнительным кондиционированием воздуха.

Tesla Powerwall
Технически Powerwall (или другая подобная большая аккумуляторная батарея) не является возобновляемой энергией, но она хорошо работает с любым домашним генератором возобновляемых источников и может даже сэкономить ваши деньги без какой-либо другой системы возобновляемой энергии.

Powerwall – это большая перезаряжаемая батарея, способная хранить несколько киловатт-часов электроэнергии. Сам по себе он может быть запрограммирован на подзарядку от сети, когда цены на электроэнергию низкие, и разрядку при высоких ценах, чтобы сэкономить ваши деньги в часы пик.

Однако Powerwall лучше всего использовать в сочетании с источником возобновляемой энергии, например, солнечной или ветровой. Powerwall может накапливать избыточную электроэнергию, которую вы не используете сразу, поэтому вы всегда можете использовать возобновляемую солнечную или ветровую энергию, даже когда солнце садится или не дует ветер.

Powerwall может сгладить колебания в производстве возобновляемой энергии, устраняя один из основных недостатков возобновляемой энергии. Кроме того, благодаря предстоящему законодательству вы можете получить налоговую скидку за подключение Powerwall к сети.

Статья предоставлена Popular Mechanics

Производство электроэнергии вне сети: 4 лучших способа

Итак, вы подумали, подходит ли вам жизнь вне сети; вы знаете, что это означает, что вам больше не нужно платить за коммунальные услуги и вырабатывать всю собственную энергию, но что в этом замешано? Это не так просто, как поставить несколько солнечных батарей на крышу и назвать это хорошим; Когда дело доходит до выработки электроэнергии вне сети, существует несколько методов, которые можно комбинировать для выработки всей энергии, необходимой для комфортной жизни вне сети.

Подключите к автономной сети с помощью солнечной энергии

Когда речь заходит о внесетевой энергии, большинству из нас приходит на ум солнечная энергия. Вариант с питанием от солнца, который включает фотоэлектрические солнечные панели, инвертор и батареи, может обеспечивать много электроэнергии (особенно если вы получаете много солнечного света в месте проживания) в течение длительного времени без каких-либо движущихся частей и небольшого обслуживания. Обратной стороной, по крайней мере, на данный момент, является стоимость: полностью питать весь дом солнечной энергией редко бывает рентабельным, даже если учесть несколько десятилетий для положительной отдачи от инвестиций.Добавьте к этому широкую вариацию солнечной экспозиции в зависимости от местоположения и тот факт, что солнечная энергия работает только тогда, когда солнце светит, и легко понять, почему солнечная энергия остается частью ответа, а не целиком.

Производство электроэнергии вне сети с помощью ветровой энергии

Если вы получите хорошие новости после того, как обратитесь в местную метеорологическую службу, чтобы узнать среднюю скорость ветра в вашем районе, производство электроэнергии с помощью ветряных турбин жилого размера – еще один вариант для внесетевой энергии.Зная диапазон средней скорости и скорости ветра, вы можете оценить, сколько электроэнергии будет производить данная система. Имейте в виду, что скорость ветра на определенном участке может значительно отличаться от средних по региону в зависимости от местной топографии.

Когда дело доходит до выбора турбины, размер имеет значение. Согласно Руководству по ветроэнергетике США, если типичный дом потребляет в среднем 830 кВтч электроэнергии в месяц, требуется турбина, вырабатывающая от 5 до 15 кВт (с учетом средней скорости ветра).Размер ротора турбины мощностью 10 кВт составляет около 23 футов в диаметре, и он установлен на башне, часто более 100 футов высотой. Если вы живете в городе или на небольшом участке, большой может не подойти, но у многих людей есть необходимая недвижимость для такого размера.

Как и в случае с солнечной батареей, у отключения энергии ветра от сети есть свои плюсы и минусы; Самая большая и очевидная проблема – это потребность в легком ветерке: если ветер не дует, турбина остается неподвижной и электричество не вырабатывается. Ветряные турбины также имеют движущиеся части, а это означает, что больше вещей, требующих обслуживания, могут выйти из строя.Но если у вас есть хороший постоянный сильный ветерок, дующий через задний двор, вы можете собирать его энергию на долгие годы.

Использование микрогидроэлектроэнергии для работы от сети

Вероятно, наименее известная из внесетевых энергетических систем, микрогидроэлектроэнергия использует источник проточной воды, например ручей, для выработки электроэнергии; он производится из энергии воды, текущей с верхнего уровня на более низкий уровень, который вращает турбину на нижнем конце системы.

По данным Energy Alternatives Ltd., производство электроэнергии с помощью микрогидроэлектроэнергии может быть наиболее экономически эффективным из трех.«Наш опыт с микрогидросистемами показал, что гидроэнергетика будет производить от 10 до 100 раз больше энергии, чем фотоэлектрическая или ветровая при тех же капиталовложениях». Если у вас хороший источник, он работает 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, обеспечивая много автономной энергии в течение длительного-длительного времени; поскольку он производит гораздо более стабильную энергию, для хранения энергии требуется меньше батарей, потому что меньше (или ноль) времени, когда система не собирает энергию. Конечно, как и в случае с двумя другими, для этого требуются довольно специфические условия на месте; если у вас нет ручья на заднем дворе, вы не можете использовать микрогидро.

Сохранение

Если вы можете использовать то, что у вас есть, более эффективно, нет причин тратить больше, чтобы заработать больше. Несмотря на то, что проектирование с целью повышения эффективности – лучший способ достичь высокого уровня энергосбережения, существует множество вариантов модернизации изоляции и повышения эффективности, которые могут помочь сократить спрос. В Руководстве по энергосбережению Министерства энергетики США содержатся дополнительные советы по экономии денег и энергии в домашних условиях.

Производство электроэнергии вне сети: 4 лучших способа

Подключите к автономной сети с помощью солнечной энергии

Производство электроэнергии вне сети с помощью ветровой энергии

Использование микрогидроэлектроэнергии для работы от сети

Сохранение

Использование энергии в домах

Более половины энергии, используемой в домах, приходится на отопление и кондиционирование воздуха

U.Домохозяйства S. нуждаются в энергии для питания многочисленных домашних устройств и оборудования, но в среднем более половины (51% в 2015 году) годового потребления энергии домохозяйством приходится только на два конечных использования энергии: отопление помещений и кондиционирование воздуха. Эти в основном сезонные и энергоемкие виды использования значительно различаются в зависимости от географического положения, размера и структуры дома, а также используемого оборудования и топлива.

Водонагревание, освещение и охлаждение – почти универсальные и круглогодичные виды домашнего использования энергии. В 2015 году на эти три конечных пользователя в совокупности приходилось 27% от общего годового энергопотребления дома.Оставшаяся доля – 21% – домашнего энергопотребления приходилась на такие устройства, как телевизоры, кухонные приборы, стиральные машины и сушилки для одежды, а также на растущий список бытовой электроники, включая компьютеры, планшеты, смартфоны, игровые приставки и Интернет. потоковые устройства.

На количество энергии, потребляемой домом, влияет множество факторов

Географическое положение и климат
Тип дома и его физические характеристики
Количество, тип и эффективность энергопотребляющих устройств в доме и продолжительность их использования
Количество членов домохозяйства

Из-за более высокого спроса на отопление помещения домохозяйства в северо-восточном и среднем западном регионах США потребляют в среднем больше энергии, чем домохозяйства в южном и западном регионах.Большие дома и более крупные домохозяйства, как правило, в целом потребляют больше энергии, чем дома меньшего размера и более мелкие домохозяйства.

На отопление и кондиционирование воздуха приходится гораздо меньшая доля потребления энергии в квартирах, чем в отдельно стоящих частных домах. Квартиры, как правило, меньше, чем дома на одну семью, и они часто частично изолированы от погодных условий соседними квартирами. В 2015 году среднее домохозяйство, живущее в отдельном доме на одну семью, потребляло почти в три раза больше энергии, чем домохозяйство, живущее в многоквартирном доме с пятью и более квартирами.

Электроэнергия и природный газ – наиболее используемые источники энергии в домах

Электричество используется почти во всех домах, и на розничные покупки электроэнергии приходилось 43% от общего конечного потребления энергии в жилищном секторе в 2020 году. На природный газ, который использовался в 58% домов в 2015 году, приходилось 42% жилищного сектора. конечное потребление энергии в 2020 году. Нефть была следующим наиболее потребляемым источником энергии в жилищном секторе в 2020 году, на нее приходилось 8% от общего конечного потребления энергии в жилищном секторе.Нефть включает топочный мазут, керосин и сжиженный нефтяной газ (СНГ), который в основном состоит из пропана. На возобновляемые источники энергии – геотермальную энергию, солнечную энергию и древесное топливо – приходилось около 7% конечного потребления энергии в жилищном секторе в 2020 году.

Типы и основные виды конечного использования энергии в жилищном секторе включают:

В целом, три четверти домов в США используют два или более источника энергии, но мобильные дома во всех регионах страны и дома на юге, скорее всего, будут использовать электричество только для удовлетворения всех своих домашних потребностей в энергии.Топочный мазут наиболее распространен на Северо-Востоке. Использование сжиженного нефтяного газа для приготовления пищи на гриле на открытом воздухе широко распространено по всей стране, в то время как многие дома в сельской местности используют сжиженный нефтяной газ для удовлетворения большинства потребностей в отоплении и приготовлении пищи. Древесина используется в качестве основного топлива для отопления в основном в сельской местности, но во многих домах по всей стране ее используют для дополнительного отопления. Примерно 11% всех домов в США в 2015 году имели системы отопления и охлаждения с геотермальными тепловыми насосами. Количество домов с небольшими солнечными фотоэлектрическими системами за последние годы значительно увеличилось.

Потребление энергии на одно домохозяйство снизилось

Улучшение теплоизоляции зданий и материалов
Повышение эффективности отопительного и охлаждающего оборудования, водонагревателей, холодильников, освещения и бытовой техники
Миграция населения в регионы с более низким уровнем отопления и, следовательно, более низким общим потреблением энергии

Снижение среднего энергопотребления домашних хозяйств компенсировало увеличение количества домов в целом, что привело к относительно стабильному энергопотреблению в жилищном секторе с середины 1990-х годов.

Последнее обновление: 23 июня 2021 г.

6 способов получения зеленой энергии в домашних условиях

Самый простой способ для большинства домовладельцев сократить свои счета за коммунальные услуги – это сократить потребление энергии за счет самодисциплины и повышения эффективности. Но для тех, у кого есть время и деньги для инвестирования, установка одной или нескольких систем зеленой энергии может принести большую и долгосрочную экономию, при этом делая больше для защиты окружающей среды.

Выбор и покупка системы зеленой энергии для жилых домов может стать большим проектом. Некоторые системы могут быть нерентабельными для вашего дома, а другие могут быть вообще несовместимы. Но как только вы определитесь с вариантами и установщиками в вашем районе, вы можете быть удивлены тем, что находится в пределах вашего ценового диапазона.

Изучите местные правила и стимулы для использования зеленой энергии

Прежде чем вы увлечетесь, следует иметь в виду несколько важных факторов.Во-первых, штаты и муниципалитеты различаются способами регулирования некоторых систем возобновляемой энергии, особенно солнечных батарей и ветряных турбин. Если выясняется, что ваш город серьезно ограничивает одно или оба, полезно выяснить это на раннем этапе. Позвоните в местную мэрию или проконсультируйтесь с местным установщиком ветряных и солнечных батарей, чтобы узнать, что разрешено в вашем районе.

Во-вторых, могут существовать налоговые льготы и другие стимулы, которые сделают для вас более доступным приобретение системы зеленой энергии.С 2018 года федеральный налоговый кредит на возобновляемые источники энергии для жилищного строительства был продлен до конца 2021 года и распространяется на такие системы, как солнечные панели, ветряные турбины, геотермальные тепловые насосы и солнечные водонагреватели. Ваш штат может предлагать дополнительные налоговые льготы, а у ваших местных коммунальных предприятий даже могут быть программы, упрощающие установку возобновляемых источников энергии.

Производство электроэнергии дома

1. Солнечные батареи для жилых домов

Каждый лучик солнца, падающий на вашу крышу, – это бесплатное электричество.Все, что вам нужно, это солнечная панель для его захвата. И отчасти благодаря вышеупомянутой налоговой льготе многие домовладельцы участвуют в акции.

Панели солнечных батарей

должны устанавливаться профессионалами, и многие установщики без каких-либо обязательств проведут оценку вашего дома, чтобы определить лучшие места для установки и предложить оценку. Некоторые могут даже установить солнечную черепицу, которая придаст более обтекаемый вид.

Энергию, вырабатываемую солнечными панелями, нужно сразу же использовать или хранить.Когда ваш дом потребляет больше энергии, чем производят ваши солнечные батареи, солнечная энергия просто компенсирует количество электроэнергии, которое вам нужно покупать из сети. Но когда вы производите больше, чем используете, вы можете продавать эту избыточную энергию обратно в электросеть, что еще больше снизит ваши счета. Другой вариант – купить домашний аккумулятор, который может хранить эту энергию до тех пор, пока она вам не понадобится после наступления темноты.

2. Ветряные турбины

Вам не нужны огромные турбины, которые вы видите на ветряных электростанциях, для выработки зеленой энергии для вашего дома.Такой маленький пропеллер, как крышка мусорного бака, может существенно сократить ваши домашние счета за электроэнергию, если он установлен в достаточно ветреном месте.

Профессиональная установка здесь также важна, как для обеспечения безопасности турбины, так и для ее размещения там, где до нее дойдет ветер. И, как и в случае с солнечными панелями, вы должны использовать ее или терять, когда вы генерируете энергию с помощью ветряных турбин.

3. Солнечные и ветровые гибридные системы

Если у вас солнечные дни и ветреные ночи, гибридная солнечно-ветровая система может быть идеальным вариантом для вашего региона.Эта комбинация повышает вероятность того, что ваш дом будет вырабатывать электричество круглосуточно, поэтому теоретически вы можете полностью отключиться от сети, добавив домашний аккумулятор.

4. Микрогидроэнергетические системы

Есть проточный ручей на вашем участке? Вы можете направить поток воды через небольшую турбину и позволить току генерировать бесплатное электричество 24 часа в сутки. Система микрогидроэнергетики часто даже лучше, чем гибридная система, потому что поток воды более постоянный и надежный, чем ветер и солнце.

5. Солнечные водонагреватели

Если полная система солнечных панелей выходит за рамки вашего ценового диапазона, но у вас все еще есть солнечная недвижимость на вашей крыше, солнечный водонагреватель – менее дорогой способ получить некоторую бесплатную энергию. В большинстве солнечных водонагревателей сам резервуар хранится на крыше как часть установки, что придает ему более громоздкий вид. Но это позволяет солнцу выполнять работу по поддержанию одного из самых больших источников энергии в вашем доме.

6. Геотермальные тепловые насосы

Температура под землей намного более стабильна, чем температура в наших домах, и зимой геотермальный тепловой насос может украсть часть этого скрытого тепла.Эти системы используют замкнутый контур труб для перекачки жидкости через подземный канал в ваш дом и обратно под землю. Внутри дома теплообменник использует тепло от труб для обогрева жилых помещений при минимальном расходе энергии.

Возобновляемые источники энергии – это разумный способ сократить ваши счета и снизить нагрузку на окружающую среду. И с таким количеством различных способов вернуть его домой, производство собственной энергии может оказаться более возможным, чем вы ожидали.

О Джоше Крэнке

Джош Крэнк – писатель-фрилансер и маркетолог, имеющий опыт работы в юридической журналистике, написании путевых заметок и маркетинге для различных коммерческих отраслей.В Direct Energy он идеально подходит для написания статей об обслуживании и ремонте дома, энергоэффективности и технологиях умного дома. Джош живет со своей женой, маленьким сыном и бесконечно воющей смесью гончих и бассет-хаундов в Новом Орлеане.

Руководство по возобновляемым источникам энергии 2019 | Солнечная энергия в доме

Один из самых популярных и эффективных способов производства возобновляемой энергии – это фотоэлектрические (PV) панели. Панели обычно размещаются на крыше или во дворе, где они улавливают солнечную энергию и преобразуют ее в электричество.И в зависимости от вашей широты и ориентации панелей вы можете генерировать 10 или более ватт на квадратный фут. При расчете солнечной системы подходящего размера для вашего дома имейте в виду, что, по данным Управления энергетической информации США, средняя американская семья потребляет около 900 киловатт-часов (кВтч) электроэнергии в месяц.

Есть два распространенных способа получить фотоэлектрическую солнечную систему: аренда солнечной энергии и прямое владение. Возможно, вы получали письма от компаний, предлагающих бесплатные системы аренды солнечных батарей.И хотя это звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, системы бесплатны, включая солнечные батареи и установку. Эти сделки известны как соглашения о закупке электроэнергии (PPA), и вот как они работают: третья сторона нанимает монтажную бригаду и покрывает стоимость солнечной системы. Затем он заряжает вас только за солнечную энергию, произведенную системой. Ставка зафиксирована на определенный период времени и обычно намного ниже той, которую вы в настоящее время платите коммунальной компании. Основное преимущество, как упоминалось ранее, заключается в том, что вы ничего не платите за установку или обслуживание.Однако вы также не имеете права на какие-либо налоговые льготы или скидки; они поступают непосредственно в лизинговую компанию.

При полном владении вы получаете 100 процентов солнечной энергии, производимой системой, и имеете право на все налоговые льготы, скидки и льготы на уровне штата и федерального уровня. Обратной стороной является то, что вы должны платить за всю систему, включая панели, установку и обслуживание. Однако большинство домовладельцев окупают затраты в течение нескольких лет за счет более низких счетов за электроэнергию и даже раньше, если система производит избыток электроэнергии, которую можно продать обратно коммунальной компании.

Вот альтернатива солнечным панелям на крыше: если срок службы вашей нынешней крыши подходит к концу, вы можете подумать об инвестициях в солнечную черепицу. Солнечная черепица, также известная как интегрированная в здание фотоэлектрическая система (BIPV), представляет собой тонкие плоские солнечные панели, которые заменяют многие из существующих черепиц на крыше. В результате BIPV менее навязчивы и изящнее, чем традиционные фотоэлектрические панели, которые устанавливаются поверх вашей нынешней крыши. В настоящее время черепицу на солнечной крыше можно приобрести у нескольких компаний, включая CertainTeed, Tesla Solar Roof и SunTegra.

Конечно, недостатком солнечной энергии является то, что она работает только тогда, когда солнце встало. Если вы хотите запитать свой дом, когда солнце садится, вам нужно будет заплатить за электроэнергию в сети или инвестировать во второй тип возобновляемой энергии.

Солнечная энергия и другие возобновляемые источники энергии для вашего дома

Когда солнечная или другая альтернативная энергия имеет смысл для вашего дома? Вы ищете более низкие счета за коммунальные услуги? Обеспокоены нашим влиянием на планету от сжигания ископаемого топлива? Хотели бы вы большей энергетической независимости, чтобы вас меньше беспокоили обесточенные линии электропередач, отключение электроэнергии, отключение электричества или другие сбои в электроснабжении?

Вот веские причины для выбора солнечной и альтернативной энергии:

Сократите счет за электричество. Пусть солнце, земля или ветер помогут с счетами. Большинство альтернативных энергетических систем дополняют ископаемое топливо, используемое в вашем доме. Меньше покупаемого топлива означает больше денег в вашем кармане.
Помогите сохранить окружающую среду. Использование большего количества возобновляемой энергии означает использование меньшего количества электроэнергии, вырабатываемой за счет сжигания ископаемого топлива, которое выделяет вредные парниковые газы.
Повысьте отказоустойчивость вашего дома во время перебоев в подаче электроэнергии. Когда случаются перебои в подаче электроэнергии из-за шторма, дом с фотоэлектрическими панелями может вырабатывать собственное электричество.
Повысьте экологичность своего дома. Стоимость дома при перепродаже увеличивается, если в нем есть такие элементы экологически чистой энергии, как фотоэлектрическая система или геотермальный тепловой насос.
Воспользуйтесь государственными и федеральными льготами. Существует удивительное количество программ стимулирования улучшений энергосбережения, которые включают модернизацию возобновляемых источников энергии – скидки, ссуды под низкие проценты, налоговые льготы и многое другое. Актуальную информацию можно найти на сайте www.dsireusa.org .

Как уменьшить углеродный след

Сегодня у нас больше возможностей для использования возобновляемых источников энергии, чем когда-либо прежде.Кроме того, становится доступнее установка энергосберегающих обновлений, таких как солнечные панели и геотермальные тепловые насосы. Но независимо от того, как вырабатывается энергия в наших домах, важно снизить потребление за счет применения энергоэффективных методов.

В 2018 году потребители коммунальных услуг в США использовали в среднем 10972 киловатт-часа (кВтч) в год. Это составляет около 914 кВтч каждый месяц. Бытовые потребители в Теннесси потребляли больше всего электроэнергии каждый год в среднем 15 394 кВтч. В то время как бытовые потребители на Гавайях использовали в среднем меньше всего в год: 6 213 кВтч.

Вот что потребляет больше всего энергии в вашем доме:

Охлаждение и обогрев: 47% потребления энергии
Водонагреватель: 14% энергии
Стирально-сушильная машина: 13% Энергопотребление
Освещение: 12% использования энергии
Холодильник: 4% Энергопотребление
Электрический духовой шкаф: 3-4% энергопотребления
ТВ, DVD, кабельная приставка: 3% энергопотребления
Посудомоечная машина: 2% энергопотребления
Компьютер: 1% потребления энергии

Рентабельная альтернативная энергетическая система не должна обеспечивать все потребности вашего дома в энергии.Понимание этой концепции поможет вам решить, какая система вам подходит и какой размер имеет наибольшее значение.

Альтернативные источники энергии: солнечные, геотермальные и ветровые

С огромной излучающей энергию батареей в небе – солнцем – удивительно, что мы используем так мало энергии, которая попадает на наш путь. Сегодня солнечная энергия составляет около 1,6% производства электроэнергии в США, и в настоящее время используется более 1,4 миллиона солнечных панелей.

Чтобы рассмотреть возможность переоборудования вашего дома с помощью солнечной энергии, необходимо учитывать множество переменных:

Вы живете в солнечном районе? В то время как солнце попадает в Миннесоту и Аризону, мощность, вырабатываемая в Аризоне, будет намного больше в зависимости от интенсивности солнца и количества солнечных дней в этой местности.Солнечные системы не производят столько энергии в туманные или пасмурные дни, как в ясные солнечные дни.
Счета за электроэнергию выше или ниже в вашем районе? Когда электроэнергия или газ дешевеют, установка солнечных батарей становится менее привлекательной с финансовой точки зрения. Если тарифы на электроэнергию выше, инвестиции в солнечную энергию становятся более выгодными.
Доступны ли скидки и льготы? Местные органы власти и коммунальные предприятия могут поощрять модернизацию солнечных батарей для уменьшения потребления энергии в энергосистеме в периоды пиковой нагрузки, например, в жаркие дни, когда включаются кондиционеры.
Предлагает ли ваша коммунальная компания вариант с привязкой к сети? В то время как первоначальные солнечные энергетические системы полагались на большие банки дорогих батарей для хранения энергии, производимой в течение дня, для использования в ночное время (когда солнечная энергия не генерируется), текущая модель состоит в том, чтобы направить избыточное производство энергии обратно в электроэнергию. сетка днем, затем рисовать из сетки ночью. То, сколько вам платят за энергию, которую вы подаете в сеть, имеет большое значение для вашей общей экономии энергии.Если в вашем районе нет опции, привязанной к сетке, вы можете рекомендовать коммунальному предприятию запустить ее.

Солнечная энергия: как работает фотоэлектрическая система

Солнечные батареи (набор солнечных панелей) генерируют энергию, поглощая солнечный свет. Инвертор преобразует энергию постоянного (постоянного тока), вырабатываемую панелями, в мощность переменного (переменного тока), от которой работает ваш дом. Общие рекомендации требуют 1 киловатт или 1000 ватт на 1000 квадратных футов площади дома, но вы должны работать со своим подрядчиком, чтобы определить правильный размер для вашего дома.

Есть два основных места для установки домашней солнечной системы:

Крыша: Для жилых домов лучше всего использовать солнечные батареи на крыше. Но некоторые сообщества считают, что солнечные батареи на крышах – это бельмо для глаз. В таком случае можно рассмотреть новое поколение кровельных материалов, генерирующих солнечную энергию. Они выглядят как плитка или сланец, но на самом деле являются рецепторами солнечной энергии. (Нетрудно представить будущее, в котором оконное стекло и даже краска для дома содержат микрорецепторы солнечной энергии, помогающие обеспечить дом энергией.)

Автономная: Для больших участков с большими дворами может быть уместна автономная система с металлическим каркасом. Преимущество состоит в том, что панели не зависят от наклона крыши или направления крыши. Панели можно наклонять, чтобы максимально использовать солнечные лучи. Одно из нововведений – это массив, который движется, как подсолнух, по дуге солнца по небу.

Стоимость: С учетом множества переменных – размера дома, изоляции, эффективности бытовой техники, географического положения, скидок и льгот – стоимость домашней солнечной системы трудно определить.Вы можете рассчитывать потратить более 20 000 долларов на такую систему и рассчитывать окупить затраты через 10–20 лет.

DIY-проектов, которые следует рассмотреть: Даже если вы не готовы установить солнечную батарею на весь дом, небольшие проекты могут производить солнечную энергию для конкретных задач. Установленный на крыше солнечный водонагреватель может быть в рамках бюджета и уровня квалификации домовладельца. Затраты могут составить около 5000 долларов и меньше с учетом скидок и льгот. Озеленение на солнечных батареях добавляет атмосферы, не увеличивая счет за электричество.

Когда нанимать профессионала: За прошедшие годы появилось много компаний, которые не только проектируют и устанавливают солнечные системы, но также помогают с разрешениями, финансированием и подключением к коммунальной сети. В некоторых случаях вы не платите деньги, а ваши ежемесячные платежи за систему ниже, чем ваши текущие счета за коммунальные услуги. После оплаты системы вы становитесь ее владельцем и в дальнейшем получаете выгоду.

Геотермальная энергия

Другой вариант альтернативной энергии, геотермальная энергия, зависит от чрезвычайно стабильного источника: самой земли.В частности, геотермальные системы используют постоянную температуру земли на глубине не менее 8 футов – около 50 градусов по Фаренгейту.

Геотермальные системы работают за счет интеграции технологии теплового насоса с постоянной умеренной температурой земли для обеспечения дома отоплением и кондиционированием воздуха. Подобно обычным тепловым насосам (включая холодильники и портативные кондиционеры), геотермальные (также известные как наземные источники) тепловые насосы питаются от электричества и работают путем перекачивания хладагента через циклы конденсации и испарения для передачи тепла от одного источника к другому.Но геотермальные системы потребляют гораздо меньше энергии круглый год, независимо от того, насколько жарко или холодно на улице. Вы можете ожидать, что геотермальный тепловой насос будет вдвое эффективнее, чем лучший кондиционер, и почти на 50% эффективнее, чем лучшая газовая печь.

К сожалению, преимущества геотермальных тепловых насосов в области энергосбережения связаны с высокими затратами на установку. «Контур заземления» в геотермальной системе состоит из длинных отрезков пластиковой трубы, которую можно разместить горизонтально, в траншеях или вертикально, в глубоких ямах.Почвенные условия и доступная земля определяют, какой тип контура заземления используется. В любом случае, монтажные работы могут легко увеличить стоимость системы до 20 000 долларов и более. Но после завершения установки эти системы обычно обеспечивают долгие годы недорогой и безотказной работы.

Ветроэнергетика для дома

Как и другие альтернативные энергетические системы, ветроэнергетическое оборудование продолжает становиться все более сложным и менее дорогим. В 2018 году на долю ветра приходилось около 6,5% энергии, произведенной в Соединенных Штатах.И необязательно жить в аэродинамической трубе. Даже легкий ветер со скоростью восемь миль в час может генерировать энергию. Но более ветреный район будет генерировать больше энергии. Большинство производителей предлагают, чтобы турбину окружали не менее акра земли, свободной от деревьев или построек, для оптимальной производительности. Очевидно, что турбина между высотными зданиями неэффективна.

Как работает домашняя ветроэнергетика

В типичном жилом помещении ветряная турбина устанавливается на высокой башне. На крыше турбины не устанавливают, так как они могут вызвать вибрацию вашего дома.Как и в случае с солнечной энергией, инвертор преобразует генерируемую энергию постоянного тока в мощность переменного тока, от которой работает ваш дом. Беспокойство по поводу домашних турбин варьируется от эстетики до шума и гибели птиц. Тем не менее, некоторые пользователи утверждают, что шум не больше, чем у электрического трансформатора.

Стоимость: Как и солнечная энергия, ветровая система зависит от погоды и местоположения. Больше ветра, больше мощности. Одна семья возле озера Эри в Огайо, например, построила ветряную турбину высотой 45 футов и мощностью 1,8 кВт за 15 000 долларов.Это включает турбину, башню, фундамент, установку, инвертор, разрешения, системы мониторинга и подключение к электросети. Такая система обеспечивает до 400 кВтч энергии, что составляет примерно половину потребности семьи. Такая система окупится за 12 лет.

Опции для дома : Из-за масштабов оборудования установка ветряной турбины, достаточной для обеспечения большей части или всех потребностей дома в электроэнергии, не считается проектом «сделай сам».

Итог: Даже если ветряная турбина не подходит для вашего дома, вы можете получать часть электроэнергии от ветряной электростанции.По крайней мере, 26 штатов требуют, чтобы определенный процент энергии производился из альтернативных возобновляемых источников.

Как сделать ваш дом более энергоэффективным

Кондиционирование и отопление – Как отмечалось выше, на них приходится почти половина годового энергопотребления вашего дома. Когда пришло время заменить вашу систему, выберите максимально возможную эффективность. И убедитесь, что ваши текущие системы поддерживаются. Проверьте фильтры и убедитесь, что воздуховоды на чердаке не протекают.
Приборы – Когда пришло время заменить приборы, выбирайте модели с наивысшими показателями энергоэффективности. Теперь у нас есть котлы, печи и водонагреватели с КПД 98%. Программы Energy Star продвигают более эффективные бытовые приборы, приспособления и оборудование для обогрева и охлаждения.
Windows – Убедитесь, что ваши окна находятся в хорошем рабочем состоянии. Они закрываются правильно? Уплотнения скомпрометированы? Если замена окон в порядке, выберите наиболее энергоэффективные доступные модели.
Освещение – Замена ламп накаливания на светодиоды – самый простой и экономичный способ минимизировать коммунальные расходы.
Phantom Power Drain – Остерегайтесь утечек «фантомного питания», которые возникают из-за устройств, потребляющих электричество, даже когда они выключены, таких как микроволновые печи, подключенные принтеры и т.