Альтернативні джерела енергії та що можна використовувати для приватного будинку
Сьогодні все частіше звучить термін альтернативні джерела енергії. Розбираємось, що це таке, які види сьогодні пропонує промисловість, наскільки це ефективно, позитивні та негативні сторони кожного різновиду.
Все про альтернативні джерела
Почнемо з того, що альтернативна енергія має на увазі енергію, яка дісталася людині від природи безкоштовно. Тобто отримувати її можна із довкілля. При цьому ресурс цієї енергії невичерпний.
Основне ж наше завдання – правильно її отримати. А для цього потрібно знати, як це зробити грамотно.
Види альтернативних джерел
Для того щоб жити у власному будинку комфортно, нам потрібні два види енергії: електрична та теплова. Отримати обидва різновиди з навколишнього середовища нескладно. З яких джерел це можна отримати і які прилади для цього використовуються:
- сонячні батареї та колектори;
- вітрогенератори;
- установки, що використовують біогаз;
- теплові насоси
Усіми цими пристроями та технологіями людство користується давно. Наприклад, згадаємо вітряні або водяні млини. Сьогодні наука, яка постійно рухається вперед, пропонує великий асортимент пристроїв, за допомогою яких можна отримати тепло та електрику.
Щоправда, для кожного будинку потрібні свої прилади, які будуть ефективнішими в кожному випадку. Фахівці ж рекомендують вибирати не один різновид, а одразу кілька. Наприклад, сонячні батареї добре використовувати в теплу безхмарну пору року. Вітрогенератори чудово працюють у вітряну погоду. Тобто, якщо встановити обидва агрегати в будинку, можна гарантувати постійне наявність електричного струму незалежно від погодних умов.
А тепер давайте розглянемо окремо самі джерела енергії та пристрої, які виробляють тепло та електричний струм.
Сонячні батареї
Скажімо так, що ці прилади з роками стають все більш затребуваними та популярними. Сьогодні виробники виробляють та реалізують їх у двох варіаціях:
- Готові батареї , які просто встановлюють на дахах будинків, з'єднуючи між собою єдиний комплекс.
- Окремі фотоелементи . Такий варіант пропонується для майстрів, які самі збирають їх у панелі, підганяючи під необхідний обсяг енергії, що одержується.
Фотоелементи, що використовуються в сонячних батареях, це також два різновиди:
- Монокристалічні . Зазначимо, що це ефективніші, тобто з великим коефіцієнтом корисної дії, і довговічні елементи. Відповідно вони й дорожчі. Але їхня висока ефективність досягається лише в тому випадку, якщо небо ясне, і елементи одержують стабільний сонячний потік.
- Полікристалічні . У цього нижче ККД і експлуатаційний ресурс. Але вони можуть працювати навіть у хмарну погоду. І це величезний плюс.
Фотоелементи зазвичай поміщають під прозорий матеріал та обрамляють металевим профілем. Всю конструкцію встановлюють на спеціальній підставці, яку можна повертати. Це робиться для того, щоб можна було повертати сонячні батареї, вловлюючи прямі сонячні промені. А їхній кут нахилу залежить від пори року.
Але сонячні панелі – це лише частина комплексу. Для збирання електричної енергії потрібні акумулятори, які з'єднуються з панелями через інверторну систему. Перші акумулюють електрику, друга перетворює сонячне світло на електроенергію.
Увага! Грамотний вибір акумуляторів та інверторної системи – максимальна ефективність роботи всього комплексу. При цьому фахівець повинен точно провести необхідні розрахунки, які забезпечать необхідний обсяг електричного струму для будинку.
Сьогодні виробники пропонують відмінні від сонячних батарей пристрої, які працюють за таким же принципом.
- Гнучка плівка , яку встановлюють на шибки вікон з виходом на сонячну сторону. У цього варіант не найвищий ККД, але за рахунок зменшення розмірів матеріалу та складності монтажу спосіб досить популярний.
- Betaray - це куля зі скла досить великого розміру. Його завдання – сфокусувати сонячні промені та одним потоком направити на фотоелемент. Власне, куля виконує функції лінзи. Така установка обертається щодо осі. Обертання програмують, тому куля суворо рухається слідом сонцю. Звідси й висока ефективність відбору сонячних променів. Ця установка непогано працює навіть у нічний час, збираючи світло від місяця та зірок. Як показала практика, цій потужності вистачає висвітлити нічні світильники.
Отже, це все про сонячні батареї, переходимо до іншого виду нетрадиційного джерела енергії – сонячних колекторів.
Сонячні колектори
Усі знайомі із літнім душем, до складу якого входить металева бочка. У неї заливають воду, і вона під впливом сонця нагрівається. Колектори працюють точно за таким же принципом. Тільки вони мають велику площу поглинання сонячних променів.
І ця площа ніщо інше, як труби, розташовані у вигляді змійовика. Труби нагріваються і передають своє тепло воді, яка по них рухається. При цьому рух завжди відбувається знизу нагору – такий закон фізики. Тобто, нагріваючись, вода чи повітря завжди прагнуть вгору.
У верхній частині комплексу встановлюється бак, який проходить водопровідна вода. Усередині бака знаходиться ще один змійовик, з'єднаний з колектором, тобто великим змійовиком. Виходить так, що вода, що рухається трубами великого змійовика і нагрівається там, потрапляє в змійовик, розташований усередині бака. Вона віддає свою теплову енергію воді в баку, остигає та спускається в нижню частину колектора. І все повторюється наново.
Саме так і нагрівається вода в баку, яку потім використовують у побуті. Найголовніше, що природна циркуляція води дозволяє не використовувати в системі насоси.
Зазначимо, що виготовлені в умовах промислового виробництва сонячні колектори – складніші пристрої. Але принцип роботи у них той самий. Просто замість води у великий змійовик заливають фреон, який ефективно працює навіть узимку.
Вітрогенератори
Це ще один часто використовуваний вид альтернативної енергетики. Чисто конструктивно ці прилади є звичайними вітряками, до складу яких входить генератор. Обертання лопатей вітряка передається обертанню ротора генератора. Так утворюється електроенергія, яка збирається в акумуляторних батареях.
Стандартного типу прилади – це корпус із лопатями, які встановлені на високій опорі. Сьогодні виробники пропонують інші конструктивні рішення.
- Пересувна установка . Її за короткий час можна розкласти та встановити, а також швидко можна скласти та перевезти в інше місце. встановлений вітряк на автомобільній платформі.
- Літальна установка . По суті це повітряний змій, на якому встановлено кілька турбін. Його просто запускають у небо, де він літає під дією вітру.
Корисне відео
Теплові насоси
Це ще одне нетрадиційне джерело енергії будинку, яким останнім часом стали користуватися багато домовласників. Його функція – опалення та гаряче водопостачання. Тепловий насос працює за принципом кондиціонера, включеного в режим «зима».
У будь-якому середовищі є енергія. Це стосується води, повітря та ґрунту. Щоправда, у них енергія знаходиться у невеликих кількостях, плюс у нього невисокий потенціал. Так ось призначення теплових насосів – зібрати ці крихти енергії та передати в систему, де вони акумулюються та перетворюються на тепло.
Для цього використовують фреон, він же холодоагент. Ця речовина дуже ефективно поглинає будь-яку енергію, від чого нагрівається, а потім надходить у компресор. У цьому агрегаті нагрітий фреон сильно стискається і перетворюється на газоподібний стан, а далі подається в теплообмінник. Останній встановлюється в системі опалення і через нього вода в цій системі починає нагріватися за рахунок віддачі холодоагентом свого тепла.
Фреон після передачі теплової енергії охолоджується і перетворюється на рідкий стан. І все повторюється наново. Звичайно, треба зазначити, що це альтернативне джерело енергії для приватного будинку все ж таки є енерговитратним. Тому що компресор працює від електрики.
Сьогодні виробники пропонують кілька різновидів теплонасосів, що відрізняються один від одного середовищем, з якого вони отримують енергію. Це системи «вода-вода», «повітря-повітря», «повітря-вода» та інші. Яскравим представником такого обігріву будинку є кондиціонер. Але саме ці прилади не належать до видів нетрадиційної енергетики.
Віднести до цієї категорії можна так званий геотермальний насос. Суть його роботи полягає в тому, що він забирає теплову енергію із землі. Адже всім відомо, що навіть у люті морози ґрунт промерзає на певну глибину, а нижче він завжди має позитивну температуру. Саме туди й закладають випарник у вигляді труб. Щоправда, для геотермального теплонасоса потрібна досить велика ділянка вільної землі. Адже чим більша площа забору тепла із землі, тим ефективніше встановлення працює.
І хоча самі труби випарника укладають у траншеї на певну глибину, все одно використовувати цей майданчик можна не під будь-які потреби. Але цей варіант дуже ефективний. До того ж він завжди працюватиме безвідмовно. Точно таку ж конструкцію можна використовувати, уклавши труби випарника у водоймище, якщо є поблизу. Адже навіть під льодом вода в ньому завжди буде теплою. І цього достатньо, щоби обігріти будинок.
Корисне відео
Увага! Теплонасоси добре зарекомендували себе в тих регіонах, де взимку температура не опускається нижче -20 °C. Тобто там вони постійно працюють. Але й у північних районах їх встановлюють та експлуатують влітку. Взимку рекомендується використовувати інші прилади альтернативних видів енергії. Наприклад, вітряки.
біогаз
Це ще один вид альтернативних джерел енергії, який сьогодні став використовуватись у багатьох заміських будинках. По суті це газ, який утворюється в результаті гниття побутових відходів. Сам процес гниття – це переробка за допомогою анаеробних бактерій. Тобто тих, котрим для життєдіяльності не потрібен кисень.
Наслідком такої переробки є кілька речовин. А саме: метан, вуглекислота, сірководень та інші. Суміш усіх цих речовин називають біогазом. Відразу треба зазначити, що цей різновид палива виходить з відходів рослинного та тваринного походження. У жодному разі не з каналізаційних відходів.
Сам процес переробки виробляють у спеціальних ємностях. Вони мають міцні стінки і дуже герметичні. Саме сюди закладають відходи, а також бактеріальну культуру. Щоб збільшити процес гниття, в резервуар поміщений шнек, який постійно перемішує освічену масу. Плюс – сюди додається вода температурою +40 °C. Важливий момент – вологість біомаси має бути 90%.
У верхній частині ємності встановлений патрубок, через який газ виходить у систему трубопроводів. За ними він поставляється за місцем вимоги. А перероблена маса – це чудове добриво.
Увага! Біогаз має різкий неприємний запах. При цьому, якщо його вдихнути, то можна отруїтися. Тому із цим видом палива треба поводитися акуратно.
Корисне відео
Енергія вулканів
Руйнівна міць вулканів завжди лякала людей. Згодом вчені, досліджуючи їх, зрозуміли, що це величезні запаси енергії, якими, на жаль, людство не користується. Науково-технічний прогрес подолав і цю проблему, тож сьогодні у багатьох країнах світу почали зводити електростанції біля вулканів.
Технологія отримання електрики досить проста.
- У шари ґрунту, розташовані біля лави, трубами закачується солона вода.
- Вона там нагрівається до критичних температур.
- Потім подається на генератор, який виробляє електричний струм.
По суті, це технологія гідроелектростанції, де турбіну генератора обертає вода, що падає зверху на неї. Тільки тут вода солона і нагріта, що піднімається сама з надр землі.
Саме таким способом виробляють гарячу воду, яку подають у будинки та будівлі різного призначення. В Ісландії ця технологія використовується для організації гарячого водопостачання в системі теплиць. Ця країна вже давно нічого з боку не завозить у плані овочів, фруктів, зелені та квітів. Щоправда, тут гарячу воду беруть із гейзерів. Хоча останні нагріваються саме від вулканів.
Ще один цікавий варіант вулканічної технології. Для цього у шарах землі поряд із вулканом знаходять водний резервуар. У ньому рідина перебуває у прикордонному стані. Тобто у неї певна критична температура, вона знаходиться під тиском, тому це вже не вода, але ще не пара. У лабораторних умовах та на практиці досягти такого результату дуже складно. Потрібні великі фінансові вкладення.
А тут все це є у природі. Так саме цю воду і використовують, щоб розкрутити турбіну генератора.
Цікаве інженерне рішення
Альтернативні джерела енергії – це насамперед устаткування. Так сьогодні на ринку з'являються цікаві прилади, за допомогою яких можна отримувати невелику кількість електричного струму. Один із таких – термогенератор. Хоча слід зазначити, що цей апарат відомий ще з середини минулого сторіччя.
Він представляє електричний генератор компактного розміру, що видає до 200 Вт електроенергії. Використовують таке обладнання переважно в зимовий час, коли експлуатують нагрівальні прилади. Саме в поєднанні з ними працює теплогенератор. Наприклад, на фото нижче показаний теплогенератор Іоффе, розроблений у п'ятдесятих роках.
Позитивні та негативні сторони
Отже, ми розібралися, що альтернативна енергетика – це майбутнє людства, яке має обмеження у ресурсі. При цьому самі джерела є безкоштовними і не вимагають великих вкладень у їх розробці на відміну від видобутку нафти, газу, вугілля та інших.
Але є ця технологія отримання енергії один негативний момент. Це найвища вартість самого обладнання та його монтажу. Адже зараз йдеться про прилади, які можна використовувати в побуті, тобто у власному будинку. Не кожен власник нерухомості може вкласти кругленьку суму в альтернативне джерело електроенергії та теплової енергії.
Простіше підключитися до лінійних електричних мереж і оплачувати рахунки, що надходять. Або наводити газ у балонах. Тут не потрібно складного та дорогого обладнання. Але час робить свої корективи. З кожним роком суми у цих рахунках зростають. І велика ймовірність, що настане той час, коли не всім буде під силу їх оплачувати. І ось тут прийде епоха використання альтернативних джерел енергії.
Висновок
Будь-які види джерел енергії, не пов'язані з вуглеводнями, можна зарахувати до альтернативних. Виключаємо також гідроелектростанції та станції, що працюють на припливах та відливах морів та океанів.
До них віднесемо вітрогенератори, сонячні колектори та батареї, теплові насоси.
Оптимально, якщо в будинку встановити два різновиди, перераховані вище. Наприклад, сонячну батарею та вітрогенератор.
Усі ці технології працюють від безкоштовних джерел енергії. Але вони мають один великий мінус – висока ціна устаткування.
