Альтернативная энергия для частного дома

Солнечные батареи: как работают и какие бывают

Эта технология сейчас широко известна и так же широко применяется в развитых странах Европы и Северной Америки.

Там правительственные структуры субсидируют переход на применение экологически чистых и возобнавляемых источников энергии.

Но это у них, а у нас ситуация иная… Ну ладно, не будем о грустном, лучше разберемся в том, как это все работает.

Виды солнечных батарей (панелей)

Существуют несколько видов солнечных панелей:

• Монокристаллические.
• Поликристаллические.
• Аморфные.
• Арсенид-галиевые.
• Теллуридовые.

Это далеко не полный список. Новые технологии преобразования энергии света в электричество появляются постоянно.

Но для нас важными будут только первые 2 вида панелей.

Связано это с их длительным сроком службы и относительно высоким КПД.

Солнечные батареи

Делают их из кремния. В одном случае он монокристаллический, то есть это единый кристалл, а в другом поликристаллический, то есть состоящий из разных кристаллов.

Первый вид панелей обладает бОльшим КПД, чем второй.

Если у монокристалла КПД равен от 17 до 25 %, то у поликристалла этот параметр лежит в пределах от 12 до 18%.

Но технология изготовления монокристаллических панелей сложнее, а значит дороже, чем технология применяемая в изготовлении поликристаллических панелей.

Разница в цене привела к тому, что в бытовых нуждах применяют в основном более дешевые панели.

Срок эксплуатации у обоих видов панелей равен 25 годам.

Принцип работы солнечных батарей

Как написано выше, солнечные батареи изготавливаются из особых полупроводниковых материалов, в которых под действием солнечного света появляются свободные электроны.

А как известно электрический ток — направленное движение этих самых электронов.

Чтобы придать направление движению электронов нужно электрическое поле, которое возникает само из-за разного количества электронов в разных слоях полупроводника (извиняюсь за тавтологию).

Для пояснения смотрите ниже на рисунок:

Солнечные батареи принцип действия

Для ликбеза этого будет достаточно. Но если вам мало, то можете посмотреть следующее видео:

Установка солнечных батарей (панелей)

Существует ряд правил, соблюдая которые вы сможете добиться максимальной отдачи от солнечных панелей:

1. Солнечные панели должны быть обращены на юг!!!! Это правило разумеется работает только в северном полушарии.
2.  Солнечные лучи должны падать на панель под углом максимально близким к прямому. Это поможет уменьшить количество отраженного от поверхности панели света.
3. Необходимо обеспечить охлаждение панелей, иначе КПД всей установки существенно снижается.
4. Необходимо избегать затенения! То есть не стоит устанавливать солнечные батареи на тенистой поляне за высокими деревьями. Место должно быть как можно более открытым.

Самодельная гидроэлектростанция

Если на участке дома есть ручей или водоём с плотиной, выгодным альтернативным источником энергии для частного дома может быть самодельная гидроэлектростанция. Основой такого устройства является водяное колесо, а скорость течения воды определяет мощность.

Изготовить такой агрегат в домашних условиях можно из автомобильных материалов, обрезков уголка и металла, куска медного провода, фанеры, полистироловой смолы и неодимовых магнитов.

Пошаговая инструкция включает несколько этапов:

1. Сооружение колеса из 11-дюймовых дисков, а также 16 лопастей из стальной трубы (разрезав её на 4 части). На этом шаге диски нужно стянуть болтами, оставляя просвет между ними около 10 дюймов. Лопасти следует приварить сваркой.
2. Изготовление сопла по величине колеса. Для этого обрезок металла необходимо выгнуть по размеру и приварить. Для регулировки водяного потока сопло должно быть настроено по высоте.
3. Сварка оси.
4. Установка колеса на ось.
5. Изготовление статора путём обмотки и заливания катушки смолой. Далее происходит сборка генератора: изготовление фанерного шаблона и установка магнитов.
6. Защита генератора металлическим крылом от брызг воды.
7. На следующем шаге нужно окрасить колесо, ось и крепежи с соплом.
8. Последний этап — регулировка сопла. Она нужна для достижения максимальной мощности.

В некоторых случаях самодельные агрегаты не требуют больших затрат, но зато обеспечивают существенную экономию на оплате коммунальных услуг. А совмещение нескольких видов альтернативных источников позволит быть независимым от централизованных систем. Чтобы собрать устройство своими руками, достаточно нужной информации, ясной головы и умелых рук.

Частые причины перехода на альтернативное отопление

Основная причина, по которой используются альтернативные источники отопления частного дома, – это регулярное подорожание многих видов энергоносителей. К ним можно отнести газ, природный уголь, электроэнергию и другие разновидности.

Сегодня для отопления частного дома чаще всего используются газовые магистрали. Стоимость такого отопления является самой приемлемой, но и она постоянно повышается. Поскольку газ является энергоресурсом, который рано или поздно иссякнет, тенденция к росту цен будет сохраняться постоянно. В такой ситуации альтернативное отопление можно назвать не только выгодным с экономической точки зрения, но и прогрессивным, поскольку в качестве источников тепла используются восполняемые ресурсы. В итоге древесина и не восполняемые ископаемые ресурсы не расходуются.

Солнечные панели собственноручного изготовления

Готовая солнечная панель стоит немалых денег, поэтому ее покупка и установка по карману далеко не каждому. При самостоятельном изготовлении панели расходы можно снизить в 3-4 раза. Прежде чем приступить к устройству солнечной панели нужно разобраться, как все это работает.

Система солнечного электроснабжения: принцип работы

Понимание назначения каждого из элементов системы позволит представить ее работу в целом. Основные составляющие любой системы солнечного электроснабжения:

• Солнечная панель. Это комплекс соединенных в единое целое элементов, преобразующих солнечный свет в поток электронов. Их основная особенность состоит в том, что они не могут вырабатывать ток высокого напряжения. Отдельный элемент системы способен вырабатывать ток напряжением 0,5-0,55 В. Соответственно одна солнечная батарея способна вырабатывать ток напряжением 18-21 В, что достаточно для зарядки 12-вольтовой аккумуляторной батареи.
• Аккумуляторы. Одной батареи надолго не хватит, поэтому система может насчитывать до десятка таких устройств.  Количество аккумуляторных батарей определяется мощностью потребляемой электроэнергии. Количество аккумуляторных батарей можно будет увеличить в будущем, добавив в систему необходимое количество солнечных панелей;
• Контроллер солнечного заряда. Это устройство необходимо для обеспечения нормальной зарядки аккумуляторной батареи. Основное его назначение состоит в недопущении повторной перезарядки батареи.
• Инвертор. Прибор, требующийся для преобразования тока. Аккумуляторные батареи выдают ток низкого напряжения, а инвертор преобразует его в ток необходимого для функционала высокого напряжения – выходная мощность. Для дома достаточно будет инвертора с выдаваемой мощностью  3-5 кВт.

Если инвертор, аккумуляторные батареи и контроллер заряда лучше приобрести готовыми, то солнечные батареи вполне возможно сделать самому.

Качественный контроллер и правильность подключения помогут как можно дольше сохранять работоспособность аккумуляторных батарей и автономность всей солнечной станции в целом

Организация системы отопления дома без газа и электричества

Для выбора вариантов альтернативного отопления, не газифицированного электрифицированного дома, с низким лимитом потребления мощности до 5 кВт, можно предложить несколько эффективных источников нагрева. Для отопление дома потребует выбрать одну из схем теплоснабжения с использованием следующих современных технологий:

1. Котел длительного горения, с двумя контурами нагрева на отопление и ГВС и баком косвенного нагрева горячей воды. В качестве топлива для такой конструкции можно использовать доступное и дешевое твердое топливо: дрова и его отходы, каменный уголь или антрацит и любая иная топливная продукция в виде брикетов/пеллетов.
2. Котел двухконтурный, работающий от сжиженного газа, получаемого от баллонной или газгольдерной установки.
3. Газовые конвекторы, работающие на сжиженном газе.
4. Двухконтурный котел на жидком топливе: печное, дизельное топливо или маслопереработка.
5. Возобновляемые природные источники: ветряные ЭС, гелиоколлекторы и различные тепловые насосы.

После того как будет выбран источник отопления, владельцу дома потребуется выполнить организационные мероприятия для того, чтобы схема стала работоспособной.

Этапы организации системы отопления в упрощенном виде можно представить таким образом:

1. Перед тем как отопить дом без газа выполняют проект отопления и разрабатывают схемы внутридомовых отопительных систем.
2. Получения согласования от контролирующих органов для начала эксплуатации котельного оборудования. В данном случае — это согласования от газовой службы по подключению к газгольдеру или установке баллонов сжиженного газа, РЭС и водоканала.
3. Приглашение специализированной организации для монтажа и наладки котла и другого котельного оборудования.

Как генераторы лучше: дизельные или бензиновые?

Наиболее распространенный и известный независимый источник электрической энергии — это дизельный или бензиновый генератор.

Их используют повсеместно и во всех широтах нашей планеты.

В Арктике или Антарктике это вообще единственный и жизненно важный источник электричества.

Давайте подробнее разберемся в том как устроены генераторы.

Как устроен генератор?

Дизельный или бензиновый генератор состоит из двух основных частей:

1. Двигатель внутреннего сгорания (бензиновый или дизельный).
2. Генератор переменного тока.

ДВС вращает ротор генератора переменного тока и в результате на выходе мы имеем нужное нам напряжение.

Для лучшего понимания о чем идет речь, посмотрите следующий ролик:

Кроме этого, в состав дизельного генератора входит аппаратура, которая калибрует амплитуду и частоту напряжения.

О том как оно работает мы говорить не будем, но знать о том, что она там есть необходимо.

Плюсы и минусы дизельного/бензинового генератора

Несомненным плюсом таких устройств является быстрота их монтажа. От привоза на место до начала работы могут пройти считанные минуты.

Поэтому их часто используют медики, пожарные, военные и другие специальные службы.

Для начала работы нужно только залить топливо и подключить провода.

Теперь перейдем к минусам. Для удобства приведу их в виде списка:

1. Дороговизна топлива — всем известно, что в РФ и в СНГ в целом цены на горючее постоянно растут. А это в свою очередь увеличивает стоимость одного киловатт-часа, выработанного с помощью таких генераторов.
2. Высокий уровень шума — работающий двигатель издает громкие звуки и может помешать спать вам и вашим соседям.
3. Выхлопные газы — данный вид оборудования можно располагать только вне обитаемых помещений. Размещают их обычно на открытом воздухе или в открытых пристройках к зданиям, из которых выхлопные газы удаляются естественным путем.

Выбор мощности дизельного/бензинового генератора

Теперь давайте выясним как выбирать мощность. Тут все достаточно просто.

Нужно сложить суммарную мощность всех потребителей у вас дома, то есть холодильника, телевизора, насосов, автоматики, освещения и так далее.

После этого полученный результат умножаем на 1,3 и получаем искомую мощность оборудования.

Также при выборе нужно помнить, что есть оборудование способное работать как резервный источник энергии, а есть те, которые могут работать как постоянные источники. 

Разновидности альтернативных систем отопления

Альтернатива газовому отоплению представляет собой, как правило, автоматизированные системы теплоснабжения, использующие на практике современные технологии и новейшие разработки.

Данные системы — идеальное решение для собственников частных и загородных домов, особенно расположенных на удалении от мест прокладки газопроводной сети.

Альтернативное отопление может иметь следующие разновидности:

1. Дизельное.
2. Электрическое.
3. Твердотопливное (уголь, брикет, дрова и т.д.).
4. Природные возобновляемые источники (энергия ветра, тепло земли, солнечная энергия и т.д.).

Какой из перечисленных выше вариантов наиболее оптимален для применения в загородном частном доме? Для ответа на данный вопрос рассмотрим преимущества и недостатки каждого из них с точки зрения эффективности и экономичности.

Использование дизельного топлива

Одним из основных преимуществ использования дизельного топлива для обогрева частного дома является относительно невысокая стоимость монтажа тепловой установки, производящей выработку тепловой энергии.

Любые другие виды отопления, принцип действия которых основан на сгорании топлива с последующим выделением тепла, требуют гораздо больших затрат на установку, чем работающие на жидком топливе котлы.

К основным недостаткам данной системы можно отнести именно высокую стоимость эксплуатации и необходимость регулярного обслуживания и наблюдения за системой.

Электрическое отопление

Электрическое отопление — неплохая альтернатива газовому отоплению в загородном либо частном жилом доме.

Данную систему характеризует простота в установке и эксплуатации, высокий уровень автоматизации, обеспечивающий надежную и качественную работу всей системы.

Электрическое отопление может быть отрегулировано на каждую комнату в отдельности. Нажмите для увеличения.

Кроме этого, работающие на электричестве обогревательные системы отличаются практически максимальным значением коэффициента полезного действия (около 100%).

Перечень многочисленных преимуществ могут дополнить небольшие габаритные размеры отопительных систем и возможность их установки практически в любом помещении.

Электрическое отопление может быть отрегулировано на каждую комнату в отдельности.

К недостаткам системы относится высокая стоимость электрической энергии, зависимость стабильной работы от наличия тока и качества электрической сети.

Использование твердых видов топлива

Наиболее сбалансированная альтернатива газовому отоплению — котлы, работающие на твердых видах топлива.

Данные устройства совмещают в себе сравнительно большую доступность твердого топлива, низкую стоимость установки и достаточно высокую эффективность (коэффициент полезного действия может достигать значения 85% — 95%).

Работоспособность твердотопливных котлов обеспечивается за счет их периодической «дозаправки», которую необходимо производить вручную 3-4 раза в сутки.

Следует отметить и конструкционную надежность данных котлов. Основные недостатки системы отопления на твердом виде топлива связаны с необходимостью заготовки, сушки и организации хранения дров (угля, брикета и т.д.).

Виды нетрадиционных источников

На самом деле альтернатива электроэнергии для дома окружает нас всегда и везде, она заключена в солнце, ветре, воде и земле. Главная задача — добыть и преобразовать её. Учёные и специалисты много лет посвятили этому вопросу и достигли хороших результатов.

Сегодня с помощью природных источников питания в дом может поступать тепло, электроэнергия, газ и тёплая вода. Причём для этого не нужны промышленные технологии и сверх знания, всё возможно сделать своими руками. А использование конкретного вида альтернативного источника зависит от наиболее подходящих для этого окружающих условий.

Выбрать можно из следующего списка:

1. Использование солнечной энергии, обеспечивающей генерацию электричества, подгорев воды и низкотемпературное отопление (с помощью солнечных батарей и коллекторов).
2. Преобразование энергии ветра с использованием ветрогенераторов.
3. Обогревание жилья тепловыми насосами, аккумулирующими тепло трёх природных источников (воздух, земля и вода).
4. Применение биогазовых установок, источником энергии для которых являются отходы жизнедеятельности домашнего скота.

Поэтому сегодня разумным компромиссом является выбор комбинированной системы, когда альтернативные виды энергии для дома выступают основными, но при их нехватке привлекаются централизованные сети.

https://youtube.com/watch?v=PqOnp5FbWkE

Тепловой насос

Тепловой насос — это экологически чистый способ обогрева дома, использующий возобновляемое тепло:

• подземных вод;
• воды;
• воздуха.

Зимой система греет дом, летом охлаждает.

В сравнении с газовым котлом, тепловая энергия дешевле на 15 %, но установка оборудования стоит очень дорого и технологически довольно сложна. Кроме того, для работы насоса постоянно требуется электроэнергия. Потратив 1 кВт энергии, насос выдаёт три кВт (если с электричеством бывают перебои, нужно будет подстраховаться генератором, а это увеличивает расходы на оборудование).

Тепловые насосы устанавливают редко, поскольку экономическая выгода от них не велика – окупаться система начнёт только спустя несколько десятилетий!

Где купить

Альтернативной энергетикой, в том числе и тепловыми насосами, занимается компания Термодинамика. На сайте компании огромный выбор насосов всех видов от 85 тыс. руб. до 3 млн. руб. Телефон компании: +7 (499) 505 50 35

Биотопливо

Биоэнергетика получает электричество и тепло из топлива первого, второго и третьего поколений.

Первое поколение – твёрдое, жидкое и газообразное биотопливо (газ от переработки отходов). Например, дрова, биодизель и метан.

Второе поколение – топливо, полученное из биомассы (остатков растительного или животного материала, или специально выращенных культур).

Третье поколение – биотопливо из водорослей.

Биотопливо первого поколения легко получить. Сельские жители ставят биогазовые установки, где биомасса бродит под нужной температурой.

Самый традиционный способ и древнейшее топливо – дрова. Сейчас для их производства сажают энергетические леса из быстрорастущих деревьев, тополя или эвкалипта.

Тепловые насосы

Следующий вариант из категории «альтернативные виды энергии» — энергия из недр земли. Для частного дома – это идеальный вариант. Он простой, эффективный и экономичный. Для этого на участке около дома бурится скважина (чем глубже, тем лучше), куда устанавливается тепловой насос.

Подземные воды имеют всегда положительную температуру. При охлаждении насосом этой воды, выделяется энергия, которую и приходиться использовать. Но у некоторых может возникнуть вопрос, как же работает насос, ведь для него также необходима электрическая энергия? Все правильно, но данная установки имеет определенное соотношение потребленной энергии и выделенной, которая находится вот в такой зависимости – 1:6. Так что эффективность налицо.

Радиаторы и трубы отопления

Помимо современных отопительных котлов не менее важными компонентами являются трубы и радиаторы. Они необходимы для эффективной передачи тепловой энергии воздуху в помещении. Во время проектирования системы необходимо решить две задачи – уменьшить тепловые потери при транспортировке теплоносителя по трубам и улучшить теплоотдачу батарей.

Любые современные радиаторы отопления должны не только иметь хорошие показатели теплопередачи, но и удобную для ремонта и обслуживания конструкцию. Это же касается трубопроводов. Их монтаж не должен вызывать затруднений. В идеале установку может осуществить сам владелец дома без применения дорогого оборудования.

Современные радиаторы отопления

Конструкция радиаторов отопления

Для увеличения теплоотдачи в качестве основного материала изготовления батарей все чаще используют алюминий. Он имеет хорошие показатели теплопроводности, а для получения нужной формы можно применять технологию литья или сварки.

Но нужно учитывать, что алюминий очень чувствителен к воздействию воды. Современные чугунные радиаторы отопления лишены этого недостатка, хотя и обладают меньшей энергоемкостью. Для решения этой проблемы была разработана новая конструкция батарей, у которых водяные каналы изготавливаются из стальных или медных труб.

Эти современные трубы для отопления практически не подвергаются коррозии, имея минимальные размеры и толщину стенок. Последнее необходимо для эффективной тепловой передачи алюминию энергии от горячей воды. У современных радиаторов отопления есть несколько преимуществ, заключающихся в следующем:

• Долгий срок эксплуатации – до 40 лет. Однако он зависит от условий работы и своевременного выполнения прочистки системы;
• Возможность выбора способа подключения – верхнее, нижнее или боковое;
• В комплектацию может входить кран Маевского и терморегулятор.

В большинстве случаев модели современных чугунных радиаторов отопления делают дизайнерскими. Они имеют классические формы, некоторые из них изготавливаются в напольном варианте с элементами художественной ковки.

КПД радиатора отопления зависит от правильной установки и способа подключения. Это обязательно учитывается при монтаже системы.

Современные трубы отопления

Полимерные трубы для отопления

Выбор современных труб отопления во многом зависит от материала их изготовления. В настоящее время чаще всего используют полимерные магистрали из полипропилена или сшитого полиэтилена. Они имеют дополнительный армирующий слой из алюминиевой фольги или стекловолокна.

Однако они имеют один существенный недостаток — относительно низкий порог температурного воздействия до +90°С. Это влечет большое температурное расширение и как следствие – повреждение трубопровода. Альтернативой полимерным трубам могут служить изделия из других материалов:

• Медные. С точки зрения функциональности медные трубопроводы соответствуют всем требованиям к отопительной системе. Они просты в монтаже, практически не изменяют форму даже при экстремально высоких температурах теплоносителя. Даже при замерзании воды стенки медных магистралей будут расширяться без повреждения. Недостаток – высокая стоимость;
• Нержавеющая сталь. Она не подвергается ржавлению, ее внутренняя поверхность имеет минимальный коэффициент шероховатости. К недостаткам можно отнести стоимость и трудоемкий монтаж.

Как правильно подобрать оптимальную комплектацию современного отопления? Для этого необходимо воспользоваться комплексным подходом – сделать правильный расчет системы и согласно полученным данным выбрать котел, трубы и радиаторы с соответствующими эксплуатационными характеристиками.

В видеоматериале показан пример современного отопления дома с помощью системы теплый пол:

Энергия ветра

Использование воздушных потоков в качестве ветровой нагрузки позволяет добиваться очень высоких мощностей, в пределах от 1-15 кВт на одну вышку. Классическая система получения альтернативной энергии с использованием ветра состоит из трех составляющих:

• Металлическая или бетонная мачта с поворотной платформой;
• Воздушный винт, соединенный механической трансмиссией с электрогенератором;
• Аккумуляторная батарея с системой преобразования тока.

Стоимость ветровой электроэнергии зависит от размеров конструкции, чем больше высота, на которую поднят винт, тем выше эффективность источника альтернативной энергии. Для альтернативной установки мощностью 50 кВт/ч, поднятой на мачту в 50 м, цена производимой «воздушной» электроэнергии сопоставима с тарифом тепловой электростанции.

Для частного дома возможности использования ветра в качестве альтернативного источника значительно скромнее. Например, простейшая ветровая установка с высотой мачты в 4,5 м и диаметром четырехлопастного винта в 2 м, при ветре в 12 м/с выдает не менее 800-900 Вт/ч. Четыре ветроустановки способны заменить дорогостоящий источник энергии на солнечных кремниевых панелях площадью 20 м2. При этом стоимость альтернативной энергии будет вдвое выше сетевого тарифа.

Простейшая установка получения альтернативной энергии с винтом диаметром всего 70 см, установленная на балконе пятого этажа, позволяет получить 200 Вт/ч даже в условиях несильного ветра. Изготовить альтернативные источники энергии для дома своими руками не составит особого труда, необходимо только спроектировать винт специальной конфигурации, чтобы максимально снизить уровень шума.

В Китае малогабаритные установки с винтом 50 см широко используются в качестве альтернативного источника электроэнергии для питания фонарей уличного освещения и ретрансляторов беспроводного интернета, систем сигнализации и камер наблюдения на парковках и автомагистралях. Стоит такая «кроха» в 10 раз дешевле кремниевой панельки аналогичной мощности, а работает практически в любую погоду, даже без аккумуляторов.

При удачном выборе места под размещение мачты ветряная электростанция в качестве альтернативного источника электроэнергии окупается в течение 2-3 лет. Высота мачты должна составлять не менее 10-12 м, а диаметр лопастей – 2,5-3 м. Две вышки способны производить до 5 кВт/ч при среднем ветре.

Ветроустановки отлично работают в степной и гористой местности, в условиях плотной городской и пригородной застройки их эффективность снижается на 30-40%. Единственным недостатком ветроустановки остается высокий уровень зашумленности. Системы мощностью около 1 кВт способны генерировать шум, сопоставимый с децибелами работающего дизельного автомобиля.

Заключение

С целью обеспечения удаленных от электросети построек энергией, предупреждения возможных проблем из-за перебоев централизованного снабжения электричеством владельцы домов часто устанавливают автономные системы электроснабжения. На практике применяются несколько их разновидностей, каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. Выбор лучшего варианта может зависеть от будущего места монтажа, климата в конкретном регионе, иных важных факторов

Также стоит обратить внимание на стоимость оборудования, комплектующих, периодического обслуживания. Проанализировав собранную информацию, можно принять решение о целесообразности приобретения такой установки

В любом случае, автономное электроснабжение – это возможность избежать зависимости от центральной сети, сэкономить на оплате электричества.