Альтернативные источники энергии

Как сделать ветрогенератор

Солнечные электростанции не работают ночью и в пасмурную погоду, а электричество требуется всегда. Поэтому, проектируя альтернативную энергетику для дома своими руками, нужно предусмотреть в ней генератор, не зависящий от солнца.

Для использования в качестве второго источника энергии отлично подойдёт ветрогенератор. Его можно собрать даже из б/у запчастей, что существенно сэкономит ваши средства.

Список того, что понадобится для сборки ветряка:

1. Генератор с магнитным возбуждением от грузовика или трактора.
2. Труба с наружным диаметром 60 мм и длиной 7 метров.
3. Полтора метра трубы с внутренним диаметром 60 мм.
4. Стальной трос.
5. Скобы и колышки для крепления троса.
6. Провода, сечением 4 мм².
7. Повышающий редуктор 1 к 50.
8. ПВХ труба, диаметром 200 мм.
9. Диск от циркулярной пилы.
10. Два разъёма EC-5.
11. Кусок стального листа, толщиной 1 мм.
12. Лист алюминия, толщиной 0,5 мм.
13. Подшипник под внутренний диаметр мачты.
14. Муфта для соединения валов генератора и редуктора.
15. Труба под внутренний диаметр подшипника, длина — 60 см.

Изготовление ветроколеса для дома

Главным элементом любого ветряка являются лопасти, поэтому их нужно изготовить первыми.

Чтобы определиться с размерами, используйте таблицу.

Ветроколесо по мощности в идеале должно совпадать с генератором, но из-за чрезмерно больших размеров получающегося колеса это не всегда возможно. Поэтому чаще всего мощность лопастей значительно ниже таковой у генератора. В этом нет ничего страшного.

Разрежьте ПВХ трубу на отрезки, равные длине лопастей. Распилите их пополам по продольной оси. Перерисуйте на половинки трубы разметку и по ней вырежьте лопасти. Отпилите от заготовок треугольники. Из стального листа вырежьте крепления для лопастей и просверлите в них дырки. Возьмите диск от циркулярной пилы, насверлите в нём отверстий и болтами прикрутите лопасти к диску.

Сборка, установка и подключение

Выройте яму и забетонируйте в ней трубу с внутренним диаметром 60 мм. Возьмите семиметровую трубу и, отступив 1 метр от края, установите на неё скобы. Вварите в тот же край трубы подшипник, используя аргонную сварку.

Согните из стального листа раму и снизу приварите к ней трубу, которая влезает в подшипник. Закрепите на раме редуктор с генератором, соединив их валы. Установите снизу рамы и на верхушке мачты 2 ограничителя в виде штырей. Они не дадут раме поворачиваться больше, чем на 360 градусов. Сделайте флюгер из алюминиевого листа и закрепите его на задней части рамы. В основании мачты просверлите отверстие для провода.

Подключите к генератору провод и протяните его сквозь раму и мачту. Оденьте на вал редуктора ветроколесо и закрепите его на нём. Вставьте раму в подшипник и покрутите её. Она должна легко вращаться.

Ветряк в сборе выглядит примерно так:

1. Лопасти.
2. Диск от циркулярки.
3. Редуктор.
4. Соединительная муфта.
5. Генератор.
6. Флюгер.
7. Крепление флюгера.
8. Подшипник.
9. Ограничители.
10. Мачта.
11. Провод.

Вбейте в землю колышки так, чтобы расстояние от мачты до каждого из них было одинаковым. Привяжите тросы ко скобам на мачте. Для установки мачты нужно вызывать автокран. Не пытайтесь установить ветрогенератор самостоятельно! В лучшем случае вы разобьёте ветряк, в худшем — пострадаете сами. После поднятия мачты автокраном, направьте её основание в забетонированную ранее трубу и дождитесь, пока кран опустит её в трубу.

Трос нужно привязывать к колышку в натянутом состоянии. Причём все тросы должны быть привязаны так, чтобы мачта стояла строго вертикально, без перекосов.

Подключать ветрогенератор нужно к зарядному устройству через разъём ЕС-5. Сама зарядка устанавливается в щитке с оборудованием СЭС и подключается напрямую к аккумулятору.

Сборка электростанции закончена. Теперь вы не останетесь без электричества, даже если вам отключат свет на длительное время. При этом не придётся тратить деньги на топливо для генератора и время на его доставку. Все будет работать автоматически и не потребует вашего вмешательства.

Извлечение тепла из окружающей среды

Сразу хочется отметить один доступный и оттого популярный способ – нагрев воды солнечными коллекторами. Остальные альтернативные источники тепла традиционно дороги. Солнечные водонагреватели работают достаточно эффективно в теплое время года, особенно в солнечные дни. Стоимость данного оборудования хоть и «кусается», но все же не заоблачная, чем пользуется много людей.

Серьезными и очень эффективными средствами обогрева жилых зданий являются тепловые насосы. Действуя по принципу «холодильник наоборот», эти агрегаты способны извлечь теплоту из морозного воздуха, недр земли или холодной воды. Самые производительные установки – с земляным внешним контуром, они могут обеспечить теплом любой дом, потребляя малое количество электричества из сети. Но из-за высокой цены оборудования тепловые насосы так и не получили широкого распространения на постсоветском пространстве.

Отказ от газа, дров и угля

От традиционных источников тепла, многие годы используемых для отопления, можно отказаться. Как это ни удивительно, но вполне реально. Многие ярые противники утверждают о невозможности заменить природные ресурсы экологически чистыми аналогами. Альтернативой становится энергия солнца, сила ветра, тепло, скрытое в недрах земли, отходы производства и жизнедеятельности человека. Такие варианты актуальны в современном мире, учитывая общую загрязненность окружающей среды.

Альтернативные источники способны обеспечить загородный дом электричеством и тепловой энергией

Еще одно существенное преимущество – ощутимая экономия при использовании экологических источников самопроизвольно возобновляемой энергии. На первый взгляд кажется, что это неоправданно дорого и вряд ли окупится. Детальнее разобравшись с особенностями каждого способа, можно увидеть, что эко проект окупается через 4-7 лет, а далее остаются лишь текущие расходы на поддержание используемых механизмов в рабочем состоянии.

Возможность полноценной замены привычного топлива альтернативным доказана не одним реальным примером. Домовладельцы в разных странах мира прибегают к экологическим вариантам отопления. У нас – лишь единицы решаются кардинально сменить привычное топливо, дорожающее с каждым годом.

Основная проблема экотоплива – значительные капиталовложения на начальном этапе. Ведь сначала нужно детально просчитать количество необходимой энергии для определенного дома или коттеджа. Затем выяснить, какой тип эко ресурсов наиболее выгодный в конкретной местности. Далее, предстоит составить план расположения оборудования, генерирующего энергию, купить все необходимое и установить.

Если всеми этими вопросами будут заниматься соответствующие специалисты, то конечная стоимость эко отопления будет очень высокой. Чтобы сэкономить, можно попытаться обойтись своими силами. Для этого предстоит с головой погрузиться в тему альтернативных источников энергии, чтобы отказаться от привлечения посторонней помощи. В этом случае стоимость проекта окажется в разы дешевле.

Именно второй вариант выбирают многие хозяева частных домов. Их практика доказывает, что стать энергонезависимыми вполне реально. Можно полностью или частично заменить традиционное топливо – все зависит от размеров домовладения, финансовых возможностей на начальном этапе, выбранного варианта отопления.

Особенности

Конечно, осуществить установку альтернативной отопительной системы могут в основном только жители частных домов. Как альтернатива газу чаще всего используется водяная отопительная система. А также существуют и другие решения, которые будут рассмотрены ниже. В любом случае следует отметить, что любая альтернативная система обойдется владельцу все равно выгодней, чем централизованный вариант. Конечно, сначала будут затрачены серьезные ресурсы на установку и монтаж, но со временем данная система точно себя окупит.

Отопительные механизмы в зависимости от того, как в них присоединяются приборы, делятся на две категории.

• Двухтрубные. Особенность заключается в том, что идет подключение отдельно к подающей и отдельно к обратной магистрали, а все радиаторы подключаются к трубам по последовательной схеме, что позволяет поставлять тепловой носитель через одну трубу, а осуществлять его вывод, после того, как он отдал тепло – через другую.
• Однотрубные. Этот вариант предполагает подключение приборов последовательного характера, благодаря чему подача и вывод теплового носителя осуществляется из одной трубы.

Следует отметить, что перечисленные виды отопительных механизмов могут быть как с верхним, так и с нижним вариантом разводки. Во втором случае прокладка трубы, по которой будет идти подача, будет располагаться с верхней стороны приборов приема, а в первом – снизу.

Что такое альтернативное отопление частного дома

Альтернативное отопление представляет собой способы и системы теплоподачи для частного дома, дающие возможность не использовать газ или электрическую энергию. Как правило, источники тепла в этом контексте – бесплатные ресурсы природы, доступные каждому из нас. Например, такие, как солнце и ветер.

Почему это выгодно:

• Для обогрева помещения используются такие тепловые источники, которые не требуют оплаты счетов от поставщиков;
• На создание установок работающих с ветром или солнцем уйдет меньше денежных трат, чем на обустройство привычных отопительных систем;
• Повышение цен на коммунальные блага никак не отразится на использовании альтернативы обогрева жилья.

Впрочем, альтернатива электрическому или газовому обогреву не только экономически выгодна, но и еще экологична, так как в процессе работы не сжигается древесина или иное топливо.

1 Применение биологических отходов

Биогаз представляет собой вид топлива, причисляемый к категории экологически чистых. Сфера его применения аналогична природному газу. Для его производства необходимо использование анаэробных бактерий. Фактически он является продуктом их жизнедеятельности. Отходы размещают в специальную емкость. Когда биоматериал начинает разлагаться, идет выделение газов:

• сероводорода;
• метана;
• углекислого газа.

Указанная технология активно используется на животноводческих фермах в Китае и США. Чтобы непрерывно получать биогаз в домашних условиях, необходимо иметь доступ к бесплатному источнику навоза либо собственное фермерское хозяйство. Для сооружения установки придётся сделать герметичную емкость и вмонтировать шнек. Он используется для перемешивания компонентов. Прочие обязательные компоненты:

1. 1. Горловина. Используется для укладки отходов.
2. 2. Патрубок. Его применяют, чтобы отводить газ.
3. 3. Штуцер. Позволяет выгрузить отработанный материал.

Абсолютная герметичность является непременным условием конструкции. Если не отбирать на постоянной основе газ, придётся дополнительно монтировать предохранительный клапан. Он избавит от избыточного давления. Если не установить его, конструкции сорвет крышу. Алгоритм действий такой:

1. 1. Подбирают место для монтажа емкости. Габариты изделия должны соответствовать объёмам имеющихся в наличии отходов. Целесообразно заполнить бак на 2/3, чтобы он работал эффективно. Резервуар делают из армированного бетона либо металла. Имея маленькую емкость, не приходится рассчитывать на большое количество биогаза. Примерно 100 кубов энергии выходит на тонну отходов.
2. 2. Для ускорения жизнедеятельности бактерий необходимо подогревать отходы. С этой целью можно устанавливать ТЭН либо монтировать змеевик прямо под емкостью. Его следует подключить к системе отопления.

Использование энергии ветра и солнца

Ветрогенераторы в отопительных системах

Кинетическая энергия ветра, как правило, используется для электроснабжения зданий, но мощные модели в условиях, близких к идеальным, могут обеспечить и обогрев, по крайней мере, частичный

Если не брать во внимание первоначальные расходы, то для потребителя получаемое электричество ничего не стоит

Очень важно, что для работы ветрогенератора не нужны вспомогательные ресурсы, они всё время функционируют автономно. Эти установки в качестве вспомогательных источников энергии удачно интегрируются в системы, где основными являются отопительные устройства других типов

Эти установки в качестве вспомогательных источников энергии удачно интегрируются в системы, где основными являются отопительные устройства других типов.

Стандартная комплектация ветрогенераторной установки

Существует много типов конструкций ветряков, но обычно их разделяют на две большие категории:

1. Горизонтальные ветрогенераторы с лопастями типа «пропеллера». Эти агрегаты производительнее (коэффициент использования энергии ветра до 52%), поэтому больше подходят для нужд отопления, но обладают целым рядом эксплуатационных и потребительских ограничений.
2. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения. Эти турбины сравнительно слабомощные (КИЭВ менее 40%), но не требуют ориентирования на ветер, могут использовать не только ламинарные, но и турбулентные потоки, начинают вырабатывать ток даже на малых скоростях. Их легче обслуживать, так как генератор находится возле земли, а не на мачте в гондоле.

Вот некоторые недостатки использования ветряков для отопления:

• Высокие капитальные затраты. Более 70 процентов средств уходит на вспомогательные элементы: аккумуляторы, инвертор, управляющую автоматику, конструкции для установки. Вложения окупаются только через несколько десятков лет.
• Невысокий КПД – малая мощность. Кроме того, часть энергии теряется в процессе преобразования электричества в тепло.
• На местности требуется наличие постоянных ветров с высокой скоростью. Энергия нестабильна, сильно зависит от погоды и времени года, требует регулярного контроля и аккумулирования.
• Оборудование занимает много места.
• Ветрогенераторы во время работы создают много шума.

Гелиосистемы выполняют прямой нагрев теплоносителя либо преобразовывают энергию фотоэлектрическим методом. В первом варианте солнечные лучи нагревают воду/антифриз (в некоторых моделях – воздух), которая транспортируется в помещения и посредством радиаторов отдаёт тепло. Во втором случае фотоны света трансформируются в электрическую энергию, питающую обычные отопительные устройства, работающие на электричестве (котлы, обогреватели, тёплые полы).

Принцип работы солнечного коллектора для отопления и ГВС

Соответственно, существует два типа устройств:

• Солнечные коллекторы. Система состоит из контура для циркуляции теплоносителя, аккумулирующего бака и самого коллектора. В зависимости от конструкции, выделяют коллекторы: плоские, вакуумные и воздушные (как теплоноситель используется воздух).
• Солнечные батареи. Установка состоит из панелей с фотоэлементами, контроллеров и инвертора. Батарея вырабатывает постоянный ток напряжением 24 или 12 вольт, который собирается в аккумуляторах и после преобразования инвертором в переменный (220 В) подаётся на розетки.

Недостатков у солнечных установок несколько. Прежде всего зависимость от метеорологических факторов и цикличности (сезонной и суточной). Батареи имеют небольшой КПД, чтобы дать большой объём стабильной энергии, они должны занимать большую площадь и комплектоваться дорогостоящими аккумуляторными батареями, которые довольно часто приходится менять. Недостатком коллекторов является их зависимость от электричества (для работы насоса или вентилятора), или, например, опасность замерзания теплоносителя.

Фотоэлектрические панели комплектуются аналогично ветрогенераторам (контроллер, аккумуляторы, инвертор), поэтому легко объединяются с ними в гибридные системы

Солнечные батареи

Альтернативное электричество от солнца в частном домостроении используется редко. Все дело в дороговизне солнечных элементов, которые устанавливаются в батареях. Отсюда и высокая стоимость всей установки. Хотя необходимо отметить, что это перспективное направление, от которого нельзя отказываться. Ведь ежегодно на один квадратный метр поверхности земли падает 1000 кВт энергии. Представляете, сколько человечество теряет. Если сравнить с другими видами топлива, то это 100 м³ газа или 100 литров солярки.

Конечно, таким способом получить электрический ток еще дорого. А вот нагреть так воду – это очень дешево. Вот почему солнечные коллекторы сегодня так востребованы у жителей загородных поселков.

Тепловые насосы

В этом случае альтернативные источники отопления являются энергией воды и земли. В теплый период времени эта система используется как крупный кондиционер – она охлаждает здание, передавая избыток тепла земле.

Принцип работы теплового насоса с использованием энергии воды

Достоинством данного способа обогрева является полная экологическая чистота, что достигается использование одних только возобновляемых ресурсов. Стоимость альтернативного отопления в доме тепловыми насосами ниже, чем у газового отопления на 15%. Тем не менее, недостатком выступает высокая стоимость оборудования.

Также минусом является потребность в электроэнергии. Эту проблему можно решить двумя способами. Обычно дешевле использовать центральную энергосеть, однако этот вариант не подходит для отдаленных населенных пунктов, где часто встречаются перебои с электроэнергией.

Хорошим решением выступает использование собственного генератора, но и оно не идеально. С одной стороны, это позволяет сделать дом полностью автономным, а с другой – возникает потребность в монтаже генераторной установки и её обслуживании. Это снижает экономическую эффективность использования тепловых насосов, но мощный генератор может обеспечивать энергией не только отопительную систему, но и другие приборы в доме.

Когда может возникнуть необходимость в альтернативном отоплении

• Участок, на котором расположен дом, не подключен к газовой магистрали.
• Газ поставляется с перебоями.
• Владелец дома хочет сэкономить на отоплении.
• Подключение к газовой магистрали невозможно ввиду высокой стоимости.

Отопление дома альтернативными источниками условно можно разделить на два вида:

• Оборудование, которое работает в дополнение к газовому котлу. Оно не способно полноценно обеспечить жилище теплом, поэтому используется для поддержки работы котла в пиковые нагрузки.
• Оборудование, которое заменяет газовый котел. Вырабатывает достаточную отопительную мощность для обогрева здания.

Гелиосистемы

Гелиосистема — это устройство, предназначенное для препревращения энергии радиации Солнца в другие виды энергии. Например, для нагревания и охлаждения воды и воздуха. Для нагрева теплоносителя используют циркуляционный насос, который направляет тепло в радиаторы или конвекторы.

Варианты гелиосистем

• Солнечный коллектор. Как правило, солнечный коллектор работает одновременно с электронагревателем. Теплоноситель контролируется датчиками температуры. Когда погода не солнечная и температура падает ниже уровня, тогда включается дополнительный подогрев электрическими ТЭНами.

• Солнечная батарея оснащена не только датчиком температуры и инвертором, который формирует напряжение 12 или 24 вольт постоянного тока, а ещё и аккумуляторной батареей большой ёмкости. Днём солнечные батареи накапливают энергию в аккумуляторах, которые служат источником питания ночью или в пасмурную погоду. Если ёмкость аккумуляторов и площадь фотоэлементов соответствуют площади дома, то можно реализовать полностью энергетически независимую систему. Но есть один минус, лучшие образцы аккумуляторов прослужат не более 5-ти лет, а их замена сопоставима с затратами за электричество.
• ещё один вариант, который позволяет экономить — это солнечная батарея с контроллером и инвентором. Она подключается параллельно любой розетке. Также понадобится механический, дисковый счётчик. Электронный не подойдёт, он не регистрирует обратное направление тока. Если в дневное время суток фотоэлементы вырабатывают электричества больше, чем требуется на обогрев помещения, то счетчик отматывает киловатт-часы. Таким образом, получается значительная экономия.

Тепловые насосы для отопления частного дома

При этом способе альтернативного отопления оборудование извлекает и концентрирует тепло, которое аккумулируется в земле, воде или воздухе. Передача энергии осуществляется в теплообменниках, а для циркуляции теплоносителей в системе используется насколько независимых контуров. По принципу работы тепловой насос похож на холодильную установку (где основным силовым элементом является компрессор), только действует он наоборот.

Особенности передачи энергии в тепловых насосах

Геотермальные установки «грунт-вода» и «грунт-воздух»

Эти установки собирают тепло из протяжённых скважин или горизонтальных пластов с небольшой глубины. Такие тепловые насосы являются самыми эффективными, так как тепловая энергия грунта обладает стабильными показателями, причём она доступна в любых широтах. Есть два вида устройств:

• Вертикальные зонды располагаются в скважинах глубиной до нескольких сот метров. Они показывают лучшую производительность, но слишком дорого стоят, в основном из-за бурильных работ.
• Горизонтальные коллекторы состоят из системы труб, уложенных на глубине порядка 1,2-1,5 метров (ниже уровня промерзания). Они менее эффективны и занимают значительные площади, которые не подлежат застройке и не подходят для выращивания многолетних растений. Главное достоинство таких конструкций – намного меньшие затраты на земляные работы.

Летом тепловой насос может работать в реверсном режиме, выполняя функции кондиционера

Тепловой насос «вода-вода» и «вода-воздух»

Контур с первичным теплоносителем располагается на дне незамерзающего озера или реки. По конфигурации он похож на горизонтальный коллектор. Использоваться может тепло промышленных стоков и канализации, а также грунтовых вод. Есть два типа конструкций:

• Вода является теплоносителем и прокачивается внутри открытого первичного контура.
• Вода отдаёт свою энергию замкнутому первичному контуру, где в качестве теплоносителя циркулирует «рассол».

Очевидно, что для организации такого энергоснабжения непосредственно возле дома должен находиться подходящий водоём довольно большой площади.

Воздушные тепловые насосы

Для получения тепла из воздуха применяют устройства с крупным радиатором-теплообменником и производительным вентилятором, который должен прокачивать большие объёмы воздушных масс. Эти установки могут нагревать воду либо сразу отдавать энергию воздуху (так, например, работают кондиционеры с функцией подогрева), иногда они используют тепло дымовых газов или исходящих потоков из вентиляционных систем.

Это самые недорогие тепловые насосы, но они наименее производительные и не все могут работать при значительных минусовых температурах (в большинстве случаев -10 является пределом). Только самые продвинутые установки с инверторным управлением будут давать тепло при -25 градусах на улице.

Вариант укладки геотермального коллектора

Итак, имеют ли право на жизнь альтернативные способы отопления частного дома? Безусловно! Это по меньшей мере дальновидно. Уже сейчас они могут качественно дополнить традиционные генераторы тепла. Если позволяют технические условия, можно собрать гибридную систему, и полностью перейти на возобновляемые источники. Правда, для этого понадобится энное количество денежных средств и квалифицированная помощь профессионалов. Но если по каким-то причинам уйти от углеводородов не получается, то есть смысл модернизировать обычную систему отопления, чтобы можно было максимально эффективно регулировать температуру теплоносителя, или, как вариант, направить усилия на утепление ограждающих конструкций дома, чтобы свести к минимуму общие потери тепла.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 12.06.2020 Пользователем admin