Альтернативный источник энергии для частного дома — варианты и решения

Обзор альтернативных источников энергии для частного дома

В ситуации текущего постоянного роста тарифов, владельцы частных домов постепенно начинают внедрять альтернативные источники энергии в своем домашнем хозяйстве. Это обеспечивает возможность сокращения затрат на коммунальные услуги и облегчает финансовое бремя в области ЖКХ.

Содержание статьи

• Альтернативные источники энергии
  • 1.1 Солнечная энергия для получения электричества и тепла
    • Получение электричества
    • Получение тепловой энергии
      • 1.1.2.1 Плоские коллекторы
      • 1.1.2.2 Вакуумные коллекторы
      • 1.1.2.3 Воздушные коллекторы
  • 1.2 Ветрогенератор в частном доме
  • 1.3 Тепловые насосы
    • Вода-вода
    • Воздух-воздух
    • Воздух-вода
    • Грунт-вода
  • 1.4 Энергия из биотоплива
  • 1.5 Самодельные гидроэлектростанции
  • 1.6 Прочие варианты
• Опрос

Альтернативные источники энергии

Давайте, вкратце перечислим основные источники альтернативной энергии, которые можно использоваться в частном доме. Это:

• Использование солнечной энергии для получения тепла и электричества;
• Использование ветрогенераторов;
• Различные виды тепловых насосов;
• Энергия из биотоплива;
• Самодельные гидроэлектростанции;
• Прочие.

Теперь рассмотрим эти пункты подробнее.

Вернуться к содержанию

Солнечная энергия для получения электричества и тепла

Солнце ─ это один из наиболее распространённых и мощных источников энергии, используемых в частных домах. С помощью различных установок солнечную энергию преобразовывают в тепло или электричество. Очень часто в домах можно встретить оба варианта. Современные модели солнечных батарей и тепловых коллекторов позволяют получать тепло и электричество в ясную погоду даже зимой. Так, что если в вашем регионе много солнечных дней, то такие установки рекомендуются для использования солнечной энергии.
 

Получение электричества

Солнечные батареи, используемые для преобразования энергии солнца в электричество, собраны из фотоэлементов. Фотоэлектрические пластины изготовлены на базе кремния с различными добавками. Когда на них попадает солнечный свет, они испускают электроны и возникает  электрический ток. В основе этого процесса лежит явление p-n перехода.

Принцип действия фотоэлементов

Схема работы солнечной батареи

Фотоэлементы в зависимости от своей структуры бывают монокристаллическими и поликристаллические. Монокристаллические имеют КПД немного выше поликристаллических, и показывают хорошую производительность даже в пасмурную погоду.

Многие собирают солнечные батареи своими руками из фотоэлементов, которые можно без проблем купить в интернете. Порядок действий примерно следующий:

• Изготавливается каркас из дерева или металла. Предпочтительнее делать из алюминия;
• Затем делается подложка для установки фотоэлементов и стекло. Иногда фотоэлементы наклеиваются прямо на стекло (оргстекло, поликарбонат), а не на подложку;
• Элементы собираются в единую батарею с помощью пайки. Это делается при помощи медных лужёных шин. Они также продаются в специализированных онлайн-магазинах;
• Далее проводится герметизация. Для этого могут быть использованы герметики, эпоксидная смола, специальные плёнки. Здесь важно добиться того, чтобы между стеклом и фотоэлементами не было пустот (воздушных пузырей);
• Далее батарея собирается и подключается в гелиосистему. В зависимости от электрических характеристик, требуемых на выходе, батареи могут объединяться последовательно и параллельно. Одна батарея, как правило, имеет номинал напряжения 18 вольт.

Вернуться к содержанию

Получение тепловой энергии

Солнечную энергию в частных домах также используют для нагрева воздуха или воды. Для этого применяется установка под названием солнечный коллектор. При этом нагретая вода может быть использована как для обогрева дома, так и для горячего водоснабжения. Чтобы минимизировать влияние погоды, тепловые коллекторы используются совместно с бойлерами и котлами на газе или электричестве. Можно выделить три основных типа солнечных коллекторов:

• Плоские;
• Вакуумные;
• Воздушные.

Плоские коллекторы

Конструкция таких коллекторов довольно простая и их часто можно встретить в частных домах и дачных участках. Такие коллекторы представляют собой короб, одна сторона которого прозрачная (стекло, поликарбонат, плёнка), а вторая выкрашена в чёрный цвет и теплоизолирована. Между этими стенками находится абсорбер. Часто для этого используется медный змеевик.

Плоский солнечный коллектор

Солнечные лучи нагревают конструкцию и через абсорбер передаёт тепло воды, циркулирующей в змеевике. КПД таких систем небольшой, но они просты и могут быть изготовлены своими руками. Такие системы могут быть использованы для ГВС в летнее время года. Зимой в российском климате они неработоспособны.

Вернуться к содержанию

Вакуумные коллекторы

Такие системы изготавливают промышленным способом и могут применяться для ГВС и отопления дома круглый год. Здесь теплоноситель находится в медной трубке, которая помещена в стеклянную большего диаметра, и между ними откачан воздух. Благодаря вакууму достигается идеальная теплоизоляция.

Принцип действия вакуумного коллектора

Вакуумный коллектор в частном доме

В состав систем с вакуумным коллектором входит накопитель, где подогревается вода. Циркуляция воды обеспечивается при помощи насоса, а вода обычно разделена на два контура. Через вакуумный коллектор может циркулировать какой-нибудь антифриз, который будет отдавать тепло в бойлере воде, циркулирующей в системе отопления частного дома или ГВС. Стоимость подобных систем высока и окупаются они несколько лет.

Вернуться к содержанию

Воздушные коллекторы

Это самый простой и малоэффективный вариант сбора солнечной тепловой энергии. По своей конструкции воздушные коллекторы напоминают плоские. Есть короб с прозрачной внешней стороной и теплоизолированной нижней. Через внутреннее пространство проходит воздух самотёком или под действием вентилятора.

Воздушный солнечный коллектор

Подобные установки работают летом, ранней осенью и весной весь световой день. В частных домах их обычно используют для обогрева подсобных помещений, сараев с животными, гаражей.

Вернуться к содержанию
 

Ветрогенератор в частном доме

Ещё одним неиссякаемым источником энергии на нашей планете является ветер. Для преобразования энергии ветра в электрическую применяются ветрогенераторы. Их целесообразно устанавливать в частных домах тех регионов, где высокая среднегодовая скорость ветра. Обычно это прибрежные и равнинные районы.

Схема работы ветрогенератора

Устройство ветрогенератора

Сам по себе ветрогенератор не используется. Он может эффективно работать только в составе ветряной системы. Как и в случае гелиосистем, в состав такой системы входят:

• Контроллер;
• Аккумуляторы;
• Инвертор;
• Кабели, соединители, крепёж.

При использовании ветрогенераторов существует ряд проблем. Стоимость таких установок довольно высокая, даже если их мощность небольшая. Если в местности, где вы проживаете, среднегодовые скорости ветра небольшие, то установка не окупится. К тому же, ветрогенераторы создают шум при работе. Поэтому их нужно устанавливать на удалении от жилых домов, а для этого не всегда есть возможность и доступные площади.
Вернуться к содержанию
 

Тепловые насосы

Тепловой насос – это ещё один вариант установки для организации отопления и ГВС в частном доме. Только здесь используется не солнечная энергия, а тепло от земли, воды и воздуха. В основу положен принцип холодильника, при котором тепло отбирается у какой-то среды и передаётся в систему отопления.

Принцип действия теплового насоса

В зависимости от среды, у которой отбирается тепло, и куда оно передаётся, различают тепловые насосы:

• Вода-вода;
• Воздух-воздух;
• Воздух-вода;
• Грунт-вода.

Вне зависимости от среды, с которой идёт работы, в установках подобного типа присутствуют: компрессор, теплообменник, испаритель.
 

Вода-вода

Тепловые насосы типа «вода-вода» отбирают тепло у воды из грунтовых вод и передают его воде, циркулирующей в системе отопления и ГВС частного дома. Коллектор для сбора тепла укладывается в водоёме (он не должен промерзать целиком) рядом с домом или под него бурятся скважины. Скважины бурятся на глубину около 15 метров.

Тепловой насос вода-вода

Вернуться к содержанию

Воздух-воздух

Это наиболее доступный вариант среди всех тепловых насосов. Конструкция таких установок похожа на сплит-систему. Электричество в насосах воздух-воздух расходуется на отбор тепла из окружающей среды и перекачка его в дом. Современные модели таких насосов могут работать при сильных морозах, хотя при этом падает их эффективность.

Тепловой насос воздух-воздух

Один киловатт электроэнергии в таких системах превращается примерно в 5 кВт тепла.

Вернуться к содержанию

Воздух-вода

Тепловые насосы по схеме воздух-вода довольно широко распространены в частных домах и производственных помещениях. Внешний блок этой установки забирает тепло из окружающей среды и с его помощью нагревает воду. Подобные конструкции получили широкое распространение благодаря доступной цене и простому монтажу.

Тепловой насос воздух-вода

Однако есть и отрицательные моменты. В российском климате их не получиться использовать зимой. Высокий КПД тепловых насосов воздух-вода сохраняется при температуре 7─15 С. В зоне отрицательных температур эффективность сильно падает.

Вернуться к содержанию

Грунт-вода

Эта разновидность тепловых насосов является самой универсальной и наиболее дорогостоящей. Зато подобные системы можно реализовать практически в любой климатической зоне, где есть непромерзающий слой грунта на доступной глубине.

Тепловой насос грунт-вода

Коллектор с циркулирующим в нём теплоносителем укладывается в непромерзающий слой земли. В этом слое температура круглый год держится примерно 7─10 С. Расположение коллектора может быть горизонтальным или вертикальным. В любом случае здесь большие затраты на проведение монтажных работ. Это выливается в значительные финансовые траты. Так, что здесь нужно заранее просчитать окупаемость такой установки и все резоны. Кроме того, под укладку коллектора требуется свободное пространство рядом с домом, а это не всегда возможно.

Вернуться к содержанию

Энергия из биотоплива

Ещё один вариант использования альтернативных источников энергии – это биогазовые установки. Они предназначены для переработки пищевых отходов, а также результатов жизнедеятельности скота и птицы. На выходе получаем биогаз, который может использоваться по прямому назначению или сжигаться в газогенераторе для выработки электроэнергии. В частных домах многие держат скотину. Поэтому недостатка в сырье не будет.

Установка для получения биогаза

Навоз, пищевые отходы нагреваются с ёмкости, представляющей водяную баню. Бактерии в навозе (мезофильные и термофильные) способствуют брожению. Навоз может перерабатываться сам по себе, а может использоваться в качестве добавки. Важное требование к установке заключается в том, чтобы брожение шло без доступа кислорода (анаэробная среда).

Для активизации процесса делается подогрев (около 40 С) и перемешивание. Перемешивание может осуществляться как электрической мешалкой, так и вручную. Выработка в идеальных условиях работы составляет: с 4─5 литров навоза получается 1 литр газа.

В крышке ёмкости имеется вывод для газа, который проходит через коллектор (осушается), и далее используется по назначению. Он может подаваться как на горелки, так и газогенератор или какие-нибудь механические двигатели для совершения работы.

В промышленных масштабах получение биогаза выполняется в подземный железобетонных бункерах. Пространство до грунта прокладывают теплоизоляцией. Сама ёмкость может быть поделена на несколько частей, где образование газа идёт со смещением во времени. Процесс полной переработки в таких установках продолжается от 3 до 30 дней.

В установке также есть люк для выгрузки отработанного сырья. Загрузка выполняется примерно на 15─20 процентов.
Вернуться к содержанию
 

Самодельные гидроэлектростанции

Да, есть и такие умельцы, которые самостоятельно делают миниатюрные гидроэлектростанции. Для этого нужна речка рядом с частным домом. Причём тем лучше, чем течение в речке сильнее. В основу маленькой гидроэлектростанции ложится водяное колесо. Остальные комплектующие изготавливаются из подручных средств. Для изготовления электростанции также потребуется фанера, медный провод, неодимовые магниты, смола.

Самодельная электростанция

Последовательность работ:

Водяное колесо, как правило, выполняется из металла. В самом простом варианте умельцы изготавливают его из автомобильных дисков. Их крепят на ось и приваривают к ним лопасти. Передачу крутящего момента на генератор выполняют с помощью редуктора. Подобные установки не требуют серьёзных затрат, но мало распространены. Ведь не у каждого дома есть речка с бодрым течением. Зато там, где это возможно, хозяева частного дома могут неплохо сэкономить на электроэнергии.
Вернуться к содержанию
 

Прочие варианты

Существуют и более экзотические варианты использования альтернативной энергии. Но их вряд ли можно использовать в частных домах в массовом порядке. Например, инфракрасные излучатели. Их ещё называют эко обогревателями. Могут быть использованы, как в частных домах, так и в офисном здании и в производственных помещениях. Такие установки основаны на передаче тепла в форме инфракрасного излучения. Оно нагревает предметы, а те, нагреваясь, передают тепло в окружающее пространство. Их в основном используют для нагрева отдельных предметов или полезной части пространства. Есть настенные, напольные, потолочные ИК излучатели.

А также существуют водородные котлы, которые основаны на основе реакции водорода и кислорода. В результате реакции образовывается вода с выделением большого количества тепла. Оно идёт на обогрев частного дома.

Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …

Если статья оказалась для вас полезной распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

Вернуться к содержанию

Какие преимущества и недостатки имеют альтернативные источники энергии?

Альтернативные источники энергии имеют ряд преимуществ и недостатков.

Преимущества альтернативных источников энергии:

1. Экологически чистые: альтернативные источники энергии не загрязняют окружающую среду, в отличие от традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь.

2. Возобновляемые: альтернативные источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, являются возобновляемыми, то есть их можно использовать бесконечное количество раз без исчерпания ресурсов.

3. Экономически выгодны: хотя установка и поддержание альтернативных источников энергии может быть дорогой в начале, они могут значительно сэкономить деньги в будущем, так как не требуют покупки топлива и обслуживания, которые необходимы для традиционных источников энергии.

4. Децентрализованные: альтернативные источники энергии могут быть установлены по всей территории, что позволяет создавать небольшие энергетические системы на местах, что уменьшает зависимость от централизованных систем электроснабжения.

Недостатки альтернативных источников энергии:

1. Неустойчивость: альтернативные источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, зависят от погодных условий, что может привести к нестабильности в поставках электроэнергии.

2. Ограниченность: не все виды альтернативных источников энергии могут быть использованы везде, например, гидроэнергия требует наличия рек или водохранилищ.

3. Высокая стоимость: хотя альтернативные источники энергии могут сэкономить деньги в будущем, установка их оборудования может быть дорогой, что может затруднить доступность для некоторых людей.

4. Возможные негативные воздействия на окружающую среду: некоторые альтернативные источники энергии могут имет

• Уменьшение экологического влияния: использование альтернативных источников энергии, таких как солнечные батареи или ветряные турбины, может снизить выбросы вредных веществ в атмосферу и уменьшить зависимость от нефти и газа.
• Долгосрочная экономия: инвестирование в альтернативные источники энергии может позволить снизить затраты на энергию в долгосрочной перспективе, так как некоторые типы альтернативных источников энергии могут производить энергию постоянно и бесплатно после начальных инвестиций.
• Уменьшение зависимости от поставщиков энергии: использование альтернативных источников энергии может уменьшить зависимость от традиционных поставщиков энергии, что может быть особенно полезно в регионах с ограниченным доступом к газу и нефти.
• Недостатки:
• Высокие начальные затраты: вложения в альтернативные источники энергии могут быть очень высокими, особенно при установке оборудования, такого как солнечные батареи или ветряные турбины.
• Непостоянность: некоторые типы альтернативных источников энергии, такие как солнечные батареи и ветряные турбины, могут не производить энергию постоянно и не могут быть использованы как основной источник энергии.
• Проблемы с хранением: в некоторых случаях может потребоваться хранение избытка произведенной энергии для использования в периоды, когда источник энергии недоступен, например, в ночное время или во время безветрия. Это может требовать дополнительных инвестиций в оборудование для хранения энергии.
• Воздействие на окружающую среду: в некоторых случаях, строительство и эксплуатация альтернативных источников энергии может иметь отрицательное воздействие на окружающую среду, например, в случае дамб для гидроэлектростанций или установок для производства биогаза.

Н

Видео. Отопление частного дома — газ или электричество? / Какое отопление выгоднее и дешевле?