Собственники квартир и частных домов уже осознали, что цены на энергоносители непрерывно увеличиваются, а запасы природного топлива неуклонно уменьшаются. Жители многоквартирных зданий почти не имеют возможности внести изменения, им приходится принимать данную неутешительную ситуацию.
Самые популярные источники энергии
Такие технологии называют «зелеными» из-за их экологичности, это решение дает шанс значительно сократить расходы на коммунальные услуги. Альтернативные источники — находки, которые нельзя назвать новыми: например, с древности успешно используются самые простые конструкции — ветряные мельницы и ветряки, работающие благодаря силе ветра.
Сейчас большое количество электроэнергии получают при помощи ветряных комплексов, гидроэлектростанций. Однако на этом список альтернатив не ограничивается. Бесплатную энергию можно получать практически отовсюду. Источником становится биотопливо, солнечный свет, энергия земли, вулканов, гейзеров, приливы и отливы.
Не все из этого перечня можно использовать в быту, однако у хозяев загородных усадьб есть выбор. В наше время все большую популярность получают три варианта. Это:
- ветрогенераторы;
- солнечные батареи;
- тепловые насосы.
Однако пока нельзя сказать, что такое оборудование в России очень востребовано. Причина — высокая цена, причем не только самих устройств, потому что стоимость монтажных работ тоже трудно назвать приемлемой. По этой прозаичной причине многие люди сомневаются в целесообразности такого приобретения. И вот почему.
Единовременное вложение будет достаточно серьезным, однако окупаемости, возможно, придется ждать около 10-15 лет. Эта цифра может вырасти, если речь идет о регионах с холодным климатом. В таком случае самым логичным решением становится самостоятельное изготовление и монтаж системы. Такой источник энергии своими руками обойдется значительно дешевле, но работать будет достаточно эффективно.
Солнечные батареи
Эти установки — наиболее популярный способ получения альтернативной энергии, сравнительно недорогой. Однако цена готовых панелей мало устраивает хозяев дома. Такое приобретение и последующий монтаж будет стоить немалой суммы, но если изготовить конструкции самостоятельно, то можно добиться снижения расходов в 3-4 раза.
Главные рабочие элементы
Чтобы успешно изготовить «солнечную систему», надо знать, как она устроена, из чего состоит, поэтому об элементах такого электроснабжения нужно рассказать. В любом подобном оборудовании, независимо от особенностей модели, есть несколько компонентов.
- Солнечные панели, батареи. Они составляют целый комплекс, главная задача которого — преобразование инфракрасного излучения в поток электронов. У хозяев есть возможность добавлять панели, если работа имеющихся батарей окажется не слишком эффективной.
- Аккумуляторы. Поскольку одна аккумуляторная батарея долго не «протянет», их в системе есть несколько, максимум 10. Точное количество зависит только от мощности солнечного оборудования. В этом случае аккумуляторы, как и панели, можно будет добавить в уже существующую систему.
- Инвертор. Он необходим для преобразования тока. Так как аккумуляторы производят ток низкого напряжения, прибор преобразует его в высокое. Если говорить о солнечных системах, предназначенных для работы в частном доме, то рекомендуемая мощность инвертора составляет от 3 до 5 кВт.
- Контроллер. Его предназначение — слежение за нормально зарядкой аккумуляторных батарей, недопущение их повторной перезарядки.
Аккумуляторы, инвертор и контроллер заряда, как правило, покупают готовыми. Солнечные панели хозяева могут изготовить своими руками.
Солнечный источник энергии своими руками
Первое, что необходимо самодельной солнечной батарее, это фотоэлементы на поли- или монокристаллах. Последние имеют преимущества — их срок службы гораздо дольше, к тому же КПД «моноприборов» вдвое выше (25% против 12% у поликристаллов). Для одной солнечной панели потребуется не менее 36 элементов.
Корпус солнечной батареи
Для изготовления корпуса солнечной панели потребуется подготовить:
- ДВП;
- брус;
- фанеру;
- оргстекло.
Сначала из фанеры вырезают дно для панели. Размер конструкции зависит от количества фотоэлементов, их может быть как 36, так и 72. Затем по периметру куска фанеры крепят раму из бруса (25х25 мм). В ней с шагом 150-200 мм сверлят отверстия, предназначенные для защиты конструкции от перегрева. Их диаметр — 8-10 мм.
Сборка батареи
Из ДВП вырезают подложку для фотоэлементов. В ней делают отверстия для вентиляции. Их располагают в шахматном порядке, на расстоянии 50 мм. Готовую подложку дважды покрывают краской, затем сушат.
После того, как заготовка высохнет, на ней вверх ногами укладывают фотоэлементы, которые коммутируют, распаивают. Сначала их соединяют в ряды, затем группы элементов объединяют вместе, присоединяя к токоведущим шинам. После завершения операции готовую конструкцию переворачивают и фиксируют на подложке с помощью силикона (скотча).
Затем проверяют величину напряжения на выходе. Нормой является 18-20 В. Последующее тестирование, касающееся зарядки аккумуляторов, выполняют несколько дней. Если проблем не обнаружено, то стыки герметизируют.
Электроснабжение
Входные/выходные провода выводят наружу для подключения батареи к системе. Из оргстекла вырезают крышку для панели. Ее крепят к раме саморезами, но предварительно в брусе просверливают отверстия для крепежных элементов.
Альтернатива фотоэлементам — диодная цепь (Д223Б) на пластике. Панель, имеющая 36 диодов, соединенных последовательно, будет выдавать достаточное напряжение (12 В). В этом случае сначала мини-приборы замачивают в ацетоне. Цель операции — удаление краски. В пластиковой панели высверливают отверстия, в них вставляют диоды, которые последовательно соединяют. Готовую конструкцию закрывают прозрачным кожухом, все соединения герметизируют.
Правила монтажа
Чтобы обеспечить эффективность системы солнечных панелей, необходимо обеспечить ей идеальные условия.
- Любая тень (здания, деревья) снизит производительность оборудования. Худший из вариантов — выход его из строя.
- Направление панелей в сторону солнца обязательно. Если строго южное направление обеспечить невозможно, то выбирают юго-восток либо юго-запад.
- Необходимый наклон батарей. Этот параметр зависит от географического положения. Оптимальный угол равен географической широте местности.
- Постоянное обслуживание панелей. Пыль, грязь, осадки значительно снижают работоспособность системы, поэтому регулярный уход за поверхностями необходим.
Будет лучше, если хозяева предусмотрят возможность менять угол наклона солнечных батарей в зависимости от сезона. Летом оптимальный угол наклона к горизонту составляет 30°, зимой, когда солнце «ходит» низко, нужны серьезные коррективы — до 70°.
Ветрогенераторы
Это второй возможный вариант. Однако такие конструкции целесообразно рассматривать в качестве альтернативы только в том случае, когда среднегодовая скорость ветра в местности составляет не менее 6-8 м/с. Установка ветряков оправдана на равнинах и возвышенностях. Максимальной эффективности оборудования можно ожидать, если дом расположен около широкой реки или у других больших водоемов.
Виды ветрогенераторов
Эти простейшие лопастные конструкции, известные человечеству очень давно, в наше время несколько видоизменились. Сейчас ветрогенераторы классифицируют по нескольким главным параметрам.
- Размещение оси. Оно может быть горизонтальным либо вертикальным. Первые устройства дают возможность вращения основной части в поисках ветра. Вторые хороши тем, что главное оборудование располагается внизу, на земле, что упрощает обслуживание. Но КПД их ниже.
- Количество лопастей. Их может быть две, три или больше. Выбор конструкции зависит от ветровой обстановки в регионе. Многолопастные устройства целесообразно использовать при малой скорости ветра, однако они не так популярны из-за необходимости монтажа редуктора.
- Материал для изготовления лопастей. Они бывают парусными или жесткими. Лучший, логичный выбор — вторые, максимально прочные ветрогенераторы, так как ненадежному парусному материалу будет требоваться частая замена из-за повреждений.
- Шаг винта. Он может быть фиксированным либо изменяемым. Последний дает шанс увеличить количество рабочих скоростей. Недостаток конструкций с изменяемым шагом — сложность устройств, большая их масса.
Мощность ветрогенераторов зависит от лопастей, от их площади.
Элементы ветряков
Любая модель ветряных установок имеет:
- лопасти, вращение которых обеспечивает движение ротора;
- генератор, вырабатывающий переменный ток;
- инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
- контроллер, управляющий лопастями, отвечающий за трансформацию переменного тока в постоянный;
- аккумуляторные батареи, накапливающие и выравнивающие электроэнергию.
Последний важный элемент — мачта, необходимая, чтобы дать лопастям возможность успешно «ловить» ветер.
Ветрогенератор из автогенератора
Это самый простой способ создать источник энергии своими руками. Такая конструкция может быть автономной, либо стать частью системы, состоящей из нескольких видов традиционного и/или альтернативного оборудования. Помимо автомобильного генератора мастеру потребуется аккумуляторная батарея. Остальные элементы легко изготовить из материалов, которые чаще есть в каждом доме.
Ветряное колесо
Лопасти изготавливают из различных материалов. В них можно превратить дерево, плотную ткань, пластик или металл. Самый податливый и практичный из кандидатов — пластик, поэтому имеет смысл рассмотреть изготовление ветряного колеса из пластиковой трубы, предназначенной для канализации. Ее минимальная толщина — 40 мм. В этом случае работа включает несколько простых этапов.
- Сначала рассчитывают размеры деталей. Важный параметр для трубы — ее диаметр. Он должен составлять 1/5 длины будущих лопастей.
- Трубу разрезают вдоль на 4 равные части. Эту операцию делают лобзиком. Вырезав первую заготовку, ее используют в качестве шаблона для остальных.
- Края все элементов зачищают наждачной бумагой. Затем их крепят к алюминиевому диску. К нему же прикручивают автогенератор.
Количество лопастей значение имеет. Например, чтобы снизить нагрузку на каждый элемент, советуют сделать их больше, но каждая должна быть меньших размеров. Последняя обязательная операция — балансировка ветряного колеса. Его заносят в помещение, фиксируют на штативе горизонтально. Если конструкция остается неподвижной, то работа сделана правильно. В противном случае потребуется ее уравновесить.
Мачта
Ее изготавливают из стальной трубы. Диаметр — 150-200 мм, длина опоры не менее 7 м. Если на участке есть какое-либо высокое препятствие, то рекомендуют поднять ветряное колесо так, чтобы оно возвышалось над помехой как минимум на метр. В роли растяжек используют оцинкованный либо стальной трос. Его толщина — 6-8 мм. Мачту и колышки, предназначенные для фиксации растяжек, бетонируют.
Превращение автогенератора
Переоборудования автомобильного генератора состоит из двух этапов: это перемотка провода статора и изготовление ротора, оснащенного неодимовыми магнитами.
- Во время перемотки катушки необходимо учитывать, что от количества витков зависит эффективность работы будущего оборудования.
- Чтобы зафиксировать магниты в полюсах ротора, а приборе сверлят отверстия для них. Все пустоты между магнитами закрывают эпоксидной смолой, затем ротор заворачивают в бумагу.
После завершения работы прибор испытывают. Идеалом при 300 оборотах станут 30 В.
Окончание сборки
Поворотную ось ветрогенератора изготавливают из трубы и двух подшипников, которые насаживают на нее. Хвостовую часть делают из оцинкованного железа, его толщина — 1,2 мм. В роли рамы для фиксации ветряка на мачте используют профильную трубу. В этом случае необходимо обеспечить безопасное расстояние между лопастями и мачтой. Минимальное значение — 250 мм.
Тепловые насосы
Это оборудование — третий вариант получения альтернативной энергии. Тепловые насосы удобны, абсолютно безопасны, дают возможность существенно сократить расходы: как на обогрев, ГВС, так и на охлаждение помещений.
Виды тепловых насосов
Экологичные агрегаты отличаются количеством контуров, источником энергии, способом ее получения.
Контуры
Тепловые насосы бывают:
- одно-, двух, трехконтурными;
- одно-, двухконденсаторными;
- приборами, работающими только на обогрев или теми, что могут все: как обогревать, так и охлаждать воздух в помещениях.
Источники тепла
По способности «добывать» тепло оборудование делится на три вида.
- Аэротермальные насосы. Источник энергии для них — воздух.
- Геотермальные приборы. Они забирают тепло у земли.
- Гидротермальное оборудование берет его у водоемов.
Есть несколько вариантов получения тепловой энергии на те или другие нужды.
- Грунт — вода. Этот способ подходит для регионов с умеренным климатом, где температура земли не сильно зависит от времени года. На глубине температура остается неизменной. Тепло от земли предназначается для ГВС и системы отопления.
- Грунт — воздух. В этой системе используется компрессор, который передает тепло воздуху в помещении. Теплоносителем является не вода, а незамерзающие жидкости. Эту связку считают универсальной.
- Воздух — вода. В этом случае энергия забирается непосредственно у воздуха. Она также идет по подогрев воды. Этот вариант можно рассматривать, если зимой температура воздуха не опускается ниже -15°.
- Воздух — воздух. Эта система работает по принципу кондиционера. В зависимости от требований она либо нагревает, либо охлаждает воздух. Этот вариант относится к самым дешевым видам.
- Вода — вода. Подходят водоемы, которые расположены вблизи зданий. Для забора тепла используют реки, озера, скважины, отстойники, грунтовые воды. Тепло здесь также идет на нагрев воды.
- Вода — воздух. Источник энергии в этом случае такой же, но тепло передается воздуху, с помощью компрессора. Вода здесь не играет роли теплоносителя, ее заменяет жидкость–антифриз.
Такой источник энергии своими руками соорудить тоже можно, но сначала надо выбрать наиболее подходящий вид системы. В первую очередь обращают внимание на особенности участка, на его площадь, на возможность проведения масштабных земляных работ, на соседство/отсутствие водоема.
Если места на участке недостаточно, а реки или озера поблизости нет, то остается всего два варианта — забор тепла из окружающего воздуха, либо сооружение скважин.
Работа теплового насоса
Принцип функционирование теплового насоса основан на цикле Карно: в результате сжатия теплоносителя повышается его температура. Благодаря ему работает большинство устройств, имеющих компрессорные установки. Это кондиционеры, морозильные камеры, холодильники. Однако в этих случаях достигается противоположный результат: расширение теплоносителя обеспечивает понижение температуры.
По этой причине использование узлов из этих агрегатов считают оптимальным способом сделать данный источник энергии своими руками. На роль прибора для «препарирования» подойдет старый, но работающий холодильник. Его узлы — испаритель и конденсатор — станут теплообменниками, которые будут забирать тепловую энергию, а потом направлять ее на нагрев теплоносителя, например, циркулирующего в системе отопления.
Создание самодельной конструкции
Первым делом для теплового насоса нужно найти подходящее помещение. На одной из его стен, используя мягкую подвеску, фиксируют компрессор от холодильника. Если есть кондиционер, отработавший свой срок, можно «экспроприировать» элемент у него.
Конденсатор
Следующим этапом становится изготовление конденсатора. Для этого лучше всего взять бак, изготовленный из нержавеющей стали. Его объем — 100 л. Внутрь емкости врезают змеевик — медную трубку из того же холодильника (кондиционера).
Сначала бак разрезают болгаркой вдоль на две равные половины. После установки элемента части емкости снова соединяют, затем сваривают (лучше аргоновая сварка) так, чтобы получилась герметичная конструкция.
Испаритель
Чтобы изготовить этот узел, ищут герметичный бак, но в этом случае уже пластиковый. Его вместимость — 70-80 л. Следующая операция — изготовления змеевика. Для этого берут отрезок стальной трубы, ее диаметр 300-400 мм.
На него наматывают медную трубку (диаметр —3/4 дюйма), витки фиксируют перфорированным уголком. На концах змеевика нарезают резьбу, необходимую для подключения к трубопроводу. После проверки герметичности готовый испаритель крепят на стене с помощью кронштейнов.
Остальные работы, связанные с пайкой труб и закачкой хладагента, лучше доверить специалисту. Сборку заканчивают подключением теплообменника и радиаторов. Оборудование работать будет, но нельзя ждать от него чудес: такие системы можно рассматривать только как дополнение к уже существующей отопительной системе.
Подключение к источнику энергии
Поскольку аэротермальные насосы не так эффективны, а работы, связанные с установкой геотермального зонда, потребуют огромных расходов, более логичным решением будет использование воды из колодца или скважин. Эта жидкость не замерзает даже зимой. Температура ее относительно стабильна: она составляет 12°, и очень редко опускается ниже этой отметки. Оптимальный вариант — скважина, вернее, две.
- Первый источник необходим для забора воды и подачи ее в испаритель.
- Вторая скважина нужна для сброса отработанной, холодной жидкости.
Трубопроводы подключают к входу и выходу, затем все соединения герметизируют. Чтобы обеспечить бесперебойную работу, тепловой насос снабжают автоматической системой, которая будет контролировать температуру теплоносителя и давление фреона.
Источник энергии своими руками: что выбрать?
Сравнивать системы очень трудно, но разобраться с тем, который из них предпочесть, все же необходимо.
- Солнечные батареи относительно просты, однако их недостаток — неэффективность в ночное время суток, когда панели отдают накопленное за световой день.
- Ветряки будут эффективны на крышах, продуваемых всеми ветрами. Они работают круглосуточно, но когда наступает полный штиль, ветрогенераторы точно так же будут вынуждены бездействовать.
- Тепловые насосы — «тяжелая артиллерия». Они дадут шанс оборудовать максимально эффективную систему отопления и ГВС. Причем она будет работать даже в том случае, если вдруг отключат электричество.
Что предпочесть? В идеале — комбинацию. Например, солнечные панели и ветрогенераторы. Если же создать весь комплекс сразу, то можно обеспечить дому практически автономное существование. Но и затраты, даже при самостоятельной сборке, в этом случае будут уже существенными.
Можно ли сделать источник энергии своими руками? При большом желании — да. Однако надо быть готовыми к тому, что КПД самодельных устройств будет не таким высоким, как у покупных систем. С другой стороны, в таких конструкциях больше привлекает их низкая себестоимость. Целесообразно ли «городить огород», каждый решает сам.
С одним из источников можно познакомиться в этом видео:
Видео загружается…
Какие преимущества и недостатки имеют альтернативные источники энергии?
Альтернативные источники энергии имеют ряд преимуществ и недостатков.
Преимущества альтернативных источников энергии:
-
Экологически чистые: альтернативные источники энергии не загрязняют окружающую среду, в отличие от традиционных источников энергии, таких как нефть, газ и уголь.
-
Возобновляемые: альтернативные источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, являются возобновляемыми, то есть их можно использовать бесконечное количество раз без исчерпания ресурсов.
-
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.
-
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:
-
Неустойчивость: альтернативные источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, зависят от погодных условий, что может привести к нестабильности в поставках электроэнергии.
-
Ограниченность: не все виды альтернативных источников энергии могут быть использованы везде, например, гидроэнергия требует наличия рек или водохранилищ.
-
Высокая стоимость: хотя альтернативные источники энергии могут сэкономить деньги в будущем, установка их оборудования может быть дорогой, что может затруднить доступность для некоторых людей.
-
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
