Альтернативная энергия своими руками: использование ветра, солнечные панели, биогаз и другие варианты

Тепловые насосы для отопления дома

Тепловые насосы используют все имеющиеся в наличии альтернативные источники энергии. Они отбирают тепло у воды, воздуха, грунта. В небольших количествах это тепло есть там даже зимой, вот его и собирает тепловой насос и перенаправляет на обогрев дома.

Тепловые насосы также используют альтернативные источники энергии — тепло земли, воды и воздуха

Принцип работы

Чем же так привлекательны тепловые насосы? Тем, что затратив 1 кВт энергии на ее перекачку, в самом плохом варианте вы получите 1,5 кВт тепла, а самые удачные реализации могут дать до 4-6 кВт. И это никак не противоречит закону сохранения энергии, ведь расходуется энергия не на получение тепла, а не его перекачивание. Так что никаких нестыковок.

Схема теплового насоса для использования альтернативных источников энергии

У тепловых насосов есть три рабочих контура: два наружных и они внутренний, а также испаритель, компрессор и конденсатор. Работает схема так:

• В первом контуре циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у низкопотенциальных источников. Он может быть опущен в воду, закопан в землю, а может отбирать тепло у воздуха. Самая высокая температура, которая достигается в этом контуре — около 6°C.
• Во внутреннем контуре циркулирует теплоноситель с очень низкой температурой кипения (обычно 0°C). Нагревшись, хладагент испаряется, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется тепло, пары хладагента разогреваются до температуры в среднем от +35°C до +65°C.
• В конденсаторе тепло передается теплоносителю из третьего — отопительного — контура. Остывающие пары конденсируются, затем дальше попадают в испаритель. И далее цикл повторяется.

Отопительный контур лучше всего делать в виде теплого пола. Температуры для этого самые подходящие. Для радиаторной системы потребуется слишком большое число секций, что некрасиво и невыгодно.

Альтернативные источники тепловой энергии: откуда и как брать тепло

Но самые большие сложности вызывает устройство первого внешнего контура, который собирает тепло. Так как источники низкопотенциальные (тепла у низ мало), то для сбора его в достаточном количестве требуются большие площади. Есть четыре вида контуров:

• Кольцами уложенные в воде трубы с теплоносителем. Водоем может быть любым — река, пруд, озеро. Главное условие — он не должен промерзать насквозь даже в самые сильные морозы. Более эффективно работают насосы, выкачивающие тепло из речки, в стоячей воде тепла передается намного меньше. Такой источник тепла реализуется проще всего — закинуть трубы, привязать груз. Только велика вероятность случайного повреждения.

• Термальные поля с закопанными ниже глубины промерзания трубами. В этом случае недостаток один — большие объемы земляных работ. Приходится снимать грунт на большой площади, да еще на солидную глубину.

• Использование геотермальных температур. Бурят некоторое количество скважин большой глубины, в них опускают контура с теплоносителем. Чем хорош этот вариант — мало места требует, но не везде есть возможность бурить на большие глубины, да и услуги буровых стоят немало. Можно, правда, сделать буровую установку самостоятельно, но работа все равно нелегкая.

• Извлечение тепла из воздуха. Так работают кондиционеры с возможностью обогрева — отбирают тепло у «забортного» воздуха. Даже при минусовой температуре такие агрегаты работают, правда при не очень «глубоком» минусе — до -15°C. Чтобы работа была интенсивнее, можно использовать тепло от вентиляционных шахт. Закинуть туда несколько переть с теплоносителем и качать оттуда тепло.

Основной недостаток тепловых насосов — высокая цена самого насоса, да и монтаж полей сбора тепла обходится недешево. На этом деле можно сэкономить, сделав насос самостоятельно и также своими руками уложив контура, но сумма все равно останется немалой. Плюс в том, что отопление будет недорогим а действовать система будет долго.

Какой источник автономного электроснабжения выбрать

Получить электроэнергию можно даже от печки. Однако, если учесть фактор затрат времени и сил, то всерьез можно рассматривать только те источники, которые могут работать сами по себе. По этой причине самыми популярными являются следующие способы обеспечения дома электричеством.

1. Генератор на жидком топливе

Например газовые генераторы доступны в самых разных вариантах, но использовать их в качестве постоянного источника электроэнергии в жилом доме не целесообразно. Причина заключается в:

1. дороговизне горючего;
2. шумности работы генератора;
3. наличие выхлопных газов;
4. необходимости выделения для генератора отдельного помещения или навеса. 

Цены генераторов на жидком топливе начинаются от 30 тысяч рублей. Однако дешевизна полученной электроэнергии иллюзорная, поскольку должна быть умножена на стоимость топлива.

На фото газовый генератор HONDA HG 5500 (SE) мощностью 4.0кВт, цена 121 тысяч рублей

2. Солнечная электростанция

Солнечная электростанция не требует внимания и топлива. Единственное, что им нужно – это интенсивный свет, а поскольку это топливо природа поставляет не регулярно, то и мощные аккумуляторы. При наличии последних в условиях климата с большим количеством солнечных дней обеспечить дом электричеством вполне возможно. 

Цены на комплект солнечной электростанции начинаются от 130 тысяч рублей. Окупаемость высокая, поскольку некоторые модели могут без проблем работать тридцать лет.

На фото «Солнечная дача» мощностью 1,6 кВт/400Ач/1000 Вт, цена 160 тысяч рублей за комплект

3. Ветрогенератор

Ветрогенераторы не менее популярны, чем солнечные батареи. Однако они еще более зависимы от капризов погоды, поэтому полагаться только на этот источник энергии можно не везде.

Самые простые ветрогенераторы стоят от 30 тысяч рублей. Их можно использовать для локальной выработки электроэнергии, но решить проблему полного энергоснабжения дома они не смогут. Более мощные ветряные генераторы для полноценного обеспечения жилища электричеством (от 3 кВт) обойдутся в 150 тысяч и выше.

Полноценный ветрогенератор мощностью 10 кВт стоит не менее 500 тысяч рублей. При среднем домашнем потреблении 250 кВт в месяц и цене 4 руб/кВт, такой ветряк будет окупаться более 40 лет

4. Мини гидроэлектростанция

Для мини ГЭС необходим водоток с небольшим перепадом высот для обеспечения эффекта падающей воды. В месте такого перепада устанавливается небольшая турбина, и электричество будет поступать в ваш дом постоянно, а главное – бесплатно. Под миниГЭС можно использовать естественный ручей или речку, а можно прорыть небольшой канал, проходящий через ваш участок. Однако такая ГЭС будет работать только в тёплое время года, потом придётся перейти на другие источники.

Если собирать гидроэлектрастанцию на 3-5 кВт из подручных материалов, то стоимость устройства не превысит 20 тысяч рублей

5. Альтернативные источники малой мощности

Сюда можно отнести электричество из земли и атмосферное электричество. Рассчитывать на полноценное элетроснабжение в обоих случаях не приходится, но для «дачных» нужд такие источник вполне пригодны.

Альтернативные источники энергии для частного дома своими руками

Когда не помогает технический прогресс, человечество начинает задумываться о природных источниках необходимой энергии, благодаря которым можно обогреть и осветить свой дом. Вот основные из них:

Рассмотрим идею создания генератора из биоотходов. Действие его будет аналогично природному газу: отходы помещают в закрытую емкость, в результате их разложения выделяются метан и сероводород с углекислотой. Такие источники энергии используются на животноводческих фермах, и тем, кто желает перенять опыт, необходимо либо иметь собственное хозяйство, либо регулярно получать его отходы, и где-то их хранить. Хозяйством занимаются многие, у кого есть частные дома (например, держат кур), так что попробовать вполне можно.

Для создания генератора нужна емкость, которая будет герметично закрываться. В ней должен быть смонтирован специальный шнек для того, чтобы перемешивать отходы. Также, помимо отверстия для загрузки биоматериала, необходима трубка для отвода газа и штуцер для выемки отработанных отходов. Кстати, их можно использовать для удобрения земли и получения хорошего урожая. Повторюсь, что герметичность емкости крайне обязательна, иначе никакой энергии создать не получится. Если емкость не будет использоваться постоянно, то в ней нужен будет еще и клапан для сброса давления.

Итак, подберите размер емкости в зависимости от того, какое количество биоматериала вы планируете использовать. Выберите место для установки конструкции. Имейте в виду, что 1 тонна отходов ориентировочно дает 100 кубов газа. Дабы процесс развивался более динамично – необходимо организовать подогрев емкости. Для этого вам понадобится либо змеевик, либо установка ТЭНа. Бактерии, содержащиеся в отходах, становятся активными при нагревании.

Когда емкость нагреется до нужной температуры – подогрев должен отключиться автоматически. Газ, который получится при этом, преобразовывается в электричество через газовый генератор.

Чтобы использовать энергию ветра, также понадобится генератор, аккумулятор с контроллером для измерения уровня заряда и преобразователь напряжения. Все схемы ветрогенераторов работают по единому принципу. На собранную раму крепятся поворотный узел, лопасти и генератор на станине. Затем монтируется лопата с пружинной стяжкой. Генератор соединяют с поворотным узлом и устанавливают токосъемник. Далее провода подводят к батарее

При выборе пропеллера обратите внимание на его диаметр: от этой величины зависит, какое количество лопастей будет оптимальным для вашего ветрогенератора, и собственно – какое количество энергии он сможет генерировать

Как вы видите, ничего сложного в монтаже и установке генераторов электроэнергии нет. Необходима, конечно, определенная сноровка, но чего не сделаешь в целях экономии средств! Помните только, что источники энергии (биоотходы и ветер) также должны быть постоянными.

Следующий вид альтернативного источника энергии – тепловой насос. Его устройство сложнее, а монтаж более затратный, поскольку предполагает бурение скважин на участке. Поэтому вряд ли он подойдет неискушенному владельцу загородного дома. Кроме того, будет необходим еще и водоем.

Остановимся лучше кратко на солнечных батареях. Их собрать немного проще, потому, что можно купить готовые фотоэлементы. На них есть отметки о мощности в вольт-амперах, поэтому вы сможете рассчитать, какое количество фотоэлементов вам необходимо.

Чтобы собрать корпус солнечной батареи вам понадобится лист фанеры. К нему вы прибьете деревянные рейки и просверлите отверстия для вентиляции. Внутрь необходимо поместить лист ДВП, на котором будет размещена уже готовая (спаянная) цепь фотоэлементов. Останется только проверить работоспособность цепи и прикрутить оргстекло. Вот, пожалуй, и все.

5 Гидроэлектростанция своими руками

Если на приусадебном участке имеется водоем, можно соорудить на нём самодельную гидроэлектростанцию. Основным компонентом такой системы является колесо для прокачивания воды. Мощность установки определяется в соответствии со скоростью течения. Материалы для изготовления можно брать подручные, например, детали автомобиля, обрезки металла, уголков. Понадобятся также неодимовые магниты, куски фанеры, медного провода и полистироловая смола. Последовательность работ следующая:

1. 1. Берут диски диаметром 27−28 см и изготавливают колесо. Делают лопасти, разрезав стальную трубу на 4 части в направлении вдоль. Всего необходимо 16 лопастей. Стягивают их болтами. Между ними оставляют зазор в 25 см. Закрепляют сваркой лопасти на конструкции.
2. 2. По ширине колеса делают сопло. Для этого берут обрезки металла, выгибают по размеру, приваривают сваркой. Регулируют элемент по высоте для удобного контроля водного потока.
3. 3. Сваривают ось и устанавливают на нее колесо.
4. 4. Делают обмотку, после чего катушки заливают смолой. Можно считать, что статор готов. Проводят сборку генератора. Шаблон изготавливают из фанеры. Ставят магниты.
5. 5. Обеспечивают генератор защитой от влаги — устанавливают металлическое крыло.
6. 6. Металлическим элементам также требуется защита от коррозии. Для этого все элементы крепежа, ось и колесо покрывают краской.

Отрегулировав сопло, можно добиться максимальной мощности. Такого рода самодельные системы хороши тем, что не предполагают больших капиталовложений. Энергию они предоставляют бесплатно. При совмещении нескольких альтернативных видов конструкций удается добиться ощутимого снижения расходов на электричество.

Устройство и использование ветрогенераторов

Конструкция ветрогенератора состоит из двух основных частей. Механическая часть состоит из столба, к которому крепится вертушка. Столб ставят как можно дальше от дома. Подвижная часть представляет собой лопасти, прикрепленные к цилиндру, внутри которого имеется шарикоподшипниковый механизм. Он обеспечивает вращение. Интенсивность оборотов влияет на количество тока, который будет вырабатывать вся конструкция.

Вторая часть – это генератор. Его можно приобрести в электротехническом магазине.

Основная задача правильно совместить две части изделия, для его правильной работы.

После сборки устанавливать конструкцию нужно в тех местах, где потоки воздуха смогут крутить лопасти максимально быстро и долго. Иначе эффективность будет низкой.

По типу конструкции ветрогенераторы могут быть:

• Горизонтальные – крыльчатые.
• Вертикальные – карусельного типа.

Устройство ветряного генератора

Конструкция обуславливает следующий принцип действия альтернативного механизма:

1. Лопасти колеса вращаются под действием ветра.
2. Вращение передает на ротор двигателя крутящий момент. Сам вал находится внутри конструкции. Между лопастями и валом расположен редуктор, который способен преобразовать малое количество вращений в большее – для того, чтобы увеличить мощность.
3. Далее располагается инвертор. Он преобразует механическое движение в электрический ток.
4. Завершает всю конструкцию аккумулятор, который собирает полученное электричество и доставляет его в дом.

Ветрогенераторы

Альтернативные источники энергии хороши тем, что они по большей части относятся к возобновляемым ресурсам. Самый вечный, наверное, ветер. Пока есть атмосфера и солнце, ветер тоже есть. Может какой-то непродолжительный период воздух и будет неподвижным, но очень недолго. Наши предки использовали энергию ветра в мельницах, а современный человек преобразует ее в электричество. Все что для этого требуется:

• вышка, установленная в ветреном месте;
• генератор с приделанными к нему лопастями;
• накопительной батареи и системы распределения электрического тока.

Вышка строится любая, из любого материала. Накопительная батарея — аккумулятор, тут ничего не придумаешь, а куда подавать электричество — ваш выбор. Остается только сделать генератор. Его тоже можно купить уже готовым, но вполне можно сделать из двигателя от бытовой техники — стиральной машины, шуруповерта и т.п. Нужны будут неодимовые магниты и эпоксидная смола, токарный станок.

Схема обеспечения частного дома электричеством за счет альтернативных источников энергии (ветрогенератор и солнечные батареи)

На роторе мотора размечаем места под установку магнитов. Они должны находится на равном расстоянии друг от друга. Ротор выбранного мотора обтачиваем, формируя «посадочные места». Дно выемки должно иметь небольшой наклон, чтобы поверхность магнита была наклонена. В выточенные места на жидкие гвозди приклеиваются магниты, заливаются эпоксидной смолой. Поверхность затем наждачной бумагой доводится до гладкости. Далее надо приделать щетки, которые будут снимать ток. И все, можно собирать и запускать ветрогенератор.

Такие установки довольно эффективны, но их мощность зависит от многих факторов: интенсивности ветра, того, насколько правильно сделан генератор, насколько эффективно снимается разность потенциала щетками, от надежности электрических соединений и т.п.

Котел на биотопливе

Человечество, в результате своей деятельности, производит гигантское количество отходов. Многие из них имеют биологическую природу и не вредят экологии. К ним относятся древесные щепки, кукурузные початки, солома, торф и многое другое. Все это прекрасно горит, о чем свидетельствуют взрывы на деревообрабатывающих комбинатах и горящие торфяники

Поэтому подобным видам топлива уделяется все большее внимание – на рынке начали появляться прессованные брикеты, пеллеты, торф в гранулах, прессованная древесина и прочие продукты, изготовленные из растительных материалов

В результате на свет появляется экологически чистое топливо, которое можно использовать для обогрева частных домов. Оно не загрязняет окружающую среду, избавляя ее от гор ненужного мусора. Естественно, что та же древесная стружка может сгнить самостоятельно, никак не повлияв на экологию. Но зачем пропадать столь ценному материалу, который может стать отличным альтернативным источником? Достаточно только спрессовать ее и придать удобную для применения форму.

Солнечные коллекторы: тонкости применения

Чтобы понять принцип работы солнечных коллекторов, вспомните летний душ – устанавливаете металлический бак с водой над душевой кабиной и располагаете таким образом, чтобы он максимальное количество времени находился под прямыми солнечными лучами. Нагретую воду используете для купания.

Солнечные коллекторы – это современная вариация летнего душа. Устройства представляют собой систему труб, по которым циркулирует вода. Для лучшего нагрева жидкости трубы окрашивают в черный цвет, потому как он притягивает солнечные лучи.

Работа системы основана на способности воды к циркуляции при нагреве. Для этого бак теплообменника должен быть установлен выше труб коллектора. При нагревании вода поднимается в верхнюю часть теплообменника. Холодная жидкость опускается в нижнюю часть, где нагревается под солнечными лучами.

Такой принцип работы позволяет обойтись без дополнительного оборудования, сделать эксплуатацию системы экономнее без потери в производительности. И сразу отметим, что сконструировать ее можно самостоятельно. Но лучше отдавать предпочтение промышленному оборудованию, которое будет работать лучше, обеспечивая дом горячей водой круглый год. Цена вопроса в этой ситуации выше, но она полностью окупается во время эксплуатации системы.

На практике солнечные коллекторы часто применяют санатории, отели, базы отдыха, у которых наплыв посетителей приходится на теплое время года. Также они есть в частных домовладениях, где хозяева используют зимой другой способ отопления и подогрева воды. 

Отходы в доходы: биогазовые установки

Все альтернативные источники энергии имеют природное происхождение, но получать двойную выгоду можно только от биогазовых установок. В них перерабатываются отходы жизнедеятельности домашних животных и птицы. В результате получается некоторый объем газа, который после очищения и осушения можно использовать по прямому назначению. Оставшиеся переработанные отходы можно продать или использовать на полях для повышения урожайности — получается очень эффективное и безопасное удобрение.

Из навоза тоже можно получать энергию, только не в чистом виде, а в виде газа

Коротко о технологии

Образование газа происходит при брожении, и участвуют в этом бактерии, живущие в навозе. Для выработки биогаза подходят отходы любого скота и птицы, но оптимален навоз КРС. Его даже добавляют к остальным отходам для «закваски» — в нем содержатся именно нужные для переработки бактерии.

Для создания оптимальных условий необходима анаэробная среда — брожение должно проходить без доступа кислорода. Потому эффективные биореакторы — закрытые емкости. Чтобы процесс шел активнее, необходимо регулярное перемешивание массы. В промышленных установках для этого устанавливаются мешалки с электроприводами, в самодельных биогазовых установках это обычно механические устройства — от простейшей палки до механических мешалок, которые «работают» от силы рук.

Принципиальная схема биогазовых установок

В процессе образования газа из навоза участвуют два типа бактерий: мезофильные и термофильные. Мезофильные активны при температуре от +30°C до +40°C, термофильные — при +42°C до +53°C. Более эффективно работают термофильные бактерии. При идеальных условиях выработка газа с 1 литра полезной площади может достигать 4-4,5 литров газа. Но поддерживать в установке температуру в 50°C очень непросто и затратно, хотя затраты себя оправдывают.

Немного о конструкциях

Самая простая биогазовая установка — это бочка с крышкой и мешалкой. В крышке сделан вывод для подключения шланга, по которому газ поступает в резервуар. От такого объема много газа не получите, но на одну-две газовые горелки его хватит.

Более серьезные объемы можно получить от подземного или надземного бункера. Если речь о подземном бункере, то его делают из железобетона. Стенки от грунта отделяют слоем теплоизоляции, саму емкость можно разделить на несколько отсеков, в которых будет происходить переработка со сдвигом во времени. Так как работают в таких условиях обычно мезофильные культуры, весь процесс занимает от 12 до 30 дней (термофильные перерабатывают за 3 дня), потому сдвиг по времени желателен.

Схема бункерной биогазовой установки

Навоз поступает через бункер загрузки, с противоположной стороны делают люк выгрузки, откуда отбирают переработанное сырье. Заполняется бункер биосмесью не полностью — порядка 15-20% пространства остается свободным — тут скапливается газ. Для его отвода в крышку встраивается трубка, второй конец которой опускается в гидрозатвор — емкость частично заполненную водой. Таким образом газ осушается — в верхней части собирается уже очищенный, он отводится при помощи другой трубки и уже может подавиться к потребителю.

Использовать альтернативные источники энергии может каждый. Владельцам квартир осуществить это сложнее, а вот в частном доме можно хоть все идеи реализовать. Есть уже даже реальные примеры того. Люди обеспечивают полностью потребности свои и немалого хозяйства.

Вариант #3 — использование энергии ветра

Если ветер способен гонять стаи туч, почему бы не использовать его энергию на другие полезные дела? Поиски ответа на этот вопрос привели инженеров к созданию ветрогенератора. Это устройство обычно состоит из:

• генератора;
• высокой башни;
• лопастей, которые вращаются, улавливая ветер;
• батареи;
• системы электронного управления.

Поскольку вопросы создания ветрогенераторов изучаются довольно давно, существуют проекты самых разнообразных конструкций этих устройств. Модели с горизонтальной осью вращения занимают довольно большое пространство, а вот ветрогенераторы с вертикальной осью вращения гораздо компактнее. Разумеется, для эффективной работы устройства требуется достаточно сильный ветер.

Ветрогенератор необходимо разместить как можно выше, чтобы его работа была эффективной. Модели, которые имеют вертикальную ось вращения, компактнее, чем при горизонтальном вращении

Энергия биотоплива: применение биогазовых установок

Биогазовые установки – это один из эффективных способов обеспечения качественного отопления и горячего водоснабжения дома. Работает оборудование на пищевых отходах и продуктах отходов жизнедеятельности домашнего скота, птицы. Полученный биогаз можно применять сразу по назначению или сжигать в газогенераторе, чтобы получить электроэнергию.

Главным преимуществом биогазовых установок принято считать доступность в эксплуатации. Большинство владельцев частных домов имеет свое хозяйство, благодаря которому недостатка в сырье не возникнет.

Рассмотрим принцип работы оборудования. Сырье, например, навоз, помещается в специальную емкость, где без доступа кислорода нагревается на водяной бане для запуска процессов брожения в результате размножения бактерий. Чтобы брожение шло активнее, смесь нужно периодически перемешивать. Делать это можно вручную или с применением специальной электрической мешалки. Если создать идеальные условия переработки навоза и соблюдать технологию, из 4-5 литров исходного сырья удастся получить примерно литр биогаза.

Газ осушается и подается на горелки, газогенератор для переработки и получения электроэнергии.

Биогазовые установки – тоже неплохое решение, особенно для домовладений со скотом и птицей. Сложность заключается только в обустройстве системы, необходимости участия человека в процессе ее эксплуатации.

Сравнение эффективности различных вариантов отопления частного дома без газа и электричества

Самую экономичную схему теплоснабжения можно найти только в том жилом доме, который эффективно утеплен высококачественными теплозащитными материалами.

Следующее направление экономии на системах отопления — это вариант вида используемого топлива. При этом требуется учитывать не только лишь стоимость топливной составляющей в себестоимости 1 Гкал тепла на выходе из котлоагрегата, а затраты на обеспечение топливом: вспомогательное оборудование, работу систем автоматики и ее обслуживание. На сегодня самыми дешевым не газовым топливом являются древесные пеллеты.

Усредненно-стоимостные показатели отопления пригородного дома, располагаются в следующем в порядке возрастания:

1. Печь на древесине или угле.
2. Котел длительного горения.
3. Котельное оборудование на печном топливе.
4. Тепловые насосы.
5. Нетрадиционные источники энергии.