5 способов получить автономное электричество для частного дома

Плюсы и минусы альтернативной энергетики

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 применения эко топлива – 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.

Сферу применения “зеленой энергии” продемонстрирует фото-подборка:

Ветроэнергетика

Глобальный рост установленной мощности ветрогенераторов.

Существуют ветрогенераторы с вертикальной и горизонтальной осью вращения ротора. Конструкция первых проще, но вторые имеют больший КПД, достигающий 30-40 %. Поэтому для промышленной ветроэнергетики используются генераторы с горизонтально осью ротора в основном с мощностями от 1 до 2.5 МВт и диаметром ротора от 50 до 80 м. Существуют и ветрогенераторы мощностью 8 МВт.

Затраты на ветроэнергетику сводятся почти исключительно к строительству, а стоимость энергии постепенно приближается к стоимости «традиционной» энергии. В силу шума и вибрации ветрогенераторы ставят на удалении от жилых домов 300 и более метров, но непосредственно под ветрогенераторами можно продолжать сельскохозяйственное производство. Пока существует множество перспективных площадок для размещения мощностей на берегу и в море. В частности, Германия, Дания и Нидерланды собираются создать на банке Северного моря остров для большой ветроэлектростанции. В 2014—2015 годах в Дании с помощью ветрогенераторов производилось 42 % всего электричества, в Португалии 27 %; в Никарагуа 21 %, в Испании 20 %, в Ирландии 19 %, в Германии 8 %, а в Европейском союзе 7,5 %. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта и превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики. Однако, существует так называемый capacity factor (Коэффициент использования установленной мощности — КИУМ), который определяет эффективность работы электрогенератора. По данным US Energy Information Administration (EIA), на 2015 год этот коэффициент для атомных электростанций составлял 92.3% от установленной мощности, для ветрогенераторов — 32,2% от установленной мощности. Применять эти значения для генерирующих мощностей во всем мире не совсем правильно, но отношение вряд ли будет сильно отличаться.

На сегодняшний день ветроэнергетика это экономически наиболее перспективный вид ВИЭ и развивается по экспоненте. Её потенциал весьма велик. Ветреная береговая линия континентов протяжённа. Станции можно строить не только на берегу, но и в море. К тому же сегодня промышленная ветроэнергетика использует ветер только на высотах до 200 м от поверхности земли.

Биогазовые установки

Используют для работы различные отходы жизнедеятельности, например, от домашних или сельскохозяйственных животных и птиц. В герметичной ёмкости они подвергаются обработке анаэробными бактериями, которые в свою очередь выделяют биогаз.

Чтобы процесс шёл быстрее, отходы нужно периодически перемешивать, для чего используется ручная или механическая мешалка.

Современные технологии для получения энергии с помощью биогазовых установок позволяют это делать без выполнения неприятных действий. Их главные преимущества:

  • независимость от погодных условий;
  • экономия на утилизации отходов;
  • возможность использовать множество видов сырья.

К недостаткам можно отнести следующие:

  • хоть это и биологически чистый вид топлива, при его сжигании в атмосферу выделяется небольшое количество вредных выбросов;
  • использовать установку удобно только в районах, богатых необходимым сырьём;
  • стоимость оборудования достаточно высока.

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.

Солнечная энергия

Энергией солнца мы привыкли пользоваться, сами того не замечая. В зависимости от частоты применения, использование солнечной энергии делится на пассивное и активное.

В пассивной гелиосистеме солнечный свет попадает на объекты и приборы в «свободном режиме», возможность подстроиться под его направление и интенсивность отсутствует. Поэтому нет гарантии равномерного теплоснабжения и 100%-ного использования энергии. Зато этот способ не требует особых финансовых затрат. К пассивным гелиосистемам относятся парники, теплицы, остекленные лоджии, оранжереи и выкрашенные в темные цвета (для максимального поглощения солнечных лучей) емкости-резервуары для хранения воды летом.   

Активная гелиосистема подразумевает применение специальных устройств. «Продвинутой» версией поглотителя света является солнечный коллектор, или гелиоприемник. Эта установка собирает тепловую энергию солнца, которая переносится видимым светом в инфракрасном диапазоне. После этого тепло передается системам водоснабжения и отопления. В равной степени солнечный коллектор может использоваться и для снабжения дома электричеством.

В отличие от коллектора, солнечная батарея способна вырабатывать только электричество. В насыщенные солнечным светом дни она выдает максимум своих возможностей, а в пасмурные часы и зимой – не более трети.

Дачный сезон как раз совпадает с максимальной солнечной активностью. Периоды с мая по сентябрь наиболее насыщены солнечным светом. Поэтому не совсем рациональны вопросы о том, «что делать зимой, когда солнца нет?». Ведь вас в это время на даче тоже, как правило, нет.

Отсюда вывод: чем южнее регион вашего проживания, тем больше смысла в установке солнечной батареи.

Устанавливать солнечную батарею лучше всего на южной стороне крыши. Рассчитать, сколько установок и какая мощность нужно именно вам, должны специалисты. Они исходят из климатических особенностей, количества электроприборов и интенсивности их использования.

Теперь о практическом применении. На большей части территории России, например, в теплый период (с апреля по конец сентября) среднедневная сумма солнечного излучения равняется 4-5 кВтч/кв.м. На юге Испании она достигает 6 кВтч/кв.м., а на юге Германии – около 5 кВтч/кв.м. Такая интенсивность солнечного света позволяет нагревать до 100 л воды практически каждые сутки при помощи коллектора площадью 2 кв.м. Что интересно, регионами-лидерами по поступлению солнечной радиации считаются Приморье, Забайкалье и Юг Сибири, а только затем идет южная полоса европейской части России. Значительная часть Сибири, как оказалось, также не обделена солнечным излучением.

Для всесезонного применения нужно подбирать коллекторные установки с обширной рабочей поверхностью, двумя контурами с антифризом и оснащенные дополнительными теплообменниками. Идеальным вариантом является вакуумированный коллектор − в нем выше разница температур между воздухом снаружи и нагреваемым теплоносителем.  

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.

Система солнечного электроснабжения

Главная статья расходов альтернативного электроснабжения на солнечных батареях включает цену панелей, это примерно 160 руб. за 1 Вт или 80-85 долл. за метр квадратный поверхности. Для альтернативного энергоснабжения дома потребуется не менее 25 м2 панелек из поликристаллического кремния.

На аккумуляторах можно сэкономить. Вместо дорогостоящего лития можно установить щелочную батарею, которая прослужит 15 лет при минимальном уходе за источником энергии. На комплект щелочных батарей уйдет еще 200-300 долл.

Можно приобрести готовые панели в чехлах с наклеенной подложкой и пропаянной проводкой за 500-700 долл. или купить и наклеить одиночные плитки на текстолитовую основу своими руками. Вместо дорогущей монокристаллической плиты используем поликристаллические соты за вдвое меньшую цену. Правда, коэффициент полезного действия поликремния на несколько процентов меньше, но потерю можно легко компенсировать дополнительной площадью элементов.

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.

Морковь

Морковка также раньше была несколько иного цвета. /Фото: discoverychannel.ru

Первые упоминания о моркови можно увидеть в Персии еще в X веке, вот только тогда она выглядела совсем не так, как сейчас. Древний овощ имел фиолетовый или белый оттенок с тонкой разветвленной корневой системой, в отличие от современного корня. Насчет появления современный рыжий оттенок у моркови также не все однозначно, однако наиболее вероятной версией считают генетическую мутацию — именно в результате этого процесса овощ пожелтел.

Фермеры и селекционеры на протяжении долгих лет отбирали корнеплоды, примерно одинаковые по форме, а также максимально привлекательным по цвету и вкусу. Судя по тому, что сегодня у нас на столе находится именно оранжевая морковь, для людей прошлого она оказалась наиболее предпочтительной.

Кондиционеры

Кондиционер — самый доступный и простой альтернативный источник отопления дома. Можно установить один мощный на весь этаж или по одному в каждой комнате.

Самый оптимальный вариант использования кондиционера – поздней весной или ранней осенью, когда на улице еще не слишком холодно и газовый котел можно пока не запускать. Это позволит сократить расход газа за счет электричества и не превысить месячную норму потребления газа.

Важные моменты:

  • Котел и кондиционер должны быть увязаны между собой для работы в паре. То есть, котел должен видеть, что работает кондиционер и не включаться в работу пока в помещении тепло. Здесь не обойтись без настенного термостата.
  • Отопление электричеством не дешевле газа. Поэтому не стоит полностью переключаться на обогрев кондиционерами.
  • Не все кондиционеры можно использовать при нуле и морозах.

Личный опыт

Я использую для обогрева дома четыре источника тепла: газовый котел (основной), камин с водяным контуром, шесть плоских солнечных коллекторов и инверторный кондиционер.

Зачем это нужно

  1. Иметь второй (резервный) источник тепла, если газовый котел выйдет из строя или его мощности станет недостаточно (сильные морозы).
  2. Экономить на отоплении. За счет разных источников тепла можно контролировать месячную и годовую норму потребления газа, чтобы не переходить в более дорогой тариф.

Немного статистики

Средний расход газа в январе 2016 года – 12 кубометров в сутки. При отапливаемой площади 200м2 и дополнительно подвала.

Октябрь Ноябрь Январь
Расход в месяц 63,51 140 376
Минимальный 0,5 0,448 7,1
Максимальный 5,53 10,99 21,99
Средний в день 2,76 4,67 12,13

Колебания расхода по дням в течение месяца связан с разной уличной температурой и наличием солнца: в солнечные дни работают коллектора, и расход газа снижается.

Выводы

Отопление без газа возможно. Одни источники тепла служат полноценной заменой газовому котлу, другие можно использовать лишь в дополнение. Для удобства, объединим все в таблицу:

Альтернатива газу Дополнение
Грунтовый тепловой насос

Твердотопливный котел

Пеллетный котел

Камин с водяным контуром

Воздушный камин

Пеллетный камин

Солнечные коллекторы

Инверторные кондиционеры

Воздушный тепловой насос

Электрические котлы

Есть и другие альтернативные способы обогрева здания, которые не вошли в список: печи, булерьяны, электрические котлы и другие отопительные приборы.

И, конечно же, важно помнить, что установка других источников тепла – не единственный способ экономить газ и сократить зависимость от него. Нужно работать над повышением общей энергоэффективности здания: выявить и устранить все утечки тепла, более рационально использовать тепло и минимизировать теплопотери здания

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector