Сегодня все чаще звучит термин – альтернативные источники энергии. Разбираемся, что это такое, какие виды сегодня предлагает промышленность, насколько это эффективно, положительные и отрицательные стороны каждой разновидности.
Все об альтернативных источниках
Начнём с того, что под альтернативной энергией подразумевается энергия, которая досталась человеку от природы бесплатно. То есть получать её можно из окружающей среды. При этом ресурс этой энергии неисчерпаем.
Основная же наша задача – правильно её получить. А для этого надо знать, как это сделать грамотно.
Виды альтернативных источников
Для того чтобы жить в собственном доме комфортно, нам требуются два вида энергии: электрическая и тепловая. Получить обе разновидности из окружающей среды несложно. Из каких источников это можно получить, и какие приборы для этого используются:
- солнечные батареи и коллекторы;
- ветрогенераторы;
- установки, использующие биогаз;
- тепловые насосы.
Всеми этими устройствами и технологиями человечество пользуется давно. К примеру, вспомним ветряные или водяные мельницы. Сегодня наука, которая все время движется вперёд, предлагает большой ассортимент устройств, с помощью которых можно получить тепло и электричество.
Правда, для каждого дома требуется свои приборы, которые будут более эффективны в каждом случае. Специалисты же рекомендуют выбирать не одну разновидность, а сразу несколько. К примеру, солнечные батареи хорошо использовать в тёплое безоблачное время года. Ветрогенераторы прекрасно работают в ветряную погоду. То есть, если установить оба агрегата в доме, то можно гарантировать постоянное наличие электрического тока в независимости от погодных условий.
А теперь давайте рассмотрим по отдельности сами источники энергии и устройства, которые вырабатывают тепло и электрический ток.
Солнечные батареи
Скажем так, что эти приборы с годами становятся все более востребованными и популярными. Сегодня производители производят и реализуют их в двух вариациях:
- Готовые батареи, которые просто устанавливают на крышах домов, соединяя между собой в единый комплекс.
- Отдельные фотоэлементы. Такой вариант предлагается для мастеров, которые сами собирают их в панели, подгоняя под требуемый объем получаемой энергии.
Солнечные батареи на крыше дома
Фотоэлементы, используемые в солнечных батареях, это также две разновидности:
- Монокристаллические. Отметим, что это более эффективные, то есть с большим коэффициентом полезного действия, и долговечные элементы. Соответственно они и дороже. Но их высокая эффективность достигается лишь в том случае, если небо ясное, и элементы получают стабильный солнечный поток.
- Поликристаллические. У этого типа пониже КПД и эксплуатационный ресурс. Но они могут работать даже в облачную погоду. И это большой плюс.
Фотоэлементы обычно помещают под прозрачный материал и обрамляют металлическим профилем. Всю конструкцию устанавливают на специальной подставке, которую можно поворачивать. Это делается для того, чтобы можно было бы поворачивать солнечные батареи, улавливая прямые солнечные лучи. А их угол наклона зависит от времени года.
Но солнечные панели – это всего лишь часть комплекса. Для сбора электрической энергии требуется аккумуляторы, которые соединяются с панелями через инверторную систему. Первые аккумулируют электричество, вторая превращает солнечный свет в электроэнергию.
Внимание!Грамотный выбор аккумуляторов и инверторной системы – максимальная эффективность работы всего комплекса. При этом специалист должен точно провести требуемые расчёты, которые обеспечат получить необходимый объем электрического тока для всего дома.
Сегодня производители предлагают отличающиеся от солнечных батарей устройства, которые работают по такому же принципу.
- Гибкая плёнка, которую устанавливают на стекла окон с выходом на солнечную сторону. У этого вариант не самый высокий КПД, но за счёт уменьшения размеров материала и сложности монтажа способ достаточно популярен.
- Betaray– это шар из стекла достаточно внушительного размера. Его задача – сфокусировать солнечные лучи и одним потоком направить на фотоэлемент. По сути, шар выполняет функции линзы. Такая установка вращается относительно своей оси. Вращение программируют, поэтому шар строго движется вслед солнцу. Отсюда и высокая эффективность отбора солнечных лучей. Эта установка неплохо работает даже в ночное время, собирая свет от луны и звёзд. Как показала практика, этой мощности хватает осветить ночные светильники.
Итак, это все о солнечных батареях, переходим к другому виду нетрадиционного источника энергии – солнечным коллекторам.
Солнечные коллекторы
Все знакомы с летним душем, в состав которого входит металлическая бочка. В неё заливают воду, и она под действием солнца нагревается. Коллекторы работают точно по такому же принципу. Только у них большая площадь поглощения солнечных лучей.
И эта площадь ничто иное, как трубы, расположенные в виде змеевика. Трубы нагреваются и передают своё тепло воде, которая по ним и движется. При этом движение всегда происходит снизу вверх – таков закон физики. То есть, нагреваясь, вода или воздух всегда стремятся вверх.
В верхней части комплекса устанавливается бак, через который проходит водопроводная вода. Внутри бака располагается ещё один змеевик, соединённый с коллектором, то есть большим змеевиком. Получается так, что вода, движущаяся по трубам большого змеевика и нагревающаяся там, попадает в змеевик, расположенный внутри бака. Она отдаёт свою тепловую энергию воде в баке, остывает и спускается в нижнюю часть коллектора. И все повторяется заново.
Именно так и нагревается вода в баке, которую затем используют в быту. Самое главное, что естественная циркуляция воды даёт возможность не использовать в системе насосы.
Отметим, что изготовленные в условиях промышленного производства солнечные коллекторы – более сложные устройства. Но принцип работы у них тот же. Просто вместо воды в большой змеевик заливают фреон, который эффективно работает даже зимой.
Ветрогенераторы
Это ещё один часто используемый вид альтернативной энергетики. Чисто конструктивно эти приборы представляют собой обычные ветряки, в состав которых входит генератор. Вращение лопастей ветряка передаётся вращению ротора генератора. Так и образуется электроэнергия, которая собирается в аккумуляторных батареях.
Стандартного типа приборы – это корпус с лопастями, которые установлены на высокой опоре. Сегодня производители предлагают и другие конструктивные решения.
- Передвижная установка. Её за короткое время можно разложит и установить, и также быстро можно сложить и перевезти в другое место. установлен ветряк на автомобильной платформе.
- Летательная установка. По сути, это воздушный змей, на котором установлено несколько турбин. Его просто запускают в небо, где он летает под действием ветра.
Тепловые насосы
Это ещё один нетрадиционный источник энергии дома, которым в последнее время стали пользоваться многие домовладельцы. Его функция – отопление и горячее водоснабжение. Тепловой насос работает по принципу кондиционера, который включён в режим «зима».
В любой среде есть энергия. Это касается воды, воздуха и грунта. Правда, в них энергия находится в небольших количествах, плюс – у него невысокий потенциал. Так вот назначение тепловых насосов – собрать эти крохи энергии и передать в систему, где они аккумулируются и превращаются в тепло.
Для этого используют фреон, он же хладагент. Это вещество очень эффективно поглощает любую энергию, отчего нагревается, а затем поступает в компрессор. В этом агрегате нагретый фреон сильно сжимается и переходит в газообразное состояние, а дальше подаётся в теплообменник. Последний устанавливается в системе отопления, и через него вода в этой системе начинает нагреваться за счёт отдачи хладагентом своего тепла.
Фреон после передачи тепловой энергии охлаждается и обратно переходит в жидкое состояние. И все повторяется заново. Конечно, надо отметить, что этот альтернативный источник энергии для частного дома все же является энергозатратным. Потому что компрессор работает от электричества.
Сегодня производители предлагают несколько разновидностей теплонасосов, отличающиеся друг от друга средой, из которой они получают энергию. Это системы «вода-вода», «воздух-воздух», «воздух-вода» и прочие. Ярким представителем такого обогрева дома является кондиционер. Но именно эти приборы не относят к видам нетрадиционной энергетике.
Отнести к этой категории можно так называемый геотермальный насос. Суть его работы заключается в том, что он забирает тепловую энергию из земли. Ведь всем известно, что даже в самые лютые морозы грунт промерзает на определённую глубину, а ниже он всегда имеет положительную температуру. Именно туда и закладывают испаритель в виде труб. Правда, для геотермального теплонасоса требуется достаточно большой участок свободной земли. Ведь чем больше площадь забора тепла из земли, тем эффективнее установка работает.
И хотя сами трубы испарителя укладывают в траншеи на определённую глубину, все равно использовать эту площадку можно не под любые нужды. Но этот вариант очень эффективен. К тому же он всегда будет работать безотказно. Точно такую же конструкцию можно использовать, уложив трубы испарителя в водоём, если таковой есть поблизости. Ведь даже подо льдом вода в нем будет всегда тёплой. И этого достаточно, чтобы обогреть дом.
Внимание! Теплонасосы хорошо себя зарекомендовали в тех регионах, где зимой температура не опускается ниже -20 °C. То есть там они работают постоянно. Но и в северных районах их устанавливают и эксплуатируют летом. Зимой же рекомендуется использовать другие приборы альтернативных видов энергии. К примеру, ветряки.
Биогаз
Это ещё один вид альтернативных источников энергии, который сегодня стал использоваться во многих загородных домах. По сути, это газ, который образуется в результате гниения бытовых отходов. Сам процесс гниения – это переработка при помощи анаэробных бактерий. То есть тех, которым для жизнедеятельности не требуется кислород.
Следствие такой переработки несколько веществ. А именно: метан, углекислота, сероводород и другие. Смесь всех этих веществ и называют биогазом. Сразу надо оговориться, что эта разновидность топлива получается из отходов растительного и животного происхождения. Ни в коем случае не из канализационных отходов.
Сам процесс переработки производят в специальных ёмкостях. Они имеют прочные стенки и сами очень герметичны. Именно сюда и закладывают отходы, а также бактериальную культуру. Чтобы увеличить процесс гниения, в резервуар помещён шнек, который все время перемешивает образованную массу. Плюс – сюда же добавляется вода температурой +40 °C. Важный момент – влажность биомассы должна быть 90 %.
В верхней части ёмкости установлен патрубок, через который газ выходит в систему трубопроводов. По ним он поставляется по месту требования. А переработанная масса – это отличное удобрение.
Внимание!Биогаз имеет резкий неприятный запах. При этом если его вдохнуть, то можно отравиться. Поэтому с этим видом топлива надо обращаться аккуратно.
Энергия вулканов
Разрушительная мощь вулканов всегда пугала людей. Со временем учёные, исследуя их, поняли, что это огромные запасы энергии, которыми, к сожалению, человечество не пользуется. Научно-технический прогресс преодолел и эту проблемы, поэтому сегодня во многих странах мира стали возводить электростанции около вулканов.
Технология получения электричества здесь достаточно проста.
- В слои грунта, расположенные около лавы, по трубам закачивается солёная вода.
- Она там нагревается до критических температур.
- Затем подаётся на генератор, который и вырабатывает электрический ток.
По сути, это технология гидроэлектростанции, где турбину генератора вращает падающая сверху на неё вода. Только здесь вода солёная и нагретая, поднимающаяся сама из недр земли.
Именно таким способом производят горячую воду, которую подают в дома и здания разного назначения. В Исландии эта технология применяется для организации горячего водоснабжения в системе теплиц. Эта страна уже давно ничего со стороны не завозит в плане овощей, фруктов, зелени и цветов. Правда, здесь горячую воду берут из гейзеров. Хотя последние нагреваются именно от спящих вулканов.
Ещё один интересный вариант вулканической технологии. Для этого в слоях земли рядом с вулканом находят водный резервуар. В нем жидкость находится в приграничном состоянии. То есть у неё определённая критическая температура, находится она под давлением, поэтому это уже не вода, но ещё не пар. В лабораторных условиях и на практике достичь такого результата очень сложно. Нужны большие финансовые вложения.
А здесь все это присутствует в природе. Так вот именно эту воду и используют, чтобы раскрутить турбину генератора.
Интересное инженерное решение
Альтернативные источники энергии – это в первую очередь оборудование. Так вот сегодня на рынке появляются интересные приборы, с помощью которых можно получать небольшое количество электрического тока. Один из таких – термогенератор. Хотя надо отметить, что этот аппарат известен ещё с середины прошлого столетия.
Собой он представляет электрический генератор компактного размера, выдающий до 200 Вт электроэнергии. Используют такое оборудование в основном в зимнее время, когда эксплуатируют нагревательные приборы. Именно в сочетании с ними и работает теплогенератор. К примеру, на фото ниже показан теплогенератор Иоффе, разработанный в пятидесятых годах.
Положительные и отрицательные стороны
Итак, мы разобрались, что альтернативная энергетика – это будущее человечества, которое не имеет ограничения в ресурсе. При этом сами источники бесплатны и не требуют больших вложений в их разработке в отличие от добычи нефти, газа, угля и прочих.
Но есть у этой технологии получения энергии один отрицательный момент. Это высокая цена самого оборудования и его монтажа. Ведь речь сейчас идёт о приборах, которые можно использовать в быту, то есть в собственном доме. Не каждый владелец недвижимости может вложить кругленькую сумму в альтернативный источник электроэнергии и энергии тепловой.
Проще подключиться к линейным электрическим сетям и оплачивать приходящие счета. Или приводить газ в баллонах. Здесь не требуется сложного и дорогого оборудования. Но время вносит свои коррективы. С каждым годом суммы в этих счетах растут. И велика вероятность, что придёт то время, когда не всем будет под силу их оплачивать. И вот тут придёт эра использования альтернативных источников энергии.
Любые виды источников энергии, не связанные с углеводородами, можно отнести к альтернативным. Исключаем также гидроэлектростанции и станции, работающие на приливах и отливах морей и океанов.
К ним отнесём ветрогенераторы, солнечные коллекторы и батареи, тепловые насосы.
Оптимально, если в доме установить две разновидности, перечисленные выше. К примеру, солнечную батарею и ветрогенератор.
Все эти технологии работают от бесплатных источников энергии. Но у них есть один большой минус – высокая цена оборудования.
