Альтернативные источники энергии в частном доме

Частые перебои с электричеством или вовсе его отсутствие, высокая плата за коммунальные услуги - такие моменты наводят мысли об альтернативных источниках энергии для частного дома.

Альтернативные источники энергии набирают популярность, они просты в использовании, экологически чистые, да еще и абсолютно бесплатные. Они направлены на получение электрической энергии из солнца, ветра, земли или воды.

В России пока их не так много, в данной статье рассмотрим самые популярные. Солнечные батареи, ветрогенераторы, геотермальное отопление - что же выбрать? В чем отличия, а также плюсы и минусы каждого вида установки. Давайте разбираться.

Солнечные батареи 

 

Одним из самых эффективных и экологически чистых источников энергии являются солнечные батареи. Они преобразовывают энергию световых лучей в электрический ток, который используется для питания электрических приборов.

Чем дольше солнечный день, тем выше их эффективность. Поэтому они пользуются особой популярностью в таких округах, где много солнечных дней. Так же важен и угол падения света, поэтому необходимо их правильно расположить.

Принцип работы солнечной батареи

Солнечная батарея — это расположенные друг к другу фотоэлементы, которые состоят из полупроводников. В атомах полупроводника есть либо излишние электроны (n-тип), либо нехватка электронов (p-тип).

Получается, что полупроводниковый фотоэлемент состоит из двух слоев с разной проводимостью. В качестве катода используется n-слой, а в качестве анода – p-слой.

Лишние электроны из n-слоя могут покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Именно солнечные лучи «выбивают» электроны из атомов n-слоя, после чего они летят в p-слой занимать пустующие места. Таким способом электроны бегут по кругу, выходят из p-слоя, проходят через нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаются в n-слой.

Устройство солнечной батареи

Для работы солнечной батареи необходимы такие элементы, как:

1. Аккумуляторная батарея. Она аккумулирует и хранит энергию;
2. Контролёр заряда. Основной его функцией является подключение и отключение солнечной батареи исходя от уровня заряда. Более сложные устройства способны контролировать максимальный уровень мощности;
3. Инвертор, он преобразовывает прямой ток в переменный;
4. Желательно поставить еще устройство, которое стабилизирующее напряжение и обеспечивает защиту системы солнечной батареи от скачков напряжения.

 

Виды солнечных батарей

Солнечные батареи делятся на разные виды, у них разные покрытия фотоэлементов, от этого и разная мощность. Солнечные батареи бывают гибкие и жесткие. У гибких мощность меньше.

В основном фотоэлементы солнечных батарей покрыты кремнием, он показывает наиболее эффективную работу. Также бывают изготовлены из селена, теллурида кадмия или из полимерных материалов.

Солнечные батареи из кремния делятся на 3 вида:

• Монокристаллические, отличаются высокой мощностью, но и высокой стоимостью;
• Поликристаллические, более дешевые, но зачастую медленней теряют свою эффективность с увеличением сроком службы и при нагревании;
• Аморфные, это тонкопленочные батареи, которые генерируют солнечный свет даже в плохих погодных условиях.

Преимущества солнечных батарей и недостатки:

Данный источник альтернативной энергии имеет ряд преимуществ и недостатков, к основным преимуществам относится:

• Бесплатно, т.к. питание идет от солнечных лучей;
• Не происходит выброса вредных веществ в атмосферу, что делает систему абсолютно экологически чистой;
• Легко установить и использовать;
• Затраты на установку быстро окупаются.

К недостаткам использования солнечных батарей можно отнести:

• Дороговизна установки оборудования;
• Эффективность работы зависит от многих факторов, таких как погодные условия, длительность светового дня, температура на улице и степень нагрева батарей, степень наклона батареи.

Ветрогенераторы

 

Еще один популярный альтернативный источник энергии - ветрогенератор. Подходит такой способ электроснабжения дома не для всех регионов, для эффективной работы ветряка должен быть постоянный ветер, скорость ветра должна составлять минимум 4-4,5 м/с.

Для того, чтобы узнать среднегодовую скорость ветра, можно использовать карту ветров. Она отражает приблизительные данные по регионам. Более точные показатели можно получить с помощью анемометра.

Принцип работы ветрогенератора

Ветрогенератор преобразовывает кинетическую энергию в механическую, которая приводит в движение лопасти ротора, установленного на генераторе. В результате этого в его обмотках создается переменный ток.

Сгенерированная электрическая энергия накапливается в аккумуляторных батареях и оттуда подается на бытовые приборы.

 

Устройство ветрогенератора

В состав ветряной станции входят:

• ротор с лопастями;
• коробка передач или редуктор, который осуществляет контроль скорости между генератором и ротором;
• защитный кожух, который ограждает детали конструкции от негативного влияния внешних факторов;
• «хвост», который обеспечивает поворот конструкции вслед за направлением ветра;
• накопительная батарея, сохраняющая определенный запас энергии;
• инверторная установка, преобразующая один вид тока в другой.

Виды ветрогенераторов

Существует несколько видов ветряков, в данной статье разберем самые популярные. Они делятся на классы по:

1. Направлению вращательного движения лопастей – горизонтальные и вертикальные ветряки.
2. Количеству лопастей – 2, 3 и многолопастные устройства.
3. Типу материала, которое используют в производстве лопастей – конструкции с парусными и жесткими лопастями.
4. Способу управления – ветряки с фиксированным или регулируемым шагом лопастей.

Главным параметром ветряной электростанции является ее мощность. Необходимо помнить, что своего пикового значения она достигает только при максимальной скорости вращения. Для того, чтобы добиться максимальной скорости, необходимо обеспечить подходящую высоту установки ветряка и выбрать модель с оптимальным количеством лопастей. В большинстве случаев потребители останавливаются на трехлопастных моделях. Если выбрать модель мощностью 3 кВт, то этого вполне хватит для большинства нужд.

Плюсы и минусы ветрогенератора

К плюсам использования ветрогенератора относиться:

• Экологичность использования, также, как и солнечные батареи, ветрогенераторы - абсолютно экологически чистый продукт;
• Бесплатное использование, не требующее дополнительных затрат;
• Минимальный износ деталей;
• Не требует постоянного контроля, т.к. конструкция вырабатывает электроэнергию самостоятельно каждый раз, когда дует ветер;
• Возможно использование практически в любых климатических условиях.

Также установка ветрогенератора имеет и свои минусы:

• Шумный;
• Большая стоимость установки оборудования;
• Чтобы компенсировать бездействие устройства в безветренные дни, требуется дополнительное оборудование: генератор и накопительная батарея (стоимость этих элементов очень высокая);
• Необходимо постоянное проведение профилактических работ.

Геотермальное отопление частного дома

 

Геотермальное отопление - система добычи тепла из земли и воды, т.к. они не промерзают на определенном уровне и сохраняют плюсовую температуру. Задача геотермального отопления взять тепловую энергию земли или воды и направить ее для отопления дома.

Принцип работы геотермального отопления

Геотермальное отопление добывается из высоко- и низкотемпературного источника. Для этого необходимо смонтировать тепловой насос на поверхности земли, а теплообменник погрузить либо в скважину, либо на уровень ниже точки промерзания грунта.

Виды геотермального отопления

Существует три вида данного альтернативного источника энергии:

1. Земля-вода. Тепловая энергия забирается из грунта с помощью зондов, накапливается в коллекторе и передается в систему отопления с жидким теплоносителем. Такая схема считается оптимальной для применения в жилых домах.
2. Вода-вода. Здесь энергия тепла добывается из воды, для чего требуется источник в виде пруда, реки, озера. Такое геотермальное отопление дома считается самым стабильным по показателям температуры.
3. Воздух-воздух. Это системы, напоминающие кондиционер и использующие в качестве источника воздух. Для работы схемы нужны вентиляторы, испарители, соединенные в одну схему. Системы воздух-воздух показывают высокую эффективность до -15 С

Сами теплообменники можно расположить как вертикально, так и горизонтально.

Для того, чтобы расположить их вертикально необходимо выкопать скважину на глубину 200 метров и более. На такой глубине температура грунта круглый год составляет около +10 С. Если при этом использовать систему вода-вода, то необходимо пробурить 2 скважины, одна для забора тепла, а вторая для сброса воды.

При горизонтальной установке не требуется бурение скважины, трубопровод укладывается ниже промерзания грунта в траншеи. Для того чтобы определить площадь земли для выкладки контура, нужно площадь дома умножить на 3. Получается, что для дома в 50 м2 контур выкладывается на участке размером в 150 м2.

Для правильной работы системы геотермального отопления необходим:

• насос для циркуляции теплоносителя;
• трубы;
• радиатор (в случае нестабильных климатических условий);
• установка, распределяющая тепло по дому.

Система может работать в двух режимах: обогрев и охлаждение, что очень актуально для российского климата. И не занимает много места в доме, размер теплового насоса не больше стиральной машины.

Преимущества и недостатки геотермальной системы отопления

К преимуществам относятся такие качества, как:

• Земля и вода не промерзают дальше грунта, что позволяет системе беспрерывно работать
• Безопасность. В использовании системы нет продуктов горения, что делает ее полностью безопасной
• Экологичность, во время работы нет выброса вредных веществ
• Длительность эксплуатации. Срок службы данной системы от 100 лет, однако некоторые элементы необходимо будет заменить через 30-50 лет
• Отсутствие шума. В продаже есть оборудование с шумом от 40 дБ, что позволяет поставить его рядом с жилыми комнатами.

К минусам можно отнести только дороговизну установки. Расходы связаны с покупкой станции, заказом услуг мастеров для формирования системы. Также необходимо составлять проект, покупать насос, материалы для первичного контура и создания тепловой магистрали в доме.

Вывод

В России из-за большого количества пасмурных дней солнечные батареи является не совсем эффективными. Но, если обеспечить данную систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

Если же говорить про ветрогенераторы, то для того, чтобы установка окупилась, необходимо его устанавливать в таком регионе, где характерны сильные ветры и местность соответствует требованиям оборудования. В других случаях затраты на покупку ветрогенератора для дома не окупятся. Если же количество ветреных дней в году невелико, эти устройства можно дополнить солнечными батареями или же генераторами, работающими на дизеле или бензине.

Геотермальное отопление хороший способ получения энергии, но очень дорогой. Перед тем как покупать оборудование, следует обратиться к проектировщикам за составлением схемы отопления, затем будут проводиться геологические промеры на местности, это нужно для выявления особенностей грунта и подбора оптимального типа оборудования. Только после предварительных этапов осуществляется покупка прибора, который также выбирается по мощности, функциональным возможностям.