Главная Эко-энергия

Альтернативный свет в доме. Альтернативные источники электроэнергии

Потребители по всему миру ощущают на себе постоянное повышение стоимости энергоресурсов. Эксперты предсказывают, что в будущем рост тарифов продолжится . Это связано с ограниченностью ресурсов, традиционно используемых для получения энергии. В этой ситуации особое значение для владельцев частных домов приобретают автономные альтернативные источники. Они позволяют не только , но и стать полностью независимыми от центральных сетей, что вдвойне актуально для тех районов, где наблюдаются перебои с энергоснабжением.

Жители городских квартир по понятным причинам ограничены в выборе источников энергии. Зато частные домовладельцы в зависимости от климатических условий и окружающего ландшафта могут выбрать один из нескольких видов (или их сочетание). Автономные альтернативные источники энергии в частном доме могут быть:

Ветряными
Солнечными
Геотермальными
Биотопливными
Водяными
Осмотическими, грозовыми и т. д.

Наиболее часто используется энергия, получаемая за счёт ветра, солнечных лучей, земли и биологических отходов .

Ветряные источники

Ветряные генераторы широко применяются по всему миру. Во многих странах с их помощью вырабатывается значительная доля энергии. К их основным преимуществам относится, во-первых, то, что ветер является неисчерпаемым и бесплатным ресурсом . Во-вторых, при их работе не наносится вред окружающей среде. Подразделяются на три основных типа:

Малолопастные крыльчатые (имеют от 2 до 4 лопастей, обладают высоким КПД, однако эффективны только при устойчивом сильном ветре и создают много шума при работе)
Многолопастные крыльчатые (имеют до 24 лопастей, эффективны даже при достаточно слабом ветре (до 4 м/с), не создают большого шума при работе, но обладают низким КПД)
Карусельные (роторные) — характеризуются теми же достоинствами и недостатками, что и многолопастные

Малолопастные генераторы при устойчивом ветре способны полностью обеспечить потребности в электроэнергии в небольших домах. Устройства второго и третьего типов лучше использовать только в качестве дополнительного источника.

Работа установок построена на передаче вращения от ветряного колеса к валу генератора (ветротурбины). Схема также включает в себя аккумуляторы и инверторы (первые используются для накопления, вторые — для преобразования тока). Поскольку ветер — непостоянная величина, энергия от таких генераторов часто используется только для нагрева воды в бойлерах отопительных и водопроводных систем. Это избавляет от необходимости покупки дорогостоящих аккумуляторов.

В зависимости от мощности, стоимость электростанции варьируется от 1000 до 10 000 долларов. Система требует установки высокой мачты с надёжным фундаментом и дренажем. Важно учитывать, что вследствие обледенения лопастей в зимний период КПД генератора может существенно снизиться . По причине повышенного уровня шума размещать станцию рекомендуется подальше от жилья.

Солнечная энергия

Гелиосистемы используются в самых разных отраслях. В большинстве случаев энергия солнца служит источником тепла для нагрева воды в системах отопления и водоснабжения. Такие устройства отличаются большим разнообразием: от простейших, выполненных по принципу обычного парника (их можно сделать своими руками), до более сложных, включающих вакуумные стеклянные трубки и тепловые насосы (изготавливаются только в заводских условиях).

Установки для нагрева воды делятся на пассивные и активные . В первом случае лучи солнца падают непосредственно на нагреваемый объект. Регулировать температуру при этом невозможно, однако такие системы выгодно отличает дешевизна и простота конструкции.

Активные гелиосистемы включают в себя солнечный коллектор , который преобразует лучи в тепловую энергию. Он соединён со стеклянными трубками, заполненными специальным теплоносителем. Внутри них установлены светопоглощающие чёрные стержни. Стоимость коллектора — до 4000 долларов. В систему также входит насос, трубопровод с термоизоляцией и теплообменник. Установка монтируется под определённым наклоном (угол зависит от региона). Такие гелиосистемы эффективны даже зимой.

Солнечные лучи можно использовать и для электроснабжения дома. Для этого потребуется монтаж достаточно сложной системы, состоящей из модуля солнечных батарей (изготавливается на основе фотоэлектрических панелей), контроллера, инвертора и аккумуляторов. Основным препятствием к повсеместному использованию является высокая стоимость: электростанция небольшой мощности (2 кВт) обойдётся примерно в 55 000 долларов. Некоторые мастера изготавливают фотоэлектрические панели самостоятельно. Это позволяет сэкономить, но приводит к существенному (до 40%) снижению КПД.

К недостаткам гелиосистем относится недостаточная эффективность в регионах с низкой солнечной активностью и неработоспособность в тёмное время суток.

Геотермальные источники

Тепло и электроэнергию можно получать прямо из земли. Основными элементами таких схем являются тепловые насосы. Они подразделяются на три типа:

Грунтовые — для сбора тепла используется горизонтальный коллектор или вертикальный зонд; в холодном климате используются только как дополнительный источник отопления
Вводяные — используют тепловую энергию подземных источников
Воздушные — подходят только для регионов с тёплым климатом

Функционирование системы построено на получении тепла из низкотемпературного потенциала. В основе лежат процессы, обратные тем, что происходят в холодильнике. Жидкость, циркулирующая в замкнутом контуре и обладающая низкой температурой кипения, нагревается от окружающей среды, после чего конденсируется и передаёт тепло в отопительную систему. Аналогичным способом вырабатывается электроэнергия.

Следует отметить, что такие системы обходятся достаточно дорого (до нескольких десятков тысяч долларов), но при этом не обладают высокой эффективностью. С их помощью теплоноситель можно нагреть максимум до 60 градусов . В целях экономии некоторые мастера изготавливают тепловые насосы из холодильных компрессоров. Если использовать систему для выработки электроэнергии, то можно получить ток в 5−6 раз больше израсходованного.

Биогазовая энергетика

В качестве топлива используется газ, выделяемый при брожении отходов растительного и животного происхождения (навоза, прогнившего зерна, остатков пищи и т. д.) в условиях замкнутого пространства без доступа воздуха. Для этого процесса установки оснащаются специальными емкостями. Получаемый газ более чем наполовину состоит из метана . Оставшаяся часть — примеси: углекислый газ, сероводород, азот и др.

Тепло и электричество из газа получают при помощи когенерационных установок. Такие системы целесообразно устанавливать только при достаточном постоянном наличии биоматериала. В холодном климате эффективность их работы снижается.

Прочие источники

Помимо перечисленных, доступны и другие источники альтернативной энергии для дома.
К ним относятся: течение воды, энергия молнии, приливов и отливов и тому подобное. Однако, они не получили широкого распространения в энергоснабжении частных домов (по причине высокой стоимости, низкой эффективности, нестабильности и других недостатков).

Комбинирование видов энергии

Основным недостатком альтернативных источников является их недостаточно высокая эффективность. Кроме того, наряду с плюсами, у каждого из них есть и собственные дополнительные минусы. Поэтому для достижения оптимального эффекта рекомендуется источники сочетать . Так, например, владелец коттеджа с приусадебным участком может полностью обеспечить себя электроэнергией за счёт одновременного использования ветрогенератора и солнечных батарей, а отопление и горячую воду получать от теплового насоса. Впрочем, комбинация может быть и другой, всё зависит от конкретных условий.

Альтернативные системы можно сочетать любым образом, поскольку они черпают энергию из разных источников и при работе не создают взаимных помех.

Современные технологии предоставляют достаточно вариантов для обустройства альтернативного энергоснабжения дома. Это позволяет выбрать наиболее эффективную систему в соответствии с доступным бюджетом. По причине высокой стоимости окупаемость оборудования может занять несколько лет . Однако такие инвестиции могут оказаться вполне оправданными, учитывая постоянные повышения цен на энергоресурсы.

Расценки на коммунальные услуги постоянно растут, что вынуждает людей использовать более экономичные и дешевые источники тепла. Для этого разработано множество технологий, позволяющих вырабатывать тепловую энергию с минимальными денежными затратами. Альтернативные источники энергии для частного дома позволяют оптимизировать затраты и получить недорогое тепло для отопительных систем. Что же это за источники? Об этом мы поговорим в рамках данного обзора.

Самые распространенные альтернативные источники тепла:

Солнечная энергия – доступна во многих регионах, причем почти бесплатно;
Тепловые насосы – нельзя сказать, что это самый экономичный вариант обогрева, но смысл в использовании все-таки есть;
Топливные брикеты и биотопливо – недорогие источники тепловой энергии, созданные природой;
Ветрогенераторы – дорогое оборудование, позволяющее задействовать дармовую энергию ветра;
Инфракрасное отопление – отличная альтернатива обычному водяному отоплению.

Поговорим о всех этих источниках более подробно и вычислим их сильные и слабые стороны.

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 тепла? Достаточно только спрессовать ее и придать удобную для применения форму.

Те же кукурузные початки являются прекрасным источником тепла, сгорая с очень высокой температурой – не зря их добавляют вместе с дровами при растопке печей в деревенских банях. Что касается пеллет, то для их изготовления используются не только древесные опилки, но и шелуха от семечки.

Тепловая альтернативная энергия окружает нас повсюду. Она есть в земле, воде и даже в воздухе. Поэтому нам ничто не мешает аккумулировать ее и подавать в обогреваемые помещения. Например, тепло может быть извлечено из незамерзающих слоев грунта, начинающихся уже в нескольких метрах под землей . Тепловые насосы закачивают туда специальный теплоноситель, испаряющийся при низких температурах. Наверху он конденсируется и отдает тепло в помещения (примерно таким образом работает холодильник, забирая тепло у продуктов и отдавая его в атмосферу через радиатор).

Тепловые насосы не являются автономными источниками тепла, так как для их работы нужна электроэнергия. Но если сравнивать «прожорливость» классических электрических отопительных систем и систем, построенных на базе тепловых насосов, то экономичность может достигать 20-30%, в зависимости от источника тепловой энергии и эффективности оборудования. Откуда выгоднее брать тепло?

Из воздуха – специалисты отмечают невысокую стоимость оборудования, но оно будет эффективным только в теплых регионах, так как падение температуры воздуха приводит к падению эффективности работы теплового насоса;
Из грунтовых вод – подводные течения, расположенные ниже линии промерзания грунта, никогда не замерзают и являются отличным источником тепла;
Из грунта – тепла в земле очень много, так как на глубине уже нескольких метров температура всегда положительная.

Любой из этих источников альтернативного тепла можно использовать для обогрева своего жилища.

Для того чтобы подобрать наиболее эффективный, экономичный и недорогой источник тепла, следует обратиться к профильным специалистам, занимающимся монтажом систем отопления с тепловыми насосами – условия работы и стоимость оборудования варьируются в зависимости от особенностей того или иного региона и даже района.

Солнце поставляет на нашу планету гигантское количество тепловой и световой энергии. Человек давно стремится овладеть этой альтернативной энергией, но сталкивается с многочисленными проблемами. Главное проблемой является ограниченное количество энергии, получаемой на 1 кв. м. земной поверхности. Поэтому солнечные коллекторы, используемые для аккумуляции тепла от нашей родной звезды, обладают достаточно большими размерами.

То же самое относится к солнечным батареям – ученым удалось создать достаточно эффективные солнечные элементы, вырабатывающие электроэнергию, но площадь батарей остается огромной.

Солнечные коллекторы устанавливаются на крыше и служат для генерации почти дармового тепла . Оно поступает в отопительную систему и передается в обогреваемые помещения. Благодаря достижениям разработчиков, такие системы могут показать неплохую эффективность. Отпугивают только большая стоимость оборудования и низкая эффективность в пасмурную или в очень холодную погоду.

Альтернативой солнечным коллекторам становятся солнечные электрические батареи. Они генерируют электроэнергию, которая потом превращается в тепло, создаваемое электрическими котлами. Но для получения достаточного количества электроэнергии придется заставить солнечными батареями всю крышу, потратив на это приличную сумму денег. Впрочем, для некоторых районов солнечные батареи и коллекторы могут стать наиболее приемлемым источником тепла.

Еще одним достоинством солнечных батарей является то, что ими можно запитать всю домашнюю электронику, дополнив локальную энергосистему аккумуляторными батареями и инверторными преобразователями.

Ветряные генераторы тепла

Создавая альтернативное отопление частного дома своими руками, можно обратить внимание не только на биотопливо и солнечные коллекторы/батареи, но и на ветряные генераторы. Они обеспечивают генерацию электроэнергии, которая трансформируется в тепло. Стоимость оборудования не очень высока, но его применение оправдано лишь в том случае, если в данной местности постоянно дуют ветра . Хорошую эффективность показывают ветряные генераторы с вертикальными роторами, вращающимися при любом направлении ветра.

Инфракрасное отопление

Многие знакомы с системами теплых полов – они монтируются не только в кухнях и в ванных, но и в жилых помещениях. В последние годы на рынке появилась альтернатива жидкостным теплым полам, в которых источником тепла является теплоноситель из отопительной системы – это специальная инфракрасная пленка, работающая от электроэнергии. Она укладывается под напольное покрытие, заставляя его излучать тепло . Таким образом, здесь отсутствуют лишние тепловые потери, присутствующие в традиционных электрических и водяных теплых полах.

Инфракрасное отопление может работать как базовый источник тепла, так и в качестве вспомогательного источника.

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа - во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов , работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод , загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала - не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало - его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

К нетрадиционным источникам энергии относят энергию солнца, ветра, а также ту, которая вырабатывается мускульными усилиями человека. Подробности узнаем ниже.

Практичная альтернативная энергетика: виды

Альтернативные источники энергии – это разнообразные перспективные способы получения, а также передачи полученной электроэнергии. При этом такие источники энергии, возобновляемые, и приносят минимальный вред окружающей среде. К таким источникам энергии относятсясолнечные панели и солнечные станции.

Они в свою очередь подразделяются на 3 типа получения энергии с помощью:

Фотоэлементов;
Солнечных панелей;
Комбинированных вариантов.

Популярно использование систем зеркал, которые до высоких температур, в результате чего получается пар, который, проходя через систему труб, крутит турбину. Ветряки и ветряные станции дают ток за счет энергии ветра, который крутит специальные лопасти, соединенные с генераторами.

Популярно использование энергии волн, а также приливов и отливов.

Как показывали опыты, такие электростанции способны вырабатывать около 15 кВт, что значительно превосходит по мощности солнечные и ветровые электростанции.

Из геотермальных источников горячая вода широко используется для вырабатывания электроэнергии. Интересно использование кинетической энергии в некоторых помещениях, например, в спортивных залах, где движущиеся части тренажеров соединены с помощью тяг с генераторами, которые, в результате движения людьми, вырабатывают электроэнергию.

Нетрадиционные источники энергии: способы получения

Нетрадиционные источники энергоснабжения – это в первую очередь получение электроэнергии с помощью ветра, солнечного света, энергии волн приливов и отливов, а также с использованием геотермальных вод. Но, помимо этого, есть и другие способы с использованием биомассы и других методов.

А именно:

Получение электричества из биомассы. Такая технология подразумевает под собой производство из отходов биогаза, который состоит из метана и углекислого газа. Некоторые экспериментальные установки (гумиреактор от Михаэль) перерабатывают навоз, солому, что позволяет получить из т материала 10–12 м 3 метана.
Получение электричества термальным способом. Преобразование тепловой энергии в электричество путем нагрева одних соединенных между собой полупроводников, состоящих из термоэлементов и охлаждения других. В результате разницы температур, получается электрический ток.
Водородная ячейка. Это устройство, которое из обычной воды путем электролиза позволяет получить достаточно большое количество водородно-кислородной смеси. При этом расходы на получение водорода минимальны. Но такое получение электроэнергии пока только лишь находится в стадии экспериментов.

Еще одной разновидностью получения электроэнергии является специальное устройство, которое называется двигатель Стирлинга. Внутри специального цилиндра с поршнем находится газ или жидкость. При внешнем нагреве объем жидкости или газа увеличивается, поршень двигается и заставляет работать в свою очередь генератор. Далее газ или жидкость, проходя по системе труб, охлаждается и двигает поршень обратно. Это довольно грубое описание, но дает понять, как работает данный двигатель

Варианты альтернативной энергии

В современном мире из-за некоторого ограничения природных ресурсов тепла и электроэнергии, некоторые люди используют альтернативные источники энергии. Одними из основных направлений альтернативной энергетики является поиск и использование нетрадиционных видов и источников.

Источники, с помощью которых можно получить электричество:

Являются возобновляемыми;
Могут успешно заменить традиционные;
Постоянно усовершенствуются, ведутся разработки и исследования.

Оснащение пъезоэлементами высокой мощности турникетов в метро и на железнодорожных станциях позволяет, при наступлении на специальные пластины, от давления человеческого веса вырабатывать электроэнергию. Такие действующие установки в качестве эксперимента установлены в некоторых городах Китая и Японии.

Зеленая энергетика – получение биогаза, которым впоследствии можно отапливать дома из морских водорослей. Установлено, что с 1 га водной поверхности, занятой зелеными водорослями, можно получить до 150 000 м 3 газа. Использование энергии спящих вулканов, вода закачивается в вулкан, под воздействием тепла и высоких температур, превращается в пар, который по специальным трубам поступает к турбине и крутит ее. В настоящее время в мире действует всего 2 таких экспериментальных установки. Использование сточной воды с помощью специальных ячеек, в которых находятся особенные бактерии, которые окисляют органику, приводит к тому, что в ходе химических процессов, происходит выработка электронов и, как следствие, электричества.

Источники энергии дома: варианты

В связи с ростом тарифов на энергию многие люди начинают задумываться не только об экономии энергии, но и об дополнительных источниках энергии. Некоторые люди предпочитают сделать самоделки своими руками, а некоторые предпочитают какие-либо готовые решения, к которым могут относиться определенные варианты.

А именно:

Установка на стекла солнечных панелей, которые обладают высокой прозрачностью, благодаря чему их можно размещать даже в многоэтажных домах. Но при этом их КПД даже в солнечную ясную погоду не превышает 10%.
Для освещения некоторых участков помещения используются светодиоды и светодиодные лампы на небольших аккумуляторах соединенных с солнечной панелью. Достаточно в течение дня заряжать, таким образом, аккумулятор чтобы вечером получить освещение.
Установка традиционных солнечных панелей, которые позволяют заряжать аккумуляторы и от них уже через инвертор частично питать домашние приборы и лампы. Можно также вырабатывать горячую воду в теплое время года путем установки вакуумного насоса и теплового коллектора на крышу.

У жителей, проживающих в городских условиях, к сожалению, выбор дополнительных источников энергии ограничен, в отличие от тех, кто проживает в загородных домах. В частном доме гораздо больше возможностей сделать автономное электроснабжение. А также сделать для загородного дома или на даче автономные независимые системы обогрева.

Отопление для частного дома: альтернативные источники энергии

Среди наиболее распространенных способов получения электроэнергии является движущая сила ветра. Достаточно поставить около загородного дома высокую мачту с движущимися лопастями, соединенными с генератором, чтобы получать электрический ток и заряжать аккумуляторы.

Для получения тепла, можно использовать , при их использовании, можно брать тепло практически из любого места:

Воздуха;
Воды;
Земли.

Принцип их работы, как в холодильнике, только при прокачивании через насос воздуха или воды, получается тепло. Самодельные конструкции, ничуть не уступают промышленным. В домашних условиях можно самостоятельно изготовить подобные конструкции достаточно найти чертежи и изготовить ветряк, чтобы получить дешевое электричество буквально из воздуха. Есть и другие виды и возможности получить электроэнергию и .

Эффективно использование обыкновенного генератора, особенно в северных регионах России, так как, при недостатке солнечного света, панели просто бесполезны.

То же самое касается и тепловых конвекторов, которые предназначены для нагрева воды. Несколько проще для получения тепла использование котла на биотопливе, в качестве материала для топки используются прессованные опилки, гранулы, в том числе и из соломы и торфа. Но такие котлы на биотопливе стоят несколько дороже, чем работающие на газе.

Ток и тепло своими руками: альтернативная энергетика для дома

Дармовая электроэнергетика для квартиры или частного дома всегда интересовала людей, так как в последние годы тарифы на отопление и электроэнергию только лишь растут. И для экономии, многие люди стараются найти варианты получения тепла и энергии даром. Для этого изготавливают разные системы, в том числе пытаются изобрети вечный источник, и придумывают необычные и новые способы получения тока и тепла.

Относительная бесплатная энергетика (сборка солнечных панелей своими руками):

Можно приобрести части в Китае;
Самостоятельно все собрать;
Как правило, к каждому комплекту прилагается схема сборки.
Все это позволяет самостоятельно собрать панель и схему питания, в частности квартиры или частного дома.

Безтопливная халявная энергетика получается из электромагнитных волн – любые колебания можно преобразовать в электричество. Правда КПД таких схем очень мал, но, тем не менее, с помощью специально сделанных приборов можно заряжать телефоны и прочую мелкую бытовую технику.

Правда зарядка займет довольно длительное время.

Для получения тепла, некоторые умельцы используют метан, который в свою очередь получают из навоза животных и прочих отходов. Правильно сделанная система является хорошим вариантом для получения тепловой энергии и обогрева дома, а также для приготовления пищи.

Солнце и ветер, как альтернативные виды энергии

Альтернатива получения, как тепла, так и электричества, для многих людей является актуальной Малая солнечная энергетика – это использование солнечных батарей на основе кремния, количество получаемой энергии зависит от количества батарей, широты местонахождения дома или иного помещения.

Интересна технология получения энергии с помощью генераторов, достаточно к генератору подключить контроллер заряда, и соединить всю схему с аккумуляторами, так можно получить достаточное количество энергии.

Актуально использование специальных термоэлектрических преобразователей энергии тепла в электричество, проще говоря, использование термопары из полупроводников. Одна часть пары нагревается, вторая охлаждается, в результате этого возникает свободная электроэнергия, которую можно использовать в быту. Можно использовать в качестве выработки энергии детей, достаточно соединить на детской площадке качели с динамо-машиной с тем, чтобы получать небольшой процент электроэнергии, который может использоваться для освещения детской площадки.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Даже школьники знают о том, что невозможно бесконечно добывать нефть и газ. Кроме того, не в каждом уголке есть газовые магистрали, и даже электричество.

Да и уровень доходов в регионах бывает так невысок, что затраты на монтаж и эксплуатацию отопительного оборудования выходят неподъёмными.

Всё это показывает, что нам остро нужна альтернативная энергия. Альтернативные источники энергии своими руками — это возможно. Проведём обзор доступных на сегодня вариантов.

Ветер на службу людям поступил ещё в глубокой древности. Паруса кораблей и ветряные мельницы – первооткрыватели в этой области.

Вот несколько интересных фактов:

Потенциал у ветровой энергии в 100 раз больше, чем у гидроэнергии.
Сейчас готовые ветроустановки снабжают человечество только тысячной долей необходимой энергии.
Китай, на сегодня, лидер в этой области.
Для высокого КПД ветряка среднегодовая скорость ветра должна превышать 4 м/с.

Более сложная конструкция с горизонтальным валом мощнее, но дороже в изготовлении т. к. требуется дополнительное устройство для поворота рабочей плоскости лопастей перпендикулярно движению ветра. Такая схема имеет смысл в местах с преобладающим ровным движением воздушных масс. При рабочем диаметре 6 м. может вырабатывать до 5 кВт. электроэнергии, что достаточно для отопления частного дома.

На конструкции с вертикальным валом лучше остановиться в случае, если не требуется большая мощность и преобладает турбулентность потока (на побережье возле скал, в горной местности, и др.).

Основной минус ветряка в том, что ветер дует непостоянно, поэтому в его конструкцию важно включать любой способ аккумулирования энергии, электрической или тепловой.

Скорость конца лопасти может достигать 200 км/ч. Любители природы указывают на то, что лопастные ветроустановки губят огромное количество птиц и даже летучих мышей.

Также ветроустановки издают шум во время работы. Можно просто её выключать, если накоплено достаточно энергии, а можно применять безлопастные ветряки. Они работают за счёт возвратно-поступательного движения мембраны. Такой вариант не шумит во время работы, и безопасен для птиц.

Схема сборки ветряного генератора своими руками

Электрогенератор – основная трудность для самостоятельного изготовления. Поэтому имеет смысл рассмотрение непосредственного использования механической энергии.

Можно подключать различные механизмы непосредственно к валу ветряка:

циркулярную пилу;
дробилку;
превращать в тепло (используя насос Френетта).

Для безопасного пользования подобными механизмами важно предусмотреть возможность экстренной остановки. Например, использовать тормозной механизм с колеса автомобиля.

Самодельная гидроэлектростанция

Гидроэлектростанция на реке — довольно стабильный источник энергии с высоким КПД при небольших размерах и затратах. Имеет несколько вариантов изготовления:

Плотинного.
Бесплотинного типа.

А также по способу превращения энергии потока во вращательное движение вала:

водяное колесо;
турбина.

Плотинного типа

При низкой скорости течения воды без плотины не обойтись – это создаёт юридические трудности с получением разрешения на строительство. Но зато накопленное количество воды делает такую систему инертной и независимой от сезона года.

Пример плотинной электростанции

Бесплотинного или проточного типа

Если скорость течения более 1 м/с, то надобность в плотине отпадает и достаточно будет установить колесо или турбину в реку, без дополнительных мер по увеличению мощности потока. Кроме того, бесплотинная гидроэлектростанция не требует сложных юридических согласований.

Мини-гидроэлектростанция способна обеспечить большой дом или несколько домов полным объёмом электроэнергии.

Нужно предусмотреть пропускную способность сброса воды на 100% превышающую максимальный сезонный уровень.

Накопление энергии с помощью солнечных панелей

Основа гелиопанели – хрупкие кристаллы, улавливающие энергию солнца. Изготовить дома их никак не получится. Но приобретя кристаллы, можно самостоятельно сделать солнечную батарею. Для этого нужно:

Сделать из оргстекла каркас (подойдёт и другой прозрачный материал).
Корпус делается из фанеры, металлических уголков и т.д.

Фотоэлементы бывают двух разновидностей:

Монокристаллические (КПД – 13%, требуют много солнца, долговечные);
Поликристаллические (КПД – 9%, могут работать и в пасмурный день, менее долговечны).

Готовую солнечную батарею нужно разместить на самой освещаемой стороне крыши так, чтобы в будущем можно было регулировать наклон прибора.

В снегопад панели размещают почти вертикально, чтобы снег на них не задерживался и не нарушил работу прибора.

Прежде, чем останавливать свой выбор на солнечной энергии, ознакомьтесь с недостатками этого варианта:

Высокая стоимость элементов конструкции;
панели малоэффективны в северных широтах, там, где в году много дождливых, пасмурных дней;
необходимость запасать энергию на ночь и перебои в зимний период;
требуется много места;
хрупкие;
чувствительны к очень высоким температурам. При нагреве 100-125 0 С, фотоэлементы быстрее «стареют», а батарея в целом может временно потерять свою работоспособность;
в некоторых случаях установка СБ требует вырубки деревьев, затеняющих место установки;
на КПД солнечных панелей, сказывается даже небольшой слой пыли.

Солнечные панели на крыше дома

Оптимальная рабочая температура фотоэлементов от 70 до 90 0 С (речь идёт о температуре под стеклом, которую не так-то легко контролировать).

Количество в доме электроприборов, и какой мощности.
Число солнечных дней в данной местности.

Солнечные батареи всегда называют «экологически чистым» методом добычи энергии, однако, при производстве фотоэлементов применяются токсичные и ядовитые вещества. Утилизировать солнечную батарею – немалая проблема!

Другие варианты альтернативной энергии

В недрах земли хранится огромное количество энергии.

Попытки использовать этот ресурс на благо людей предпринимаются там, где из-под земли на поверхность выходят:

горячие воды;
магма.

Геотермальную энергию используют для обогрева, либо преобразуют её в электрический ток.

Хотя геотермальная энергия неисчерпаема, не зависит от погоды и времени года, она имеет и свои недостатки. Например:

В мин. водах часто содержится не только большое количество минералов, но и токсичные соединения. Такую воду нельзя оставлять не поверхности, а нужно возвращать обратно под землю.
Некоторые учёные выступают против вмешательства в подземную среду, так как полагают, что это может влиять на число землетрясений.

Биогаз

Когда бактерии перерабатывают органические отходы, побочно выделяется биогаз. В его составе:

метан (55-60%);
углекислый газ (30-35%);
водород;
азот.

Если раньше метан считался опасным побочным продуктом разложения органики, то сегодня его с успехом используют как источник энергии.

Принципиальная схема биогазовой установки

Установка «биогаз» выполняет три полезные функции:

Вторично использует органические отходы (например, навоз, ботву растений, содержимое выгребных ям).
Вырабатывает горючий газ.
Снабжает огород удобрением, которое остаётся после переработки.

Чтобы получать этот газ и использовать в дальнейшем, устраивают герметичную ёмкость (на поверхности или в земле). Бак должен быть оснащён:

горловиной для закладки отходов;
патрубком для удаления отработанных масс;
в ёмкости закрепляется шнек (винт), которым перемешиваются органические отходы;
устраивается патрубок, по которому выводится полученный газ.

Из 1 кг. навоза получается полкуба биогаза. Этого хватит, чтобы сутки готовить еду для семьи из 4-х человек. Если пересчитать энергию газа на энергию бензина, то получится, что 2 м 3 газа соответствует 1,2 литрам бензина.

С ухудшением экологической обстановки во всем мире ученые пытаются бороться при помощи поиска альтернативных источников энергии. — изобретение, над которым работали 7 лет. Читайте о целесообразности применения такого оборудования.

О том, как выбрать электрические теплые полы, читайте .

Большиснство людей отдает предпочтение водяному отоплению, что вполне обоснованно — система простая, надежная и не затратная. Здесь вы найдете подробную информацию о типах системы и вариантах монтажа.

Тепловой насос

Тепловые насосы используют для отопления дома. По типу используемой энергии, различают:

Грунт-вода.
Вода-вода.
Воздух-вода.

Грунт-вода извлекает тепло из почвы с помощью зондов или коллекторов (для коллекторов нужен большой участок). Антифриз доставляет тепло к насосу, а затем в систему отопления.

Вода-вода. Энергия извлекается из грунтовых вод (но может работать и с водоёмом). После прохождения через насос, охлаждённая вода возвращается обратно.

Воздух-вода. В систему данной конструкции входят вентилятор и испаритель. Конструкция монтируется на поверхности земли и извлекает энергию из воздуха.

Тепловой насос вполне реально сделать своими руками.

Внутри это:

компрессор (как вариант, можно взять от кондиционера);
испаритель;
конденсатор;
дроссельный клапан.

Суть работы в следующем: вода, спирт (или иная незамерзающая жидкость) подаётся в коллектор. В испарителе находится хладагент – вещество с низкой температурой кипения. Теплоноситель доводит хладагент до кипения, и он превращается в пар. Компрессором нагнетается давление. Конденсатор передаёт тепло во внутреннюю систему отопления (в дом), хладагент отдаёт оставшееся тепло, снова становится жидким и возвращается в коллектор. Такие установки ещё называют «холодильником наоборот».

Главный недостаток такой системы – высокая стоимость (особенно, если всё покупать). Кроме того, система потребляет определённое количество электроэнергии, а значит, энергозависима.

Итак. За альтернативной энергией – будущее. Для южных солнечных районов отлично подойдут солнечные панели.

Но сделать полностью своими руками их не получится – кристаллы нужно покупать.

Для более сурового северного климата больше подойдут ветрогенераторы. В некоторых районах, в Поволжье, например, всегда бывает хотя бы лёгкий ветерок.

В горных районах есть много небольших речушек, которые легко могут стать базой для небольшой гидроэлектростанции.

И конечно, для фермерских хозяйств отлично подойдёт выработка биогаза.

Учитывать нужно и то, что альтернативная энергия мало распространена. Недостаточно специалистов, поставщиков оборудования и ремонтных центров. А значит, всё стоит немалых денег, а если что-то поломается, рассчитывать лучше на себя.

Одноклассники