Альтернативные источники энергии для дома

Энергия из ДНК

Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.

Структура супрамолекулы

(Фото: frontiersin.org)

Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.

Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.

Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.

Виды возобновляемой энергии в России

Солнечная энергия

Используется и в промышленных масштабах, и у местного населения как резервный или основной источник тепла и электричества. Мощность всех солнечных установок – 400 МВт, из них самые крупные в Самарской, Астраханской, Оренбургской областях и Крыму. Самая мощная СЭС – «Владиславовка» (Крым). Ещё разрабатываются проекты для Сибири и Дальнего Востока.

Ветровая энергетика

Ветровая возобновляемая энергия в России представлена чуть хуже, чем солнечная, хотя и здесь есть промышленные установки. Общая мощность ветровых генераторов в нашей стране – 183,9 МВт (0,08 % от всей энергосистемы). Больше всего установок – в Крыму, а мощнейшая находится в Адыгее – «Адыгейская ВЭС».

Гидроэнергетика

Это самый популярный вариант альтернативного источника энергии в России. Около 200 речных ГЭС вырабатывают до 20% от всей энергии в стране. В заливе Кислая губа в Мурманской области с 1968 года есть приливная электростанция – «Кислогубская ПЭС». Самая крупная ГЭС стоит на реке Енисей – «Саяно-Шушенская».

Геотермальная энергетика

За счёт обилия вулканов этот вид энергетики распространён на Камчатке. Там 40% потребляемой энергии генерируется на геотермальных источниках. По данным учёных, потенциал Камчатки оценивается в 5000 МВт, а вырабатывается только 80 МВт энергии в год. Ещё геотермальные станции есть на Курилах, Ставропольском и Краснодарском крае.

Биотопливо

Наша страна входит в тройку экспортёров пеллет на европейском рынке. В России есть заводы, создающие из остатков древесины пеллеты и брикеты, которыми топят котлы и печки.

Сельскохозяйственные отходы преобразуют в жидкое топливо и биогаз для дизельных двигателей. А вот свалочный газ не используется вообще, его просто выбрасывают в атмосферу, нанося ущерб окружающей среде.

Микро – ГЭС

Понятно, что своя гидроэлектростанция доступна только там, где недалеко есть река или небольшой ручей.

Но мини-ГЭС — это одно из самых перспективных направлений альтернативной энергетики. Небольшие приборы не портят ландшафт и не зависят от погоды.

Гидроэлектростанции бывают:

Плотинные (напорные).
Бесплотинные (безнапорные).

По виду рабочего колеса различают гидроэлектростанции:

Пропеллерные.
Диагональные.
Радиально-осевые.
Ковшовые.

Обычно в комплект мини-ГЭС входят:

Энергоблок.
Управление.
Блок нагрузки.
Блок возбуждения.
Рукавной водовод.

Примеры микро-ГЭС:

PowerSpout BE 1,2 кВт. Может заряжать аккумуляторные батареи, подключённые напрямую к турбине. 55 тыс. руб.
Микро-ГЭС Луч-2 бесплотинная (2 кВт) 67 тыс. руб.
МикроГЭС10Пр от Инсэт (С-Петербург) 10 кВт, При t воздуха не ниже 0°С. Цены уточняются по звонку 7 (812) 312- 6804.

В будущем, когда источники нефти и газа начнут иссякать, а цены на привычное топливо сильно вырастут, поиски альтернативных источников энергии станут необходимостью. Пока же это не всегда экономически оправдано, поскольку оборудование стоит дорого.

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.

Варианты для дачи

При необходимости создания независимого электроснабжения дачи, вариант использования солнечной электростанции, также наиболее приемлем. В этом случае, при сезонном характере использования оборудования, можно законсервировать устройства или вывести их из работы, на период отсутствия необходимости в эксплуатации.

Вариант строительства ветрового генератора, также вполне доступен и оправдан. Потому как понеся, некоторые разовые финансовые расходы, в дальнейшем можно, в зависимости от потребности, получать свое электричество.

Вариант применения схемы «ветровой генератор + солнечная электростанция», в этом случае, также актуален, и позволяет создать полностью автономную и надежную схему электроснабжения.

Ветрогенераторы

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

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

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

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

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

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

Устройство и использование ветрогенераторов

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

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

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

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

По типу конструкции ветрогенераторы могут быть:

Горизонтальные – крыльчатые.
Вертикальные – карусельного типа.

Устройство ветряного генератора

Конструкция обуславливает следующий принцип действия альтернативного механизма:

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

Биотопливо – еще один альтернативный источник

Из сырья растительного или животного происхождения, а также продуктов их жизнедеятельности или органических отходов получают биотопливо и используют его в дальнейшем как альтернативный источник производства электрической и тепловой энергии для частных домов.

Биотопливо хорошо себя зарекомендовало как источник энергии

По агрегатному состоянию биотопливо бывает:

твердое – лузга, щепа, топливные гранулы, брикеты, дрова;
жидкое – этиловый, метиловый спирты, биодизель;
газообразное – биогаз, водород.

Существует деление биотоплива по способу его получения:

химический;
термохимический;
биологический.

Различных видов отопления для частного домовладения, где используются альтернативные источники тепла, достаточно много:

отопительные котлы на твердом/жидком/биотопливе;
тепловые насосы на термальной энергии;
солнечные коллекторы;
инфракрасные обогреватели;
теплый плинтус.

В России с ее огромными территориями далеко не всегда можно подключиться к газовой магистрали – работы могут оказаться очень дорогими. В этих условиях для частных домовладений становятся выгодными экономически альтернативные источники отопления:

брикеты;
пеллеты;
гранулы из соломы, торфа, древесины и щепы и т.д.

В России сельские жители в частных домах активно используют биотопливо разных видов органики:

навоза;
рапса, сои;
растительных отходов и т.д.

При наличии частного хозяйства или дома любой желающий способен приготовить биотопливо. Его можно делать из навоза. При определенных условиях исходные продукты перебраживают в специальных емкостях, после чего излишки влаги выпаривают. В результате выделяется биогаз.

В качестве исходной смеси применяют:

конский навоз, торф или солома;
навоз + льняная костра;
навоз + домашний мусор;
конский, коровий навоз.

Срок окупаемости оборудования для производства биотоплива составляет несколько лет, а сырье для его получения относится к возобновляемым источникам энергии. Используя необычные источники, можно бесплатно получить энергию для частного дома.

Котел на биотопливе

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

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

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

Геотермальная энергия

В недрах земного шара таятся неизведанные виды альтернативных источников энергии. Человечество знает, какова сила и масштабы природных стихийных проявлений. Мощность извержения одного вулкана несравнима ни с одной из рукотворных энергетических установок.

К сожалению, человек еще не умеет использовать эту гигантскую энергию во благо, но природная теплота Земли или геотермальная энергетика приковывает взгляды ученых, так как она представляет собой неисчерпаемый ресурс.

Известно, что наша планета ежегодно излучает громадное количество внутреннего тепла, которое компенсируется радиоактивным распадом изотопов в коре земного шара. Различают два типа источника геотермальной энергии.

Подземные бассейны

Это естественные бассейны с горячей водой или пароводяной смесью – гидротермальные или паротермальные источники. Ресурсы из этих источников добываются посредством буровых скважин, далее энергия используется для нужд человечества.

Горные породы

Тепло горячих горных пород может быть использовано для нагревания воды. Для этого ее закачивают в горизонты для дальнейшего применения в энергетических целях.

Одним из недостатков этого вида энергии является его слабая концентрация. Однако в условиях, где при погружении на каждые 100 метров, температура увеличивается на 30-40 градусов, можно обеспечить хозяйственное ее применение.

Технология использования этой энергии в перспективных «геотермальных районах» обладает явными преимуществами:

неисчерпаемость запасов;
экологическая чистота;
отсутствие больших издержек на разработку источников.

Дальнейшее развитие цивилизации невозможно без внедрения новых технологий в области энергетики. На этом пути стоят трудноразрешимые задачи, которые еще предстоит решить человечеству.

Тем не менее, освоение этого направления играет важную роль, и сегодня уже существует оборудование, способное существенно сэкономить ресурсы традиционные и альтернативные источники энергии являются отличной альтернативой им. Для воплощения таких идей требуется терпение, умелые руки, а также некоторые навыки и знания.

Что такое альтернативная энергетика

Энергоносители бывают традиционные и альтернативные. Деление является условным и меняется со временем.

К традиционным относят такие виды органических продуктов, как:

нефть;
природный газ;
уголь;
торф.

Традиционные энергоносители являются невозобновимыми, хотя их запасы в природе значительные, но не бесконечные. По прогнозам ученых, нефти и газа человечеству хватит максимум на 150 лет.

Современная практика обеспечения энергией не всегда экономически выгодна. Для примера, электрификация или газификация удаленного хутора или загородного дома из общей сети (работы по установке опорных столбов, протяжка проводов, прокладка труб, запорное оборудование., а также обслуживание) экономически нерентабельна. В этом случае для частных домов и дач есть смысл использовать нетрадиционные энергоресурсы – альтернативные источники энергии для дома.

Нетрадиционными видами энергии считают:

геотермальную;
солнечную;
ветровую;
энергию морских волн;
энергию отливов и приливов.

Альтернативные новые источники энергии в сравнении с традиционными обладают рядом преимуществ, что определяет их ценность – это возобновляемые источники (или неисчерпаемые), они экологически чисты. Альтернативные возобновляемые источники для частного особняка или дачи реализуются как генераторы ветра, солнечные батареи, тепловые насосы, а также их сочетание.

Существует масса вариантов альтернативных источников энергии

Подбор установок для получения тепло- и электроэнергии проводят с учетом климатических и топографических условий местности, где расположен частный дом. Это позволяет природные возобновляемые источники использовать наиболее эффективно.

Альтернативная энергетика в современной России

В современной России, на данный момент, альтернативные источники энергии развиваются быстрее, чем в прошлом году, но все же эти конструкции не являются самыми распространенными. На сегодняшний день, в нашей стране, большая часть электричества вырабатывается с помощью ТЭС.

Солнечные электростанции

Наибольшей перспективой развития для выработки электричества от солнечной энергии имеют южные и западные регионы. В нашей стране проводить добычу электричества при помощи солнечной энергии очень перспективно, по этой причине такие проекты даже получают поддержку от государства.

ГЭС и приливные электростанции

Наша страна неплохо применяет водную энергетику для выработки электричества. Также нужно заметить, что электроэнергия, которая вырабатывалась на ГЭС, стоит в 2 раза меньше, чем полученная на ТЭС.

ПЭС требуют значительных вложений, по этой причине развитие альтернативной энергетики в России происходит очень медленно. Эксперты утверждают, что приливные электростанции составляли бы сейчас 5 часть получаемой электроэнергии в России.

Ветровые установки

Осуществлять установку ветрогенератора с горизонтальной осью вращения в нашей стране нельзя, из-за малой скорости ветра. Но часто используют другой тип конструкции, которая имеет вертикальную ось вращения.

В России самая большая ветряная электрическая станция установлена в Ульяновской области. Ее мощность достигает 35 000 000 Вт.

Геотермальные станции

В РФ имеется пять готовых к работе геотермальных станций, три из которых размещены на Камчатке. На данный момент доля вырабатываемой альтернативной энергии составляет более 20% от всей генерации энергетической системы РФ.

Применение биотоплива

В нашей стране имеется изготовление твердого биотоплива. В настоящее время его производство выполняется во Владивостоке.

АЭС

РФ добывает электрическую энергию при помощи ядерной энергетики. Это направление начало серьезно развиваться, поэтому стали возводиться новые электростанции и использоваться новые методы получения.

Россия занимает лидирующие позиции по мощности генерации электрических станций с помощью альтернативных источников электроэнергии, но все же в этом мы пока проигрываем Китаю.

Что выбрать

Давайте разберёмся, какой вариант альтернативной энергии лучше. Солнечные батареи являются наиболее предпочтительным вариантом из-за простоты и экологичности. Однако они не работают в ночное время суток.

Ветрогенераторы хорошо подходят для местностей, где постоянно дуют сильные ветры. Функционируют и днём, и ночью, но если потоки воздуха ослабевают – эффективность становится равна нулю. Наилучшим вариантом является комбинация этих двух устройств. Тогда вы можете быть почти на 100% уверенными, что никогда не останетесь без электричества.

А если вы нуждаетесь в горячем водоснабжении и отоплении, дополните систему дома тепловыми насосами. Они не требовательны в обслуживании, отсутствует необходимость покупать и где-то складировать топливо, как в случае, например, с твердотопливным котлом.

Виды нетрадиционных источников

На самом деле альтернатива электроэнергии для дома окружает нас всегда и везде, она заключена в солнце, ветре, воде и земле. Главная задача — добыть и преобразовать её. Учёные и специалисты много лет посвятили этому вопросу и достигли хороших результатов.

Сегодня с помощью природных источников питания в дом может поступать тепло, электроэнергия, газ и тёплая вода. Причём для этого не нужны промышленные технологии и сверх знания, всё возможно сделать своими руками. А использование конкретного вида альтернативного источника зависит от наиболее подходящих для этого окружающих условий.

Выбрать можно из следующего списка:

Использование солнечной энергии, обеспечивающей генерацию электричества, подгорев воды и низкотемпературное отопление (с помощью солнечных батарей и коллекторов).
Преобразование энергии ветра с использованием ветрогенераторов.
Обогревание жилья тепловыми насосами, аккумулирующими тепло трёх природных источников (воздух, земля и вода).
Применение биогазовых установок, источником энергии для которых являются отходы жизнедеятельности домашнего скота.

Поэтому сегодня разумным компромиссом является выбор комбинированной системы, когда альтернативные виды энергии для дома выступают основными, но при их нехватке привлекаются централизованные сети.

https://youtube.com/watch?v=PqOnp5FbWkE

Электростанция на солнечных батареях

Установка солнечных панелей потребует:

Накопители, представляющие из себя фотоэлементы.
АКБ – для накопления заряда.
Контроллер, который позволит следить за аккумулятором.
Устройство для преобразования 12 или 24 В тока в 200 В.
Конструктивные и фиксирующие элементы.

Особенности установки на доме

Следует учесть, что угол наклона должен меняться. Зимой альтернативный солнечный накопитель следует переводить в положение с большим углом к горизонту. Делается это для того, чтобы на солнечном коллекторе не скапливался снег. Иначе это приведет к резкому уменьшению эффективности.

Выбирать следует участок крыши дома, которая обращена на южную, восточную или юго-восточную стороны света.

Солнечные коллекторы для нагрева воды

Для получения горячей воды и отопления в частном доме используют альтернативный коллектор, работающий от солнечного тепла. Принцип работы и устройство конструкции:

Короб. Металлический прослужит дольше. Выполненный из плит ОСБ, ДВП, ДСП – более дешевый вариант, но его эксплуатации будет менее длительная. Для увеличения срока службы пропитывают плиту специальными септиками и лаками.
На дно короба укладывается минеральная вата или пенопласт – они служат теплоизоляторами и предотвращают теплопотери.
На плиту укладываются плотными рядами трубы. Лучший материал медь – обладает высокой теплопроводностью. Допускаются металлопластиковые варианты, но их энергоэффективность будет на 20% меньше медных.
Входная часть и выходная снабжаются фиттингами. Они обеспечивают подключение к коммуникациям водоснабжения дома.
Сверху короб закрывается стеклом. Можно также использовать акриловый материал или монолитный поликарбонат. Важный момент – поверхность должна быть не гладкой, а рифленой, для лучшего процесса нагрева. Солярное стекло обладает способностью устранять потери тепла. Оно обеспечивает меньшие энергопотери.

Далее вся альтернативная конструкция подключается к источнику воды, который будет циркулировать внутри помещения.

Как выбрать источник энергии

Существует множество вариантов получения альтернативного электричества, популярных и не очень. Некоторые из них не подходят для наших широт, а некоторые представляют опасность.

Тепловой насос, перекачивающий тепло из почвы в дом по принципу холодильника, подойдёт лишь для жителей геотермальных районов. Попытка построить его у себя на участке обойдётся жителю Подмосковья в вымороженный на двухметровую глубину верхний слой почвы. От замерзания пострадает корневая система деревьев и кустарников, которые впоследствии заболеют или погибнут.

Биогаз подходит для добычи на крупных предприятиях, где не возникает проблем с топливом для биореакторов. В частном хозяйстве выгоды от биогаза мало, среднестатистическое подсобное хозяйство не сможет производить нужное количество топлива. Его придётся завозить, что приведёт к постоянным расходам на доставку. Не стоит забывать, что производство биогаза взрывоопасно и требует контроля за оборудованием, который в домашних условиях трудно осуществить.

Есть более подходящие альтернативные источники энергии для частного дома. К ним относятся:

Солнечная энергия.
Энергия ветра.
Энергия потока воды.
Древесный газ, получаемый при термическом разложении древесины без доступа воздуха.

Но не у всех на участке течёт ручей или имеется доступ к большим объёмам древесины, поэтому будет разумнее рассмотреть возобновляемые источники энергии, которые доступны везде. К ним относятся солнечный свет и ветер.

Для преобразования альтернативной энергии есть готовые решения своими руками. Они позволяют максимально эффективно превращать её в электричество и подходят для реализации в частном доме.

Тепловой насос

Тепловой насос — это экологически чистый способ обогрева дома, использующий возобновляемое тепло:

подземных вод;
воды;
воздуха.

Зимой система греет дом, летом охлаждает.

В сравнении с газовым котлом, тепловая энергия дешевле на 15 %, но установка оборудования стоит очень дорого и технологически довольно сложна. Кроме того, для работы насоса постоянно требуется электроэнергия. Потратив 1 кВт энергии, насос выдаёт три кВт (если с электричеством бывают перебои, нужно будет подстраховаться генератором, а это увеличивает расходы на оборудование).

Тепловые насосы устанавливают редко, поскольку экономическая выгода от них не велика – окупаться система начнёт только спустя несколько десятилетий!

Где купить

Альтернативной энергетикой, в том числе и тепловыми насосами, занимается компания Термодинамика. На сайте компании огромный выбор насосов всех видов от 85 тыс. руб. до 3 млн. руб. Телефон компании: +7 (499) 505 50 35

Альтернативная энергия для частного дома