Альтернативные источники энергии

Недостатки альтернативных источников энергии

Что такое альтернативные источники энергии? И почему они называются альтернативными? Так ли всё безоблачно на горизонте владельцев чудо-оборудования, способного дарить бесплатную энергию?

Целая череда вопросов, связанная с использованием альтернативных энергетических технологий, всё чаще возникает у простого обывателя, задумывающегося об отказе от традиционных источников энергии.

 Ведь, казалось бы, как это здорово — полностью перейти на неиссякаемый природный ресурс и забыть о выхлопах бензина под окном, бесконечных счетах и зависимости от тысячи и одной компаний, присылающих эти счета! Однако в любом серьёзном деле существуют свои подводные камни, и хорошо бы выявить их заранее, до того, как отправиться в плаванье.

Альтернативные источники — что это такое?

Альтернативными источниками энергии принято называть способы получения тепла и электричества при помощи неиссякаемых природных ресурсов — солнечных лучей, ветра и прочих даров природы.

Одним из наиболее распространённых способов использования природной энергии являются солнечные батареи, пополняющие свой заряд от попавших на них лучей.

Предприимчивые представители человеческой расы научились встраивать такие батареи не только в электроприборы, но и в черепицу, фонтаны, портативные зарядные устройства, крыши автомобилей, дорожное покрытие и даже летательные аппараты. 

Использование альтернативных источников энергии не ограничивается солнечными лучами: в самых отдалённых уголках земли, куда невозможно протянуть провода, роль электростанций всё чаще берут на себя ветряки, превращающие порывы ветра в электрическую энергию. Активно используется волновая и приливная энергетика (преобразование силы морских волн и приливов рек и озёр), градиент-температурная (на основе разности температур) и биомассовая (на основе распада продуктов жизнедеятельности).

Такие источники обладают рядом преимуществ в сравнении с традиционными способами производства энергии:

▪ экологичность ― при использовании оборудования отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ, загрязняющих окружающую среду;

▪ бесшумность (данный пункт не относится к варианту с ветряками);

▪ возможность установки в удалённых точках планеты, не оснащённых линиями электропередач;

▪ бесплатная энергия.

Почему их так мало?

Да, действительно ― если альтернативные источники энергии настолько хороши, почему они всё ещё не используются повсеместно? Вот и пришло время вернуться к «подводным камням: к сожалению, и такие, казалось бы, универсальные устройства как ветряки и солнечные батареи имеют свои недостатки.

Зависимость от погодных условий

Первостепенным требованием к источнику энергии является, конечно же, надёжность и постоянство. И именно эти два качества представляет собой слабые места в работе альтернативных технологий.

Устанавливая на крыше солнечные батареи, предназначенные для снабжения электроэнергией целого дома, владелец, по сути, отдаётся на милость природы: если погода будет солнечная ― в доме будет электричество.

Если выдастся череда пасмурных дней, семья рискует остаться без телевизора и холодильника.

Также выработка энергии значительно снижается ночью. Эти особенности делают солнечные батареи удачным решением в странах с тёплым климатом, где солнце светит ярко двенадцать месяцев в году, а ветряки ― в краях, где преобладает ветреная погода. Например, затея с ветряками оправдает себя, если среднегодовая скорость ветра в данной местности превышает 4—4,5 м/с.

В случаях же с волновыми и приливными электростанциями приходится в прямом смысле ждать «у моря погоды», и располагать оборудование в непосредственной близости к берегу.

Низкий КПД

Наряду с преимуществами альтернативной энергетики, существенным её недостатком является сравнительно низкий уровень выработки энергии. 

Например, для обеспечения дома электричеством в объёме 200-300 ВТ требуется площадь батарей не менее 20 м².

Такой низкий КПД не позволяет пока превратить солнечные батареи в основной источник питания автомобиля, оставляя за ними роль всего лишь дополнительного средства снабжения двигателя энергией. Да и в вечернее время на таком транспорте далеко не уедешь.

В случаях с волновой и приливной энергетикой низкая эффективность непосредственно связана с той же зависимостью от погодных условий: приливы в океане и на море бывают лишь дважды в сутки.

 Формальности

Оформление бесконечных бумаг и разрешений — это то, чего пытается избежать каждый владелец частной электростанции, вкладывающий немалые средства в собственный проект. Однако решения установить личную электростанцию и покупки необходимого оборудования ещё недостаточно для того, чтобы начать беспрепятственно пользоваться дарами природы.

Во избежание длительных судов и разочарований, перед началом работ необходимо получить разрешение местных властей на постройку, ознакомиться с перечнем условий и требований, таких как максимально дозволенная высота ветряка, необходимость получить согласие соседей и т.д. Процесс оформления бумаг требует дополнительных финансовых и временных затрат.

Шум и запах

Подобные недостатки относятся, конечно же, далеко не к каждому виду альтернативных источников энергии, но в отдельно взятых случаях они имеют место быть, и игнорировать их нельзя.

Шум — один из существенных недостатков ветряных электростанций. Сила шумового эффекта на расстоянии 20 метров составляет в среднем 34—45 дБ. Ближе — громче. Радость обладания собственной электростанцией будет омрачена непрерывным шумом, доносящимся из окон, да и соседи вряд ли оценят новинку. Поэтому располагать ветряки следует в удалении от жилья.

Кроме прочего, не относящегося к шуму, птицы любят парить в воздушных потоках на гребнях высот, а операторы ветроэлектростанций — ставить там ветряные турбины, отчего огромное количество птиц и летучих мышей погибает. Есть ли способы решения проблемы? Отчасти — да.

Превентивное отключение турбин в периоды интенсивных перелётов.

Но чтобы полностью ликвидировать данную проблему, нужно разработать активные технологии отпугивания — пока находящиеся в зачаточном состоянии, что в свою очередь изменит не только маршруты, но и ареал многих видов, особенно крупных хищников.

Запах — неотъемлемая часть биомассовой энергетики, основанной на разложении навоза, отмерших растений и других видов биомасс.

Несмотря на использование герметических контейнеров, запах на такой электростанции присутствует всегда, поэтому биомассовые источники энергии используются исключительно для обслуживания коровников и фермерских хозяйств, превращая рабочий процесс в безотходное производство.

Дороговизна оснащения и обслуживания

Несмотря на то, что использование природных ресурсов позволяет сэкономить значительные суммы на выработке энергии, производство самого оборудования — процесс достаточно трудоёмкий и очень недешёвый.

Главной составляющей солнечных батарей является фотоэлемент, разработанный на основе кремния. И хотя сам по себе кремний не представляет особой ценности, его очищение и преобразование обходится дорого.

Установка ветряных электростанций также требует серьёзных вложений, и сумма в значительной мере зависит от внешних условий. В роли дополнительны статей расходов выступают вынужденное увеличение высоты ветряков из-за присутствия рядом холмов или высоких деревьев, приобретение специального оборудования, позволяющего накапливать электроэнергию и использовать её максимально экономно.

Недёшево обойдётся и техническое обслуживание альтернативных источников энергии — плановый осмотр, ремонт и корректировка положения в зависимости от времени года.

Учитывая все предполагаемые расходы, использование альтернативного источника энергии в частных владениях нередко оказывается нерентабельным и представляет экономическую выгоду лишь для крупных предприятий. 

Но это отнюдь не значит, что владельцам домов следует отказаться от идеи использования альтернативных источников энергии. Ведь прогресс не стоит на месте — уже изобретены полимерные солнечные батареи, производство которых стоит в разы дешевле, чем изготовление традиционных кремниевых.

А появление на рынке новых, более экономичных, моделей генераторов и дополнительного оборудования, изменение тарифов на электроэнергию даёт повод думать, что уже в недалёком будущем данная практика всё же получит всеобщее признание.

←«Арктическая элегия» Ludovico EinaudiИзменение климата vs. Глобальное потепление →

Что такое альтернативные источники энергии: разновидности

Альтернативная энергетика ассоциируется с защитой окружающей среды и значительными экономическими выгодами.

Попробуем выяснить, так ли это на самом деле и как применить теоретические преимущества на практикеЕсли к оси такого колеса присоединить электромотор – получится функциональный генератор

К такому устройству можно присоединить экономную светодиодную лампочку или аккумулятор. Накопитель пригодится для зарядки смартфона.

Простота конструкции позволяет реализовать такой проект собственными силами. Кроме того, такое инженерное решение не потребует финансовых затрат. Единственное, что необходимо, – сноровка, пара часов свободного времени и некоторые простейшие охотничьи приспособления.

Решение «Робинзона Крузо» хоть и является в целом эффективным, при внимательном рассмотрении не лишено недостатков:

• белка не способна развивать высокую скорость (вращать крупный электромотор) для выработки значительной мощности;
• скорость бега постоянно меняется, поэтому сложно оптимизировать процесс генерации;
• грызуна надо кормить, причём расходы на орехи, скорее всего, превысят стоимость выработанной электроэнергии.

Шутливый пример хорошо подходит для нескольких серьёзных выводов:

Поверхностное изучение вариантов использования альтернативных источников энергии не позволит сделать правильные выводы.

В любом случае рекомендуется учитывать особенности места, где предполагается установка конструкции, сложность монтажа и регламентного обслуживания.

В этой статье остановимся на тех идеях использования альтернативной энергетики для дома, которые можно воплотить самостоятельно.

Основные виды альтернативных источников энергии

Энергия ветра и солнца

Сотни лет назад эти сооружения вращали тяжёлые жернова для помола муки без электрических приводов и других современных технических средств

В наши дни прямой привод к исполнительным механизмам не используют, но принципы остались прежние. Ветер вращает крупные лопасти вентилятора, соединённого с электрическим генератором. Чтобы получить постоянство и достаточную силу воздушного потока, такие сооружения поднимают на большую высоту и устанавливают на морском береге.

Типовая схема подключения ветрогенератора

На рисунке отмечены следующие типовые компоненты:

Без дополнительных механических преобразователей приборы получают электроэнергию с помощью солнечных батарей. В этом варианте используют ЭДС, которая образуется при облучении области неравновесного полупроводникового p-n перехода. Положительный эффект возникает при попадании фотонов на пластинку, сделанную из нескольких слоёв кремния разных типов.

Принцип действия полупроводникового фотоэлементаСхема подключения для автономного снабжения частного дома

В этом примере предусмотрено совместное использование нескольких альтернативных источников энергии. Чтобы компенсировать снижение производительности при слабом ветре и ночью – установлен накопительный аккумулятор. При необходимости используют запасной бензиновый или дизельный генератор.

Принципиальная схема подключения солнечного коллектора

Инфракрасное излучение ближайшей к нашей планете звезды можно использовать для повышения эффективности штатных систем (отопления и горячего водоснабжения) частного дома. Для этого на крыше устанавливают простую конструкцию из труб. Теплоноситель подают в контур бойлера косвенного нагрева. Оптимальный режим циркуляции поддерживают насосом и блоком управления с датчиками температуры.

Энергия тепла земли и воздуха

Даже в сильный мороз на достаточно большой глубине грунт сохраняет положительную температуру. Это тепло можно использовать по следующей схеме:

Схема функционирования «грунтового» теплового насоса

Рабочий цикл:

• на первом этапе (1) незамерзающий теплоноситель нагревается в глубине земли, поступает в теплообменник испарителя;
• внутренний блок работает, как аналогичная часть обычного холодильника (кондиционера). Перемещение хладагента по этому контуру обеспечивает специальный компрессор (2);
• нагретая жидкость (3) поступает в систему теплоснабжения. После охлаждения в радиаторах она возвращается обратно (4) для повышения температуры.

Принцип действия и эффективность воздушного теплового насоса

Такая методика позволит без ограничения пользоваться альтернативными ресурсами круглый год из незамерзающих водоёмов. КПД всех установок этого типа зависит от разницы температур на входе и выходе внешнего контура.

Возобновляемые альтернативные источники энергии: что это такое на примере использования биотоплива

В общем определении к ресурсам этой категории можно причислить нефть и уголь. Однако их возобновление происходит слишком медленно даже по отношению ко времени существования человеческой цивилизации. Для практической реализации частного проекта подойдут иные альтернативные источники энергии:

Принципиальная схема и основные технологические части

Из примера становится понятно, что некоторые альтернативные источники энергии сами по себе несут дополнительные бонусы. В последнем случае измельчённую биомассу используют в качестве удобрений.

Для улучшения производительности и эффективности в данном проекте установлены две рабочих ёмкости.

Образованный газ можно применять как топливо для генераторов электрической энергии и котлов отопления.

Сила воды

При близком расположении бурного потока можно применить такой генератор

Необязательно переплачивать за ультрасовременную конструкцию. Вполне достаточно установить колесо с лопатками, подсоединить его к электромотору, дополнить защитной и управляющей автоматикой.

Промышленное использование энергии приливовС помощью подобных устройств преобразуют движение волн в электричество

Развитие прочих видов альтернативных источников энергии

По мере увеличения глубины скважины возрастает эффективность геотермальной установки

Такими источниками пользуются для выработки тепловой и электрической энергии. В этом случае минимальны процессы преобразования, поэтому можно получить хорошие экономические результаты.

С помощью электролиза воды получают водород

На рисунке изображена принципиальная схема сварочного аппарата. Однако этот газ можно использовать для питания горелки в топке котла, привода в действие ДВС.

Атмосферная электростанция

А вот следующая схема – вполне серьёзный и даже запатентованный образец (номер официального патента − RU 2245606). Внимательно изучите схему и пояснения, эта разработка ещё раз подтверждает, что всё гениальное – просто.

Схема генератора Тесла для получения электричества из эфира

При желании можно пробовать воспроизвести подобные самоделки. Но следует отметить, чаще всего некоторые детали – не фабричные образцы, а самодельные изделия. Поэтому доверять такой «сборке» стоит с осторожностью.

Вселенная действительно пронизана энергетическими потоками разной природы. Но ни одного «просветлённого» йога пока не получилось использовать в качестве источника питания для лампочкиПрактичные владельцы фитнес-залов оснащают свои объекты тренажёрами, которые вырабатывают электрическую энергию

Альтернативные источники энергии для частных домов: практические решения с комментариями специалистов

В интернете можно найти десятки идей, потенциально подходящих для реализации в том или ином виде. А сейчас мы переходим к обсуждению методик, уже применяющихся в России. Эффективность таких альтернативных источников энергии доказана практическими испытаниями.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии: компоненты и принципиальные схемы

Солнечные панели

В основу конструкции заложен накопительный принцип фотоэлементов солнечных батарей. Такая технология известна уже несколько десятков лет. Однако только в последние годы появились изделия, доступные по цене для рядового потребителя.

Панели устанавливают на силовом каркасе над основной кровлейСхема автономной установки

Солнечные панели вырабатывают постоянный ток, который без дополнительного преобразования можно использовать для заряда аккумуляторных батарей, питания светодиодных ламп и других подходящих устройств. Телевизоры, стиральные машины и другую технику подключают через инвертор, который создаёт на выходе синусоиду в 220V. Контроллер управляет переключениями, обеспечивает оптимальный режим заряда аккумуляторных батарей.

Бренд/ Модель
Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб.
Примечания

Sunways/ ФСМ-100П
4480
Поликристаллическая панель.Напряжение − 12 V,Номинальная мощность − 100 Вт,Размер − 15,6×15,6 см.Допустима эксплуатация при температуре от -40 до + 85°С.

EPSolar/ MPPT TRACER 4210A
8700
Универсальный контроллер − 12/24 В.Максимальная мощность − 390 Вт (12 V).Допустимый ток при зарядке аккумулятора – до 40 А.С подключением внешнего термодатчика выполняется контроль температуры с защитой от перегрева.

МАП SIN Энергия/ PRO 24В
61000
Инвертор.Номинальная мощность − 4,5 кВт.КПД – 93%.

DELTA/ HRL 12-90
16100
Аккумуляторная кислотно-свинцовая батарея.Ёмкость − 90 А*ч,Срок службы – 12 лет.Создана в необслуживаемом исполнении.

В таблице представлены основные компоненты для создания индивидуального альтернативного источника энергии. Кроме перечисленных изделий, понадобятся соединительные провода, элементы крепления.

Многое зависит от параметров инсоляции – количества и продолжительности солнечных дней. В простейшем варианте создают автономную систему с дежурным дизельным/бензиновым генератором.

Также применяют различные комбинации со стандартными сетями электропитания.

Солнечные коллекторы

Бренд/ Модель
Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб.
Примечания

Buderus/ Logasol
33900 и 45900 (серии 2.0 и 3.0)
Солнечные коллекторы.Толщина стекла − 3,2 мм,Проницаемость света – до 85%.

Buderus/ Logalux SM1000.5E-C
175200
Специализированный бойлер.Оснащён регулирующей аппаратурой.Магниевая защита от коррозии.Объём − 1000 литров.

Viessmann/ Vitosol 100-FM
39200
Титановое покрытие.Допустимо применение горизонтальной и вертикальной монтажной схемы с объединением до 10 изделий в одном рабочем блоке.

Viessmann/ Vitosol 141-FM
179300
Комплект нагревательного оборудования с бойлером и насосной группой.

Все альтернативные источники энергии, созданные известными брендами, на картинках выглядят привлекательно. Но в данном случае особое значение имеют практические параметры, а не эстетика. В процессе изучения гелиоустановок следует обратить внимание на следующие нюансы:

• совместимость с другими компонентами общей системы теплоснабжения объекта;
• штатные регулировки и защитные устройства;
• долговечность.

Чтобы предотвратить перегрев, применяют разные инженерные решения. В коллекторах Viessmann, например, устанавливают специальный слой, который изменяет свою структуру при температуре +75°C и более. Тем самым уменьшается эффективность установки, предотвращается образование пара в трубопроводе.

Тепловые насосы для отопления дома

Бренд/ Модель
Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб.
Примечания

Mountfield/ BP-30WS
48100
Специализированный воздушный тепловой насос для поддержания комфортной температуры воды в бассейне.

Daikin/ EHBH16C9W/ ERLQ011CV3
1 368000
Мощность обогрева – до 3,52 кВт.Совместимость с домашними системами ГВС и отопления.

Daikin/ EHBX04CB3V
492340
Внутренний блок.Источник тепла – воздух.Обеспечивает нагрев воды до +80°C.Уровень шума – 26дБ.

Mammoth/ MSR L024WH(L)E
348800
Геотермальный тепловой насос.Мощность обогрева/охлаждения −7,8/7,57 кВт.Допустимо использование воды и грунта в качестве источника тепла.

Для отопления дома такой техникой придётся установить крупный по площади теплообменник

Энергия ветра как альтернативный источник энергии –особенности современных генераторов

Бренд/ Модель
Средняя цена (по состоянию на апрель 2018 г.), руб.
Примечания

FD 2.8
73900
Ветрогенератор вырабатывает до 1 кВт электроэнергии при скорости ветра в 10 м/с.

SAV/ 3
340000
Эта техника вырабатывает номинальную мощность (3кВт) при скорости ветра − 7−7,5 м/с.Уровень шума – до 35 дБ.

Condor Home
284000
Мощность – 5 кВт.Стартовая/ номинальная скорость ветра − 2/9 м/с.

На большой высоте присутствуют постоянные сильные потоки воздуха. Для эффективной промышленной генерации создают гигантские сооружения

Установка для получения биогаза

Принципиальная схема типовой конструкции

Чтобы получить альтернативное электричество для частного дома своими руками, можно воспользоваться этим проектом.

Основные функциональные части можно создать из стандартных изделий и подручных средств. Дополнительно надо продумать способ удобной загрузки биомассы.

С добавлением подходящего котла получится решить задачу отопления и подготовки горячей воды.

К сведению! Профильные производители предлагают изготовление наборов для получения биогаза по индивидуальному заказу с предварительным расчётом стоимости.

Есть ли будущее у альтернативных источников энергии: выводы о перспективности применения отдельных технологий

Статья по теме:

Солнечные батареи для дома. В публикации мы рассмотрим стоимость комплекта, отзывы, основные характеристики, принцип работы, секреты выбора и правильного монтажа.

Мо мнению опытных экспертов, за ближайшие 3−5 лет новые технологии будут способны занять до 12−15% в общем энергетическом балансе. В некоторых странах Европы запланировано достижение более высоких показателей. Однако радикального технологического прорыва в этой области пока нет. Сохраняют устойчивые позиции традиционные способы генерации.

При внимательном рассмотрении способов применения альтернативной электроэнергии для дома следует отметить возможность создания некоторых функциональных компонентов своими руками либо из недорогих стандартных изделий.

Такой подход поможет оптимизировать затраты на реализацию проекта. Преимущества и технические решения подробно рассмотрены выше.

Но в заключительной части публикации надо подчеркнуть сложные задачи, которые придётся решать на практике:

Установку основных альтернативных источников энергии дополняют аккумуляторами, защитными и предохраняющими устройствами. Чтобы не ошибиться в расчётах, надо внимательно составлять комплект необходимых покупок. Следует учесть ограниченный срок службы АКБ, иных компонентов.

Несмотря на отмеченные недостатки, необходимо констатировать перспективность новых технологий. Современные источники энергии по мере совершенствования технологий становятся эффективнее и дешевле. Хорошим примером являются солнечные батареи. Буквально несколько десятков лет назад они были экзотикой, а в наши дни они широко применяются для оснащения бытовых объектов.

Рассказывайте о собственных идеях и реализованных проектах в комментариях к публикации. Ниже под статьёй можно задавать вопросы, на которые вы получите профессиональные советы и своевременную помощь совершенно бесплатно.

Видео с инструкцией по установке солнечного коллектора:

Альтернативные источники энергии для домам | Строительный портал

Электроэнергия – это один из важнейших источников питания для частного дома. Электричество помогает в приготовлении пищи, отоплении помещения, закачке в него воды и в простом освещении. Оно в состоянии полностью заменить газоснабжение и центральный водопровод.

Без электричества современный дом не считается благоустроенным и функциональным. Высоковольтные линии дотягиваются даже до самых отдаленных сел и поселков, снабжая их электричеством. Но все же остаются места, куда коммуникации не проложены, а монтаж их обойдется в приличную сумму.

В данной ситуации выручат альтернативные источники энергии. Они экологически безопасны, полностью автономны и финансово выгодны. Владелец собственного источника электрической энергии не зависит от плановых ремонтных работ, поломок и веерных отключений, которые оставляют без света целые поселки.

Самые распространенные и не совсем привычные нетрадиционные источники энергии подробно рассмотрены ниже.

Оглавление

Электрогенераторы

Первый и самый популярный источник энергии дома, который чаще всего встречается в частных домах – электрогенераторы. По типу используемого горючего они разделяются на дизельные, бензиновые и газовые.

Дизельные генераторы имеют массу преимуществ, среди них экономичность, надежность и низкий риск возникновения пожара. При регулярном ежедневном использовании дизельный генератор гораздо выгодней моделей с потреблением газа или бензина.

Расход топлива у дизельного оборудования не велик, цена на топливо также не высока, он не требует дорогостоящих ремонтов и денежных вложений. Недостатки дизельных генераторов – большое количество выделяемых при работе газов, шум и высокая цена на сам аппарат.

Цена оборудования с мощностью 5 кВт в среднем составляет 850 $.

Бензиновый генератор – данный аппарат идеально подходит как резервный или сезонный источник тока. Генераторы на таком типе топлива имеют небольшие размеры, издают мало шума при работе, сам аппарат имеет более низкую цену, чем дизельный аналог.

Средняя цена бензинового генератора мощностью 5 кВт составляет 500 $.

Недостатки использования бензинового электрогенератора – уровень шума хоть и низок, но он есть, во время работы выделяется большое количество углекислого газа, потому прибор необходимо размещать в отдельных комнатах с хорошей звукоизоляцией.

Газовые генераторы электричества зарекомендовали себя хорошо со всех сторон. Работают они как от природного газа, так и от сжиженного топлива в баллонах. Уровень шума у данных приборов самый низкий, моторесурс очень высок. Средняя цена на прибор мощностью 5 кВт составляет 600 $.

Использование солнечной энергии

Еще один альтернативный источник электрической энергии – энергия солнца. Используют ее не только для выработки электрической энергии, но и для обеспечения автономного отопления.

Для получения электроэнергии от солнца устанавливаются солнечные батареи различной площади, которые оборудуются аккумулятором и инвертором.

Среди преимуществ использования источников электричества на солнечной энергии значится:

• Способность возобновляться.
• Абсолютная бесшумность в работе.
• Безопасность для здоровья человека и для окружающей среды, так как используемые в данной технологии приборы не выбрасывают в атмосферу никаких веществ.
• Простота монтажа при самостоятельной установке.

Все эти качества и делают источники энергии солнца одними из самых популярных. Но есть у данного способа получения электричества и недостатки:

• Для домов с высоким показателем потребления электричества потребуется установка оборудования большой площади, которое займет много места на придомовой территории. Площадь станции должна быть не менее 10 м2. То есть данный тип получения энергии недоступен для владельцев небольших участков земли.
• Второй недостаток – зависимость от суточных и сезонных изменений в солнечном излучении.
• Третий – при работе данные установки не выделяют вредные вещества, но вот для изготовления фотоэлементов и гелиосистем, из которых состоит солнечная батарея, используются высокотоксичные вещества, которые сложно утилизировать.

Готовая станция имеет цену от 3500 до 7000 $. Более доступный способ получения энергии от солнца – коллекторы для нагрева воды. Данное оборудование улавливает солнечное тепло даже в те дни, когда звезда скрыта за тучами. Используется только для нагрева воды, электроэнергию не вырабатывает.

Один коллектор удовлетворяет суточную потребность в горячей воде для семьи из трех человек. Цена варьирует от 1000 до 4000 $.

Недостаток у данного вида оборудования только один, присущий и солнечным батареям – невозможность функционирования в зонах с низкой солнечной активностью и в ночное время суток.

Использование энергии ветра

Установки для преобразования энергии воздушного потока в электричество также уже не относятся в разряд фантастики и применяются повсеместно. Работают они по принципу ветряных установок, которые преобразовывают кинетическую энергию ветра в механическую энергию от вращения турбины.

Данная энергия собирается и преобразуется инвертором в переменный ток. Минимальная скорость ветра, при которой образуется электричество от маховика – 2 м/с. Оптимальная скорость ветра – 8 м/с.

По типу конструкции ветряные генераторы энергии делятся на модели с горизонтальным расположением ротора и с вертикальным.

Горизонтальная конструкция генератора имеет высокий показатель КПД, при монтаже используется небольшое количество материалов.

Недостатки – для монтажа потребуется высокая мачта, сам генератор имеет сложную механическую часть, в обслуживании не удобен. Вертикальные отличает больший диапазон скоростей ветра, при котором они функционируют.

Но при этом вертикальные ветряные генераторы не экономичны, так как требуют использования большего количества оборудования и материалов.

Использование ветряной станции ограничено показателями ветра в разрезе каждого сезона.

Если в межсезонье, при повышенной активности воздуха, станция будет весьма эффективна, то в дни безветрия электричество вырабатываться не будет.

Чтобы сгладить эту разницу и питать дом электрическим током бесперебойно, ветряную станцию оборудуют накопительным аккумулятором. Данная мера помогает накапливать энергию в ветреную погоду и использовать ее в периоды затишья.

Альтернативой установки аккумуляторной батареи к ветряной станции выступает преобразование энергии в тепло. Используют ее как для отопления, так и для горячего водоснабжения.

В такой конструкции батарею заменяют водонакопительным баком. Использование ветряной станции в таком ключе позволяет снизить ее общую стоимость на 25%.

Стоимость ветряной станции с аккумулятором составляет в среднем 10 000 $, без аккумулятора – 1000-2000 $.

Среди не очень приятных нюансов использования ветряной станции числится необходимость обустройство фундамента под оборудование.

Его укрепляют особенно тщательно, чтобы во время сильных ветров мачту вместе с ветряком не вырвало из земли. Второй нюанс – возможность обледенения лопастей в зимний период, это снижает КПД станции.

Во время работы данное оборудование образует шум и вибрации, потому монтируют его вдали от жилых строений.

Использование геотермальной энергии

Геотермальная энергия – это достаточно новый источник энергии для частного дома. В данном случае используется тепло, которое образуется в недрах планеты.

Ядро Земного шара имеет высокую температуру, которая выходит на поверхность в вулканических областях, источниками воды и пара, а также содержится в глубоких слоях планеты.

Геотермальное тепло используется как энергия источника тока и тепла.

Принцип работы геотермального источника энергии в частном доме достаточно прост – бурят скважину, в которую устанавливают тепловой насос. Установка качает из глубинных слоев горячую воду, при охлаждении она вырабатывают энергию, которая далее преобразуется в электричество.

При работе данная установка расходует электрический ток, но при этом на каждый потраченный кВт она вырабатывает 5-6 кВт тока. Средняя стоимость установки для дома площадью 150 м2 составляет 30 000 $.

Преимущества использования – неисчерпаемый источник энергии, который не зависит от сезона, времени суток и погодных условий.

Недостатки использования энергии Земли – термальная вода зачастую сильно минерализована и содержит токсические примеси, потому ее нельзя отправлять в обычные канализационные стоки. Отработанную воду возвращают в тот глубинный горизонт, из которого она была закачена. Некоторые ученые полагают, что данный вид получения энергии приводит к увеличению сейсмической активности в земной коре.

Использование энергии биомассы

О биотопливе уже наслышаны многие. Вокруг данного вида горячего разгорается масса споров и противоречивых отзывов.

В качестве топлива для машин оно имеет привлекательную цену, но при этом до конца не понятно его влияние на мотор и его мощность.

Но боитопливо применяется не только в качестве горючего для транспортных средств, но и как источник электрического тока. Данным горючим заменяют газ, бензин и дизель при заправке оборудования для выработки электрической энергии.

Биотопливо производится путем переработки различных растений.

Для изготовления биологического дизеля применяют жиры из семян масляных культур, а бензин производят путем ферментации кукурузы, сахарного тростника, свеклы и других растений.

Наиболее оптимальным источником биологической энергии признаны водоросли, так как неприхотливы, легко превращаются в боимассу с похожими на нефть маслянистыми свойствами.

Данная технология также позволяет получать биологический газ, который улавливают при брожении органических отходов пищевой промышленности и животноводства. В данном случае получают метан. При улавливании газа на свалках получают целлюлозный этанол. 1 тонна бесполезного мусора производит до 500 м3 полезного газа.

Что касается бытового использования биотоплива для выработки электрической энергии, то для этой цели приобретается индивидуальная биогазовая установка. Такой прибор вырабатывает природный газ из отходов.

Стандартная установка ИБГУ-1 в сутки дает от 3 до 12 м3 газа, которые затем используются для отопления дома, заправки различного оборудования, в том числе и газового генератора электроэнергии.

Стоимость биогазовой установки в среднем составляет 9 000 $.

Миниатюрная ГЭС

Еще один вид альтернативной энергетики, который успешно применяется в частных домах – индивидуальные ГЭС.

В монтаже этот тип генераторов электричества является одним из самых сложных, но при этом его КПД значительно выше, чем у ветряных и солнечных источников. ГЭС сооружаются плотинные и бесплотинные, второй вариант наиболее прост и доступен.

Такие установки называют еще проточными станциями. По устройству они делятся на станции с колесом, гирляндой, ротором Дарье и пропеллером.

• Станция с водяным колесом имеет центральную круглую часть с лопастями, которая установлена перпендикулярно водяной поверхности. При движении вода давит на лопасти и крутит колесо. Принцип работы такой же, как в ветряной станции, только же в качестве источника выступает вода. Более сложные конструкции колесных водяных электростанций – колесо-турбина, имеющее специальные лопатки для струи воды.

• Станция с гирляндой – это трос, на котором жестко закреплены роторы. Трос крепится на противоположных берегах водяного потока, роторы погружены в воду. При движении вода вращает роторы, а они передают это движение тросу.
• Станция с ротором Дарье – конструкция похожа на предыдущую, но здесь ротор расположен вертикально и вращается за счет разных показателей давления в его лопастях. Этот показатель создается за счет сложной формы поверхности.

• Станция с пропеллером – подводная установка с вертикальным ротором. Внешне данная установка схожа с ветряком, имеющим маленькие лопасти.

Среди представленных разновидностей ГЭС наиболее неудобной считается гирляндная установка. Она имеет низкую производительность, сама конструкция представляет опасность для окружающих людей, монтаж станции требует расхода большого количества материалов.

Ротор Дарье более удобен, так как ось расположена вертикально и ее установка возможна над водой. Но смонтировать такую станцию достаточно сложно и ротор при старте необходимо раскручивать. Наиболее оптимальный вариант для изготовления своими руками – станция с пропеллером или колесом.

Средняя стоимость станции мощностью 6 кВт составляет 8 000-10 000 $.

Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии

Итак, для начала определимся всё-таки, что же такое альтернативная энергетика. И  определение звучит следующим образом.

Альтернативная энергетика — это совокупность многообещающих методов получения энергии, распространение которых не так широко, как традиционных, но они представляют собой большой интерес по причине своей выгодности и их можно использовать при низком риске неблагоприятных последствий для окружающей среды. Исходя из этого альтернативные источники энергии это топливо для альтернативной энергетики.

Однако ветроэнергетические системы и солнечные панели всё равно являются более дорогими в сравнении с переработкой угля и нефти, также они пригодны не для всех областей.

По этой причине исследователи не перестают искать новые решения, постепенно обращая внимание на менее популярные методы. Некоторые довольно необычны, некоторые – глупы, нереалистичны, и местами отвратительны.

Творческий подход к поиску альтернативных источников энергии приближает к решению вопросов энергетической безопасности. И это не обязательно  должны быть масштабные  проекты. Нет ничего плохого в решениях, которые рассчитаны на применение на мелком уровне – в деревнях или поселениях развивающихся стран.

Далее вам будут представлены 10 самых необычных источников энергии. Но кто знает, может в недалёком будущем эти самые необычные «батарейки» и будут использоваться человечеством.

10 альтернативных источников энергии

Энергия будущего. Альтернативные источники энергии будущего

Сахар

Сахар

1) Засыпать сахар в бак автомобиля старая и далеко не безобидная шутка, которая может привести к поломке двигателя. Но сахар может быть превосходным топливом  для вашего авто.

Специалисты Виргинского института работают над выработкой из сахара водорода, использование которого возможно в качестве чистого и недорогого топлива, которое не выделяет токсичных веществ и запаха.

Ученые растворяют сахар в воде с тринадцатью мощными ферментами в реакторе, который вырабатывает из смеси водород.

Водород улавливается и закачиваться в батарею, чтобы произвести энергию. В результате чего   образуется в 3 раза больше водорода, чем традиционными методами, что влияет на стоимость технологии.

К сожалению, перед тем как потребители смогут заправлять автомобили сахаром, то пройдет еще  десяток лет. Ближайшей перспективе наиболее реалистичным будет конструирование батарей на  сахаре для ноутбуков, мобильных телефонов и иной электротехники. Эти батареи будут работать продолжительнее и надежнее сегодняшних аналогов.

Энергия солнечного ветра

Андрей Воронин. Альтернативные источники энергии

Энергия солнечного ветра

2) Энергия, больше в 100 миллиардов раз, чем в настоящее время потребляет человечество всей планеты, находятся в прямом смысле под рукой. Это энергия  солнечного ветра – потока заряженных частиц, которые испускает Солнце.

Брук Хэрроп, физик из Вашингтонского государственного университета в Пуллман и физик Дирк Шульце-Макух из Вашингтонского государственного института исследования окружающей среды и природных ресурсов полагают, что эти частицы можно захватить с помощью спутника, который вращается вокруг Солнца по  орбите Земли.

Согласно этому проекту, спутник, будет иметь медный провод, который заряжается от батареи, находящаяся здесь же, чтобы создать магнитное поле, которое подхватит электроны из этого ветра. Энергия электронов будет передаваться отсюда на Землю с помощью инфракрасного лазера, и на него не будет влиять атмосфера Земли.

В реализации данного проекта существуют и препятствия. Для начала, нужно решить вопрос, о защитите спутника от космического мусора. Во-вторых, атмосфера Земли может поглотить немного энергии, которая передаётся с огромного расстояния. И нацеливание инфракрасного луча в выбранное место это не простая задача.

Эта разработка имеет перспективы для обеспечения энергией космических аппаратов.

Метан из фекалий животных

Метан из фекалий животных

3) Большое количество людей считают, что моча и кал нужно моментально ликвидировать. Но экскременты, которые выработаны как людьми, так и животными, содержит метан, который не имеет ни цвета, ни запаха, но может вырабатывать энергию лучше природного газа.

Идею превращения собачьего кала разрабатывают минимум, 2 группы исследователей – одна в Кембридже (штат Массачусетс), другая, специалистами из компании  «NorcalWaste», Сан-Франциско.

Две группы предлагают владельцам животных использовать при выгуле своих питомцев пакеты,  для уборки отходов.

После чего пакеты выбрасываются в  «реакторы», где и  происходит выработка метана, использовать его можно для освещения улиц.

На фермах Пенсильвании как новый источник энергии рассматривают навоз скота. 600 коров за сутки производят около 70 000 кг навоза, что – при использовании – позволит ферме экономить около 60 000 долларов в год.

Эти отходы могут применяться как удобрение, и для освещения и обогрева домов.

А американская компания «Hewlett-Packard» рассказала, как фермеры могут увеличить свой доход, сдав в аренду Интернет-провайдерам свою, чтобы те использовали энергию из метана для компьютеров.

Человеческие отходы не менее ценны. В  Австралии, есть Volkswagen-«жук», который работает на метане, полученный после очистки сточных вод. А поданным инженеров компании «WessexWater» из Британии, отходы из 70 домов дают достаточно метана, чтобы автомобиль смог пройти без остановок 16 000 км.

О моче тоже не нужно забывать. Исследователи от факультета физических наук и инженерии Университета Гериот-Ватт пробуют создать первую в мире батарею  на моче.

Эта технология сможет найти применение как космической, так и в военной отрасли, позволяя производить энергию в пути. Мочевина это доступное и нетоксичное органическое вещество, богатое азотом.

Так что люди буквально носят в себе химическое соединение, которое может быть источником энергии.

Человеческое тело как электростанция

Человеческое тело

4) Когда вы будете ехать в вагоне метро в жаркий день, постарайтесь задуматься о том, что тепла, которое производит ваше тело, хватит для того, чтобы обогреть целое здание. Так думают в Стокгольме и Париже.

Компания  управления недвижимостью «Jernhuset» разрабатывает план использования тепла, которое выделяют пассажиры поезда метро, который проходит через Центральную станцию в Стокгольме. От тепла будет нагреваться бегущая по трубам вода, поступающая в вентиляционные системы зданий.

А в Париже владелец жилого комплекса в Париже хочет обогреть при помощи пассажиров метро 17 квартир вблизи центра Помпиду.

Как бы это ни странно звучало но, не менее вероятным оказывается проект, который использует для обогрева здания энергию мертвых тел. Этим методом пользуется один крематорий в Британии, который обогревается своими «клиентами». Тепло от сжигания тел умерших и раньше улавливался системой очистки от ртути, однако теперь тепло пропускают по трубам для того, чтобы обогреть здания.

Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектрические материалы

5) Оторвись и помоги природе – под этим лозунгом можно рекламировать новую стратегию. Роттердамский клуб «Watt» использует вибрации  ходящих и танцующих клиентов для энергоснабжения светового шоу. Это возможно благодаря использованию пьезоэлектрических материалов, которые могут под давлением превращать вибрации в электричество.

Армия США также заинтересованно использует пьезоэлектрики для того, чтобы получить энергию. Пьезоэлектрики помещаются в солдатские ботинки, что бы получать питание для радиоприемников и других электрических устройств. Несмотря на огромный потенциал, эта технология не очень распространена.

Главным образом, из-за своей большой стоимости. На установку такого пола на 2500 кв.м. клуб «Watt» затратил 257 000 долларов, которые так и не  окупились.

Однако в будущем это покрытие будет улучшено для того, чтобы увеличить объем вырабатываемой энергии – танцы будут по-настоящему энергичными!

Токсичный шлам

Токсичный шлам

6) Лишь в одной Калифорнии ежегодно вырабатываются больше 700 000 тонн шлама — нерастворимых отложений  паровых котлов в качестве ила или в твердом виде. Но не всякий задумывается, что этого материала хватит, чтобы произвести 10 000 000 киловатт-часов электричества в сутки.

Исследователи из университета Невады, которые занимаются сушкой  осадка, чтобы превратить в него горючее для следующей газификации, что приведет к производству электричества. Ученые придумали установку, которая превращает вязкий осадок в порошок с использованием «кипящего» при невысокой температуре песка.

В итоге мы получим недорогое, но качественное топливо.

Эта технология, превращает отходы в топливо и  может работать прямо на производствах, экономя средства для перевозки и утилизации шлама. Эти исследования еще не закончены, но предварительные оценки говорят, что работающая на полной мощности система теоретически может вырабатывать 25 000 киловатт-часов энергии в сутки.

Флуоресцентный белок в медузах

Флуоресцентный белок в медузах

7) Медузы, которые живут на глубине, и содержат вещества, которые могут стать источниками энергии. Светятся они благодаря зеленому флуоресцентному белку. Команда учёных университета Чалмерса поместила этот белок на электроды и облучала их УФ лучами, и вещество начало излучать электроны.

Данный белок использовали для создания биологического топлива, которое производит электричество  без источника света, вместо него применялась смесь веществ – магния с биокатализатором люциферазой, который обнаруживается в светлячках.

Озеро Ниос в Камеруне

Озеро Ниос в Камеруне

8) Существуют три «взрывающихся озер», которые получили свое название из-за больших объемов углекислого газа и метана, накапливающиеся в глубинах из-за разности в температуре и плотности воды.

Если уровень температуры изменится, то газы вырвутся из озера, словно пробка из бутылки с газировкой, убив при этом все живое в пределах досягаемости. Такая трагедия произошла в 1984 году в Камеруне, когда озеро Ниос выбросило большое облако углекислого газа, который и стал причиной гибели сотен людей и животных.

Похожее озеро (Киву) есть и в Руанде.

Однако местное правительство приняло решение об использовании этого смертоносного газа во благо и построило здесь электростанцию, она выкачивает газы из озера и применяет их для приведения в движение 3х генераторов, которые производят 3,6 МВт энергии. Правительство прогнозирует, что вскоре эта электростанция сможет вырабатывать столько энергии, сколько хватит для удовлетворения в потребности трети страны.

Бактерии E. coli

Бактерии E. coli

9) В природе живут миллиарды бактерий, и, как и всякое живое существо, у них есть своя стратегия выживания, если не будет хватать пищи. Например, у бактерии E.

coli есть запас жирных кислот, состав которых напоминает полиэстер. Эти же жирные кислоты применяются при получении биодизельного топлива.

Увидев эту особенность бактерий, ученые, предвидя большие перспективы способ их генетического усовершенствования для производства огромного количества кислот.

Для начала учёные удалили из бактерий ферменты, после чего обезводили жирные кислоты, чтобы убрать кислород. В результате чего они преобразовали бактерии в подобие дизельного топлива.

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки

10) Углеродные нанотрубки представляют собой пустые трубки, которые состоят из атомов углерода. Область их применения очень широка: от брони до создания «лифтов», которые могут перевозить различные грузы на Луну.

А недавно группа  учёных из Массачусетского института нашла возможность использования нанотрубок для того чтобы собирать солнечную энергию, причем эффективность этих трубок в 100 раз лучше, чем у известных нам на сегодняшний день фотогальванических элементов.

Данный эффект достигается благодаря тому, что нанотрубки  функционируют как антенны по захвату солнечных лучей и перенаправления их на солнечные батареи, которые преобразуют их в солнечный свет.

Таким образом, вместо того, чтобы покрывать всю крышу своего дома солнечными батареями, человек, который желает использовать солнечную энергию, путём использования углеродных нанотрубок, занимающими в несколько раз меньше площади.