Электроэнергия от нулевого провода
Как правило, для электропитания жилых домов используется трёхфазная сеть с глухозаземленной нейтралью. Отдельные потребители запитываются фазным напряжением от одной фазы и нулевого провода. Если в доме имеется надёжный контур заземления с низким сопротивлением, то в периоды интенсивного потребления электрической энергии, между нулевым проводом питающей сети и заземляющим проводником образуется разность потенциалов. Эта разность может достигать 12-15 В. Проблема заключается в нестабильности величины напряжения между нулем и заземлением, которая напрямую зависит от величины потребляемой домом мощности. Максимальное напряжение достигается только при пиковом токопотреблении.
Описанные выше способы получения электроэнергии вполне работоспособны. С применением импульсных электронных преобразователей, возможно получение напряжения любой величины. Однако, для реального использования в быту описанные способы не годятся ввиду очень низкой мощности подобных источников тока. Исключение составляет схема с металлическими электродами, но для достижения приемлемой мощности, потребуется занять большую площадь металлическими штырями и периодически поливать её раствором соли. Добыть электричество из земли в достаточном для использования количестве не так просто, как кажется. Несмотря на то, что магнитные и электрические поля окутывают планету, на сегодняшний день нет технической возможности использовать этот потенциал. Рассматривать такие способы как источник энергоснабжения дома нельзя. Своими руками можно соорудить разве что источник питания для пары светодиодов, часов или радиоприёмника с очень низким уровнем потребления мощности.
Тепловые насосы
Их правильнее назвать альтернативным источником тепла. Предназначены для организации отопления и горячего водоснабжения дома. Потребляют электричество, поэтому их необходимо использовать в комбинации с другими видами альтернативной энергии.
Принцип действия основывается на способности таких веществ, как фреон, закипать при низких температурах. Когда оно переходит в газообразное состояние, выделяется тепловая энергия. Установка состоит из внешнего и внутреннего контуров, а также контура насоса. Внешний закапывается под землю или опускается на дно водоёма.
Циркулирующий по нему фреон нагревается под воздействием окружающей среды, в контуре насоса под большим давлением переходит в газообразное состояние, в результате чего температура поднимается до 70 С°. Внутренний разносит нагретый в насосе теплоноситель по дому.
Традиционный способ
Традиционные способы обогрева квартиры или частного дома требуют обустройства системы отопления, в состав которой входят:
- источник тепла, преобразующий энергию сжигания топлива или энергетику сетевого электричества в тепловую энергию;
- теплообменник для передачи тепловой энергии от энергоносителя к теплоносителю, для последующего распределения тепла по точкам теплопотребления;
- замкнутый трубопроводный контур, по которому естественным или принудительным способом побуждается движение теплоносителя;
- приборы отопления, распространяющие тепло от теплоносителя в окружающую обстановку помещения.
На рисунке ниже показана структура отопительной системы с котлом в качестве источника тепла и точками теплопотребления в виде радиаторов отопления и тёплых полов.
Структура традиционной отопительной системы частного дома
Недостатки
Для большинства видов отопительных систем источниками тепловой энергии являются котлы отопления. В них происходит сжигание газа, жидкого или твёрдого топлива в целях использования теплоты сгорания топлива для нагрева теплоносителя (так называемые газовые, жидкотопливные и твердотопливные котлы).
Другим вариантом нагрева теплоносителя в теплообменнике котла отопления является использование энергии сетевого электричества (электрические котлы отопления).
Каждый тип котла и соответствующего энергоносителя имеет определённые негативные особенности, отражающиеся на эффективности его применения:
- Котлы на газовом топливе широко распространены благодаря доступности газа.
Негативными факторами, сопровождающими применение газа для отопления, являются:
- организационная и техническая сложность подключения к газовой магистрали;
- угроза воспламенения или взрыва при нарушении правил эксплуатации газового отопительного оборудования или неправильном монтаже своими руками;
- рост цен на газовые ресурсы.
- Электрические котлы самые простые в установке своими руками и обслуживании. Наиболее существенными недостатками являются:
- энергозависимость оборудования – при отключении электроснабжения прекращается поступление тепла в систему отопления;
- высокие тарифы на электроэнергию.
- Жидкотопливные котлы как источники тепловой энергии достаточно сложны в эксплуатации. Из негатива отметим следующие факторы:
- высокая стоимость жидкого топлива, сложность его доставки и безопасного хранения;
- шум в работе;
- неприятные запахи при сжигании топлива.
Домашняя котельная с жидкотопливным котлом
- Твердотопливные котлы на угле, торфе, дровах или пеллетах импонируют дешевизной топливных ресурсов и энергонезависимостью в работе, но у них есть свои недостатки:
- топливо, загруженное своими руками в топку котла, быстро прогорает;
- отсутствие автоматизации процесса загрузки топлива;
- необходимость постоянного визуального контроля за работой котла.
У всех вышерассмотренных систем отопления имеются два общих недостатка:
- они работают на невосполнимых источниках тепловой энергии – топливо полностью сжигается без возможности какого-либо восстановления;
- эксплуатация оборудования, сжигающего природные ресурсы или использующего централизованно поставляемое электричество, сопровождается постоянной оплатой за объёмы затраченного энергоносителя и поставщикам услуг по его предоставлению.
На рисунке ниже показана доставка сжиженного газа для газового отопления дома.
Доставка сжиженного газа в частный дом
Нюансы, требующие внимания:
- Столь удобное и привычное отопление частного дома путём сжигания не возобновляемых органических ресурсов приводит к катастрофическому уменьшению природных запасов топлива за деньги из нашего же кармана! Естественно, что цены на органическое топливо будут постоянно повышаться.
- Сжигание топлива сопровождается выделениями углекислого газа и летучих токсичных продуктов горения, при этом происходит выпадение смол и сажи.
- Каждый потребитель органического топлива вынужден обустраивать дополнительные помещения:
- для хранения топлива;
- для его сжигания с выводом в атмосферу продуктов горения.
Нетрадиционные источники
Среди альтернативных источников энергии выделяют энергию ветра, солнца, а также воды и земли. С их помощью дома наполняют теплом, электричеством, теплой жидкостью.
Среди всех видов альтернативных источников энергии выделяют:
- Тепловая.
- Ветра.
- Биомассы.
Энергия солнца
Энергия солнца позволяет получить максимальное количество энергии. Для ее преобразования применяют разнообразные агрегаты и установки:
- Батареи. Их используют, дабы получить электричество.
- Коллекторы. С их помощью в домашних условиях получают горячую воду.
Такие агрегаты отлично функционируют в зимний, летний период. Ведь в нашей стране немалое число ясных дней.
Солнечная батарея
Для ее подготовки применяют фотоэлектрические преобразователи. Конструируют такие элементы из минеральных веществ, которые излучают при нагреве электроны. Иногда для изготовления преобразователей применяют кремний, который отличается монокристаллической структурой.
Подготовить такие батареи, которые можно использовать, как альтернативный источник энергии, можно и собственными силами. Перед тем как приступить к работе, приобретаются кремниевые фотоэлементы. После этого осуществляется сборка. Дабы установка получилась эффективной, выполняются такие действия:
- Конструирование каркаса. Для этих целей используются планки, уголки из сплава, древесины. На каркас располагают подложку. Если батарея монтируется в оконный проем, то для подготовки подложки применяют органическое прозрачное стекло. При размещении батареи на кровле используют подложку из окрашенной в белый цвет фанеры. Ведь в этом случае солнечная энергетика воспринимается лучше.
- Для подсоединения отдельных элементов используют алюминиевые проводники, которыми активно используются в такой области, как электроэнергетика. На продажу проводники поступают вместе со специальными пластинами или без них. Если приобретаются проводники без пластинок, то их стоит присоединять собственными силами.
- Батарею обязательно герметизируют, дабы альтернативная энергетика для дома была получена в полном объеме. Для этих целей применяют пленку соответствующей плотности, а также эпоксидной смолой. Перед тем как проводить процедуру герметизации, удаляют весь воздух. В том случае, если внутри присутствуют воздушные прослойки, то степень производительности батареи снижается.
Потребность в обработке подложки для батареи белым цветом возникает потому, что энергия солнечного света, которая поступает в летнее время, негативно сказывается на состоянии основных элементов. И только белый оттенок предотвращает вероятность перегрева кремниевых преобразователей.
Солнечный коллектор
Такая установка отлично подходит для нагрева воздушной массы, жидкости. Эффективная установка может быть установлена в частном доме собственными силами. При этом собственники заранее определяют, как именно будет использоваться горячая вода. К примеру, подогретая жидкость направляется в систему «теплый пол». При необходимости переработанная солнечная энергия резервируется. К солнечному коллектору можно подводить и отопительное оборудование, иной источник тепла.
Все представленные коллекторы распределены на несколько видов. Дабы подобрать наиболее эффективный, необходимо ознакомиться с ними детальнее.
Преимущества плоских коллекторов:
- Самоочищение конструкций от инея, снега, прочих осадков.
- Уровень производительности в летний период довольно высокий.
- Затраты на конструирование небольшие. При этом можно получить немало энергии дома.
Но при этом уровень тепловых потерь их довольно высокие. Поэтому энергия солнца с их помощью обрабатывается нечасто.
Современные коллекторы вакуумные обладают такими преимуществами:
- Солнечная энергетика воспринимается ими лучше. Ведь между трубками, которые включены в состав, вакуум. Поэтому и численность тепловых потерь минимизируется.
- Высокая работоспособность устройств и в зимний период. С их помощью солнечная энергетика преобразовывается круглосуточно в тепловую. Допускается возможность накапливания в соответствующий резервуар.
- Подогретая с помощью коллекторов вода используется для обогрева и иных целей. Все потому, что жидкость проходит процесс обеззараживания.
- Простота установки. Дабы солнечный генератор без проблем установить, его разделяют на отдельные элементы. В дальнейшем их можно собрать и использовать для дома своими руками.
- Повышенная надежность установки, с помощью которой преобразуется солнечная энергетика, обусловлена тщательным подбором сырья, элементов.
Ветряные столбы
Энергия ветра используется с незапамятных времен. Сегодня многие производители выпускают ветряки под ключ.
Типы ветряных турбин:
- Низкая заслонка лопастей (высокий КПД, шум при сильном ветре, затрудненный запуск).
- Многолопастная лопасть (также называемая «низкая скорость», потому что она запускается при скорости ветра 3 м / с, низкая эффективность, больше материалов).
- Карусель (горизонтальное вращение, легкий запуск, хороший при постоянном ветре, низкая эффективность).
Достаточно ли мощности ветряка для нужд среднего дома? В среднем ветряные турбины рассчитаны на выработку определенного количества кВт при скорости ветра 10 м / с.
Домашний ветрогенератор
Есть несколько мест, где ветер такой силы дует постоянно. В отсутствие этого ветра станции не будут работать на полную мощность. Аккумуляторы, входящие в систему ветра, частично решают проблему периодического штиля.
Мощность 3 кВт может полностью удовлетворить ваши домашние потребности в электроэнергии. Или он будет обеспечивать большую часть энергии для отопления.
Где приобрести ветрогенератор для дома
Вот несколько примеров ветроэнергетических установок производства НПК «Русский Ветер» (г. Щелково, Московская область):
- Вертикаль-ТМ-500. Ветряк карусельный (высота 2 м) с тремя лопастями — 0,5 кВт при скорости 10 м / с. — 96 тыс. Руб.
- Мельница ВЭУ-2000 / 3.5-3 с малыми лопастями (диаметр лопастей 3,5 м) для слабоветренных регионов. 2 кВт на 10 м / с (но может работать и на 3-4 м / с) 49 200 руб.
- Плюс аккумулятор от 8,6 тыс. Руб. И инвертор на 220В от 16 тыс. Руб.
Биодизель
Еще один популярный и перспективный вариант альтернативного топлива— метиловый эфир жирных кислот, который получают из растительного масла. Например, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. Сейчас биодизельное топливо часто отождествляют с рапсовым маслом, которое действительно стало основным сырьевым источником «биодизеля» в Европе. Помимо биотоплива рапс используется и как кормовое растение для всех сельскохозяйственных животных, а также для производства маргарина. Однако биодизельное топливо можно получать и из других масел, например, подсолнечного, пальмового или соевого, что и делают за пределами Европы
Важно иметь ввиду, что сами по себе растительные масла в качестве топлива не используются
В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биодизеля» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) наиболее простые спирты— метанол и, реже, этанол. Растительные масла и их эфиры, как и спирты, отличаются агрессивностью ко многим материалам, традиционно используемым в двигателях и топливной системе автомобилей. В последние годы большинство европейских производителей выпускают машины, допускающие использование смесей нефтяного топлива с «биодизель» в количестве 5—20%, а иногда и 100% биотоплива. Добавление биокомпонента в количестве до 5% обычно считается приемлемым для любых двигателей, не адаптированных к биотопливу. Достаточно активно биодизельное топливо внедряется и в США, где в качестве сырья используют чаще всего соевое масло.
Еще один перспективный источник биотоплива— отработанные пищевые масла. И в Соединенных Штатах, и в Европе политики рассматривают биотопливо как способ сократить выбросы углекислого газа в атмосферу и уменьшить зависимость от импортируемой нефти. Несмотря на очевидные выгоды использования биотоплива, есть и определенные проблемы. Критики полагают, что из-за биологического топлива, получаемого из зерновых, взлетят цены на продукты питания. По мнению экспертов, возможность производить дизельное топливо из пальмового масла или этанол из кукурузы заставляет фермеров переходить на выращивание только этих культур, что незамедлительно отразится на самых незащищенных слоях населения
Остается надеяться, что производители биотоплива примут во внимание, что существующие сегодня технологии позволяют изготовлять биологическое топливо из ряда непищевых материалов, включая древесину, сорняки и даже пластиковые пакеты
Самостоятельное изготовление солнечных панелей
Солнечные установки – альтернатива традиционному электричеству, которая в готовом виде стоит дорого. При собственноручной сборке можно снизить себестоимость конструкции в 3-4 раза. Перед началом создания солнечной панели нужно понять принцип ее функционала.
Как работает система солнечного электроснабжения
Для представления принципа работы стоит начать с конструкции. Устройство солнечных энергоисточников включает:
- солнечную панель – комплекс узлов преобразования солнечного света в электронный поток;
- АКБ – в системе их несколько, количество зависит от мощности потребителей;
- контроллер заряда – обеспечивает нормальную зарядку АКБ без перезарядки;
- инвертор – трансформирует ток низкого напряжения с батарей в ток высокого напряжения (для дома хватит 3-5 кВт).
Солнечные батареи по отдельности производят токи с низким напряжением (около 18-21 В), чего хватает для зарядки аккумулятора на 12 вольт.
Создание солнечной батареи
Материалы для изготовления солнечной панели
Сборка батареи производится из модульных фотоэлементов. В одном бытовом модуле находится 30, 36 и 72 элемента. Они соединяются последовательно с источником питания, максимальное напряжение которого – 50 В.
Для корпусной части понадобятся деревянные брусья, ДВП, оргстекло и фанера. Дно бокса вырезается из фанеры и вставляется в рамку из брусков 25 мм в толщину. По периметру рамы проделываются отверстия. Для предотвращения перегрева элементов шаг сверления должен составлять 15-20 см.
Сборка солнечной панели
Из ДВП канцелярским ножом вырезается подложка из ДВП с вентиляционными отверстиями. Их изготавливают по квадратно-гнездовой схеме с отступом на 5 см. Затем:
- Элементы укладываются верхней частью на подложку и распаиваются.
- Соединения производятся последовательно, порядово.
- Готовые ряды присоединяют на шины, проводящие ток.
- Элементы переворачивают и крепят в посадочном месте силиконом.
- Проверяют параметры напряжения на выходе. Его диапазон составляет от 18 до 20 В.
- 2-3 дня производят обкатку батареи для тестирования заряжающей способности.
- По окончании проверки стыки герметизируют.
Подготовка панели к монтажу
Покрасьте и просушите подложку 2 раза.
После проверки функционирования собирают солнечную панель:
- Выводят контакты входа и выхода наружу.
- Вырезают крышку из оргстекла и фиксируют ее саморезами на заранее проделанные отверстия.
- При использовании диодной цепи из 36 диодов с напряжением 12 В с детали снимают краску ацетоном.
- В пластиковой панели проделываются отверстия, вставляют и распаиваются диоды.
На последнем этапе выполняется монтаж и ориентирование солнечной панели для облегчения доступа обслуживания и эффективности получения энергии.
Правила монтажа солнечной панели
Подключение солнечной батареи
Промышленные модификации могут вращаться самостоятельно. Бытовые устройства необходимо выставлять по нескольким параметрам:
- Удаление от затененных участков – дерево или высокий дом рядом сделают работу прибора неэффективной.
- Ориентир на солнечную сторону. Жители северного полушария ориентируют конструкцию на юг, южного – на север.
- Угол наклона – привязывается к географической широте участка. Летом солнечную панель лучше наклонять на 30 градусов к линии горизонта, зимой – на 70 градусов.
- Наличие доступа для обслуживания – уборки пыли, грязи, налипшего снега.
Основные виды
Виды альтернативных источников добычи энергии не ограничиваются солнечным светом и ветром.
Всегда перед потребителем стоит выбор, основанный на вопросе, что лучше? И в этом плане подразумевается, во-первых, затраты на приобретение нового вида источника электричества, во-вторых, как долго этот прибор будет работать. То есть, будет ли это выгодно, окупится ли вся затея, а если окупится, то через какой промежуток времени? Скажем так, экономию денежных средств еще никто не отменял.
Как видите, вопросов и проблем и здесь хватает, потому что электричество своими руками – дело не только серьезное, но и достаточно затратное.
Ядерная энергетика
Атомная электростанция Ясловское Богунице в Словении
Для выработки электричества этим способом используют ядерную энергию (обычно вызывают цепную реакцию урана-235 или плутония-239). Работа атомных электростанций характеризуется экологичностью (при условии безаварийной работы) и дешевой выработкой энергии. Мощность при этом можно наращивать долго.
Многие страны с большой плотностью населения сворачивают работу АЭС в связи с долгосрочным заражением и отравлением территорий в случае аварий. Италия полностью отказалась от ядерной энергетики, а Бельгия, Германия и Испания начали длительную политику по постепенному отказу от АЭС.
Другими проблемами этого вида добычи являются стоимость утилизации отработанного материала и тепловое загрязнение, при котором выброс тепла сказывается на ускорении глобального потепления.
Энергия солнца
Солнечная энергия считается ведущим и экологически чистым источником энергии. На сегодня для получения электроэнергии разработаны и используются термодинамический и фотоэлектрический метод. Подтверждается концепция работоспособности и перспективности наноантенн. Солнце, являясь неистощимым источником экологически чистой энергии, вполне может обеспечить потребности человечества.
Энергия ветра
Давно и успешно используется людьми энергия ветра, ветряков. Ученые разрабатывают новые и совершенствуют имеющиеся ветряные электростанции. Снижая затраты и повышая КПД ветряков. Особую актуальность они имеют на побережьях и в местностях с постоянными ветрами. Преобразуя кинетическую энергию воздушных масс в дешевую электрическую энергию, ветряные электростанции уже сегодня вносят существенный вклад в энергосистему отдельных стран.
Геотермальная энергетика
Источники геотермальной энергии используют неисчерпаемый источник — внутреннее тепло Земли. Существует несколько рабочих схем, не меняющих суть процесса. Природный пар очищают от газов и подают в турбины, вращающие электрогенераторы. Подобные установки работают по всему миру. Геотермальные источники дают электричество, греют целые города и освещают улицы. Но мощность геотермальной энергетики использована очень мало, а технологии получения имеют низкий КПД.
Приливная и волновая энергетика
Не стоит сбрасывать со счетов приливы и отливы моря. Здесь огромный склад энергии, которую уже давно жители приморских регионов используют себе во благо. Начнем с того, что вода плотнее воздуха почти в 900 раз, поэтому небольшое ее движение заставляет крутиться турбины. Конечно, такое сооружение не под силу хозяину частного дома, поэтому на нем не стоит останавливаться
Но для информации примите это во внимание. Тем более мы рассматриваем альтернативные виды энергии
Приливная и волновая энергетика – это бурно развивающийся способ преобразования потенциальной энергии движения водяных масс в электрическую энергию. Имея высокий коэффициент преобразования энергии, технология имеет большой потенциал. Правда, может использоваться только на побережьях океанов и морей.
Биомассовая энергетика
Процесс разложения биомассы приводит к выделению газа имеющим в своем составе метан. Очищенным, он используется для выработки электроэнергии, обогрева помещений и других хозяйственных нужд. Существуют небольшие предприятия, полностью обеспечивающие свои энергетические потребности.
Прочие варианты
Существуют и другие виды альтернативной энергетики:
- Мускульная энергетика;
- Криоэнергетика;
- Гравитационная энергетика;
- Вулканическая энергетика.
Но у этих способов тоже есть свои недостатки: так, последний АИЭ локален.
6 место. Грозовая энергетика
Зачем генерировать электричество, когда его можно просто «ловить» из воздуха? В среднем один разряд молнии – это 5 млрд Дж энергии, что эквивалентно сжиганию 145 л бензина. Теоретически грозовые электростанции позволят снизить стоимость электроэнергии в разы.
Выглядеть всё будет так: станции размещаются в регионах с повышенной грозовой активностью, «собирают» разряды и накапливают энергию. После этого энергия подаётся в сеть. Ловить молнии можно с помощью гигантских громоотводов, но остается главная проблема – за доли секунды накопить как можно больше энергии молнии. На современном этапе не обойтись без суперконденсаторов и преобразователей напряжения, но в будущем возможно появление более деликатного подхода.
Концепт громовой электростанции
Если говорить об электричестве «из воздуха», нельзя ни вспомнить о приверженцах образования свободной энергии. Например, Никола Тесла в своё время якобы продемонстрировал устройство для получения электрического тока из эфира для работы автомобиля.
Ещё много интересного в наших соцсетях
Подробнее: Интересные изобретения Николы Теслы
