Ресурсы природного топлива ограничены, а стоимость энергоносителей неуклонно повышается. Замена традиционных источников энергии на альтернативные помогла бы избежать зависимости от внешних поставщиков газа и электричества. Не уверен, как начать?
Поможем разобраться с основными источниками возобновляемой энергии, рассмотренными в этом материале как лучшие эко-технологии. Альтернативная энергия может заменить привычные источники питания, а своими руками можно построить весьма эффективную установку для её получения.
В статье представлены простые способы изготовления тепловых насосов, ветряных электростанций и солнечных батарей с иллюстрациями основных этапов. Видеоролики демонстрируют создание экологичных установок.
Популярные источники возобновляемой энергии
«Зелёные технологии» помогут заметно уменьшить затраты на бытовые нужды благодаря применению почти бесплатных ресурсов.
С давних времён люди применяют в жизни механизмы и устройства, преобразующие природную силу в механическую энергию.
Благодаря электричеству генератор стал преобразовывать механическую энергию в электрическую.
Ветряные комплексы и гидроэлектростанции производят значительную часть энергии. Доступны также биотопливо, энергия подземных ресурсов, солнечный свет, энергия гейзеров и вулканов, а также силы приливов и отливов.
В повседневной жизни для добычи энергоресурсов активно применяют такие приборы:
- Солнечные батареи.
- Тепловые насосы.
- Ветрогенераторы для дома.
Высокая цена устройств и монтажных работ препятствует многим в получении, казалось бы, бесплатной энергии.
Срок окупаемости может быть 15-20 лет, однако это не препятствие для получения экономических выгод. Изготовление и установка таких устройств доступны каждому.
Солнечные панели собственноручного изготовления
Изготовление солнечной панели самостоятельно позволяет сократить затраты на 3-4 раза, поскольку готовый вариант стоит дорого и доступен не всем.
Чтобы установить солнечную панель, важно понять её принцип работы.
Как функционирует система солнечного электроснабжения
Познание предназначения каждой части системы даст представление о её функционировании как единого целого.
В состав любой системы солнечного электроснабжения входят:
- Солнечная панель. Это сочетание компонентов, превращающее солнечную энергию в ток электронов.
- Аккумуляторы. Одной аккумуляторной батареиСрок службы недостаточен, поэтому система может содержать до десяти подобных устройств. Число аккумуляторных батарей зависит от мощности используемой энергии. В будущем возможно увеличение числа аккумуляторных батарей путём добавления необходимых солнечных панелей в систему.
- Контроллер солнечного заряда. Это устройство требуется для правильной зарядки аккумулятора. Его главная задача — предотвратить повторную зарядку батареи.
- ИнверторПрибор для преобразования тока необходим, если аккумуляторные батареи выдаёт низкое напряжение. Инвертор преобразует его в необходимое для работы высокого напряжения – выходная мощность устройства. Для дома достаточно инвертора с мощностью 3-5 кВт.
Главное отличие солнечных панелей — невысокий уровень напряжения тока, который produces individual element of the system. Напряжение одного элемента составляет 0,5–0,55 В. Одна панель способна генерировать ток напряжением 18–21 В, достаточно для подзарядки аккумулятора на 12 В.
Инвертор, аккумуляторы и контроллер заряда выгоднее покупать готовыми, а вот солнечные панели можно изготовить самостоятельно.
Изготовление солнечной батареи
Чтобы сделать аккумулятор, нужно купить солнечные элементы из моно- или поликристаллов. Важно помнить, что срок работы поликристаллов гораздо короче, чем у монокристаллов.
Эффективность поликристаллов не превосходит 12%, в то время как у монокристаллов она составляет 25%. Для изготовления одной панели требуется минимум 36 подобных элементов.
Шаг #1 — сборка корпуса солнечной панели
Производство корпуса начинается с использования таких материалов:
- Деревянные бруски
- Фанера
- Оргстекло
- ДВП
Из фанеры нужно вырезать днище корпуса, а затем установить его в раму из брусков с сечением 25 мм. Размеры днища зависят от количества солнечных панелей и их габаритов.
По всему периметру рамки в брусках с шагом 0,15-0,2 метра необходимо высверлить отверстия диаметром 8-10 миллиметров. Высверливание отверстий предотвращает перегрев элементов батареи во время работы.
Шаг #2 — соединение элементов солнечной панели
Из ДВП с помощью канцелярского ножа нужно вырезать подложку для солнечных элементов по размеру корпуса. В ее конструкции необходимо предусмотреть вентиляционные отверстия, размещенные через каждые 5 см квадратным-гнездовым способом. Готовый корпус следует покрасить дважды и высушить.
На подложку из ДВП нужно положить солнечные элементы перевернутыми вверх ногами и произвести пайку. Если готовые изделия уже имели припаянные провода, то работа значительно проще. В любом случае потребуется выполнить процесс пайки.
Соединение элементов должно осуществляться поэтапно: сначала рядами, а затем готовыми рядами посредством присоединения к электропроводящим шинам для формирования комплекса.
После окончания работы детали следует перевернуть, установить правильно и закрепить на своих позициях силиконом.
Затем измеряют величину выходного напряжения, которая должна быть около 18-20 В. После этого батарею заряжают в течение нескольких дней, проверяя работоспособность аккумуляторов. Только после проверки работоспособности проводят герметизацию стыков.
Шаг #3 — сборка системы электроснабжения
После проверки работоспособности можно собрать систему электроснабжения. Входные и выходные провода необходимо вывести наружу для дальнейшего подключения устройства.
Из оргстекла нужно вырезать крышку и прикрепить её к бортам корпуса саморезами, сначала просверлив в корпусе и крышке отверстия.
Для производства батареи вместо солнечных элементов можно применить диодный блок на основе диодов Д223Б. Ради панель из 36 последовательно соединенных диодов обеспечивает выходное напряжение 12 В.
Диоды перед использованием замачивают в ацетоне для удаления краски. В пластиковой панели сверлят отверстия, вставляют диоды и выполняют их распайку. Готовую панель устанавливают в прозрачный кожух и герметизируют.
Установка солнечных панелей.
Эффективность работы всей системы во многом определяется правильностью установки солнечной батареи.
При установке следует учитывать важные параметры.
- Затенение. Батарея, находящаяся в тени деревьев или высоких построек, не будет функционировать должным образом и может выйти из строя.
- Ориентация. Чтобы получить максимум солнечного света на панели, нужно повернуть ее лицом к солнцу.
- Наклон. Местоположение влияет на этот параметр. Эксперты советуют установить панель под углом, соответствующим географической широте.
- Доступность. Необходимо регулярно поддерживать чистоту лицевой части и удалять с неё пыль и грязь. В холодное время года панель следует чистить от нале adhering снега.
Для оптимальной работы солнечной панели рекомендуется изменять угол её наклона. Лучшей производительностью обладает прибор, когда солнечные лучи падают перпендикулярно на его поверхность.
Летом рекомендуется расположить его под углом 30º к горизонту, зимой же — приподнять до угла 70º.
Тепловые насосы для отопления
Тепловые насосы представляют собой одно из самых передовых технических решений для получения тепла. альтернативной энергии Для вашего дома, они наиболее удобны и экологически безопасны.
Использование этого оборудования позволит значительно уменьшить затраты на отопление и кондиционирование помещений.
Классификация тепловых насосов
Классификация тепловых насосов основывается на числе контуров, источнике энергии и методе её извлечения.
В соответствии с финальными требованиями, тепловые насосы бывают:
- Одно-, двух или трехконтурные;
- Одно- или двухконденсаторные;
- С функцией нагрева или с функциями нагрева и охлаждения.
В зависимости от источника энергии и метода её извлечения выделяют различные типы тепловых насосов.
- Грунт – вода. Используются в умерено тёплом регионе с одинаковым прогревам почвы всё время года.
Установка выполняется с применением коллектора или зонда, исходя из вида грунта. Для бурения небольших скважин разрешение не требуется. - Воздух – вода. Из воздуха выделяется тепло для нагрева воды. Система пригодна для зон с зимой, когда температура не падает ниже -15 градусов.
- Вода – вода. Установка возможна при наличии источников воды: озер, рек, грунтовых вод, скважин и отстойников. Показатели эффективности подобного теплового насоса очень высоки из-за температуры источника зимой.
- Вода – воздух. В этой системе источником тепла остаются водоемы, однако тепло с их помощью переходит к воздуху через компрессор, предназначенный для отопления комнат. Вода в этом случае не выполняет функцию теплоносителя.
- Грунт – воздух. В этой системе тепло распространяется через грунт. С помощью компрессора тепло от грунта передаётся воздуху. Для переноса энергии используют незамерзающие жидкости. Система признана самой универсальной.
- Воздух – воздух. Система функционирует подобно кондиционеру, обеспечивая обогрев и охлаждение помещения. Благодаря отсутствию необходимости в землеройных работах и прокладке труб, этот вариант является самым экономичным.
При выборе источника тепла следует учитывать геологию участка, удобство земляных работ и свободную площадь.
Недостаток пространства потребует отказа от использования земли и воды в качестве источников тепла и обращение к воздушному теплу.
Принцип работы теплового насоса
Работа тепловых насосов строится на цикле Карно, где сжатие теплоносителя повышает его температуру.
Большинство климатических устройств с компрессорами (холодильники, морозильные камеры, кондиционеры) действуют по такому же принципу, но с обратным эффектом.
В камерах данных агрегатов действует главный рабочий цикл, суть которого заключается в обратном эффекте: резкое расширение приводит к сужению хладагента.
Из-за этого один из самых простых способов создать тепловой насос состоит в применении отдельных работающих частей, которые применяют в системах кондиционирования воздуха.
Для создания теплового насоса можно использовать бытовой холодильник. Его испаритель и конденсатор действуют как теплообменники: отбирают тепловую энергию из среды и направляют её непосредственно на нагрев теплоносителя, который циркулирует в системе отопления.
Изготовление тепловых насосов своими руками.
С применением деталей старой бытовой техники возможно изготовить собственный тепловой насос.
Шаг #1 — подготовка компрессора и конденсатора
Начало работ предполагает подготовку компрессорного агрегата насоса, назначение которого будет выполнено соответствующим блоком кондиционера или холодильника. Закрепление этого блока необходимо произвести мягкой подвеской на одной из стен рабочей зоны в удобном месте.
Затем нужно сделать конденсатор. Хорошо подходит бак из нержавеющей стали, объемом 100 литров. В него следует установить змеевик, например, медью медную трубку, которая была в старом кондиционере или холодильнике.
Для установки и закрепления змеевика в корпусе будующего конденсатора, заранее подготовленный бак следует отрезать болгаркой пополам.
После установки змеевика в одной из половин резервуара необходимо соединить его другой частью и приварить, создав герметичный бак.
Для качественного шва при сварке используйте специальные электроды, желательно с применением аргоновой сварки.
Шаг #2 — изготовление испарителя
Для создания испарителя понадобится прочный пластиковый резервуар вместимостью 75-80 литров, в него следует установить трубу с внутренним диаметром ¾ дюйма, сформированную в виде змеевика.
Для присоединения к трубопроводу требуется нарезать резьбу на концах трубки. Собрать и проверить герметичность испарителя, а затем закрепить его на стене рабочей зоны с помощью кронштейнов подходящего размера.
Лучше поручить завершение сборки специалисту. Самостоятельно можно выполнить часть работ, но пайка медных труб и закачка хладагента требуют профессионализма. Завершением сборки основной части насоса является подключение обогревательных батарей и теплообменника.
Эта система имеет ограниченную мощность, поэтому разумнее рассматривать тепловой насос как дополнение к существующему оборудованию для отопления.
Шаг #3 — обустройство и подключение внешнего устройства
Лучше всего для отопления использовать воду из скважины или колодца. Такая вода не замерзает, и даже зимой ее температура обычно не падает ниже плюс двенадцати градусов.
Воду из одной скважины будут забирать и подавать в испаритель.
Отработавшую воду направят во вторую скважину. Нужно всё это соединить с входом испарителя, его выходом и обеспечить герметизацию.
Система готова к использованию, но для полной независимости ей нужна автоматика: контроль температуры теплоносителя в отопительных контурах и давления фреона.
Вначале можно использовать обычный пускатель, но учтите: запуск системы после остановки компрессора возможно только через 8-10 минут. Это нужно для выравнивания давления хладагента в системе.
Устройство и использование ветрогенераторов
Наши предки пользовались энергией ветра, с тех пор принципиальных изменений не произошло.
Разница заключается в том, что жернова замещены генератором и приводом, преобразующими энергию вращения лопастей в электричество.
Ветроэлектростанция будет прибыльной при среднем годовом ветре свыше шести метров в секунду.
Установка предпочтительна на возвышенностях и равнинах, наиболее подходящими вариантами выступают берега рек и больших водоемов, удаленных от инженерных сетей.
Классификация ветряных генераторов
Классификацию ветряных генераторов определяют основные параметры.
- В зависимости от размещения оси могут быть вертикальные вертяки и горизонтальныеГоризонтальный ветротурбина может поворачиваться для направления в ветер. Ветрогенератор с вертикальным расположением лопастей имеет оборудование на земле, что упрощает обслуживание, но его эффективность ниже.
- В зависимости от количества лопастей различают Ветряные генераторы с одним, двумя, тремя или множеством лопастей. Многолопастные ветрогенераторы эффективны при слабом ветре, но встречаются нечасто из-за обязательной установки редуктора.
- Материал, из которого сделаны лопасти, влияет на их свойства. парусными и жесткимиВетряные лопасти легко изготавливаются и устанавливаются, однако нуждаются в частой замене, поскольку быстро повреждаются сильными gusts ветра.
- В зависимости от шага винта, различают изменяемый и фиксируемый шагиИзменение шага позволяет расширить диапазон рабочих скоростей ветровых турбин, но это скажется на сложности конструкции и увеличении её веса.
Производительность устройств, превращающих ветер в электроэнергию, определяется размером их лопастей.
Устройство ветряного генератора
В состав любой ветровой установки входят главные элементы.
- ЛопастиПриводимые в действие ветром, они заставляют вращаться ротор.
- Генератор, который вырабатывает переменный ток;
- Контроллер управления лопастямиПреобразует переменный ток в постоянный, необходимый для подзарядки аккумуляторов.
- Аккумуляторные батареиПотребуются для аккумулирования и сглаживания электрической энергии.
- ИнверторВыполняет обратный процесс преобразования постоянного тока в переменный, необходимый для работы всех бытовых приборов.
- МачтаПодъем лопастей над землей до высоты движения воздушных масс требуется .
При этом генератор, лопасти, обеспечивающие вращение Мачта и корпус — основные части ветротурбины, остальные элементы предназначены для бесперебойной работы всей системы.
Тихоходный ветряной генератор из автогенератора
Эта конструкция считается самой простой и понятной для самостоятельного создания. Её можно использовать как независимый источник энергии или дополнить действующую систему электроснабжения.
С помощью автомобильного генератора и аккумулятора другие компоненты можно сделать из доступных ресурсов.
Шаг #1 — изготовление ветрового колеса
Лопасти — ключевая часть ветрогенератора, поскольку их конструкция влияет на функционирование всех других элементов. Изготавливать лопасти можно из различных материалов: ткани, пластика, металла и древесины.
Для изготовления лопастей мы используем пластик из труб для канализации. Такой материал привлекателен своей низкой стоимостью, высокой водонепроницаемостью и легкостью обработки.
Работы выполняются в следующем порядке:
- Рассчитывается длина лопасти, при условии, что диаметр пластиковой трубы равен пятой части требуемой длины.
- Лобзиком нужно распилить трубу по длине на четыре равные части.
- Эта часть послужит образцом для производства всех остальных лопастей.
- После резки трубы заусенцы на краях следует отшлифовать наждачной бумагой.
- Отрезанные лопасти нужно закрепить на алюминиевом диске, имеющем предустановленное крепление.
- После доработки диску потребуется установить генератор.
Трубу из ПВХ недостаточно прочна для выдерживания сильных порывов ветра. Рекомендуется использовать трубу из ПВХ толщиной не менее 4 сантиметров для изготовления лопастей.
Размер лопасти существенно влияет на величину нагрузки, поэтому стоит рассмотреть возможность уменьшения размеров каждой лопасти при увеличении общего их числа.
После сборки необходимо выровнять ветроколесо. Для этого его фиксируют горизонтально на опоре в закрытом пространстве. Правильная сборка даст результат — колесо останется неподвижным.
При вращении лопастей требуется их подточка абразивом для выравнивания конструкции.
Шаг #2 — изготовление мачты ветрогенератора
Изготовление мачты возможно при помощи стальной трубы диаметром 150-200 мм. Длина мачты должна быть не менее 7 метров. При наличии препятствий для движения воздушных масс высоту колеса ветрогенератора следует увеличить минимум на 1 метр, превышая преграду.
Растяжки и мачту нужно закрепить с помощью бетона, а в качестве растяжек подойдёт сталь или оцинковка толщиной шесть-восемь миллиметров.
Шаг #3 — переоборудование автомобильного генератора
В процессе модификации выполняется только перемотка провода статора и изготовление ротора с неодимовыми магнитами. Сначала необходимо высверлить отверстия для крепления магнитов на полюсах ротора.
Установка магнитов производится с чередованием полюсов. После окончания работ необходимо залить межмагнитные пустоты эпоксидной смолой и обмотать ротор бумагой.
При наматывании катушки следует учитывать, что работоспособность генератора зависит от числа витков. Намотка выполняется по трехфазной схеме в одном направлении.
Для проверки работоспособности готового генератора нужно запустить его. При правильной работе напряжение составит 30 В при 300 оборотах.
Шаг #4- завершение сборки тихоходного ветрогенератора
Ось генератора сделана из трубы с установленным в ней парой подшипников; её конец обработан из оцинкованного железа толщиной 1,2 мм.
Для закрепления генератора на мачте изготовьте раму из профильной трубы. Во время установки убедитесь, что расстояние от мачты до лопасти превышает 0,25 метра.
Для функционирования системы после ветряной турбины необходимо смонтировать контроллер заряда, аккумуляторные батареи и инвертор.
Мощность ветрогенератора определяет емкость батареи.
Выводы и полезное видео по теме
Производство фотоэлектрической панели с пластиковым кожухом: материалы и технология изготовления
О принципах действия и особенностях геотермальных насосов.
Самостоятельное переустройство бензинового генератора и создание малоскоростного ветроэлектростанции.
Альтернативные источники энергии обладают экологической чистотой и безопасностью.
Небольшая производительность агрегатов и зависимость от условий местности делают эффективным использование лишь комбинированных систем, включающих в себя как традиционные, так и альтернативные источники энергии.
Используете ли вы в доме энергию ветра или солнца для отопления и электроснабжения? Собирали ли вы генератор или делали панели самостоятельно? Расскажите о своем опыте под статьей.