Отопление - Альтернативное тепло:

Альтернатива электричеству в частном доме

Современное человечество постепенно переходит к активному использованию альтернативных источников электроэнергии. Сокращение запасов углеводородного сырья и высокая стоимость добычи требуют внедрения новых технологий в энергообеспечении.

Виды источников альтернативной электроэнергии

Рассмотрим наиболее перспективные источники альтернативной электроэнергии.

Отходы жизнедеятельности

Бытовые отходы и навоз животных с давних пор используются человеком в сельском хозяйстве. Отходы жизнедеятельности животных используют для выработки биогаза. Ученые прогнозируют широкое применение человеческих нечистот в качестве топлива для выработки альтернативной электроэнергии.

В Швеции запустили технологию изготовления экологически чистых двигателей городского общественного транспорта. Агрегаты работают на основе использования жизнедеятельности микроорганизмов. В процессе своей жизнедеятельности такие микробы вырабатывают электрический ток.

В штате Пенсильвания (США) энергию вырабатывают из коровьего навоза. Для этого работает целая коровья ферма. Полученная энергия позволяет экономить до 60 000 долларов в год.

В Эдинбургской школе инженерных и физических наук ученые работают над проектом выработки электроэнергии из мочи.

Водоросли

В Гамбурге недавно открылось самое технологичное здание в мире. Сооружение полностью обеспечивает себя энергией за счет процессов фотосинтеза микроскопических зеленых водорослей.

Водоросли находятся в стенах и окнах этого архитектурного сооружения. Каждое окно здания представляет собой небольшой биореактор.

Водоросли как альтернативный

Биотопливо

В качестве альтернативы обычному электричеству используется биологическое топливо. Биотопливо получают путем переработки стеблей и семян растений. Для этих целей используются кукуруза, сахарный тростник, свекла и другие виды культур.

Высокое качество биотоплива обеспечивается применением жиров масляных культур. К ним относятся подсолнух, олива, рапс, соя, арахис.

Геотермальные источники

В Исландии ученые начали бурение скважин напрямую в вулканы. Они намерены получить доступ к запасам горячей воды и магмы. Прямой доступ позволит использовать вулканические продукты в качестве источника энергии.

На месте скопления больших запасов предполагается строить геотермальные электростанции. Добыча и транспортировка ресурсов позволит экспортировать альтернативную электроэнергию в другие страны.

Тепловая энергия океанов

Китай планирует строительство морской тепловой электростанции. Станция будет находиться недалеко от южного побережья страны.

Теплоэлектростанция, как источник альтернативной электроэнергии, будет работать за счет разницы температур между поверхностными и придонными водами. Мощность станции составит 100 Мвт чистой энергии.

Применение альтернативных источников электроэнергии позволит заменить 1 300 000 баррелей нефти и не допустить выброса атмосферу земли 500 000 тонн углекислоты в год.

Тепловая энергия

Энергия ветра

Интересный проект под названием «Makani Power» разработала одноименная компания в составе корпорации Google.

Небольшой воздушный змей летает на высоте до 1 км и вырабатывает электричество. Летательный аппарат имеет встроенные ветряные турбины. Полученная энергия передается по токопроводящему шнуру. Шнур соединяет летающую установку с базовой станцией.

Энергия гор

Использование горной энергии подразумевает закачку морской воды в скальные породы. Воздействие соленой воды на радиоактивные элементы скальных пород приводит к резкому повышению температуры. Высокая температура химических реакций приводит к выделению огромного количества тепловой энергии.

В качестве дополнительного источника альтернативной геотермальной электроэнергии служит мантия земли. Вода при нагреве превращается в пар. Полученный пар подается в турбину для дальнейшей выработки электроэнергии. Мощность электростанции регулируют с помощью подачи холодной морской воды.

Энергия движения крови

Ученые из Бернского университета в Швейцарии разработали миниатюрные турбины. Агрегаты микроскопических размеров помещают в кровеносные сосуды человека. Выделяемая при работе турбин электроэнергия предназначена для бесперебойной работы электрокардиостимуляторов.

Использование новых технологий позволит отказаться от применения массивных и неудобных аккумуляторных батарей.

Пьезоэлектричество

Этот метод заключается в использовании кинетической энергии при движении человека. Пьезоэлектричество вырабатывается в результате механического воздействия на некоторые виды материалов.

Садовые дорожки и тротуары из пьезоэлектрических материалов могут стать эффективным источником альтернативного электричества для частного дома.

Энергия подводных течений Специалисты австралийской компании «BioPower Systems» создали проект «BioWAVE». Он предусматривает активное использование энергии подводных течений.

Гидродинамические системы на дне моря используют энергию потоков воды для производства альтернативной электроэнергии.

Пьезоэлектричество

Энергия солнца

Американские ученые разработали проект «BetaRey». Конструкция представляет стеклянный шар диаметром 1,0 м для аккумуляции солнечной энергии. Вся необходимая аппаратура помещается во дворе загородного участка или на крыше многоквартирного жилого дома.

Установка фокусирует световой поток на фотоэлектрическую панель. В дневное время положение установки автоматически регулируется под положение Солнца. Ночью батарея вырабатывает электроэнергию от света луны, звезд и уличного освещения.

Эффективность данной технологии в несколько раз выше КПД обычных солнечных батарей. Подобная установка призвана стать прекрасной альтернативой электричеству для частного дома.

Устройства для преобразования альтернативной электроэнергии

Эффективными устройствами для выработки альтернативной электроэнергии являются солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы.

Солнечные панели

Существуют два типа установок для преобразования солнечного излучения:

  1. Солнечные коллекторы.
  2. Солнечные батареи.

Коллекторы предназначены для нагрева воды. Солнечные батареи служат для выработки электричества.

Основой конструкции солнечных батарей являются фотоэлектрические преобразователи. Под действием солнечного излучения эти устройства вырабатывают электрический ток. В качестве материала для изготовления преобразователей используется кремний, кадмий, галлий, цезий.

Солнечные коллекторы состоят из радиатора и защитного материала. Поглощение солнечной энергии приводит к нагреву и отводу нагретой воды к потребителям.

Устройства для сбора и распределения солнечной энергии являются достойной альтернативой электричеству в небольшом частном доме.

Солнечные панели

Ветрогенераторы

С давних пор люди используют ветер в качестве бесплатного источника альтернативной энергии. Примером тому служат ветряные мельницы.

Конструкция ветрогенератора состоит из следующих элементов:

  • мачта (вышка);
  • генератор электроэнергии с лопастями;
  • аккумуляторная батарея;
  • система распределения тока.

Под действием ветра лопасти вращаются с различной скоростью. Движение лопастей приводят в движение ротор генератора. Под действием крутящего момента вырабатывается электрическая энергия.

Очередная порция электричества накапливается в аккумуляторной батарее. Система распределения переводит электричество потребителям.

Ветрогенераторы широко используются в качестве современных источников альтернативной электроэнергии.

Ветрогенераторы

Тепловые насосы

Установка извлекает из земли низкотемпературное тепло и преобразует его в высокотемпературную тепловую энергию.

Тепловой насос состоит из следующих элементов:

  1. замкнутый контур с газом (хладагентом);
  2. компрессор;
  3. расширительный клапан;
  4. теплообменники низкой и высокой температуры;
  5. источник низкотемпературного тепла;
  6. система распределения тепла к отопительным приборам.

Работа компрессора в замкнутом контуре происходит при движении газа. Расширительный клапан создает в замкнутом контуре область низкого и высокого давления. В области низкого давления газ сжимается и нагревается. В области высокого давления газ расширяется и охлаждается.

На выходе из компрессора газ имеет максимальную температуру. После расширительного клапана температура газа имеет минимальное значение.

Хладагент при движении по контуру проходит через теплообменник. Газ с высокой температурой отдает тепло внешнему потребителю. Газ с низкой температурой при прохождении через теплообменник поглощает тепло от внешнего источника.

В качестве низкотемпературного источника тепла служат геотермальные зонды. Отопительными приборами являются элементы внутридомовой системы отопления.

Тепловая энергия земли служит хорошей альтернативой электроэнергии для отопления дома.

Тепловые насосы

Сборка солнечных систем своими руками

Солнечные панели заводского изготовления имеют высокую стоимость. С учетом расходов на транспортировку и установку солнечных систем их стоимость возрастает в несколько раз. Поэтому целесообразно выполнять сборку солнечных панелей своими руками.

Изготовление солнечных панелей в домашних условиях проходит в несколько этапов:

  • Изготавливают каркас из алюминиевого или титанового профиля.
  • Устанавливают экранирующую подложку из прозрачного материала (стекло, плексиглас, поликарбонат).
  • Обезжиривают поверхность прозрачного экрана ацетоном или стеклоочистителем.
  • Раскладывают фотоэлементы на прозрачной поверхности.
  • Соединяют фотоэлементы в последовательную электрическую схему с выводом контактов наружу конструкции.
  • Закрепляют фотоэлементы между собой клейкой лентой (скотчем).
  • Соединяют контакты выводов в контур.
  • Устанавливают мягкую подложку из поролона в полиэтиленовой пленке.
  • Переворачивают конструкцию прозрачным экраном вверх.
  • Герметизирую стыки фотоэлементов жидким герметиком.
  • Устанавливают прозрачный экран.
  • После высыхания герметика удаляют подложку из поролона.

После завершения всех работ солнечную панель устанавливают в стационарное положение и подключают к системе энергоснабжения.

Заключение

Основным достоинством перечисленных альтернативных источников электроэнергии являются экологическая безопасность и низкая стоимость. Невысокая мощность и зависимость работы установок от конкретных условий местности делает их распространение довольно ограниченным.

Дальнейшие научные исследования и развитие инновационных технологий позволят расширить область применения новых разработок.