Альтернативная энергия для дома

123rf.com / abidal

Об альтернативной энергии написано очень много. Однако о реальных перспективах ее применения говорится не часто. Попробуем выяснить, можно ли ожидать от возобновляемых ресурсов значительной экономии.

Альтернативная энергия: мифы и реальность

Часто можно услышать фразы вроде: "Зачем мне солнечная батарея, если у нас от силы 90 солнечных дней в году?" или "Какой смысл ставить ветрогенератор, если в нашей местности слабые ветры?".  Эти утверждения не лишены оснований.

Например, в странах Средиземноморья, в частности Испании и Италии, с 2007 года застройщики обязаны устанавливать на крышах солнечные водонагреватели. Они позволяют обеспечить до 70% нужд потребителей в горячей воде, в зависимости от области и уровня расхода воды. В Израиле с 1976 года по закону многоквартирные жилые дома обязаны комплектоваться солнечными водонагревателями, поэтому свыше 85% квартир жилого фонда пользуются энергией солнца.

Однако лидером в использовании солнечной энергии остается Китай. Напомним, страна лежит в целой группе климатических поясов − от субтропического до умеренно холодного и при этом умеет экономить.

С ветрогенераторами тоже не все просто. Установить на даче стометровую мачту ветряка вы, разумеется, не сможете. А если домик с трех сторон окружен лесом, то с понятием "ветер" вы, можно сказать, не знакомы. В то же время в Дании 40% всей электроэнергии получают за счет ветряных электростанций.

Таким образом, когда речь заходит об альтернативных источниках энергии, не нужно разом отбрасывать все из них или устанавливать солнечные батареи и "ветряки" где ни попадя. Речь всегда шла (и идет) о дополнении к основным коммуникациям и пусть небольшой, но экономии. Изучите климатические особенности вашей местности, возможно, кое-какими альтернативными источниками можно воспользоваться.

Солнечная энергия

Энергией солнца мы привыкли пользоваться, сами того не замечая. В зависимости от частоты применения, использование солнечной энергии делится на пассивное и активное.

В пассивной гелиосистеме солнечный свет попадает на объекты и приборы в "свободном режиме", возможность подстроиться под его направление и интенсивность отсутствует. Поэтому нет гарантии равномерного теплоснабжения и 100%-ного использования энергии. Зато этот способ не требует особых финансовых затрат. К пассивным гелиосистемам относятся парники, теплицы, остекленные лоджии, оранжереи и выкрашенные в темные цвета (для максимального поглощения солнечных лучей) емкости-резервуары для хранения воды летом.   

Активная гелиосистема подразумевает применение специальных устройств. "Продвинутой" версией поглотителя света является солнечный коллектор, или гелиоприемник. Эта установка собирает тепловую энергию солнца, которая переносится видимым светом в инфракрасном диапазоне. После этого тепло передается системам водоснабжения и отопления. В равной степени солнечный коллектор может использоваться и для снабжения дома электричеством.

В отличие от коллектора, солнечная батарея способна вырабатывать только электричество. В насыщенные солнечным светом дни она выдает максимум своих возможностей, а в пасмурные часы и зимой – не более трети.

Дачный сезон как раз совпадает с максимальной солнечной активностью. Периоды с мая по сентябрь наиболее насыщены солнечным светом. Поэтому не совсем рациональны вопросы о том, "что делать зимой, когда солнца нет?". Ведь вас в это время на даче тоже, как правило, нет.

Отсюда вывод: чем южнее регион вашего проживания, тем больше смысла в установке солнечной батареи.

Устанавливать солнечную батарею лучше всего на южной стороне крыши. Рассчитать, сколько установок и какая мощность нужно именно вам, должны специалисты. Они исходят из климатических особенностей, количества электроприборов и интенсивности их использования.

Теперь о практическом применении. На большей части территории России, например, в теплый период (с апреля по конец сентября) среднедневная сумма солнечного излучения равняется 4-5 кВтч/кв.м. На юге Испании она достигает 6 кВтч/кв.м., а на юге Германии – около 5 кВтч/кв.м. Такая интенсивность солнечного света позволяет нагревать до 100 л воды практически каждые сутки при помощи коллектора площадью 2 кв.м. Что интересно, регионами-лидерами по поступлению солнечной радиации считаются Приморье, Забайкалье и Юг Сибири, а только затем идет южная полоса европейской части России. Значительная часть Сибири, как оказалось, также не обделена солнечным излучением.

Для всесезонного применения нужно подбирать коллекторные установки с обширной рабочей поверхностью, двумя контурами с антифризом и оснащенные дополнительными теплообменниками. Идеальным вариантом является вакуумированный коллектор − в нем выше разница температур между воздухом снаружи и нагреваемым теплоносителем.  

Ветрогенераторы

История развития ветрогенераторов на просторах бывшего СССР весьма трагична. Учитывая обширные районы, в которых почти постоянно дуют ветры, активные попытки обуздать энергию ветра предпринимались еще в начале 20 века. Но, к сожалению, к концу 60-х гг. производство "ветряков" и строительство ВЭС было прекращено.

Еще совсем недавно (с 1988 по 1992 гг.) производилась "домашняя" версия ветромеханического водоподъемного агрегата (ветряного насоса) АВВП-1,2 "Ромашка". Он предназначался для забора жидкости из любых водоемов на глубине до 8 м и использовался как в домашних, так и в коллективных хозяйствах. Это был простой, дешевый и удобный автоматический прибор.

Теперь ветроэнергоустановки используются индивидуальными пользователями для получения электроэнергии. Вырабатываемой "ветряком" мощности в 50 кВт вполне хватает для обслуживания небольшого коттеджа.

Система призвана накапливать электричество. Чем чаще и сильнее дует ветер, тем быстрее заряжаются аккумуляторы и энергией можно пользоваться. Бытовые ветрогенераторы в областях с умеренным преобладанием ветров вполне способны дополнительно обеспечивать здание светом.

Основой ветрогенератора выступает ветроколесо. Под действием силы ветра оно вращается, создавая крутящий момент и передавая его через механизм передач на водяной насос или вал электрогенератора. Ветрогенераторы обычно крепят на высоких мачтах не для того "чтобы все видели", а потому что интенсивность и скорость ветра над поверхностью земли выше, чем на "нулевой отметке".

Ветрогенераторы для дома бывают трех видов:

• Карусельного типа (роторные) – оснащены ветроколесом (ротором), которое движется в направлении ветра. Ось вращения – вертикальная. Коэффициент полезного действия не выше 20%.

• Крыльчатые ветрогенераторы – имеют вид классического пропеллера с числом лопастей от 2 до 24. Чем меньше лопастей, тем выше должна быть скорость ветра "для раскрутки". Ветряк с числом лопастей до 4 называется малолопастным, если лопастей более 4 – многолопастными. Ось вращения параллельна ветру, КПД довольно высок – 40-50%.

• Барабанные ветрогенераторы – похожи на роторные ветряки, только лопасти расположены в горизонтальной проекции. Ось вращения находится под углом 90 градусов к направлению ветра, что, как следствие, формирует низкий КПД – до 10%.

Итак, в отличие от солнечных коллекторов и батарей, ветрогенераторы лучше устанавливать в северных районах с сильными, частыми и порывистыми ветрами. Чаще всего они дуют вблизи водоемов, в горах и на открытых участках в соответствующей области.

Тепловая энергия земли

Тепло можно брать отовсюду – из грунта, воздуха, подземных источников и поверхностных вод. Для сбора низкотемпературного тепла, повышения его качеств и передачи потребителю применяются тепловые насосы. Использовать "тепло земли" можно для горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования.

Известно несколько видов тепловых насосов:

• Грунтовые – они собирают тепло при помощи закопанного ниже уровня промерзания земли горизонтального коллектора или проложенного в вертикальной скважине теплового зонда. Мощные и дорогие установки способны обеспечить потребителя теплом зимой, но использовать их лучше только в качестве аварийного варианта.
• Водяные – по тому же принципу отбирают тепло у грунтовых вод или иных водоемов. Температура там обычно не опускается ниже 6°С. Водяные тепловые насосы сложны в монтаже, поскольку нужно бурить скважину и проводить регулярную очистку насоса.
• Воздушные – обычно используются в теплых широтах, вбирая в себя тепло из окружающего воздуха.

Тепловой насос – довольно сложный прибор, который в условиях крайне низких температур практически не применим.

Энергия воды

При упоминании этого источника альтернативной энергии в памяти всплывают огромные гидроэлектростанции и средневековые мануфактуры с колесами, по которым стекает вода. В основном энергия воды используется именно в таких, "промышленных" масштабах.

Впрочем, если у вас есть регулярный доступ к воде, можно попробовать изготовить что-нибудь наподобие мини-ГЭС. Использовать водяное колесо, пропеллер или ротор Дарье. Для этого не обязательно жить возле водопада или бурной горной реки. Достаточно лишь грамотно установить конструкции в местах, где есть движение воды и наличия течения. Если скорость водного потока менее 1 м/с, монтировать подобные станции нет смысла.

Напоследок упомянем такой оригинальный источник энергии, как биомасса. Она представляет собой сухие остатки растений, продуктов жизнедеятельности и занимает шестое место по распространенности. Ежегодно на Земле образуется около 170 млрд тонн первичной биомассы, которая постепенно разрушается, не находя применения в хозяйстве. В основном она служит для выработки тепла и электричества, используется при приготовлении биотоплива (биодизеля). В других случаях из нее получают биогаз, который преобразуется в тепловую и электрическую энергию.

Таким образом, альтернативные источники энергии пока претендуют лишь на частичную замену основных ресурсов. Они направлены на экономию и непредвиденные обстоятельства. А еще предполагают безвозмездное использование тех благ, которые нам подарила сама природа.