Альтернативная энергия своими руками: обзор лучших возобновляемых источников электричества

Сегодня всем известно, что запасы углеводородов на Земле имеют свой предел. С каждым годом все труднее становится добывать нефть и газ из недр. Кроме того, их сжигание наносит непоправимый ущерб экологии нашей планеты. Несмотря на то, что технологии производства возобновляемой энергии сегодня очень эффективны, государства не спешат отказываться от сжигания топлива. При этом, цены на энергоносители растут с каждым годом, заставляя простых граждан все больше и больше раскошеливаться.

В связи с этим, производство альтернативной энергии сегодня становится не просто чудачеством отдельных любителей, а занятием вполне утилитарным и даже необходимым в некоторых случаях. Сотни тысяч владельцев загородных домов, не только в мире, но в нашей стране, сегодня с удовольствием используют «зеленые» технологии производства электроэнергии. Как добывается альтернативная энергия своими руками: обзор лучших возобновляемых источников электричества можно увидеть далее.

Доступные для извлечения собственными руками источники возобновляемой энергии

Человек с давних времен использовал в своем быту приспособления и механизмы, которые были способны преобразовывать движение природных стихий в механическую энергию. Примером могут служить ветряные и водяные мельницы. С изобретением электричества стало возможным преобразование механической энергии в электрическую путем установки генератора на движущиеся части механизма. Со временем эти конструкции были усовершенствованы, и сегодня на гидроэлектростанциях и ветряных комплексах в мире вырабатывается большое количество электричества.

Кроме воды и ветра человечеству доступен солнечный свет, энергия земных недр, биологические топливо. В связи с этим в быту используются следующие устройства для выработки возобновляемой энергии:

  • Батареи для получения солнечной энергии.
  • Тепловые насосные станции.
  • Ветровые генераторы.
  • Установки на биогазовом топливе.

Промышленность хорошо чувствует пожелания людей и уже выпускает множество моделей каждого из этих устройств. Однако цены на них сегодня таковы, что о быстрой окупаемости не может быть и речи. В связи с этим умельцы из народа разработали множество схем и проектов, по которым можно изготовить такие агрегаты. Рассмотрим некоторые из них.

Солнечные батареи – подарок космических технологий

Солнечные батареи получили известность в начале космической эры. Они по сей день используются, как источники энергии для космических кораблей и межпланетных станций. Аппараты, бороздящие пески Марса, оборудованы этими нехитрыми приспособлениями. Само Солнце дает для них свою энергию. Принцип действия солнечных панелей основан на способности фотонов при прохождении через полупроводниковый слой создавать в нем разность потенциалов, которая, при замыкании в электрическую цепь, создает электрический ток.

Удивительно, но сделать самостоятельно солнечную батарею не так уж и трудно. Есть два способа ее создания. Первый способ простой, и с ним справится любой человек. Нужно просто приобрести готовые фотоэлементы на поликристаллах или монокристаллах, связать их в одну цепь и закрыть прозрачным корпусом. Эти кристаллы способны улавливать фотоны света Солнца и преобразовывать их в электричество. Они очень хрупкие, поэтому в процессе изготовления прибора, нужно соблюдать меры предосторожности. Каждый элемент промаркирован, поэтому его вольтамперные характеристики известны. Необходимо только собрать нужное количество элементов для сооружения батареи нужной мощности. Для этого:

  • Делают прозрачный каркас из пластика, оргстекла или поликарбоната.
  • Вырезают из фанеры или пластика корпус по размеру этого каркаса.
  • Все кристаллические элементы последовательно спаивают в схему. Только при последовательном соединении достигается увеличение напряжения в цепи. Оно просто суммируется со всех элементов.
  • Фотоэлементы помещают в каркас и аккуратно закрывают, не забыв вывести наружу провода.

При выборе фотоэлементов нужно учесть то, что монокристаллы более долговечны и эффективны (КПД 13%), а поликристаллы часто ломаются и менее эффективны (КПД 9%). При этом первым требуется постоянный открытый солнечный свет, а вторые довольствуются более пасмурной погодой. Устанавливают готовую панель чаще всего на крышу или на освещенную солнцем площадку. Угол наклона должен регулироваться, так как зимой лучше устанавливать панель вертикально во избежание засыпания снегом.

 

 Солнечная батарея, установленная на крыше здания.

Солнечная батарея, установленная на крыше здания.

Второй способ изготовления солнечных батарей на много сложнее. Здесь уже требуются некоторые электротехнические навыки. Вместо готовых элементов нужно сделать диодную цепь. Для этого необходимо приобрести или насобирать из старой техники диодов. Лучше всего для этой цели подойдут Д223Б. Они имеют высокое напряжение в 350мВ при прямых солнечных лучах. То есть для выработки 1В понадобится всего 3 таких диода. Напряжение в 12В способны создать 36 диодов. Количество значительное, но стоимость у них небольшая, около 130 рублей за сотню, поэтому основная проблема в длительности монтажа.

Диоды замачивают в ацетоне, после чего удаляют с них краску. Затем сверлят необходимое количество отверстий в пластиковой заготовке и вставляют в них диоды. Спайку производят последовательно по рядам. Готовую панель закрывают прозрачным материалом и помещают в кожух.

Схема изготовления солнечной батареи из диодов.

Схема изготовления солнечной батареи из диодов.

Как видим, воспользоваться дармовой энергией Солнца не так уж и сложно. Достаточно уделить немного сил и средств.

Тепловые насосы создают тепло из всего

Принцип их действия основан на циклах Карно. Говоря более простым языком, это большой холодильник, который при охлаждении окружающей среды, забирает у нее низкопотенциальную энергию и преобразовывает ее в тепло с высоким потенциалом. Окружающая среда может быть любой: земля, вода, воздух. В любое время года они содержат малую долю тепла. Устройство имеет достаточно сложное устройство и состоит из нескольких основных компонентов:

  • Наружный контур, заполненный природным теплоносителем.
  • Внутренний контур с водой.
  • Испаритель.
  • Компрессор.
  • Конденсатор.

В системе, как и в холодильнике применяют фреон. Наружный контур может быть помещен в водяную скважину или в открытый водоем. Иногда даже просто в землю закапывают этот контур, но это требует больших затрат.

Рассмотрим процесс самостоятельного изготовления теплового насоса. Первым делом необходимо раздобыть компрессор. Можно снять его с кондиционера. Достаточно будет мощности на нагрев 9,7кВт.

Компрессор от кондиционера с мощностью 9,7 кВт прекрасно подойдет для создания теплового насоса.

Компрессор от кондиционера с мощностью 9,7 кВт прекрасно подойдет для создания теплового насоса.

Вторая важная деталь – это конденсатор. Его можно сделать из обычного бака объемом 120 литров. Главное, чтобы он был не подвержен коррозии. Бак режут на две части и вставляют внутрь змеевик из меди. На выходы змеевика крепят двухдюймовые соединения для монтажа контура. Бак сваривают с помощью сварочного аппарата. Площадь змеевика нужно вычислить заранее по формуле: ПЗ = МТ/0,8РТ, где: ПЗ — площадь у змеевика; МТ — Мощность тепловой энергии, которую выдает система, кВт; 0,8 — коэффициент теплопроводности при протекании воды вокруг меди; РТ — разница между температурами воды на входе и на выходе в градусах Цельсия. Змеевик можно изготовить самостоятельно, путем наматывания трубы на любой цилиндр. Внутри него будет циркулировать фреон, а в баке вода из системы отопления. Она будет нагреваться при конденсации фреона.

 Змеевик для конденсатора теплового насоса.

Змеевик для конденсатора теплового насоса.

Для изготовления испарителя потребуется пластиковая тара, имеющая объем не менее 130 литров. Горловина этого бака должна быть широкой. В него тоже помещают змеевик, который будет соединен с предыдущим в единый контур через компрессор. Выход и вход испарителя делают с помощью обычной канализационной трубы. Через него будет протекать вода из водоема или скважины, которая обладает энергией, достаточной для испарения фреона.

Так выглядит испаритель теплового насоса

Так выглядит испаритель теплового насоса

Работает такая система следующим образом: испаритель помещается в водоем или скважину. Вода, огибая его, вызывает испарение хладагента, который поднимается по трубам из испарителя в конденсатор. Там он конденсируется, отдавая тепло окружающей змеевик воде. Эта вода циркулирует по трубам отопления с помощью центробежного насоса, обогревая помещение. Хладагент компрессором вновь отправляется в испаритель, и цикл повторяется вновь и вновь.

Схема работы теплового насоса «вода-вода».

Схема работы теплового насоса «вода-вода».

Рассмотренный нами агрегат способен обогреть помещение в 60 м2 в любое время года. При этом энергия берется из окружающей среды.

Потомки ветряных мельниц, вырабатывающие киловатты

В устройстве ветряков ничего сложного нет. Не зря наши предки использовали энергию ветра так обыденно. Принципиально ничего не изменилось. Просто вместо жернов мельницы был установлен привод на генератор, который преобразует вращательную энергию лопастей в электричество.

Так выглядят большинство современных ветрогенераторов.

Так выглядят большинство современных ветрогенераторов.

Для изготовления ветрогенератора понадобится: высокая башня, лопасти, генератор и накопительная батарея. Придумать надо и простейшую систему управления и распределения электричества. Рассмотрим один из способов сооружения ветряка самостоятельно.
Не будем фокусировать внимание на устройстве башни и лопастей, здесь нет ничего сложного для того, кто хоть что-то смыслит в механике. Остановимся на генераторе. Можно, конечно, приобрести готовый генератор с необходимыми параметрами, но наша задача создать ветряк самостоятельно. Если у вас есть двигатель от старой стиральной машины, и он работает, то дело решено. Нам нужно будет переделать его в генератор. Для этого приобретем неодимовые магниты.

Ротор генератора растачиваем на токарном станке, делая углубления для магнитов. В них на суперклей приклеиваем магниты. Заворачиваем ротор в бумагу, а расстояние между магнитами заливаем эпоксидной смолой. Когда она засохнет – убираем бумагу, а ротор шлифуем наждачкой. Внимание! Чтобы магниты не залипали, их нужно установить с небольшим наклоном. Теперь при вращении ротора, магниты будут образовывать разность потенциалов, которую снимают с помощью клемм.

Так приклеиваются магниты на ротор двигателя стиральной машины.

Так приклеиваются магниты на ротор двигателя стиральной машины.

Биогазовый генератор создаст энергию из отходов

Человек в процессе своей жизнедеятельности вырабатывает огромное количество органических отходов. Особенно это актуально возле крупных городов или животноводческих комплексов. Если эти отходы поместить в анаэробную среду, то начинается процесс их разложения с выделением смеси горючих газов: метана, сероводорода с примесями углекислоты. Все они, кроме последнего являются прекрасным топливом, хоть и обладают неприятным запахом.

Для того, чтобы сделать генератор для биотоплива, понадобится герметично закрытый бак. В нем смонтирован шнек, которым отходы будут периодически перемешиваться, патрубок, через который отработанные отходы будут выгружаться и горловина для их загрузки. Кроме того, в верхней части бака вваривают патрубок для отбора выделяемого биогаза и отвода его к потребителю.

Лучше всего эту конструкцию закопать в землю и сделать абсолютно герметичной. Это будет способствовать эффективному отбору газа без утечки. Так как емкость герметична, то расход газа должен быть постоянным, в противном случае, рекомендуется сделать предохранительный клапан, который будет открываться при превышении допустимой нормы давления. Переработанные отходы являются прекрасным удобрением для огорода.

Конструкция биогазового генератора.

Конструкция биогазового генератора.

Простейшая конструкция этой установки позволяет создавать ее практически из любых подручных материалов. Это очень широко распространено в Китае. Однако, стоит соблюдать меры безопасности, так как биогаз очень горюч и токсичен. Больше всего биогаза образуется из смеси животных отходов и силоса. В бак наливают теплую воду, которая запускает процесс разложения субстрата.
Обзор лучших возобновляемых источников электричества показал, что альтернативная энергия своими руками не такое уж и чудачество. Ее можно получить буквально из ничего и в достаточных количествах для потребления домохозяйства.