Для превратив ветровую силу в источник альтернативного отопления необходим ветрогенератор. В зависимости от оси вращения они бывают вертикальными и горизонтальными. Многие производители предлагают разнообразные модели своим пользователям.
Альтернативные источники отопления загородного дома: сравнительный обзор эко-систем
Одной из значительных статей расходов для большинства домохозяйств является оплата коммунальных услуг за отопление или покупка топлива для обогрева объектов недвижимости. Каждый разумный владелец, несомненно, задумывается о способах существенного снижения этих затрат. На самом деле, сократить такие затраты можно до минимальных значений, воспользовавшись альтернативными источниками энергии. Необходимо глубже понять, что они из себя представляют и как их можно использовать на практике. Это действительно стоит изучить.
В нашей статье вы сможете узнать всю необходимую информацию о том, как организовать альтернативное отопление в частном доме. Мы поможем вам без труда выбрать наиболее подходящий для вас вариант. Подробное описание принципов работы различных систем зеленой энергетики даст возможность принятия осознанного решения о том, какую технологию лучше всего использовать для получения тепла.
В статье представлены различные виды источников бесплатной энергии, а также методы генерации тепла для повседневного использования. Мы предлагаем полезные фото-подборки, схемы и видео-инструкции, которые значительно облегчат работу независимым мастерам и заботливым владельцам загородной недвижимости.
Плюсы и минусы альтернативной энергетики
Из традиционных источников тепла, которые на протяжении многих лет использовались для отопления, вполне возможно отказаться. Это может показаться удивительным, но это реалистичная цель. Множество критиков утверждают, что невозможно заменить традиционные природные ресурсы на экологически чистые аналоги.
Как альтернативы акцентируются солнечная энергия, сила ветра, тепло, заключенное в недрах земли, а также отходы, возникающие в результате производственной и жизненной деятельности человека. Эти альтернативы актуальны в условиях современного мира, с учетом высокой степени загрязнения окружающей среды.
Альтернативные источники энергии могут обеспечить загородный дом как электричеством, так и тепловой энергией. Еще одним значительным преимуществом является значительная экономия затрат при использовании безвозобновляемых экологических ресурсов. На первый взгляд может показаться, что такие технологии потребуют больших вложений и, скорее всего, не окупятся.
Подробно проанализировав характер каждого из методов, можно успешно убедиться, что экологические проекты окупаются в течение 4-7 лет, а после этого остаются лишь текущие расходы на поддержание используемого оборудования в исправном состоянии.
Возможность полной замены традиционного топлива на альтернативные источники была доказана не одним контрпримером. Владельцы домов в разных странах мира успешно используют экологические варианты для отопления. В нашей стране пока только единицы готовы кардинально сменить привычное топливо, которое с каждым годом дорожает.
Воздух, который считается одним из наиболее востребованных источников альтернативной энергии, интересует благодаря своим неисчерпаемым запасам. Колоссальное количество энергии можно извлечь из недр земли, разместив приемную часть теплового насоса в грунте. Безграничные запасы зеленой энергии присутствуют в подземных водах, для использования которых бурят специальные скважины, а также в открытых водоемах.
В отличие от тепловых насосов, ветрогенераторы производят электроэнергию, используя силу ветра, а не перерабатывают тепловые ресурсы в тепловую энергию. Установки, которые перерабатывают навоз и бытовые отходы в биогаз, могут не только решить проблему утилизации, но и предоставить бесплатное топливо в газообразной форме. Небольшая электростанция, состоящая из солнечных панелей, станет источником энергии для бытовой техники и зарядки мобильных устройств. Солнечные коллекторы, в которых в качестве теплоносителя используется вода, воздух или антифриз, обеспечат отопительные системы загородных домов.
Оборудование, производящее альтернативную энергию, чаще всего функционирует в комплексе или служит дополнением к традиционным источникам электроэнергии и тепла. Основная проблема при использовании экологического топлива заключается в значительных капитальных вложениях на начальном этапе. Во-первых, нужно детально просчитать требуемый объем энергии для конкретного дома или коттеджа. Во-вторых, выяснить, какой из видов экологических ресурсов наиболее выгоден для использования в данной местности.
Затем необходимо составить план размещения оборудования, которое будет генерировать энергию, закупить необходимые материалы и провести установку. Если все эти вопросы будут решать профессионалы, то итоговая стоимость экологического отопления станет достаточно высокой. Чтобы сократить затраты, многие выбирают осуществить проект своими усилиями.
Для этого необходимо настолько глубоко погрузиться в изучение альтернативных источников энергии, чтобы избежать необходимости привлечения сторонних специалистов. В этом случае стоимость проекта значительно снизится и станет в несколько раз более доступной.
Именно этот путь выбирают многие владельцы частных домов. Их опыт демонстрирует, что достичь энергонезависимости вполне возможно. Полная или частичная замена традиционного топлива является реальной, и что зависит это от размера домовладения, начальных финансовых вложений и выбранного способа отопления.
Солнечная энергия
Использование солнечной энергии осуществляется с помощью солнечных батарей и коллекторов. Для загородных домов применяются фотоэлектрические солнечные батареи:
- монокристаллические — более дорогие, но с высоким КПД (от 13% до 25%) особенно в ясные дни;
- поликристаллические — более доступные, с КПД в пределах 9%-15%, но при этом эффективны и в облачную погоду.
Фото: creativeart — ru.freepik.com
Солнечные коллекторы могут нагревать воздух или воду, которую затем можно использовать для бытовых нужд или системы отопления. Они подразделяются на следующие типы:
- плоские — состоят из двух панелей с медным трубопроводом-змеевиком между ними; наиболее эффективно работают под ярким солнцем;
- трубчатые — вакуумные трубки, соединенные с накопительным резервуаром, которые способны сохранять до 95% улавливаемой энергии и хорошо функционируют даже при пасмурной погоде;
- воздушные — требуют достаточно большой площади, могут занимать всю стену и состоят из плоских панелей; их основная задача — нагрев воздуха для отопления.
Выработка солнечной энергии напрямую зависит от местоположения вашего коттеджа, времени года и погодных условий. Рекомендуется предусмотреть комбинированные системы энергосбережения, способные подключать другие источники тепла и электричества.
Ветрогенераторы
Ветрогенераторы представляют собой электромеханические устройства альтернативной энергетики, визуально напоминающие ветряные мельницы. Вращение лопастей на мачте приводит в движение вал генератора, производя электрическую энергию, которая затем аккумулируется в специальных аккумуляторных батареях с системами распределения тока.
Фото: wirestock — ru.freepik.com
- малолопастные — обеспечивают высокую эффективность при скорости ветра от 5.5 м/с;
- многолопастные — начинают работать при скорости ветра от 2 м/с, но обладают более низким КПД;
- роторные — в которых лопасти вращаются по кругу, эффективно работают при постоянном ветре, достигая КПД от 18%.
Солнечные батареи
На сегодняшний день имеются два распространенных типа солнечных батарей: кремниевые и пленочные. Каждый из них делится на подтипы:
- кремниевые монокристаллические. Каждый отдельный модуль изготавливается из цельного кристалла кремния, что обеспечивает высокий КПД (до 22-24%), но также и высокую стоимость;
- кремниевые поликристаллические. Пластина отдельного модуля состоит из нескольких кристаллов кремния, что делает устройство более доступным примерно вдвое; КПД составляет 13-15%.
- кремниевые аморфные. По цене они примерно на 20% дешевле поликристаллических, их КПД составляет около 6-8%;
- пленочные, основанные на теллуриде кадмия, селениде меди, полимерных материалах и других; эти технологии довольно новые и не получили широкого распространения, но рассматриваются многими специалистами как многообещающие; КПД и цена у них выше аморфных на 20%.
Наиболее распространенными на сегодняшний день являются поликристаллические и аморфные панели. Эти разновидности проще в производстве и дешевле по сравнению с монокристаллическими, а также трудно требуют прямого солнечного света для генерации. Они более эффективно производят электричество даже при рассеянном свете, что делает их более подходящими для средней климатической зоны России, где много облачных дней. В то время как более ясные регионы, такие как Крым или Центральная Азия, выгоднее использовать монокристаллические и поликристаллические батареи.
Ветрогенераторы
Ветрогенератор преобразует ветер в электроэнергию. Современные модели способны выполнять свои функции при минимальных ветрах (2-3 м/с), хотя для их оптимальной работы требуется скорость ветра зачастую выше, составляющая 10-12 м/с. Например, при скорости ветра 3 м/с такой ветрогенератор будет вырабатывать порядка 5% своей возможной мощностью, а при 7 м/с — около 50%. При выборе модели генератора крайне важно учитывать среднегодовую скорость ветра в вашей области, этот показатель обычно указывается в описаниях к устройствам.
С аморфными модулями. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru
При выборе ветрогенератора также следует учитывать объем ежемесячной выработки электричества. Вам необходимо рассчитать количество необходимой электроэнергии. Например, если вы намерены ограничиться аварийным освещением и подключением циркуляционного насоса, а также возможностью заряжать смартфон или ноутбук, вам потребуется выходная мощность до 150-200 Вт, что соответствует около 50-100 кВт·ч в месяц. Модели малой мощности могут обеспечить такую выработку и стоят примерно 20-30 тысяч рублей. Если же нужный объем энергии больше, необходимо рассмотреть более мощные модели ветрогенераторов, которые могут обеспечить месячную выработку несколько сотен киловатт-часов, однако стоимость таких устройств будет выше — в диапазоне 100-150 тысяч рублей.
Для обеспечения комплексного решения можно рассмотреть совмещение солнечных батарей и мощных ветрогенераторов, которые могут функционировать и при меняющейся скорости ветра, что увеличит эффективность работы всей системы. Фото: ShutterStock/Fotodom.ru
Аналогично, расчет для солнечных батарей осуществляется по необходимому количеству электроэнергии, и на базе этих расчетов подбираются модули, которые гарантированно обеспечат все ваши потребности. Этот процесс немного сложнее, поскольку величина ежемесячной выработки электричества колеблется в зависимости от времени года. Летом она достигает максимума, тогда как зимой порой не превышает 10-20% от летнего значения. Чем точнее вы решите, хотели бы вы использовать их только в теплые месяцы (например, дачный сезон) или на протяжении всего года, тем более эффективно сможете организовать систему. Также эффективность выработки энергии значительно зависит от расположения солнечных панелей. Если их не удастся установить под нужным углом или в правильном направлении, это может привести к снижению эффективности на 20-30% или больше. Поэтому очень важно, чтобы расчеты необходимой производительности солнечных батарей с учетом их места установки делал квалифицированный специалист.
Какой из альтернативных источников наиболее подходит для России?
В связи с большой территорией и многообразием климатических зон, в России есть места, где использование ветряной и солнечной энергетики более чем уместно. Прежде всего, это касается удаленных областей, куда невозможно провести традиционное электричество. В любом случае, на текущий момент альтернативная энергия остается более локальным решением, чем глобальным для Российской Федерации.
Массовое использование данных технологий в России является экономически нецелесообразным, тем более что страна занимает ведущие позиции в атомной энергетике и является крупным производителем газа. Фактически, газ является более экологически чистым топливом по сравнению с мазутом или углем.
Эколог подчеркнул, что в России достаточно доступные источники энергии, которые также активно экспортируются за границу. Поэтому в условиях текущих технологий разумно заменять мегаваттные атомные станции на ветряки или солнечные панели нецелесообразно, и из этого нет серьезного экологического эффекта.
Атомная энергетика также рассматривается как «зеленая» в соответствии с последними европейскими стандартами. По сути, можно утверждать, что атомные электростанции — это одни из самых чистых и экологически безопасных источников электричества, — отметил Георгий Каваносян.
Эксперт утверждает, что использование зеленой энергетики в России возможно, но традиционные способы производства электричества будут сменяться ею еще очень долго. В 2021 году президент Владимир Путин поставил задачу выйти на ноль по выбросам углекислых газов к 2060 году, что подразумевает поэтапный переход России к углеродной нейтральности.
Зачем нужны альтернативные источники энергии?
Основная цель, к которой стремится человечество, развивая альтернативные технологии в энергетике, заключается в сокращении потребления исчерпаемых ресурсов. Дело в том, что нефть, уголь и другие полезные ископаемые имеют ограниченные запасы, и их неосторожное использование может привести к исчерпанию всех природных ресурсов и, в конечном счете, к отсутствию электричества.
Однако этот вопрос следует рассматривать шире — человечество должно работать над уменьшением антропогенной нагрузки на климат, подчеркивает эколог.
История Земли знает по меньшей мере пять массовых вымираний почти всех живых организмов в результате климатических изменений.
По словам эксперта, климат на планете всегда подвергался изменениям, с чередованием ледниковых периодов и периодов межледниковья. В данный момент находимся в межледниковом периоде. Параллельно с тем, что планета постоянно нагревается по естественным причинам, также разнообразные транспортные средства и технологии искусственно способствуют повышению температуры, выбрасывая множество углекислого газа, метана и других парниковых газов, изменяющих атмосферный состав и, как следствие, увеличивающих общую температуру на Земле.
Эти процессы неизбежно приводят к серьезнейшим экологическим последствиям, в том числе разрушениям инфраструктуры и экономическим системам целых стран. К примеру, это может привести к опустыниванию.
Прогнозы указывают на то, что к 2050 году 85% Испании может оказаться в состоянии пустыни. В то же время температура растет в холодных регионах, что, например, позволяет выращивать виноград в Норвегии. Глобальное потепление также ведет к таянию ледников, что нарушает доступность водных ресурсов и может вызвать массовую миграцию жителей Индии и Пакистана в Европу и Россию, которая считается более благополучной с точки зрения климата, — добавил Каваносян.
В результате части нашей планеты могут стать непригодными для жизни. Это приведёт к дефициту чистой питьевой воды, а также некоторые города и даже страны могут быть подвержены затоплению.
Альтернативные источники энергии для частного дома: это не только солнечные батареи
В последнее время тема зеленой энергетики занимает важное место в общественном сознании. В западных странах много внимания уделяется переходу на генерацию электроэнергии исключительно из возобновляемых ресурсов, которые, с точки зрения человечества, являются неисчерпаемыми. Смогут ли они осуществить эту задачу и в какие сроки — это отдельный вопрос. Однако их настойчивость в этом деле иногда переходит в чрезмерность, что ставит под сомнение логику и здравый смысл. Тем не менее, это их выбор и их путь.
Обычный рядовой гражданин нашей страны, когда речь заходит о зеленой энергии для загородного дома, зачастую визуализирует солнечные батареи, покрывающие всю крышу здания. Да, этот вариант является самым распространенным и реальным способом обеспечить дом (полностью или частично) электроэнергией из безвозмездного и неисчерпаемого источника. Однако для конвертации солнечной энергии в электрическую необходимо закупить и установить достаточно дорогое оборудование. При этом стабильность в получении нужного объема электроэнергии остается под вопросом. Производительность электричества будет зависеть от многих факторов, включая географическое положение, погоду, время года и так далее.
Однако солнечный свет — это не единственный возобновляемый источник энергии, который доступен для частного дома!
Энергия ветра
Многие видели фото огромных полей с гигантскими ветрогенераторами, длина лопастей которых достигает более 50 метров. Ветер приводит в движение лопасти ветрогенератора, что приводит к вращению турбины, далее происходит выработка электричества. Объем полученной электроэнергии зависит от скорости (силы) ветра воздействующего на лопасти. Однако это относится к промышленным масштабам. Что касается выработки электроэнергии в частном доме при помощи ветряков (ветрогенераторов, ветроустановок), то существуют мини-подобные установки, которые могут успешно решать задачи по обеспечению электричеством для бытовых нужд. Мини-вентиляторы будут эффективно работать в горных и степных местностях, а также на прибрежных территориях. Например, при высоте мачты 5 метров и длине лопасти в 1 метр (для четырехлопастных установок) при скорости ветра 12-15 м/с такая установка способна генерировать мощность до 1 кВт. Однако для начала работы ветряки требуют скорость ветра не менее 3-4 м/с. При этом на минимальной скорости они, конечно же, не достигают номинальной мощности, заявленной производителем. Поэтому расчет годовой выработки энергии ветрогенератором определяется в зависимости от среднегодовой скорости ветра в месте его установки. Теоретически установка четырех таких ветряков может полностью обеспечить потребность в электричестве среднестатистического частного дома. Но, как можно понять, наличие ветра и его сила — факторы непредсказуемые. Соответственно, даже с учетом накопления излишков электроэнергии в периоды максимальной работы ветрогенераторов, обеспечить надежное и стабильное снабжение электричеством частного дома исключительно за счет ветряков довольно сложно.
