Запасы полезных ископаемых на земле – угля, нефти, газа, торфа и других видов топливных ресурсов имеют свои границы. Они постепенно истощаются, что оборачивается новым витком цен на энергоносители.
Разумеется, было бы отлично, если бы человечество изобрело альтернативные способы получения электрической и тепловой энергии, причем с самовостанавливающихся источников.
Подобная добыча топлива позволило бы частным подворьям, сельскохозяйственным фермам, да и многоквартирным домам не ждать милости у энергетических компаний, а иметь в распоряжении свои энергетические ресурсы.
Однако подобные технологии уже существуют и постоянно совершенствуются. Имеются даже такие установки, которые домашние умельцы собирают самостоятельно.
Материал рассматривает некоторые виды агрегатов – тепловые котлы, ветроэлектрогенераторы, солнечные панели. Приводятся также рекомендации по сборке экологически чистых механизмов для вырабатывания энергии.
Не исключается, что домашние мастера также изъявят желание поучаствовать в инновационных разработках зеленых технологий и организовать у себя во дворе настоящую электростанцию.
Доступные ресурсы возобновляемой энергии
Экологически чистые технологии получения энергии помогут существенно сократить финансовые расходы за счет применения практически бесплатных ресурсов.
Начиная с незапамятных времен человечество использовало в личном или общественном обиходе агрегаты, которые превращали различные силы окружающей среды в механический источник энергии. Таковыми образцами представляются водяные и ветряные мельницы.
Появившееся же электричество предоставило заботу генератору трансформировать механические колебания в электрические. Сейчас гидроэлектростанции и большие ветряные генераторы вырабатывают почти половину электричества на земле.
Однако кроме приведенных источников, существуют еще и такие – топливо биологического характера, геотермальная энергетика, солнечный свет, сила гейзеров, огнедышащих вулканов, морских отливов и приливных течений.
В бытовых условиях для вырабатывания возобновляемой энергии активно применяются следующие агрегаты:
- солнечные панели;
- ветроэлектрогенераторы;
- тепловые котлы.
Однако на использование бесплатного сырья соглашаются далеко не все потенциальные пользователи. Высокая стоимость агрегатов, не меньшая цена монтажных работ удерживает многих от обустройства у себя во дворе электростанции.
По примерным расчетам, окупаемость установки может наступить эдак через пару десятков лет. С другой стороны, это не означает, что идею нужно зарубить на корню.
Устройства для трансформации механической энергии в электрическую можно изготовить самостоятельно.
Солнечные батареи самостоятельного выполнения
Солнечные батареи промышленного производства назвать доступными каждому желающему нельзя. Высокая цена, немалые финансовые затраты при монтаже, делают домашнюю электростанцию лишь объектом мечтаний.
Если домашнему умельцу приступить к изготовлению агрегата самостоятельно, расходы можно будет уменьшить в несколько раз. Однако, прежде чем приступить к самостоятельному исполнению, следует разобраться в принципах функционирования такой системы.
Принцип работы модуля солнечного энергоснабжения
Досконально разобравшись и поняв принцип работы каждой отдельной детали, можно будет представить работу системы в целом и приступить к ее изготовлению.
Основными звеньями практически любой конструкции солнечного электроснабжения представляются следующие компоненты:
- Солнечной панелью представляется комплекс, объединенных в целостную систему единиц, способствующих трансформированию солнечных лучей в поток электрических частиц.
- Батареи аккумуляторного типа предназначены для накопления полученной электрической энергии. Пользователю не придется рассчитывать на приобретение одного гальванического элемента. Порой приходится устанавливать до десятка модулей электрохимической цепи. Их число определяется мощностью подключенных к ним агрегатов. Число батарей можно увеличивать постепенно, одновременно с увеличением и количества солнечных агрегатов.
- Контроллер заряда – электронная схема, представляется связующим элементом между установленной панелью и аккумулирующим устройством. Прибор обеспечивает нормальную зарядку гальванического аппарата и не позволяет повторно его перезарядить либо допустить глубокой разрядки.
- Инвертор способствует трансформации тока. Аккумуляторы подают ток низкого напряжения. Электротехнический прибор трансформирует электрические частицы в ток высокого напряжения, называемый выходной мощностью. Для домашнего пользования хватит инвертора с подачей мощности до 5 kW.
Основной нюанс солнечных панелей обусловливается тем фактом, что устройства не обладают способностью генерировать ток требуемого высокого напряжения. Например, отдельная ячейка системы способна произвести ток напряжением не более 0,50 V.
Одна же солнечная батарея может выработать ток с напряжением не более 21 V, что может хватить только для подзарядки автомобильного аккумулятора. Некоторые элементы, например, инвертор и аккумуляторы, контроллер заряда батарей желательно приобрести в торговой сети.
Солнечные панели при желании можно соорудить самостоятельно. Качественно исполненный контроллер, правильное подключение системы поможет продлить функциональность не только аккумуляторов, но и самой солнечной электростанции.
Выполнение солнечной батареи
Чтобы изготовить самостоятельно солнечную батарею, необходимо купить в торговой сети солнечные фотоэлементы – электровакуумные устройства. Последние бывают монокристаллическими и поликристаллическими.
Во время их приобретения нужно учесть, что элементы с поликристаллами служат значительно меньше по сравнению с монокристаллами, причем КПД первых зачастую ограничивается лишь 12%, у вторых этот показатель вдвое выше – 25%.
Рекомендуется для изготовления одной солнечной панели приобрести не менее 40 монокристаллических электровакуумных деталей. Солнечная батарея собирается из отдельных модулей.
Каждый из них состоит из 30-72 элементов, которые соединены между собой последовательно, а затем подключены к источнику питания и обладают напряжением не более 50 В.
Сборка остова солнечной панели
Выполнить корпуса панели можно из таких материалов:
- деревянный брус;
- фанера;
- органическое стекло – полиметилметакрилат;
- древесноволокнистая плита.
Из листа фанеры следует вырезать дно корпуса, затем вставить в изготовленную рамку, выполненную из деревянного бруса толщиной не менее 2,5 см. Габариты днища, определяются числом электровакуумных элементов, их размером.
Весь периметр рамки несет на себе просверленные отверстия с шагом не более 20 см и диаметром до 10 мм. Проемы не позволят перегреться элементам батарей при работе, что обеспечит стабильное функционирование всей системе.
Соединение конструктов солнечной панели
Исходя из размеров остова, нужно вырезать из древесноволокнистой плиты подложку для установки солнечных элементов. Необходимо также предусмотреть обязательные отверстия, обустроенные квадратно-гнездовым методом через каждые 50 мм.
Выполненный корпус следует дважды покрасить с последующей сушкой. Электровакуумные устройства выкладываются в перевернутом положении на подложку из плиты и выполняют пайку.
Если приобретенные изделия уже имели припаянные проводники, работа домашнему мастеру значительно упрощается. Соединение электровакуумных устройств выполняется последовательно.
Вначале они соединяются рядами, затем последние объединяются в комплекс посредством прикрепления к электротехническим шинам. Завершив операцию, устройства переворачиваются и укладываются на свои места с дальнейшим фиксированием с помощью полиорганосиликона либо скотча.
После закрепления элементов проверяется показатель выходного напряжения. Таковой должен находиться на отметке примерно 20 V.
Затем в течение следующих нескольких дней необходимо сделать пробные запуски для проверки способности зарядки гальванических устройств. Лишь после готовности агрегата к работе можно провести герметизацию швов.
Сборка модуля электроснабжения
Удостоверившись в безотказном функционировании аппарата, рекомендуется приступить к сборке всей системы электрического снабжения. Входные, выходные контактные проводники выводятся наружу, чтобы подключить аппарат.
Из полиметилметакрилата вырезается крышка и крепится шурупами к бортикам остова, где уже предварительно сделаны отверстия.
Заменить солнечные элементы для выполнения батареи можно диодным мостом, используя для этого двухэлектродные импульсные электронные компоненты Д-22-Б, относящиеся к диодам малой мощности.
При выполнении панели из 36 двухэлектродных устройств, соединенных последовательно, первая должна выдать напряжение не менее 12V. Полупроводниковые приборы необходимо предварительно поместить в емкость с ацетоном. Это поможет удалить краску.
Пластиковая панель также подвергается обработке, в ней выполняются отверстия, куда монтируются импульсные компоненты с последующей пайкой. Готовую панель устанавливают в прозрачную коробку и герметизируют швы.
Основные правила монтажа солнечных панелей
Правильность установки солнечных батарей гарантирует эффективную работу всей энергосистемы. Устанавливая батареи необходимо принимать во внимание следующие факторы:
- Затенение панели. При нахождении солнечных батарей в тени высотных зданий или крон деревьев, функционал не гарантирует правильную работу системы. Кроме того, нахождение в подобных обстоятельствах может негативно отразиться на агрегате.
- Ориентация модулей. Солнечные лучи должны предельно попадать на электровакуумные устройства. Исходя из требования, панель следует направлять перпендикулярно солнцу. При монтаже электрической станции, например, в северном полушарии, устройства ориентируются строго на юг, более южных широтах – север.
- Угол наклона вычисляется географическим положением нахождения системы. Специалисты по солнечной энергетике советуют устанавливать батареи под углом, который равняется географической широте.
- Открытость элементов. Пользователь должен постоянно заботиться за доступностью лучей к лицевой стороне панели. Рекомендуется периодически удалять с зеркала пыль и грязевые частицы. В зимний период очищать от налипшего снега, льда.
При эксплуатации солнечного модуля, угол наклона зеркала панели должен постоянно изменяться. Эффективную работу агрегата можно ожидать только при прямой фокусировке солнечных лучей на него.
Поэтому летней порой прибор рекомендуется держать под углом, примерно равным не менее 30°по отношению к горизонту. Холодным временем года этот показатель увеличивается почти вдвое – 70°.
Панели промышленного производства зачастую оборудованы приборами слежения за проходом солнца. В домашнем же исполнении, рекомендуется установить небольшие опоры, с помощью которых можно будет легко менять угол наклона устройства.
Классификация тепловых котлов
Приведенное тепловое оборудование классифицируется по числу контуров, исполняемых источников энергии, методам ее извлечения. Пользователи могут воспользоваться, исходя из своих потребностей, следующими типами агрегатов:
- одно, двух либо трехконтурным;
- одно либо двухконденсаторным;
- только с функцией нагрева либо способностью подогрева и охлаждения.
Тип источника получаемой энергии и методы ее получения обусловливаются следующими характеристиками:
- Земля-вода. Используются в регионах климата умеренных широт, где существует равномерный прогрев почвы, независимо от теплого или холодного периода года. Для установки понадобится коллектор или зонд. Устройство выбирается исходя их типа грунта. Агрегат монтируется в неглубокую скважину, для обустройства которой не понадобится разрешительных документов исполнительной власти.
- Воздух-вода. Тепловая энергия накапливается из окружающего воздуха и перенаправляется на подогрев жидкости. Агрегат можно устанавливать в климатических районах, где столбик термометра не опускается ниже -15° холодным временем года.
- Вода-вода. Термодинамический котел устанавливается в природных или искусственных водоемах – озерах, реках, гравитационных водах, пробуренных скважинах либо отстойниках. Эффективность такового теплового насоса представляется довольно весомой. Качество характеризуется повышенной температурой источников зимним временем года.
- Вода-воздух. Источником тепловой энергии позиционируются те же природные или искусственные водоемы, что и в предыдущем случае. Разница заключается в передаче тепла с помощью компрессора, передающего энергию непосредственно воздуху, где последний применяется в качестве обогрева зданий. Жидкость в этом случае не имеет роли носителя тепла.
- Земля-воздух. Система использует в качестве проводника тепла почву. Энергия из земли передается компрессорной установкой непосредственно воздуху. Переносчиками же энергии служат незамерзающие при низких температурах специальные жидкости. Приведенная модель считается универсальной для пользования.
- Воздух-воздух. Функционал устройства походит на работу бытовых кондиционеров, предназначенных не только для подогрева, но и охлаждения комнат. Описываемый контур считается самым дешевым, вследствие ненадобности проводить земляные операции и прокладывать трубопроводы.
Выбирая тип источника тепла, следует определиться с геологией местности и способностью беспрепятственного исполнения земляных работ. Значительным дополнением станет наличие свободного места на участке.
Однако при его отсутствии, придется забыть от источника энергии грунт и вода. Тепло будет аккумулироваться из окружающего воздуха.
Чем правильней будет выбран тип теплового котла, тем больше станет эффективность работы устройства с одновременным снижением финансовых затрат при монтаже.
Принцип функционирования теплового котла
Работа теплового котла обусловливается циклом Карно. Процедура объясняется резким сжатием теплового носителя, что способствует повышению температуры.
По подобному принципу, но только с диаметрально противоположным качеством функционируют многие климатические агрегаты, оборудованные компрессорными модулями – холодильники, морозильные камеры, кондиционеры.
Основной рабочий этап, реализуемый в приведенных устройствах, приводит обратный эффект, где вследствие резкого расширения агента получается сужение газовой смеси.
Поэтому одним самым простым способом самостоятельного выполнения теплового котла представляется применение некоторых функциональных узлов, которые используются климатическим оборудованием. Например, для сборки котла можно использовать обычный бытовой холодильник.
Испаритель последнего и конденсатор станут работать в качестве теплообменников, которые будут поглощать тепло из окружающей среды, а затем перенаправлять на нагревание теплового носителя, циркулирующего в отопительной системе.
Низкопотенциальная тепловая энергия из земли, воздуха либо воды одновременно с теплоносителем заходит в испаритель и превращается в газообразное состояние. Газ сильнее сжимается компрессорной установкой, что способствует повышению температуры.
Выполнение теплового котла самостоятельно из имеющихся дома материалов
Демонтировав старые бытовые агрегаты, вернее, их некоторые узлы, домашний умелец самостоятельно соберет тепловой котел.
Подготовка компрессорной и конденсаторной установок
Сборка начинается с организации компрессорного узла котла, функционал которого отводится одноименному узлу холодильного агрегата либо кондиционера. Приведенная секция фиксируется посредством упругой подвески на стене рабочей комнаты по усмотрению владельца.
Затем следует приступить к выполнению конденсатора. Для операции можно приспособить нержавеющий бак, объемом не более 100 литров.
Внутрь нужно установить змеевик из готовой медной трубки старого климатического агрегата. Бак разрезается вдоль пополам при помощи болгарки.
Действие необходимо для монтажа и фиксирования змеевика в узле будущего конденсаторной установки. После установки медной трубки в одной из частей резервуара, их следует соединить с помощью сварки для получения целостной емкости.
Проводя сварочные работы, необходимо применять специальные электроды. Оптимальным же решением станет аргоновая сварка, обеспечивающая наиболее качественный шов.
Выполнение испарителя
Изготавливается приведенный узел из герметичного пластикового бачка объемом, примерно 75 литров. В него также монтируется медный змеевик диаметром 0,75˝.
Концы трубки оборудуются резьбой, для дальнейшего крепления с трубопроводом. Змеевик также можно выполнить из стальной трубы Ø 12-14˝, предварительно обмотав ее медной трубкой.
Витки следует укрепить перфорированным уголком. Собрав и проверив герметизацию, модуль необходимо расположить в той же комнате, что компрессорный узел, используя кронштейны подходящего размера.
Последние операции сборки рекомендуется поручить специалисту. Разумеется, многое можно выполнить самому.
Однако паять медные трубки и закачивать хладагент должен только профессионал. Монтаж основной части котла завершается подключением отопительных батарей с теплообменным агрегатом.
Приведенную систему мощной назвать нельзя. Идеальным вариантом станет использование теплового котла в качестве дополнительной части имеющейся системы обогрева.
Монтаж и подсоединение внешнего контура
В роли источника тепловой энергии можно использовать воду из шахтного колодца либо скважины. Последняя никогда практически не замерзает.
Температура жидкости держится часто на одном уровне – +12°. Однако потребуется два таких вертикальных ствола.
Из первой скважины происходит забор жидкости с поступлением в испарительный узел. Отработанная же вода станет уходить во вторую выработку.
Нужно лишь будет все подсоединить к входному и выходному отверстиям испарителя и герметизировать. Хорошим дополнением станет система автоматики.
Модуль будет контролировать температуру теплового носителя в обогревательных приборах и давление хладагента. Разумеется, вначале можно установить обычный пускатель.
Однако после выключения компрессорного узла должно пройти не менее 10 минут. За этот промежуток времени давление фреона выровняется в тепловом котле.
Конструкция и использование ветроэлектрогенераторов
Энергию ветра – движения воздуха относительно земной поверхности, начали использовать сорок веков назад, когда в древнем Вавилоне появились первые ветряные мельницы. Прошло почти 4000 лет, но с той поры ничего не изменилось, если только ветер перемен.
Каменные жернова ветряка, перемалывавшие зерно в муку, изменились на генератор и привод. Агрегат преобразовывает кинетическую энергию лопастей в электроэнергию.
Ветроэлектрогенератор считается экономически выгодным, при условии, что скорость ветра круглый год в среднем достигает более 6,0 м/с, что по шкале Бофорта – выше слабого.
Устанавливать подобные аэродинамические механизмы рекомендуется на возвышенностях либо равнинах. Лучшими местами считаются побережья рек или крупные природные водоемы, находящиеся вдалеке от всевозможных инженерных коммуникаций.
Типология ветряков
Типизация ветроэлектрогенераторов зависит от нескольких основных факторов:
- Исходя из размещения оси, ветряки бывают вертикальными и горизонтальными. Последние наделены способностью автоматического поворота основного узла для нахождения потока ветра. Основной механизм вертикального агрегата расположен на земле, что значительно облегчает его обслуживание. Однако КПД вертикальных систем ниже по сравнению с горизонтальными.
- По количеству лопастей существуют одно, двух, трех и многолопастные аэродинамические системы. Последние успешно используются при небольшой скорости движения воздуха, но применяются редко по причине необходимости монтажа редуктора.
- Лопасти выполняются из различных материалов и бывают парусными либо жесткими. Парусные элементы довольно просто выполняются и устанавливаются, но резкие порывы ветра быстро приводят их в негодность, что вынуждает к частой замене.
- Шаг винта ветряка также считается одним из параметров. Первый обусловливается изменяемым либо фиксируемым. Применение изменяемого шага позволяет значительно увеличить диапазон рабочих скоростей. Однако это также приводит к усложнению конструкции, увеличению веса ветроэлектроустановки.
- Немаловажным показателем считается площадь рабочих лопастей, трансформирующих энергию воздушного потока в электричество.
Работа ветроэлектрогенератора исключает использование традиционных источников энергии. Ветряк мощностью 1000 кВт за два десятилетия сэкономит более 90 000 баррелей сырой нефти либо 29 тысяч тонн каменного угля.
Конструкция ветряного модуля
Любая аэродинамическая система подразумевает использование следующих основных элементов:
- лопастей, совершающих круговые движения под усилием воздушного потока, чем обеспечивается деятельность ротора;
- генератора, производящего ток переменного направления и величины;
- контроллера управления – коммутационного электрического аппарата, преобразующего ток переменной величины в постоянную для подзарядки аккумуляторных модулей;
- аккумуляторных батарей для концентрации тока и балансирования электроэнергии;
- инвертора, выполняющего трансформацию тока постоянной величины обратно в переменную, которая необходима для работы всех электробытовых устройств;
- мачты, требующейся для нахождения лопастей агрегата на высоте прохождения воздушных потоков.
Однако наиболее основными узлами ветряка считается сам генератор, вращающиеся лопасти для создания крутящего момента и мачта.
Остальные узлы аэродинамического модуля относятся к дополнительному оборудования, предназначенными обеспечить стабильную и автономную работу всего оборудования.
Тихоходный ветроэлектрогенератор из автомобильного генератора
По мнению многих пользователей – домашних умельцев, приводимая конструкция считается наиболее несложной и доступной, чтобы выполнить ее самостоятельно.
Агрегат может быть как дополнительным источником электроэнергии, так и базовым, исходя из потребностей домовладения или фермерского хозяйства.
Применив имеющийся автомобильный генератор и несколько аккумуляторных батарей, несложно соорудить из подручных средств остальные элементы ветряка.
Выполнение ветрового колеса
Вращающиеся лопасти относятся к одному из самых важных узлов ветроэлектрогенератора. От качества их изготовления зависит работа всей конструкции в целом.
Лопасти можно выполнить из прочной ткани, пластика, металла. При отсутствии таковых материалов можно использовать дерево.
В качестве примера, материал приводит изготовление из канализационной поливинилхлоридной трубы.
Основными плюсами материала считается его невысокая стоимость, хорошая влагоустойчивость и простота обработки. Изготовление проводится по следующему алгоритму действий:
- Рассчитать предполагаемую длину лопасти, причем диаметр трубы будет составлять более 1/5 части метража.
- Тонкой пилкой трубу разрезать на 4 равные части вдоль.
- Одна часть понадобится в качестве шаблона для выполнения остальных лопастей.
- Заусеницы следует обработать наждачной бумагой.
- Полученные лопасти укрепить на алюминиевом диске, который нужно подготовить заранее.
- Сам же диск затем прикрепить к автомобильному генератору.
Используя тонкую пластиковую трубу, следует принять во внимание отсутствие хорошей прочности, поэтому нужно брать начиная от 40 мм. Величина нагрузки напрямую исходит от размера лопастей.
Возможно рассмотреть вариант уменьшения размера лопастей и одновременное увеличение их количества. Завершив сборку, необходимо провести балансировку самого ветрового колеса.
Операции способствует горизонтальное закрепление колеса на штативе, используя закрытое помещение. При правильной сборке колеса будет неподвижно. Если же лопасти начнут вращаться, следует их подточить абразивом, чтобы уравновесить узел.
Мачта ветряка
Для мачты подойдет стальная труба Ø 6-7˝. Минимальная высота мачты должна быть не менее 7 метров.
Если же на участке стоят строения или инженерные коммуникации, мешающие ветру, колесо следует поднять выше их хотя бы на 1 метр.
В качестве колышков для крепления растяжек могут использоваться анкерные болты, которые, как и сама мачта бетонируются. Растяжками послужит стальной или оцинкованный трос, не менее 6,5-8,0 мм толщиной.
Разумеется, что для придания дополнительной устойчивости и снижения финансовых расходов на массивный фундамент, потребуется свободное место для установки растяжек.
Переустройство автомобильного генератора
Переоснащение агрегата состоит в перемотке обмотки статора и выполнении ротора, оборудованного неодимовыми, с высокой мощностью притяжения, постоянными магнитами. Вначале же в них делаются отверстия для установки магнитов в полюсах автогенераторного ротора.
Монтируют магниты, используя чередование полюсов. Оставшиеся межмагнитные пустоты заполняются эпоксидной смолой, сам же ротор оборачивается бумагой.
Соприкасаясь с неодимовыми магнитами следует придерживаться техники безопасности. Например, людям с установленными кардиостимуляторами – аппарат мгновенно приходит в неисправное состояние.
Попадание предмета в желудок ребенка может обернуться летальным исходом. При смыкании двух изделий происходит мощный удар, равный удару молотка, что может привести к перелому пальцев.
Перематывая катушки генератора, стоит принять во внимание, что эффективность функционирования агрегата зависит от числа их витков. Катушки наматываются по трехфазной схеме, причем в одном только направлении.
Готовый агрегат необходимо испытать. Положительным результатом станет напряжение 30 V при 300 оборотах.
Окончание сборки тихоходного ветроэлектрогенератора
Поворотная ось агрегата монтируется из трубы, на которую насаживаются два подшипника. Хвостовая же зона выполняется из оцинковки, толщиной примерно 1,2-1,3 мм.
Прежде чем закрепить ветроэлектрогенератор на мачте, следует выполнить раму. Для этой цели понадобится профильная труба.
Выполняя фиксирование, необходимо выдержать расстояние между мачтой и лопастями, которое должно быть не менее четверти метра. Аккумуляторы, коммутационный электрический аппарат и инвертор устанавливаются в последнюю очередь.
Емкость батареи рассчитывается исходя из мощности аэродинамического устройства. На ее величину влияет диаметр ветряного колеса, число рабочих лопастей, скорость прохождения воздушного потока.
Материал приводит пример выполнения солнечной панели в пластмассовом корпусе, список необходимых материалов, алгоритм исполнения. Видеосюжет рассказывает о принципах работы ветроэлектрогенератора.
Переустройство автомобильного генератора под тихоходный ветроэлектрогенератор самостоятельно. Наиболее важным отличительным фактором альтернативного источника энергии представляется его экологическая чистота и практически полная безопасность.
Однако стоит учесть, что самостоятельно выполненные агрегаты получения электрической или тепловой энергии не выделяются мощностью на фоне классического оборудования.
Поэтому первые рекомендуется использовать в качестве дополнительных установок, причем в зависимости от условий местности, не исключается также их комбинирование.
Загрузка...
