Alternatywne źródła energii dla domu: przegląd niestandardowych źródeł energii

“Zielona energetyka” kusi wręcz kosmicznymi perspektywami. Z otoczenia można pozyskiwać całkowicie darmową, niewyczerpalną energię do obsługi autonomicznych instalacji. Co więcej, jej zasoby odnawiają się codziennie bez udziału człowieka.

Jednak aby umiejętnie korzystać z prawdziwych darów natury, trzeba wiedzieć, jak one działają i gdzie są stosowane. Zgadza się Pan/Pani?

Wszystko o tym, jak wykorzystywana jest energia alternatywna w domu, dowiedzą się Państwo z naszego artykułu. Po zapoznaniu się z przedstawionymi przez nas informacjami będą Państwo mogli wybrać najbardziej odpowiedni sposób pozyskiwania ciepła lub energii elektrycznej.

Szczegółowo opisaliśmy instalacje przetwarzające energię słońca/wiatru/wody/gruntu. Zwięźle i niezwykle prosto przedstawiliśmy zasadę ich działania. Podane informacje pomogą porównać sposoby i źródła pozyskiwania energii.

Rodzaje alternatywnych źródeł energii

Nabycie przemysłowych modeli nowoczesnych urządzeń do pozyskiwania energii cieplnej lub elektrycznej z otoczenia nie jest wcale takie trudne.

Do najpopularniejszych wariantów takiego sprzętu można zaliczyć:

• baterie słoneczne;
• kolektory słoneczne;
• generatory wiatrowe;
• pompy ciepła;
• generatory biogazu.

Nauka nie stoi w miejscu, pojawiają się coraz nowsze modele urządzeń do pozyskiwania energii alternatywnej. Ważne jest nie tylko wybrać odpowiedni wariant, ale także prawidłowo go zainstalować. Bardzo często nie udaje się ograniczyć tylko do jednego urządzenia. Można łączyć wykorzystanie różnych zasobów.

Na przykład bateria słoneczna daje więcej energii elektrycznej w okresie letnim, a generator wiatrowy – w zimowym. Połączenie tych dwóch urządzeń pozwala zapewnić wystarczającą ilość autonomicznej energii elektrycznej przez cały rok. Podobnie można także łączyć inne urządzenia.

#1: Wykorzystanie paneli słonecznych

Te elementy stają się coraz popularniejsze i różnorodniejsze. Sprzedawane są zarówno w postaci gotowych zestawów, jak i pojedynczych ogniw fotowoltaicznych. Z tymi ostatnim chętnie pracują rzemieślnicy-amatorzy, którzy wolą wszystko robić własnoręcznie – jest to stosunkowo łatwe zadanie.

Aby wykonać panel słoneczny o indywidualnych parametrach, należy zakupić odpowiednią ilość gotowych fotokomórek i zlutować je w jeden obwód.

Przezroczyste elementy, pokrywające powierzchnię roboczą paneli słonecznych, montuje się na szybach wysokich budynków, ale można je z powodzeniem stosować również w budownictwie jednorodzinnym.

Rozróżnia się monokrystaliczne i polikrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne. Pierwsze są bardziej wydajne i trwałe, ale efektywne tylko przy stabilnym dopływie energii. Polikryształy mają nieco niższą sprawność i krótszy okres eksploatacji, ale mogą skutecznie działać nawet przy dużym zachmurzeniu.

Ogniwa fotowoltaiczne umieszcza się pod warstwą wytrzymałego przezroczystego materiału, aby mogły pochłaniać energię i pozostawać w odpowiedniej pozycji. Obudowa z przezroczystą powierzchnią zewnętrzną wygląda jak metalowa rama. Służy do mocowania paneli.

Czasami zamiast metalowej obudowy stosuje się konstrukcję drewnianą. Jest to mniej trwała, ale całkowicie akceptowalna opcja.

Panele z ogniwami fotowoltaicznymi instaluje się po najbardziej nasłonecznionej stronie budynku, zazwyczaj – na dachu. Ważne jest również odpowiednie dobranie inwertera i akumulatorów.

Konstrukcja z panelami słonecznymi jest dość nieporęczna, dlatego najczęściej montuje się ją bezpośrednio na dachu domu. Obudowę montuje się na podstawce w taki sposób, aby panel z ogniwami można było obracać, co pozwoli śledzić ruch słońca i wychwytywać więcej promieni UV w zależności od pory roku.

W przypadku obfitych opadów panel jest obracany do pozycji pionowej, aby zapobiec jego uszkodzeniu i zmniejszyć możliwe zanieczyszczenie. Montaż paneli – to dopiero pierwszy etap realizacji takiego systemu.

Do jego pełnego działania konieczne będzie podłączenie ogniw fotowoltaicznych przez ładowarkę do systemu inwertera słonecznego.

Aby gromadzić uzyskaną energię elektryczną, potrzebne będą akumulatory do paneli słonecznych, na przykład SUNLIGHT PzS. Takie elementy można zainstalować pod ziemią, na dość znacznej głębokości – do trzech metrów.

Prawidłowy dobór inwertera do paneli słonecznych i kontrolera akumulatorów – to ważny moment w zapewnieniu maksymalnej wydajności całego systemu. Im lepiej dobrane są wszystkie elementy, im lepiej wykonane są specjalne obliczenia, tym mniejsze będą straty energii elektrycznej.

Interesujący typ paneli słonecznych – elastyczna wariant foliowy, którego warstwa robocza jest naniesiona na folię polimerową. Montuje się je na szybach okiennych wieżowców, oczywiście po najbardziej słonecznej stronie.

Sprawność takich elementów jest nieco niższa niż w przypadku tradycyjnego wariantu – zaledwie 7%. Jednak wygoda ich użytkowania i oszczędność miejsca rekompensują tę wadę.

Urządzenie Betaray do wzmacniania potencjału wychwytywanej energii słonecznej wygląda stylowo i nowocześnie. Można je zainstalować na podwórku domu jednorodzinnego lub na dachu wieżowca.

Nowocześnie i niecodziennie wygląda urządzenie o nazwie Betaray. Jest to dość duża szklana kula, która jak soczewka zbiera promienie słoneczne i kieruje je do panelu z ogniwami fotowoltaicznymi. Urządzenie może obracać się automatycznie, aby uzyskać maksimum promieni słonecznych.

W rezultacie można obejść się mniejszą liczbą fotoogniw i uczynić strumień promieni słonecznych bardziej stabilnym. W nocy Betaray jest w stanie pochłaniać światło księżyca i gwiazd. To niewiele, ale wystarczy, aby zapewnić pełne oświetlenie uliczne. Ogólnie rzecz biorąc, urządzenie to ma imponującą jak na panele słoneczne wydajność – 35%.

Przydatne porady dotyczące wyboru, montażu i eksploatacji paneli słonecznych znajdują się tutaj:

#2: Zastosowanie kolektorów słonecznych

To bardziej nowoczesna i wydajna wariacja letniego prysznica. Nawet na najskromniejszej daczy znajduje się beczka z wodą, która nagrzewa się w ciągu dnia do całkiem przyzwoitego poziomu.

Jeśli na dachu zamontuje się system wąskich rur, przez które krąży woda, można uzyskać odczuwalną ilość ciepła, w pełni zapewniając domowi ciepłą wodę użytkową, a nawet całkiem przyzwoite ogrzewanie.

Kolektor słoneczny stanowi system wąskich rur, przez które krąży płynny nośnik ciepła. Naturalne procesy konwekcyjne zapewniają cyrkulację wody ogrzanej słońcem bez użycia pompy (+)

Działanie tego alternatywnego źródła energii opiera się na zdolności wody i powietrza do cyrkulacji podczas ogrzewania. Zbiornik wymiennika ciepła instaluje się na wyższym poziomie niż rury kolektora. Ogrzana woda unosi się do góry i trafia do górnej części wężownicy wymiennika ciepła.

Ochładzając się w kontakcie z wodą wodociągową, czynnik grzewczy kolektora słonecznego opada w dół i ponownie przemieszcza się do rur, które nagrzewa słońce.

Naturalna cyrkulacja podgrzewającej się i ochładzającej wody pozwala obyć się bez specjalnych pomp lub innego sprzętu elektrycznego.

Najprostszy wariant takiego systemu można wykonać z dostępnych materiałów: rur o różnych średnicach, blachy metalowej pełniącej rolę podstawy. Podstawkę, do której mocuje się podstawę, można wykonać z kątownika lub innych elementów metalowych.

W tym wariancie domowego kolektora słonecznego rury są przyspawane do metalowej podstawy, jako rama użyto grubej deski

Zazwyczaj tę część systemu, która znajduje się na zewnątrz, maluje się na czarno, aby zwiększyć jej zdolność do pochłaniania ciepła. Podstawę z rurami mocuje się w taki sposób, aby można było zmieniać kąt jej nachylenia.

Pozostaje urządzić zbiornik wymiennika ciepła, umieścić w nim wężownicę i połączyć elementy systemu między sobą oraz z systemem wodociągowym i/lub grzewczym.

Szczegółowa technologia wykonania kolektora słonecznego do ogrzewania opisana jest w tym artykule.

Przemysłowe modele kolektorów słonecznych są znacznie wydajniejsze niż “samoróbki” i mogą pracować przez cały rok, ale koszt takiego systemu może być dość wysoki.

Oczywiście nowoczesne kolektory słoneczne produkcji przemysłowej są bardziej złożone i działają efektywniej. W niektórych urządzeniach jako czynnik grzewczy stosuje się freon, który pozwala uzyskać energię cieplną nawet podczas mrozów.

Przemysłowe agregaty mogą być wyposażone w rury próżniowe, blok z fotoogniwami, czujniki temperatury, system automatycznego sterowania itp. Koszt takiego kolektora może okazać się bardzo znaczny.

#3: Eksploatacja energii wiatru

Turbiny wiatrowe – urządzenia znane od dawna i dość popularne wśród miłośników ekologicznej energii. To dość nieporęczne urządzenie, zwłaszcza gdy łopaty wiatraka obracają się w płaszczyźnie poziomej. Dlatego wersje z łopatami ustawionymi pionowo są bardziej popularne.

Turbiny wiatrowe – to dość nieporęczne urządzenia, które należy zainstalować na otwartej przestrzeni, dobrze przewiewanej przez wiatr. Jedno takie urządzenie może w pełni pokryć zapotrzebowanie domu jednorodzinnego na energię elektryczną.

Wiatrak umieszcza się na wysokim i wytrzymałym stojaku. Ruch łopat przekazywany jest do generatora, uzyskana energia gromadzi się w akumulatorze. Następnie energia elektryczna przekazywana jest do wewnętrznej instalacji elektrycznej domu lub wykorzystywana w inny sposób.

Domowy wiatrak może pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną małej działki rekreacyjnej:

Przemysłowe modele nowoczesnych turbin wiatrowych są zwykle wyposażone w wygodny elektroniczny panel sterowania.

Urządzenia domowej roboty konstruuje się według dość prostych schematów i rysunków. W Internecie można znaleźć wiele wariantów różnego typu i rodzaju. Należy wybrać dogodne miejsce do umieszczenia takiej konstrukcji, gdzie wieje silny wiatr, a urządzenie nie będzie nikomu przeszkadzać. Im wyżej zamontowane są łopaty, tym lepiej.

Mobilna turbina wiatrowa Uprise ma stosunkowo kompaktowe rozmiary, w stanie złożonym można ją transportować po drogach publicznych.

Nie tak dawno firma Uprise przedstawiła oryginalne rozwiązanie – turbinę wiatrową zamontowaną na mobilnej platformie. W razie potrzeby urządzenie można złożyć, nadając mu kompaktowe rozmiary, a następnie przewieźć za pomocą zwykłego samochodu terenowego i zainstalować w innym miejscu.

Moc mobilnej turbiny wiatrowej Uprise wynosi 50 kW. Zdaniem specjalistów w dziedzinie energetyki alternatywnej jest to w zupełności wystarczające, aby zapewnić energię elektryczną dla niezbyt dużego domu prywatnego, a nawet podzielić się nadwyżkami prądu z sąsiadami.

Jeszcze bardziej oryginalny wariant przekształcania energii wiatru w kilowaty – statek powietrzny Makani Power.

Makani Power – to urządzenie latające, które pozwala unieść zestaw małych turbin wiatrowych na znaczną wysokość i uzyskać maksymalną ilość energii elektrycznej.

To jest wysoce naukowa wariacja latawca, na którym zamontowane są małe turbiny wiatrowe. Pomysł polega na dostarczeniu generatora do wyższych warstw atmosfery, gdzie prędkość strumienia powietrza jest znacznie wyższa niż przy ziemi. Energia jest przesyłana w dół za pomocą kabla, który pełni również funkcję liny utrzymującej „latawca”.

Interesujący przegląd naprawy generatora wiatrowego SF-600-5 (Chiny) pozwala zorientować się w możliwych problemach z techniką klasy ekonomicznej:

Interesujące pomysły samodzielnego wykonania wiatraka opisane są w artykule – Jak samodzielnie zbudować generator wiatrowy: budowa, zasada działania + najlepsze projekty DIY

#4: Ogrzewanie za pomocą pomp ciepła

Te urządzenia od dawna zajmują zaszczytne miejsce w rodzinie urządzeń do pozyskiwania ekologicznie czystej energii. Pompa ciepła działa mniej więcej tak, jak lodówka lub klimatyzator, ale na odwrót.

Urządzenia tego typu są używane głównie do ogrzewania mieszkań, a także do podgrzewania wody. Istnieją jednak modele, które latem z powodzeniem pełnią funkcję klimatyzatora.

Zasada działania pompy ciepła opiera się na absorpcji energii cieplnej o niskim potencjale i przekształceniu jej w skoncentrowane ciepło o wysokim potencjale. Urządzenia typu “ziemia-woda” są skomplikowane w montażu, ale skuteczne.

Jako źródło ciepła takie systemy wykorzystują energię powietrza, ciepło gruntu i wody. Energia jest wszędzie, ale w tych zasobach ma niski potencjał. Zewnętrzny obwód pompy ciepła zbiera te rozproszone okruchy energii cieplnej i przekazuje je do systemu.

Do transformacji energii w stan wysokiego potencjału stosuje się czynnik chłodniczy, zazwyczaj freon. Pochłania on uzyskaną energię, nagrzewa się i trafia do sprężarki. Tutaj czynnik chłodniczy jest sprężany i przez parownik trafia do wymiennika ciepła wewnętrznego obiegu grzewczego.

Czynnik grzewczy pochłania skoncentrowaną energię cieplną, a freon przechodzi przez parownik i ponownie przechodzi w stan ciekły. Teraz otrzymuje energię niskiego potencjału, nagrzewa się i tak dalej.

W zależności od źródła energii cieplnej, a także od rodzaju czynnika grzewczego, wybiera się typ pompy ciepła: „ziemia-woda”, „woda-woda”, „powietrze-woda”, „powietrze-powietrze” itp. Za pomocą takiego urządzenia można zrealizować nie tylko tradycyjne ogrzewanie wodne, ale także powietrzne.

Wielu majsterkowiczów z powodzeniem opanowało samodzielne wykonanie takiego agregatu. Interesujące warianty opisano w następujących artykułach:

1. Jak samodzielnie zrobić pompę ciepła ze starej lodówki: rysunki, instrukcja i porady montażowe
2. Geotermalna pompa ciepła własnymi rękami do ogrzewania domu: urządzenie, projektowanie, samodzielny montaż

Wydobywanie ciepła z ziemi – to nie najprostsze zadanie, ponieważ potrzebny będzie przestronny teren i obszerne prace ziemne. Rury obwodu zewnętrznego układa się w rowach i zasypuje ziemią. Oczywiste jest, że korzystanie z tego terenu w przyszłości będzie ograniczone.

Jednostkę zewnętrzną pompy ciepła typu “powietrze-woda” wystarczy zamontować na odpowiednim miejscu, ale takie urządzenie może być mało efektywne przy niskiej temperaturze powietrza zewnętrznego.

W ten sposób można jednak zapewnić stabilną temperaturę czynnika grzewczego w obwodzie zewnętrznym, a to ważny warunek udanej pracy pompy ciepła. Bardzo wygodne, jeśli w pobliżu domu znajduje się zbiornik wodny – obwód zewnętrzny można bez problemów zanurzyć w wodzie. Jako alternatywę dla zbiornika stosuje się studnię wodną.

Do pobierania ciepła z powietrza używa się nie rur z ciekłym czynnikiem grzewczym, ale potężnych wentylatorów, które wtłaczają powietrze do wymiennika ciepła. Temperatura powietrza zewnętrznego nie jest tak stała, jak w przypadku wariantów z wodą czy ziemią, ale za to wybór miejsca dla agregatu i wykonanie montażu jest znacznie prostsze.

Niestety, takie urządzenia są mało efektywne w regionach północnych, ponieważ ogrzewanie jest niemożliwe już przy -20 stopniach temperatury powietrza zewnętrznego. Problem rozwiązuje się przez połączenie dwóch różnych systemów ogrzewania.

#4: Biogaz w obsłudze instalacji

Odpady – to kolejny interesujący zasób do pozyskiwania energii cieplnej. Podczas przetwarzania odpadów za pomocą bakterii beztlenowych wydzielają się takie substancje, jak metan, siarkowodór, dwutlenek węgla i pewna ilość zanieczyszczeń.

Tę mieszaninę gazów nazywa się biogazem i można ją również rozpatrywać jako nowoczesne alternatywne źródło energii.

Do przetwarzania w biogeneratorze zwykle używa się mieszanki odpadów roślinnych i zwierzęcych z wodą. Wilgotność masy powinna wynosić 88-96% w zależności od pory roku.

Oczywiście, nie uzyskuje się tego paliwa z zawartości kanalizacji. W tym celu wykorzystuje się organiczne odpady pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego. Umieszcza się je w specjalnym pojemniku, bardzo wytrzymałym i koniecznie szczelnym. Do niego wprowadza się również kultury bakteryjne.

Wewnątrz urządzenia instaluje się ślimak, aby mieszać masę biologiczną. Zwiększy to szybkość reakcji i uczyni pracę generatora bardziej wydajną.

Masę przeznaczoną do przetworzenia rozcieńcza się wodą, która powinna być podgrzana do około 40°C. Latem należy dodawać więcej wody, ale zimą wilgotność biomasy może wynosić około 90%.

Aby utrzymać komfortową dla mikroorganizmów temperaturę, zbiornik biogeneratora pokrywa się materiałami termoizolacyjnymi. Wszystkie surowce ładuje się przez otwór załadowczy, który następnie szczelnie zamyka. Biogaz gromadzi się w górnej części urządzenia i jest odprowadzany specjalnym króćcem.

Dla wygody, oszczędności miejsca i bezpieczeństwa biogazownie umieszcza się pod ziemią, dystrybucja gazu odbywa się przez zamek wodny, koniecznie trzeba zapewnić podgrzew biomasy (+)

Przetworzone odpady wyładowuje się przez oddzielny króciec, stanowią one cenny nawóz, który można wykorzystać na posesji. Ważna kwestia przy samodzielnym tworzeniu biogeneratora – bezpieczeństwo. Ponieważ gaz stale gromadzi się w zbiorniku, ciśnienie w nim stale rośnie.

Proces samodzielnego tworzenia biogeneratora z metalowej beczki opisano w tym filmie:

Jeśli ten proces nie jest kontrolowany, urządzenie może po prostu eksplodować. Za bezpieczniejsze uważa się umieszczenie biogeneratora pod ziemią, a nie na powierzchni. Należy zapewnić stały odbiór uzyskanego gazu ze zbiornika, aby znormalizować ciśnienie.

Z mieszanką gazową również należy obchodzić się ostrożnie. Jest to substancja palna o ostrym i nieprzyjemnym zapachu, a jej wdychanie może być niebezpieczne dla zdrowia ludzi.

Oprócz opisanych powyżej źródeł darmowej energii istnieją także interesujące rozwiązania inżynieryjne, które mają wiele praktycznych perspektyw:

Przeznaczenie i zastosowanie termogeneratora

Urządzenia tego typu znane są już od połowy ubiegłego wieku. Pozwalają one przekształcić energię cieplną w elektryczną. Nowoczesna wersja termogeneratora produkcji przemysłowej przeznaczona jest do montażu na kotłach gazowych lub piecach na drewno o długim czasie spalania, o mocy co najmniej 200 W.

Jedna z najbardziej znanych i poszukiwanych w gospodarstwie domowym wersji termogeneratora działa w tandemie z lampą naftową:

Takie urządzenie pozwala zimą, gdy urządzenia grzewcze pracują bez przerwy, uzyskać około 150 kWh energii elektrycznej miesięcznie.

Można go traktować jako opcję dodatkową w połączeniu z panelami słonecznymi lub jako sposób na kompensację częstych przerw w dostawie energii elektrycznej.

Istnieją również turystyczne modele termogeneratorów, które potrafią przetwarzać energię cieplną zwykłego ogniska. Można je wykorzystać podczas budowy w miejscach, gdzie nie ma prądu, jako alternatywę dla generatora pracującego na skroplonym paliwie.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film zapozna Państwa z najbardziej popularnymi wariantami instalacji zasilanych z alternatywnych źródeł energii:

Jedyną istotną wadą alternatywnych metod pozyskiwania energii jest wysoka cena sprzętu i montażu. Zaawansowane technologicznie rozwiązania są wydajne, wygodne, ale drogie. Mimo to z czasem inwestycje się zwrócą. A dla amatorów majsterkowania zawsze pozostają opcje samodzielnego wykonania.

Proszę opowiedzieć, co Państwo myślą na temat wykorzystania alternatywnej energii w domu? Proszę dzielić się swoją opinią, uczestniczyć w dyskusjach i zadawać pytania. Komentarze można zostawiać w formularzu znajdującym się poniżej.