Alternatyvi energija namams: nestandartinių energijos šaltinių apžvalga

„Žalioji energetika“ vilioja tiesiog kosminėmis perspektyvomis. Iš aplinkos galima visiškai nemokamai gauti neišsenkančią energiją autonominėms komunikacijoms aptarnauti. Be to, jos ištekliai kasdien atsinaujina be žmogaus įsikišimo.

Tačiau norint tinkamai naudotis tikromis gamtos dovanomis, reikia žinoti, kaip jos veikia ir kur taikomos. Sutinkate?

Viską apie tai, kaip naudojama alternatyvi energija namams, sužinosite iš mūsų pateikto straipsnio. Susipažinę su pateikta informacija, galėsite pasirinkti tinkamiausią šilumos ar elektros gavimo būdą.

Išsamiai aprašėme įrenginius, perdirbančius saulės / vėjo / vandens / žemės energiją. Trumpai ir itin paprastai išdėstėme jų veikimo principą. Pateikta informacija padės palyginti energijos gavimo būdus ir šaltinius.

Alternatyvių energijos šaltinių rūšys

Įsigyti pramoninius šiuolaikinių prietaisų modelius, skirtus išgauti šiluminę arba elektros energiją iš aplinkos, nėra taip jau sunku.

Populiariausi tokios įrangos variantai:

• saulės baterijos;
• saulės kolektoriai;
• vėjo generatoriai;
• šilumos siurbliai;
• biogazo generatoriai.

Mokslas nestovi vietoje – atsiranda vis nauji prietaisų modeliai alternatyviajai energijai gauti. Svarbu ne tik pasirinkti tinkamą variantą, bet ir teisingai jį sumontuoti. Labai dažnai vieno agregato nepakanka. Galima derinti skirtingų išteklių naudojimą.

Pavyzdžiui, saulės baterija daugiau elektros energijos gamina vasarą, o vėjo generatorius – žiemą. Šių dviejų prietaisų derinys leidžia užtikrinti pakankamą autonominės elektros energijos kiekį ištisus metus. Panašiai galima derinti ir kitus prietaisus.

#1: Saulės baterijų naudojimas

Šie elementai tampa vis populiaresni ir įvairesni. Jie parduodami tiek kaip paruošti komplektai, tiek kaip atskiri fotoelementai. Su pastaraisiais mielai dirba meistrai mėgėjai, kurie mėgsta viską daryti savo rankomis – tai gana paprasta užduotis.

Norint pagaminti saulės bateriją su individualiais parametrais, reikia įsigyti reikiamą kiekį paruoštų fotoelementų ir juos sulituoti į bendrą grandinę.

Skaidrūs elementai, dengiantys saulės baterijų darbo paviršių, montuojami ant aukštų pastatų stiklų, tačiau juos galima sėkmingai naudoti ir privačiame būsto statyboje

Skiriami monokristaliniai ir polikristaliniai fotoelementai. Pirmieji yra produktyvesni ir patvaresni, tačiau efektyvūs tik esant stabiliam energijos srautui. Polikristalų naudingumo koeficientas mažesnis, o eksploatacijos laikas trumpesnis, tačiau jie gali gana efektyviai veikti net ir esant didesniam debesuotumui.

Fotoelementai dedami po patvaraus permatomo medžiagos sluoksniu, kad jie galėtų absorbuoti energiją ir išlaikyti reikiamą padėtį. Korpusas su permatomu išoriniu paviršiumi atrodo kaip metalinis rėmas. Jis naudojamas plokštėms tvirtinti.

Kartais vietoj metalinio korpuso naudojama medinė konstrukcija. Tai mažiau patvarus, bet gana priimtinas variantas.

Plokštės su saulės baterijų fotoelementais montuojamos saulėčiausioje pastato pusėje, paprastai – ant stogo. Taip pat svarbu tinkamai parinkti keitiklį ir akumuliatorius.

Konstrukcija su saulės baterijomis yra gana masyvi, todėl dažniausiai ji montuojama tiesiai ant namo stogo. Korpusas tvirtinamas ant stovo taip, kad plokštę su fotoelementais būtų galima pasukti – tai leis sekti saulės judėjimą ir sugauti daugiau UV spindulių priklausomai nuo metų laiko.

Esant gausiems krituliams, panelė pasukama į vertikalią padėtį, kad būtų išvengta jos pažeidimo ir sumažintas galimas užteršimas. Plokščių montavimas – tik pirmasis tokios sistemos įgyvendinimo etapas.

Norint visapusiškai veikti, reikės prijungti fotoelementus per įkrovimo įrenginį prie saulės inverterinės sistemos.

Norint sukaupti gautą elektros energiją, reikės akumuliatorių saulės plokštėms, pavyzdžiui, SUNLIGHT PzS. Tokius elementus galima sumontuoti po žeme, gana dideliame gylyje – iki trijų metrų.

Teisingas inverterio saulės baterijoms ir akumuliatorių valdiklio parinkimas – svarbus momentas užtikrinant maksimalų visos sistemos efektyvumą. Kuo geriau parinkti visi komponentai, kuo kokybiškiau atlikti specialūs skaičiavimai, tuo mažesni bus elektros energijos nuostoliai.

Įdomus saulės baterijų tipas – lankstus plėvelinis variantas, jų darbinis sluoksnis yra padengtas ant polimerinės plėvelės. Jos montuojamos ant aukštų pastatų langų stiklų, žinoma, saulėtoje pusėje.

Tokių elementų naudingumo koeficientas yra šiek tiek mažesnis nei tradicinio varianto – vos 7 %. Tačiau patogumas jas naudojant ir vietos taupymas kompensuoja šį trūkumą.

Betaray įrenginys, skirtas stiprinti sugaunamos saulės energijos potencialą, atrodo stilingai ir moderniai. Jį galima sumontuoti privataus namo kieme arba daugiabučio stoge.

Šiuolaikiškai ir neįprastai atrodo įrenginys, pavadinimu Betaray. Tai gana didelis stiklinis rutulys, kuris kaip lęšis surenka saulės spindulius ir nukreipia juos į panelę su fotoelementais. Įrenginys gali suktis automatiniu režimu, kad gautų kuo daugiau saulės spindulių.

Dėl to galima apsieiti su mažiau fotoelementų ir padaryti saulės spindulių srautą stabilesnį. Naktį „Betaray“ gali sugerti mėnulio ir žvaigždžių šviesą. Jos nedaug, bet užtenka, kad būtų užtikrintas pilnavertis gatvių apšvietimas. Apskritai šis įrenginys pasižymi įspūdingu saulės baterijų naudingumo koeficientu – 35 %.

Naudingi patarimai, kaip pasirinkti, sumontuoti ir eksploatuoti saulės baterijas, pateikiami čia:

#2: Saulės kolektorių taikymas

Tai modernesnė ir našesnė vasaros dušo variacija. Net ir kukliausioje sodyboje stovi vandens statinė, kuri per dieną įšyla iki gana priimtino lygio.

Jei ant stogo įrengsite siaurų vamzdžių sistemą, kuria cirkuliuoja vanduo, galite gauti apčiuopiamą šilumos kiekį, visiškai aprūpindami namą karštu vandeniu ir netgi visai tinkamu šildymu.

Saulės kolektorius yra siaurų vamzdžių sistema, kuria cirkuliuoja skystas šilumnešis. Natūralūs konvekciniai procesai užtikrina saulės įkaitinto vandens cirkuliaciją nenaudojant siurblio (+).

Šio alternatyvios energijos šaltinio veikimas pagrįstas vandens ir oro gebėjimu cirkuliuoti kaitinant. Šilumokaičio bakas įrengiamas aukštesniame lygyje nei kolektoriaus vamzdžiai. Įkaitęs vanduo kyla aukštyn ir patenka į viršutinę šilumokaičio gyvatuko dalį.

Atvėsdamas sąlytyje su vandentiekio vandeniu, saulės kolektoriaus šilumnešis leidžiasi žemyn ir vėl juda į vamzdžius, kuriuos šildo saulė.

Natūrali šylančio ir vėstančio vandens cirkuliacija leidžia apsieiti be specialių siurblių ar kitos elektros įrangos.

Paprasčiausią tokios sistemos variantą galima pagaminti iš prieinamų medžiagų: skirtingo skersmens vamzdžių, metalinio lakšto kaip pagrindo. Stovą, prie kurio tvirtinamas pagrindas, galima pagaminti iš kampuočio ar kitų metalinių elementų.

Šiame naminio saulės kolektoriaus variante vamzdžiai privirinti prie metalinio pagrindo, o kaip rėmas naudota stora lenta

Paprastai ta sistemos dalis, kuri yra lauke, dažoma juoda spalva, kad padidėtų jos gebėjimas sugerti šilumą. Pagrindas su vamzdžiais tvirtinamas taip, kad būtų galima keisti jo pasvirimo kampą.

Belieka įrengti šilumokaičio baką, įdėti į jį gyvatuką ir sujungti sistemos elementus vienas su kitu bei su vandens tiekimo ir (arba) šildymo sistema.

Išsami saulės kolektoriaus šildymui gamybos technologija aprašyta šiame straipsnyje.

Pramoniniai saulės kolektorių modeliai yra daug našesni nei “naminės gamybos”, ir gali dirbti ištisus metus, tačiau tokios sistemos kaina gali būti gana aukšta.

Žinoma, šiuolaikiniai pramonės gamybos saulės kolektoriai yra sudėtingesni ir veikia efektyviau. Kai kuriuose įrenginiuose kaip šilumnešis naudojamas freonas, leidžiantis gauti šiluminę energiją net ir šalčio metu.

Pramoniniai agregatai gali būti aprūpinti vakuuminiais vamzdeliais, fotoelementų bloku, temperatūros jutikliais, automatinio valdymo sistema ir pan. Tokio kolektoriaus kaina gali būti labai įspūdinga.

#3: Vėjo energijos eksploatavimas

Vėjo generatoriai – seniai žinomi ir gana populiarūs tarp ekologiškos energijos šalininkų įrenginiai. Tai gana didžiulis įrenginys, ypač jei vėjo malūno mentės sukasi horizontalioje plokštumoje. Todėl versijos su vertikaliai išdėstytomis mentėmis yra populiaresnės.

Vėjo generatoriai – tai gana didžiuliai gaminiai, kuriuos reikia įrengti atviroje vietovėje, kurią gerai vėdina vėjai. Vienas toks įrenginys gali visiškai padengti privataus namo elektros energijos poreikius.

Vėjo malūnas įrengiamas ant aukšto ir tvirto stovo. Menčių judesys perduodamas generatoriui, gauta energija kaupiama akumuliatoriuje. Tada elektros energija perduodama į namo vidinę elektros sistemą arba naudojama kitaip.

Naminis vėjo malūnas gali padengti nedidelio sodo sklypo elektros energijos poreikius:

Pramoniniai šiuolaikinių vėjo generatorių modeliai paprastai yra aprūpinti patogiu elektroniniu valdymo pultu.

Naminiai įrenginiai konstruojami pagal gana paprastas schemas ir brėžinius. Internete galima rasti daugybę įvairiausių tipų ir formų variantų. Reikia pasirinkti patogią vietą tokiai konstrukcijai įrengti, kur pučia stiprus vėjas, ir agregatas niekam netrukdys. Kuo aukščiau sumontuotos mentės, tuo geriau.

Mobilioji vėjo turbina Uprise turi palyginti kompaktiškus matmenis, surinktą ją galima transportuoti viešojo naudojimo keliais.

Prieš neilgą laiką įmonė Uprise pristatė originalų sprendimą – vėjo turbiną, sumontuotą ant kilnojamos platformos. Esant poreikiui, įrenginį galima surinkti, suteikiant jam kompaktiškus matmenis, o vėliau pervežti įprastu visureigiu ir įrengti kitoje vietoje.

Mobilios vėjo turbinos Uprise galia yra 50 kW. Alternatyviosios energetikos specialistų vertinimu, to visiškai pakanka, kad būtų aprūpinta elektra ne pats didžiausias privatus namas, o dar ir su kaimynais pasidalinti elektros pertekliumi.

Dar originalesnis vėjo energijos pavertimo kilovatais variantas – skraidantis aparatas Makani Power.

Makani Power – tai skraidymo įranga, leidžianti pakelti keletą mažų vėjo turbinų į didelį aukštį ir gauti maksimalų elektros energijos kiekį

Tai itin mokslinė aitvaro variacija, ant kurio sumontuotos mažos vėjo turbinos. Idėja yra pristatyti generatorių į viršutinius atmosferos sluoksnius, kur oro srauto greitis yra gerokai didesnis nei prie žemės. Energija nukeliauja žemyn kabeliu, kuris taip pat atlieka virvės, laikančios “aitvarą”, funkcijas.

Įdomi vėjo generatoriaus SF-600-5 (Kinija) remonto apžvalga leidžia susidaryti vaizdą apie galimas ekonominės klasės technikos problemas:

Įdomios idėjos, kaip savarankiškai pasigaminti vėjainę, aprašytos straipsnyje – Kaip pasigaminti vėjo generatorių: sandara, veikimo principas + geriausi savadarbiai modeliai

#4: Šildymas šilumos siurbliais

Šie įrenginiai jau seniai užėmė garbingą vietą ekologiškai švarios energijos gavimo prietaisų šeimoje. Šilumos siurblys veikia maždaug taip pat, kaip šaldytuvas ar kondicionierius, tik atvirkščiai.

Tokio tipo prietaisai daugiausia naudojami būstui šildyti, taip pat vandeniui pašildyti. Nors egzistuoja ir modelių, kurie vasarą sėkmingai atlieka kondicionieriaus funkcijas.

Šilumos siurblio veikimo principas pagrįstas žemo potencialo šiluminės energijos sugėrimu į koncentruotą aukšto potencialo šilumą. Įrenginiai, tokie kaip „žemė-vanduo“, yra sudėtingai montuojami, bet efektyvūs

Kaip šilumos šaltinį tokios sistemos naudoja oro energiją, grunto ir vandens šilumą. Energijos yra visur, tačiau šiuose ištekliuose ji yra žemo potencialo. Išorinis šilumos siurblio kontūras surenka šias išsklaidytas šiluminės energijos kruopeles ir perkelia jas į sistemą.

Energijai paversti aukštos potencialo būsena naudojamas šaltnešis, paprastai freonas. Jis sugeria gautą energiją, įkaista ir patenka į kompresorių. Čia šaltnešis suspaudžiamas ir per garintuvą patenka į vidinio šildymo kontūro šilumokaitį.

Šilumnešis sugeria koncentruotą šiluminę energiją, o freonas praeina per garintuvą ir vėl pereina į skystą būseną. Dabar jis gauna žemo potencialo energiją, įkaista ir t.t.

Priklausomai nuo šiluminės energijos šaltinio, taip pat nuo šilumnešio tipo, parenkamas ir šilumos siurblio tipas: „žemė–vanduo“, „vanduo–vanduo“, „oras–vanduo“, „oras–oras“ ir pan. Šiuo įrenginiu galima įgyvendinti ne tik tradicinį vandens šildymą, bet ir oro šildymą.

Daugelis meistrų sėkmingai įvaldė savarankišką tokio įrenginio gamybą, įdomūs variantai aprašyti šiuose straipsniuose:

1. Kaip pasigaminti šilumos siurblį savo rankomis iš seno šaldytuvo: brėžiniai, instrukcija ir surinkimo patarimai
2. Geoterminis šilumos siurblys savo rankomis namui šildyti: įrenginys, projektavimas, savarankiškas surinkimas

Išgauti šilumą iš žemės – nėra pati paprasčiausia užduotis, nes reikės erdvaus žemės sklypo ir didelių žemės darbų. Išorinio kontūro vamzdžiai klojami tranšėjose ir užberiami žeme. Aišku, kad tolesnis šio sklypo naudojimas bus ribotas.

Šilumos siurblio tipo “oras–vanduo” išorinį bloką tiesiog reikia sumontuoti tinkamoje aikštelėje, tačiau toks įrenginys gali būti ne itin efektyvus esant žemai lauko oro temperatūrai

Tačiau tokiu būdu galima užtikrinti stabilią šilumnešio temperatūrą išoriniame kontūre, o tai yra svarbi sąlyga sėkmingam šilumos siurblio darbui. Labai patogu, jei šalia namo yra vandens telkinys, išorinį kontūrą galima panardinti į vandenį be didelių problemų. Kaip alternatyvą vandens telkiniui naudojamas vandens gręžinys.

Šilumai iš oro gauti naudojami ne vamzdžiai su skystu šilumnešiu, o galingi ventiliatoriai, kurie pučia orą į šilumokaitį. Lauko oro temperatūra nėra tokia pastovi kaip variantuose su vandeniu ar žeme, tačiau parinkti vietą įrenginiui ir atlikti montavimą yra gerokai paprasčiau.

Deja, tokie įrenginiai šiauriniuose rajonuose yra mažai efektyvūs, nes šildymas neįmanomas jau esant -20 laipsnių lauko oro temperatūrai. Problema sprendžiama derinant dvi skirtingas šildymo sistemas.

#4: Biodujos komunikacijų darbe

Atliekos – dar vienas įdomus išteklius šiluminei energijai gauti. Perdirbant atliekas naudojant anaerobines bakterijas išsiskiria tokios medžiagos kaip metanas, vandenilio sulfidas, anglies dioksidas ir tam tikras kiekis priemaišų.

Šis dujų mišinys vadinamas biogazu, jį taip pat galima laikyti šiuolaikiniu alternatyviu energijos šaltiniu.

Perdirbimui biogeneratoriuje paprastai naudojamas augalinių ir gyvūninių atliekų mišinys su vandeniu. Masės drėgnumas turi sudaryti 88-96 % priklausomai nuo metų laiko.

Žinoma, ši degi medžiaga gaunama ne iš kanalizacijos turinio. Tam naudojamos gyvūninės arba augalinės kilmės organinės atliekos. Jos dedamos į specialų, labai tvirtą ir būtinai hermetišką indą. Į jį taip pat įdedamos bakterijų kultūros.

Įrenginio viduje įrengiamas sraigtas, kad maišytų biologinę masę. Tai padidins reakcijos greitį ir padarys generatoriaus darbą efektyvesnį.

Perdirbti skirta masė skiedžiama vandeniu, kuris turi būti pašildytas iki maždaug 40°C. Vasarą reikia įpilti daugiau vandens, bet žiemą biomasės drėgnumas gali sudaryti apie 90%.

Kad palaikyti mikroorganizmams patogią temperatūrą, biogeneratoriaus talpa padengiama šilumą izoliuojančiomis medžiagomis. Visos pradinės medžiagos kraunamos per kaklelį, kuris po to sandariai uždaromas. Biodujos kaupiasi viršutinėje įrenginio dalyje ir iš jo pašalinamos per specialų vamzdelį.

Dėl patogumo, vietos taupymo ir saugumo biodujų įrenginiai statomi po žeme, dujų paskirstymas atliekamas per hidraulinį užtvarą, būtina užtikrinti biomasės pašildymą (+)

Perdirbtos atliekos iškraunamos per atskirą vamzdį, jos yra vertinga trąša, kurią galima panaudoti sklype. Svarbus momentas savarankiškai kuriant biogeneratorių – saugumas. Kadangi dujos nuolat kaupiasi talpykloje, joje nuolat didėja slėgis.

Savarankiško biogeneratoriaus iš metalinės statinės kūrimo procesas aprašytas šiame vaizdo įraše:

Jei šis procesas nekontroliuojamas, įrenginys gali tiesiog sprogti. Laikoma saugesniu biogeneratorių statyti po žeme, o ne paviršiuje. Reikia užtikrinti nuolatinį gautų dujų paėmimą iš talpyklos, kad normalizuotųsi slėgis.

Su dujų mišiniu taip pat reikia elgtis atsargiai. Ši degi medžiaga turi aštrų ir nemalonų kvapą, jos įkvėpimas gali būti pavojingas žmonių sveikatai.

Be pirmiau aprašytų nemokamos energijos šaltinių, yra dar įdomių inžinerinių sprendimų, turinčių daug praktinių perspektyvų:

Termogeneratoriaus paskirtis ir taikymas

Šio tipo įtaisai žinomi dar nuo praėjusio amžiaus vidurio. Jie leidžia paversti šiluminę energiją į elektrinę. Šiuolaikinis pramoninės gamybos termogeneratorius skirtas montuoti ant dujinių katilų ar ilgo degimo malkinių krosnių, kurių galia ne mažesnė kaip 200 W.

Vienas iš labiausiai žinomų ir kasdieniame gyvenime paklausių termogeneratoriaus variantų veikia tandeme su žibaline lempa:

Toks prietaisas leidžia žiemą, kai šildymo prietaisai veikia nepertraukiamai, gauti apie 150 kWh elektros energijos per mėnesį.

Jį galima laikyti papildomu variantu kartu su saulės baterijomis arba kaip būdą kompensuoti dažnus elektros energijos tiekimo sutrikimus.

Egzistuoja ir kelioniniai šilumos generatorių modeliai, galintys perdirbti įprasto laužo šiluminę energiją. Juos galima naudoti statybų metu ten, kur nėra elektros, kaip alternatyvą generatoriui, veikiančiam suskystintu kuru.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašas supažindins su populiariausiais įrenginių, veikiančių iš alternatyvių energijos šaltinių, variantais:

Vienintelis reikšmingas alternatyvių energijos gavimo būdų trūkumas – aukšta įrangos ir montavimo kaina. Aukštųjų technologijų sprendimai yra veiksmingi, patogūs ir brangūs. Vis dėlto investicijos laikui bėgant atsipirks. O mėgėjams meistrauti visada lieka galimybių pasigaminti patiems.

Papasakokite, ką manote apie alternatyvios energijos naudojimą namuose? Dalinkitės savo nuomone, dalyvaukite diskusijose ir užduokite klausimus. Komentarus galite palikti žemiau esančioje formoje.