Alternativni izvori energije: tehnološki pregled

Čak i školarci znaju da rezerve nafte, plina i ugljena nisu beskonačne. Cijene energije stalno rastu, zbog čega plaćači snažno uzdahnu i razmišljaju o povećanju vlastitog dohotka. Unatoč civilizacijskim dostignućima, izvan gradova postoji mnogo mjesta na kojima se plin ne opskrbljuje, a na nekim mjestima nema ni struje. Na istom mjestu gdje postoji takva mogućnost, troškovi instalacije sustava ponekad ponekad ne odgovaraju razini prihoda stanovništva. Nije iznenađujuće da je alternativna energija koja radi sama zainteresirala i vlasnike velikih i malih seoskih kuća, ali i građane.

Čitav svijet oko nas prepun je energije koja se nalazi ne samo u utrobama zemlje. Još u školi, na časovima geografije, naučili smo da je moguće s velikom učinkovitošću koristiti energiju vjetra, sunca, plima, pada vode, zemljine jezgre i drugih sličnih nosača energije na ljestvici čitavih zemalja i kontinenata. Međutim koristiti alternativni izvori energije moguće je grijanje zasebne kuće.

Vrste alternativnih izvora energije

Među opcijama prirodnih izvora privatne opskrbe energijom valja napomenuti:

• solarni paneli;
• solarni kolektori;
• toplinske pumpe;
• vjetroelektrane;
• instalacije za apsorpciju vodene energije;
• bioplinska postrojenja

Uz dovoljno sredstava, možete kupiti gotov model jednog od tih uređaja i naručiti njegovu instalaciju. Ispunjavajući želje potrošača, industrijalci su dugo savladali proizvodnju solarnih panela, toplinskih pumpi itd. Međutim, troškovi im ostaju stabilno visoki. Takvi se uređaji mogu napraviti sami, štedeći nešto novca, ali trošeći više vremena i truda.

Video: što se prirodna energija može iskoristiti

Načelo rada i upotreba solarnih panela u privatnoj kući

Fizički fenomen na kojem se temelji princip rada ovog izvora energije je fotoelektrični učinak. Sunčeva svjetlost padajući na njegovu površinu oslobađa elektrone što stvara višak naboja unutar ploče. Ako na njega spojite bateriju, tada će se zahvaljujući munje u broju naboja u krugu pojaviti struja.

Dizajni sposobni uhvatiti i pretvoriti energiju sunca su brojni, raznoliki i neprestano se poboljšavaju.Za mnoge narodne majstore poboljšanje ovih korisnih dizajna postalo je izvrstan hobi. Na tematskim izložbama takvi entuzijasti s voljom demonstriraju mnoge korisne ideje.

Osnova solarna ćelija - posebni kristali koji hvataju energiju. Kod kuće se takvi elementi ne mogu napraviti, morat će ih se kupiti. Kristali su vrlo krhki, s njima se mora postupati pažljivo. Da biste napravili solarnu bateriju, morate:

1. Napravite okvir za solarne panele od prozirnog materijala, poput pleksiglasa.
2. Napravite kućište od metalnog kuta, šperploče itd.
3. Lagano lemljenje kristalnih elemenata u krug.
4. Postavite fotoćelije u okvir.
5. Ugradite kućište.

Općenito postoje dvije vrste solarnih ćelija: monokristalne i polikristalne. Prvi su izdržljiviji i imaju učinkovitost oko 13%, dok drugi propadaju brže, njihova učinkovitost je nešto niža - manja od 9%. Međutim, monokristalne fotoćelije dobro djeluju samo uz stabilan protok sunčeve energije, a pri oblačnom danu njihova učinkovitost postaje mnogo niža. Ali polikristalni elementi mnogo bolje prenose vremenske neprilike.

Dobivena električna energija može se koristiti za napajanje kućanskih aparata ili za grijanje prostora pomoću tehnologije podnog grijanja. Ali sunčeva energija nije prikladna samo za proizvodnju električne energije. Korištenjem solarne energije možete zagrijavati vodu. O tome u sljedećem odjeljku članka. Dakle, prednosti ovog energenta:

• neumornost;
• odsutnost bilo kakvog otpada ili buke u procesu proizvodnje energije;
• autonomija;
• relativno jeftino održavanje;
• progresivnosti;

Nedostaci ove tehnologije su sljedeći:

• visoki troškovi samih ploča i puštanje u rad;
• neznatno zagađenje planeta emisijama iz proizvodnje;
• skupe baterije;
• niska učinkovitost ploča i, kao posljedica toga, potreba za velikim brojem njih.

Detaljne upute za proizvodnju solarnih panela u našem sljedećem materijalu:https://aquatech.tomathouse.com/hr/otoplenie/alt_otoplenie/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami.html

Video: DIY izrada solarnih ćelija

Gotove baterije postavljene su, naravno, na najsunčaniju stranu krova. U ovom slučaju treba imati mogućnost podešavanja nagiba ploče. Na primjer, tijekom snježnih padavina, ploče bi trebale biti postavljene gotovo okomito, inače sloj snijega može ometati rad baterije ili ih čak oštetiti.

Dizajn i upotreba solarnih kolektora

Primitivni solarni kolektor je crna metalna ploča postavljena ispod tankog sloja prozirne tekućine. Kao što znate sa školskog tečaja fizike, tamni predmeti zagrijavaju više od svijetlih. Ta se tekućina pomiče uz pomoć pumpe, hladi ploču i istodobno se zagrijava. Krug grijane tekućine može se postaviti u spremnik spojen na izvor hladne vode. Zagrijavanjem vode u spremniku tekućina iz kolektora se hladi. A onda se vraća. Tako ovaj sustav napajanja omogućuje dobivanje stalnog izvora tople vode, a zimi i tople radijatore.

Danas postoje 3 vrste takvih uređaja:

• zrak;
• cijevni;
• ravan.

antena

Zračni kolektori su crne ploče prekrivene staklom ili prozirnom plastikom. Oko ovih ploča zrak cirkulira prirodno ili prisilno. Topli zrak koristi se za zagrijavanje prostorija u kući ili za sušenje odjeće.

Prednost je izuzetna jednostavnost dizajna i niski troškovi. Jedina mana je uporaba prisilne cirkulacije zraka. Ali možete i bez njega.

cjevast

Cjevasti kolektori imaju oblik nekoliko poravnatih u nizu staklenih cijevi, koje su iznutra obložene materijalom koji apsorbira svjetlost. Povezani su zajedničkim sakupljačem i tekućina cirkulira kroz njih. Takvi sakupljači imaju 2 načina prenošenja primljene energije: izravni i neizravni. Prva metoda koristi se zimi. Drugi se primjenjuje tijekom cijele godine. Pomoću vakuumskih cijevi postoje varijacije: jedna se umetne u drugu i između njih se stvori vakuum.

To ih izolira od okoliša i bolje zadržava primljenu toplinu. Prednosti su jednostavnost i pouzdanost. Nedostaci uključuju visoku cijenu ugradnje.

Ravan

Ravni kolektor najčešći je tip. On je bio primjer koji je objasnio princip rada ovih uređaja. Prednost ove raznolikosti je jednostavnost i jeftinost u usporedbi s drugima. Nedostatak je značajan gubitak topline jer drugi podtipovi ne trpe.

Da bi poboljšali postojeće solarne sustave, inženjeri su predložili korištenje vrste zrcala koja se zove čvorište. Omogućuju vam povećanje temperature vode sa standardnih 120 na 200 ° C. Ova podvrsta kolektora naziva se koncentracijom. Ovo je jedna od najskupljih opcija, što je, naravno, nedostatak.

Cjelovita uputstva za proizvodnju ugradnje solarnog kolektora u našem sljedećem članku:https://aquatech.tomathouse.com/hr/otoplenie/boilery/solnechnyiy-vodonagrevatel-svoimi-rukami.html

Koristeći snagu vjetra

Ako je vjetar sposoban otjerati rojeve oblaka, zašto ne biste koristili njegovu energiju za druge korisne stvari? Potraga za odgovorom na ovo pitanje pokrenula je inženjere na stvaranje generatora vjetra. Ovaj se uređaj obično sastoji od:

• generator;
• visoki toranj;
• lopatice koje se okreću, hvatajući vjetar;
• baterije
• elektronički upravljački sustavi

Princip rada generatora vjetra prilično je jednostavan. Lopatice, koje se okreću od jakog vjetra, okreću prijenosne osovine (kod uobičajenih ljudi - mjenjač). Spojeni su na alternator. Mjenjač i generator nalaze se u ležištu ili, na drugi način, gondoli. Može imati okretni mehanizam. Generator je spojen na upravljačku automatiku i transformator za povećanje napona. Nakon transformatora napon koji je povećao svoju vrijednost daje se općem sustavu napajanja.

Budući da su problemi stvaranja vjetroelektrana dugo proučavani, postoje projekti najrazličitijih dizajna ovih uređaja. Modeli s vodoravnom osi rotacije zauzimaju prilično velik prostor, ali generatori vjetra s vertikalnom osi rotacije mnogo su kompaktniji. Naravno, za učinkovit rad uređaja potreban je dovoljno jak vjetar.

prednosti:

• nedostatak emisija;
• autonomija;
• korištenje jednog od obnovljivih izvora;

Nedostaci:

• potreba za postojanošću vjetra;
• visoka početna cijena;
• buka rotacije i elektromagnetsko zračenje;
• zauzimaju velike površine.

Korak po korak vodič za izradu DIY generatora vjetra na našoj web stranici:https://aquatech.tomathouse.com/hr/otoplenie/alt_otoplenie/vetrogenerator-svoimi-rukami.html

Voda kao izvor energije

Najbolji poznati način korištenja vode za proizvodnju električne energije su, naravno, hidroelektrane. Ali on nije jedini.Još uvijek postoji energija plime i oseke. A sada na red.

Hidroelektrana je brana u kojoj se nalazi nekoliko podvodnih vrata za kontrolirano ispuštanje vode. Te brave su spojene s noževima turbogeneratora. Tečeći pod pritiskom, voda ga vrti, stvarajući tako električnu energiju.

Nedostaci:

• poplava obalnih područja;
• smanjenje broja stanovnika rijeka;
• buka.

Struje snage

Ova metoda proizvodnje energije slična je generatoru vjetra, s tim što je jedina razlika što se generator s ogromnim lopaticama postavlja preko velike morske struje. Na primjer, Zaljevski tok. Ali to je vrlo skupo i tehnički teško. Stoga su svi veliki projekti još uvijek na papiru. Ipak, postoje mali, ali tekući projekti koji demonstriraju mogućnosti ove vrste energije.

Energija plime

Dizajn elektrane, koja ovu vrstu energije pretvara u električnu energiju, ogromna je brana koja se nalazi u morskoj uvali. U njemu se nalaze rupe kroz koje voda prodire do stražnje strane. Povezani su cjevovodom s električnim generatorima.

Elektrana na plimu djeluje kako slijedi: za vrijeme plime, razina vode raste i stvara se pritisak koji može zakretati osovinu generatora. Na kraju plime, otvori se zatvaraju, a nakon plime dolazi do pucanja, što se događa nakon 6 sati, otvori se otvaraju i postupak se ponavlja u suprotnom smjeru.

Prednosti ove metode:

• jeftina usluga;
• mamac za turiste.

Nedostaci:

• značajni troškovi izgradnje;
• štetnost morske faune;
• pogreške u dizajnu mogu uzrokovati poplavu obližnjih gradova.

Primjena bioplina

Tijekom anaerobne prerade organskog otpada oslobađa se takozvani bioplin. Rezultat je mješavina plinova koja se sastoji od metana, ugljičnog dioksida i vodikovog sulfida. Generator za proizvodnju bioplina sastoji se od:

• zatvoreni spremnik;
• puž za miješanje organskog otpada;
• cijev za istovar otpadne mase otpada;
• punila za punjenje otpada i vode;
• grana cijev na koju stiže primljeni plin.

Često se spremnik za obradu otpada postavlja ne na površini, već u debljini tla. Kako bi se spriječilo istjecanje plina koji nastaje, potpuno je zapečaćen. Treba imati na umu da se u procesu vađenja bioplina tlak u spremniku stalno povećava, pa je potrebno redovito uzimati plin iz spremnika. Osim bioplina, rezultat prerade je izvrsno organsko gnojivo korisno za uzgoj biljaka.

Na uređaj i takva pravila rada generator plina nameću se povećani sigurnosni zahtjevi jer je bioplin opasan za udisanje i može eksplodirati. Međutim, u nekim zemljama svijeta, na primjer, u Kini, ova je metoda proizvodnje energije prilično raširena.

Ovaj se otpadni proizvod može koristiti kao:

• sirovine za termoelektrane i kogeneracijske postrojenja;
• zamjena prirodnog plina u štednjacima, plamenicima i bojlerima.

Snaga ove vrste goriva su obnovljivost i dostupnost sirovina za preradu, posebno u selima. Ova vrsta goriva ima nekoliko nedostataka, poput:

• emisije izgaranja;
• nesavršena tehnologija proizvodnje;
• cijena aparata za stvaranje bioplina.

Sastav i količina bioplina dobivenog iz otpada ovisi o supstratu. Većina plina dobiva se upotrebom masti, žitarica, industrijskog glicerina, svježe trave, silaže itd.Obično se u spremnik dodaje mješavina životinjskog i biljnog otpada, kojoj se dodaje malo vode. Ljeti se preporučuje povećati vlažnost mase na 94-96%, a zimi je dovoljno 88-90% vlage. Voda koja se dovodi u spremnik za otpad treba zagrijati na 35-40 stupnjeva, inače će se procesi raspadanja usporiti. Za održavanje topline, na vanjskoj strani spremnika montira se sloj izolacijskog materijala.

Primjena biogoriva (bioplina)

Djelovanje toplinske pumpe temelji se na obrnutom Carnotovom principu. Ovo je prilično velik i prilično složen uređaj koji sakuplja toplinsku energiju okoliša niskog potencijala i pretvara je u energiju s velikim potencijalom. Najčešće se toplinske pumpe koriste za grijanje prostorija. Uređaj se sastoji od:

• vanjski krug s rashladnom tekućinom;
• unutarnji krug s rashladnom tekućinom;
• isparivač;
• kompresor;
• kondenzator.

Sustav također koristi freon. Vanjski krug toplinske pumpe može apsorbirati energiju iz različitih okoliša: zemlje, vode, zraka. Troškovi rada za njegovo stvaranje ovise o vrsti crpke i njezinoj konfiguraciji. Najteže je organizirati crpku za podzemnu vodu, u kojoj je vanjska kontura vodoravno smještena u debljini tla, jer to zahtijeva velike zemljane radove. Ako se u blizini kuće nalazi ribnjak, ima smisla napraviti toplinsku pumpu voda-voda. U tom se slučaju vanjski krug jednostavno spušta u ribnjak.

Učinkovitost toplinske pumpe ovisi ne toliko o tome koliko je visoka temperatura medija, već o njegovoj postojanosti. Ispravno dizajnirana i instalirana toplinska crpka može kući pružiti dovoljno topline, čak i pri vrlo niskim temperaturama vode, zemlje ili zraka. Ljeti toplinske crpke mogu djelovati kao klima uređaj, hladeći dom.

Prednosti ovih instalacija uključuju:

• energetska učinkovitost;
• sigurnost od požara;
• multifunkcionalnost;
• dug rad do prvog remonta.

Slabosti takvog sustava su:

• visoka početna cijena u usporedbi s drugim metodama grijanja zgrade;
• uvjet za stanje mreže napajanja;
• bučniji od klasičnog plinskog kotla;
• potreba za bušenjem.

Video: kako rade toplinske pumpe

Povezani članci:

• Geotermalno grijanje kuće: klasifikacija metoda uređaja
• Toplinska pumpa: vrste dizajna i neovisni uređaj

Kao što vidite, kako biste svom domu osigurali toplinu i električnu energiju, možete koristiti solarnu energiju, vjetar i vodu. Svaka od metoda ima svoje prednosti i nedostatke. Ipak, od svih postojećih opcija možete koristiti metodu koja će biti i jeftina i učinkovita.

Materijal ažuriran 30.01.2018