Fonti di energia alternative: panoramica della tecnologia

Perfino gli scolari sanno che le riserve di petrolio, gas e carbone non sono infinite. I prezzi dell'energia sono in costante aumento, costringendo i contribuenti a sospirare pesantemente e pensare ad aumentare il proprio reddito. Nonostante le conquiste della civiltà, al di fuori delle città ci sono molti luoghi in cui il gas non viene fornito e in alcuni luoghi non c'è nemmeno l'elettricità. Nello stesso luogo in cui esiste tale opportunità, il costo di installazione del sistema a volte non corrisponde al livello di reddito della popolazione. Non sorprende che l'energia alternativa fai-da-te sia interessante oggi sia per i proprietari di case di campagna grandi e piccole, sia per i cittadini.

L'intero mondo che ci circonda è pieno di energia, che è contenuto non solo nelle viscere della terra. Tornando a scuola, durante le lezioni di geografia, abbiamo appreso che è possibile utilizzare con alta efficienza l'energia del vento, del sole, delle maree, dell'acqua che cade, del nucleo terrestre e di altri vettori energetici simili sulla scala di interi paesi e continenti. Comunque usi risorse di energia alternativa è possibile riscaldare una casa separata.

Tipi di fonti di energia alternative

Tra le opzioni per le fonti naturali di approvvigionamento energetico privato si dovrebbero notare:

• pannelli solari;
• collettori solari;
• pompe di calore;
• generatori eolici;
• impianti per l'assorbimento di energia idrica;
• impianti di biogas.

Con fondi sufficienti, è possibile acquistare un modello già pronto di uno di questi dispositivi e ordinarne l'installazione. Rispondendo ai desideri dei consumatori, gli industriali hanno da tempo padroneggiato la produzione di pannelli solari, pompe di calore, ecc. Tuttavia, il loro costo rimane stabilmente elevato. Tali dispositivi possono essere fatti da soli, risparmiando un po 'di denaro, ma spendendo più tempo e fatica.

Video: quale energia naturale può essere utilizzata

Il principio di funzionamento e l'uso dei pannelli solari in una casa privata

Il fenomeno fisico su cui si basa il principio di funzionamento di questa fonte di energia è l'effetto fotoelettrico. La luce solare, che cade sulla sua superficie, rilascia elettroni, creando una carica in eccesso all'interno del pannello. Se si collega una batteria ad essa, quindi grazie al fulmine nel numero di cariche nel circuito, apparirà la corrente.

I progetti in grado di catturare e convertire l'energia del sole sono numerosi, vari e in costante miglioramento.Per molti artigiani popolari, migliorare questi utili progetti è diventato un hobby eccellente. A mostre tematiche, tali appassionati dimostrano volentieri molte idee utili.

La base celle a energia solare - cristalli speciali che catturano energia. A casa, tali elementi non possono essere realizzati, dovranno essere acquistati. I cristalli sono molto fragili, devono essere maneggiati con cura. Per creare una batteria solare, è necessario:

1. Crea una cornice per pannelli solari da un materiale trasparente, come il plexiglass.
2. Crea una custodia da un angolo di metallo, compensato, ecc.
3. Saldare delicatamente gli elementi cristallini nel circuito.
4. Posizionare le fotocellule nel telaio.
5. Installare l'alloggiamento.

In generale, ci sono due tipi di celle solari: monocristallino e policristallino. I primi sono più durevoli e hanno un'efficienza di circa il 13%, mentre i secondi falliscono più velocemente, la loro efficienza è leggermente inferiore - inferiore al 9%. Tuttavia, le fotocellule a cristallo singolo funzionano bene solo con un flusso stabile di energia solare, in una giornata nuvolosa la loro efficienza diventa molto più bassa. Ma gli elementi policristallini portano molto meglio i capricci del tempo.

L'elettricità risultante può essere utilizzata per alimentare gli elettrodomestici o per riscaldare una stanza utilizzando la tecnologia di riscaldamento a pavimento. Ma l'energia del sole non è adatta solo per generare energia elettrica. Usando l'energia solare, puoi riscaldare l'acqua. A proposito di ciò nella prossima sezione dell'articolo. Quindi, i vantaggi di questa fonte di energia:

• inesauribilità;
• l'assenza di sprechi o rumori nel processo di produzione di energia;
• autonomia;
• manutenzione relativamente economica;
• progressività;

Gli svantaggi di questa tecnologia sono i seguenti:

• l'alto costo dei pannelli stessi e della messa in servizio;
• leggero inquinamento del pianeta con emissioni dalla produzione;
• batterie costose;
• bassa efficienza dei pannelli e, di conseguenza, necessità di un gran numero di essi.

Istruzioni dettagliate per la fabbricazione di pannelli solari nel nostro prossimo materiale:https://aquatech.tomathouse.com/it/otoplenie/alt_otoplenie/solnechnaya-batareya-svoimi-rukami.html

Video: produzione di celle solari fai-da-te

Le batterie scariche vengono posizionate, ovviamente, sul lato più soleggiato del tetto. In questo caso, dovrebbe essere possibile regolare l'inclinazione del pannello. Ad esempio, durante le nevicate, i pannelli devono essere posizionati quasi verticalmente, altrimenti uno strato di neve potrebbe interferire con il funzionamento della batteria o addirittura danneggiarli.

Progettazione e utilizzo di collettori solari

Il collettore solare primitivo è una piastra di metallo nera posta sotto un sottile strato di liquido trasparente. Come sai dal corso di fisica della scuola, gli oggetti scuri si scaldano più di quelli leggeri. Questo fluido si muove con l'aiuto di una pompa, raffredda la piastra e si riscalda allo stesso tempo. Il circuito del liquido riscaldato può essere inserito in un serbatoio collegato a una fonte di acqua fredda. Riscaldando l'acqua nel serbatoio, il fluido dal collettore si raffredda. E poi ritorna. Pertanto, questo sistema di alimentazione consente di ottenere una fonte costante di acqua calda e in inverno anche radiatori caldi.

Oggi esistono 3 tipi di tali dispositivi:

• aria;
• tubolare;
• piatto.

aereo

I collettori d'aria sono piastre nere, chiuse con vetro o plastica trasparente. Intorno a queste piastre, l'aria circola in modo naturale o forzato. L'aria calda viene utilizzata per riscaldare gli ambienti della casa o per asciugare i vestiti.

Il vantaggio è l'estrema semplicità di design e basso costo. L'unico inconveniente è l'uso della circolazione forzata dell'aria. Ma puoi farne a meno.

Tubolare

I collettori tubolari sono in forma di più allineati in una serie di tubi di vetro rivestiti dall'interno con materiale che assorbe la luce. Sono collegati a un comune collettore e il fluido circola attraverso di essi. Tali collettori hanno 2 modi per trasmettere l'energia ricevuta: diretta e indiretta. Il primo metodo viene utilizzato in inverno. Il secondo è applicato tutto l'anno. C'è una variazione usando i tubi del vuoto: uno viene inserito nell'altro e viene creato un vuoto tra di loro.

Questo li isola dall'ambiente e trattiene meglio il calore ricevuto. I vantaggi sono semplicità e affidabilità. Gli svantaggi includono l'alto costo di installazione.

Piatto

Il collettore piano è il tipo più comune. Fu lui a servire da esempio per spiegare il principio di funzionamento di questi dispositivi. Il vantaggio di questa varietà è la semplicità e la convenienza rispetto ad altre. Lo svantaggio è una significativa perdita di calore rispetto ad altri sottotipi che non soffrono.

Per migliorare i sistemi solari esistenti, gli ingegneri hanno suggerito di utilizzare una specie di specchio chiamato hub. Consentono di aumentare la temperatura dell'acqua da standard 120 a 200 ° C. Questa sottospecie di collezionisti si chiama concentrazione. Questa è una delle opzioni più costose, che, ovviamente, è uno svantaggio.

Istruzioni complete per la produzione dell'installazione di un collettore solare nel prossimo articolo:https://aquatech.tomathouse.com/it/otoplenie/boilery/solnechnyiy-vodonagrevatel-svoimi-rukami.html

Usando l'energia eolica

Se il vento è in grado di guidare sciami di nuvole, perché non usare la sua energia per altre cose utili? La ricerca di una risposta a questa domanda ha portato gli ingegneri a creare un generatore eolico. Questo dispositivo di solito è costituito da:

• Generatore;
• Torre alta;
• pale che ruotano, catturando il vento;
• batterie
• sistemi di controllo elettronico.

Il principio di funzionamento del generatore eolico è abbastanza semplice. Le pale, ruotando da forti venti, ruotano gli alberi di trasmissione (nella gente comune - il cambio). Sono collegati ad un alternatore. La trasmissione e il generatore si trovano in una culla o, in un altro modo, in gondola. Potrebbe avere un meccanismo girevole. Il generatore è collegato all'automazione di controllo e al trasformatore di tensione step-up. Dopo il trasformatore, la tensione che ha aumentato il suo valore viene data al sistema di alimentazione generale.

Dal momento che le problematiche legate alla creazione di generatori eolici sono state studiate per lungo tempo, ci sono progetti sui progetti più diversi di questi dispositivi. I modelli con un asse di rotazione orizzontale occupano uno spazio abbastanza ampio, ma i generatori eolici con un asse di rotazione verticale sono molto più compatti. Naturalmente, per il funzionamento efficace del dispositivo richiede un vento sufficientemente forte.

vantaggi:

• mancanza di emissioni;
• autonomia;
• utilizzo di una delle risorse rinnovabili;

svantaggi:

• la necessità di costanza del vento;
• alto prezzo di partenza;
• rumore di rotazione e radiazione elettromagnetica;
• occupare ampie aree.

Una guida passo-passo sulla produzione di un generatore eolico fai-da-te sul nostro sito Web:https://aquatech.tomathouse.com/it/otoplenie/alt_otoplenie/vetrogenerator-svoimi-rukami.html

L'acqua come fonte di energia

Il modo più noto di utilizzare l'acqua per generare elettricità è, naturalmente, le centrali idroelettriche. Ma non è l'unico.C'è ancora energia delle maree e l'energia attuale. E ora in ordine.

Una centrale idroelettrica è una diga in cui vi sono diverse porte per lo scarico controllato dell'acqua. Questi blocchi sono collegati alle pale dei turbogeneratori. Scorrendo sotto pressione, l'acqua la gira, generando così elettricità.

svantaggi:

• inondazioni delle zone costiere;
• diminuzione del numero di abitanti dei fiumi;
• rumore.

Correnti di forza

Questo metodo di generazione di energia è simile a un generatore eolico, con l'unica differenza che un generatore con enormi pale è posizionato su una grande corrente marina. Come la Corrente del Golfo, per esempio. Ma è molto costoso e tecnicamente difficile. Pertanto, tutti i principali progetti sono ancora sulla carta. Tuttavia, ci sono piccoli progetti in corso che dimostrano le capacità di questo tipo di energia.

Energia delle maree

Il progetto della centrale elettrica, che trasforma questo tipo di energia in elettricità, è un'enorme diga situata nella baia del mare. Ha buchi attraverso i quali l'acqua entra nella parte posteriore. Sono collegati da una tubazione con generatori elettrici.

La centrale di marea funziona come segue: durante l'alta marea, il livello dell'acqua aumenta e viene creata una pressione che può ruotare l'albero del generatore. Alla fine della marea, gli ingressi sono chiusi e con la bassa marea, che si verifica dopo 6 ore, gli scarichi vengono aperti e il processo viene ripetuto nella direzione opposta.

I vantaggi di questo metodo:

• servizio economico;
• esca per i turisti.

svantaggi:

• costi di costruzione significativi;
• danno alla fauna marina;
• errori di progettazione possono causare allagamenti delle città vicine.

Applicazione di biogas

Durante il trattamento anaerobico di rifiuti organici, viene rilasciato il cosiddetto biogas. Il risultato è una miscela di gas costituita da metano, anidride carbonica e idrogeno solforato. Il generatore per la produzione di biogas è costituito da:

• serbatoio sigillato;
• coclea per miscelare rifiuti organici;
• un tubo per scaricare la massa residua di rifiuti;
• bocche per il riempimento di rifiuti e acqua;
• un tubo di derivazione su cui arriva il gas ricevuto.

Spesso, un contenitore per il trattamento dei rifiuti non è disposto sulla superficie, ma nello spessore del terreno. Per evitare perdite del gas risultante, è completamente sigillato. Va ricordato che nel processo di estrazione del biogas, la pressione nel serbatoio aumenta costantemente, quindi il gas deve essere prelevato regolarmente dal serbatoio. Oltre al biogas, il risultato della lavorazione è un eccellente fertilizzante organico utile per le piante in crescita.

Al dispositivo e alle regole operative di tale generatore di gas vengono imposti requisiti di sicurezza più elevati, poiché il biogas è pericoloso da inalare e può esplodere. Tuttavia, in diversi paesi del mondo, ad esempio in Cina, questo metodo di generazione di energia è abbastanza diffuso.

Questo prodotto di scarto può essere utilizzato come:

• materie prime per centrali termoelettriche e impianti di cogenerazione;
• sostituzione del gas naturale in stufe, bruciatori e caldaie.

I punti di forza di questo tipo di combustibile sono la rinnovabilità e la disponibilità, soprattutto nei villaggi, di materie prime per la lavorazione. Questo tipo di carburante presenta numerosi svantaggi, come ad esempio:

• emissioni dalla combustione;
• tecnologia di produzione imperfetta;
• il prezzo dell'apparato per la creazione di biogas.

La composizione e la quantità di biogas ottenuto dai rifiuti dipende dal substrato. La maggior parte del gas viene ottenuta usando grasso, grano, glicerina industriale, erba fresca, insilato, ecc.Tipicamente, una miscela di rifiuti animali e vegetali viene aggiunta al serbatoio, a cui viene aggiunta dell'acqua. In estate, si consiglia di aumentare l'umidità della massa al 94-96% e in inverno è sufficiente l'88-90% di umidità. L'acqua fornita al serbatoio di scarico deve essere riscaldata a 35-40 gradi, altrimenti i processi di decomposizione verranno rallentati. Per mantenere il calore, uno strato di materiale isolante è montato all'esterno del serbatoio.

L'uso di biocarburanti (biogas)

L'azione della pompa di calore si basa sul principio inverso di Carnot. Questo è un dispositivo piuttosto grande e piuttosto complesso che raccoglie energia termica a basso potenziale dell'ambiente e la converte in energia ad alto potenziale. Molto spesso, le pompe di calore vengono utilizzate per riscaldare le stanze. Il dispositivo è composto da:

• circuito esterno con liquido di raffreddamento;
• circuito interno con liquido di raffreddamento;
• evaporatore;
• compressore;
• condensatore.

Il sistema utilizza anche freon. Il circuito esterno della pompa di calore può assorbire energia da vari ambienti: terra, acqua, aria. I costi di manodopera per la sua creazione dipendono dal tipo di pompa e dalla sua configurazione. Il più difficile da organizzare una pompa del tipo "falda acquifera", in cui il contorno esterno si trova in posizione orizzontale nello spessore del terreno, poiché richiede uno scavo su larga scala. Se c'è uno stagno vicino alla casa, ha senso creare una pompa di calore acqua-acqua. In questo caso, il circuito esterno viene semplicemente abbassato nello stagno.

L'efficienza della pompa di calore dipende non tanto da quanto è alta la temperatura del fluido, ma dalla sua costanza. Una pompa di calore progettata e installata correttamente può fornire alla casa abbastanza calore in inverno, anche a temperature molto basse di acqua, terra o aria. In estate, le pompe di calore possono fungere da condizionatore d'aria, raffreddando la casa.

I vantaggi di queste installazioni includono:

• efficienza energetica;
• sicurezza antincendio;
• multifunzionalità;
• operazione lunga fino alla prima revisione.

I punti deboli di tale sistema sono:

• alto prezzo iniziale rispetto ad altri metodi di riscaldamento di un edificio;
• requisito per lo stato della rete di alimentazione;
• più rumoroso di una classica caldaia a gas;
• la necessità di perforare.

Video: come funzionano le pompe di calore

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Come puoi vedere, al fine di fornire alla tua casa calore ed elettricità, puoi utilizzare l'energia solare, il vento e l'acqua. Ciascuno dei metodi ha i suoi vantaggi e svantaggi. Tuttavia, da tutte le opzioni esistenti, è possibile utilizzare il metodo, che sarà sia economico che efficace.

Materiale aggiornato il 30/01/2018