Альтернативные источники энергии в доме как метод финансовой экономии

Потребители по всему миру ощущают на себе постоянное повышение стоимости энергоресурсов. Эксперты предсказывают, что в будущем рост тарифов продолжится. Это связано с ограниченностью ресурсов, традиционно используемых для получения энергии. В этой ситуации особое значение для владельцев частных домов приобретают автономные альтернативные источники. Они позволяют не только снизить затраты, но и стать полностью независимыми от центральных сетей, что вдвойне актуально для тех районов, где наблюдаются перебои с энергоснабжением.

Виды альтернативной энергии

Жители городских квартир по понятным причинам ограничены в выборе источников энергии. Зато частные домовладельцы в зависимости от климатических условий и окружающего ландшафта могут выбрать один из нескольких видов (или их сочетание). Автономные альтернативные источники энергии в частном доме могут быть:

• Ветряными
• Солнечными
• Геотермальными
• Биотопливными
• Водяными
• Осмотическими, грозовыми и т. д.

Наиболее часто используется энергия, получаемая за счёт ветра, солнечных лучей, земли и биологических отходов.

Ветряные источники

Ветряные генераторы широко применяются по всему миру. Во многих странах с их помощью вырабатывается значительная доля энергии. К их основным преимуществам относится, во-первых, то, что ветер является неисчерпаемым и бесплатным ресурсом. Во-вторых, при их работе не наносится вред окружающей среде. Подразделяются на три основных типа:

• Малолопастные крыльчатые (имеют от 2 до 4 лопастей, обладают высоким КПД, однако эффективны только при устойчивом сильном ветре и создают много шума при работе)
• Многолопастные крыльчатые (имеют до 24 лопастей, эффективны даже при достаточно слабом ветре (до 4 м/с), не создают большого шума при работе, но обладают низким КПД)
• Карусельные (роторные) — характеризуются теми же достоинствами и недостатками, что и многолопастные

Работа установок построена на передаче вращения от ветряного колеса к валу генератора (ветротурбины). Схема также включает в себя аккумуляторы и инверторы (первые используются для накопления, вторые — для преобразования тока). Поскольку ветер — непостоянная величина, энергия от таких генераторов часто используется только для нагрева воды в бойлерах отопительных и водопроводных систем. Это избавляет от необходимости покупки дорогостоящих аккумуляторов.

В зависимости от мощности, стоимость электростанции варьируется от 1000 до 10 000 долларов. Система требует установки высокой мачты с надёжным фундаментом и дренажем. Важно учитывать, что вследствие обледенения лопастей в зимний период КПД генератора может существенно снизиться. По причине повышенного уровня шума размещать станцию рекомендуется подальше от жилья.

Солнечная энергия

Гелиосистемы используются в самых разных отраслях. В большинстве случаев энергия солнца служит источником тепла для нагрева воды в системах отопления и водоснабжения. Такие устройства отличаются большим разнообразием: от простейших, выполненных по принципу обычного парника (их можно сделать своими руками), до более сложных, включающих вакуумные стеклянные трубки и тепловые насосы (изготавливаются только в заводских условиях).

Установки для нагрева воды делятся на пассивные и активные. В первом случае лучи солнца падают непосредственно на нагреваемый объект. Регулировать температуру при этом невозможно, однако такие системы выгодно отличает дешевизна и простота конструкции.

Активные гелиосистемы включают в себя солнечный коллектор, который преобразует лучи в тепловую энергию. Он соединён со стеклянными трубками, заполненными специальным теплоносителем. Внутри них установлены светопоглощающие чёрные стержни. Стоимость коллектора — до 4000 долларов. В систему также входит насос, трубопровод с термоизоляцией и теплообменник. Установка монтируется под определённым наклоном (угол зависит от региона). Такие гелиосистемы эффективны даже зимой.

Солнечные лучи можно использовать и для электроснабжения дома. Для этого потребуется монтаж достаточно сложной системы, состоящей из модуля солнечных батарей (изготавливается на основе фотоэлектрических панелей), контроллера, инвертора и аккумуляторов. Основным препятствием к повсеместному использованию является высокая стоимость: электростанция небольшой мощности (2 кВт) обойдётся примерно в 55 000 долларов. Некоторые мастера изготавливают фотоэлектрические панели самостоятельно. Это позволяет сэкономить, но приводит к существенному (до 40%) снижению КПД.

К недостаткам гелиосистем относится недостаточная эффективность в регионах с низкой солнечной активностью и неработоспособность в тёмное время суток.

Геотермальные источники

Тепло и электроэнергию можно получать прямо из земли. Основными элементами таких схем являются тепловые насосы. Они подразделяются на три типа:

• Грунтовые — для сбора тепла используется горизонтальный коллектор или вертикальный зонд; в холодном климате используются только как дополнительный источник отопления
• Вводяные — используют тепловую энергию подземных источников
• Воздушные — подходят только для регионов с тёплым климатом

Функционирование системы построено на получении тепла из низкотемпературного потенциала. В основе лежат процессы, обратные тем, что происходят в холодильнике. Жидкость, циркулирующая в замкнутом контуре и обладающая низкой температурой кипения, нагревается от окружающей среды, после чего конденсируется и передаёт тепло в отопительную систему. Аналогичным способом вырабатывается электроэнергия.

Следует отметить, что такие системы обходятся достаточно дорого (до нескольких десятков тысяч долларов), но при этом не обладают высокой эффективностью. С их помощью теплоноситель можно нагреть максимум до 60 градусов. В целях экономии некоторые мастера изготавливают тепловые насосы из холодильных компрессоров. Если использовать систему для выработки электроэнергии, то можно получить ток в 5−6 раз больше израсходованного.

Биогазовая энергетика

В качестве топлива используется газ, выделяемый при брожении отходов растительного и животного происхождения (навоза, прогнившего зерна, остатков пищи и т. д.) в условиях замкнутого пространства без доступа воздуха. Для этого процесса установки оснащаются специальными емкостями. Получаемый газ более чем наполовину состоит из метана. Оставшаяся часть — примеси: углекислый газ, сероводород, азот и др.

Тепло и электричество из газа получают при помощи когенерационных установок. Такие системы целесообразно устанавливать только при достаточном постоянном наличии биоматериала. В холодном климате эффективность их работы снижается.

Прочие источники

Помимо перечисленных, доступны и другие источники альтернативной энергии для дома.
К ним относятся: течение воды, энергия молнии, приливов и отливов и тому подобное. Однако, они не получили широкого распространения в энергоснабжении частных домов (по причине высокой стоимости, низкой эффективности, нестабильности и других недостатков).

Комбинирование видов энергии

Основным недостатком альтернативных источников является их недостаточно высокая эффективность. Кроме того, наряду с плюсами, у каждого из них есть и собственные дополнительные минусы. Поэтому для достижения оптимального эффекта рекомендуется источники сочетать. Так, например, владелец коттеджа с приусадебным участком может полностью обеспечить себя электроэнергией за счёт одновременного использования ветрогенератора и солнечных батарей, а отопление и горячую воду получать от теплового насоса. Впрочем, комбинация может быть и другой, всё зависит от конкретных условий.

Современные технологии предоставляют достаточно вариантов для обустройства альтернативного энергоснабжения дома. Это позволяет выбрать наиболее эффективную систему в соответствии с доступным бюджетом. По причине высокой стоимости окупаемость оборудования может занять несколько лет. Однако такие инвестиции могут оказаться вполне оправданными, учитывая постоянные повышения цен на энергоресурсы.