Обмеженість запасів енергоресурсів і зростання їх вартості робить все більш актуальним застосування в побуті альтернативних джерел енергії. Спостерігаючи за розвитком техніки, все чаші можна зробити висновок, що еволюція людства йде по спіралі, з повторенням пройденого на новому етапі. Споконвіку люди гріли на сонці воду для миття, використовували енергію вітру для розмелювання зерна і т. д. Тепер же все більш популярними стають прилади, які перетворять сонячну і вітрову енергію в електричну або теплову. Звичайно, для роботи такого обладнання характерний ряд складнощів, зокрема нестабільність і значна залежність від погодних умов. Зате вони забезпечують повноцінну автономність, незалежність від роботи комунальних інженерних служб, політичної та економічної ситуації в країні, а в майбутньому, після досягнення окупності, - значне скорочення витрат на проживання в будинку.
ГВП від природи
Відразу два види приладів перетворюють сонячні промені в енергію: сонячні колектори (або геліоколектори) і батареї. Чимало споживачів помиляється і вважає, що ці два терміни означають одне і те ж пристрій. Однак між ними є принципова відмінність. Призначення геліоколекторів полягає в отриманні теплової енергії з безпосереднього, а також розсіяного і відбитого сонячного випромінювання і передачі її огрівальної установці. Простіше кажучи, геліоколектори забезпечують гаряче водопостачання (ГВП) будинку за умови гарної погоди. Працюють вони в такий спосіб:
- абсорбер, розмішені в колекторі, нагрівається на сонці;
- від абсорбера тепло переходить до теплоносія (води або іншої рідини), який тече по вбудованим в колектор трубках;
- теплоносій перекачується в бак-накопичувач;
- теплоносій віддає в баку тепло воді, призначеної для споживання, а охолоджена повертається в колектор.
Розрізняють два види абсорбера. Пофарбований чорною фарбою, більш простий і дешевий, незважаючи на швидке і сильне нагрівання, більшу частину випромінювання при нагріванні втрачає. Абсорбер з селективним покриттям коштує дорожче, але зберігає до 95% потрапляє на нього енергії, тобто втрачає в порівнянні з першим варіантом в 10-15 разів менше тепла. В даний час майже всі сучасні колектори випускаються з високоселективними поглинаючими покриттями абсорберов, так як крім своєї високої ефективності вони відрізняються великими технологічністю і надійністю. Ще одне актуальне питання - вибір типу колектора. Плоскі мають форму прямокутника, на поверхні якого розміщений шар абсорбера. Зверху вони покриті загартованим або мінеральним склом. Ефективно працювати такі колектори можуть тільки в теплу пору року, коли є великий відсоток безпосереднього випромінювання (прямих сонячних променів). Однак саме їх у нашій країні набувають чаші, причина чого зрозуміла і прозаїчна: плоскі колектори дешевше і вимагають менше уваги при обслуговуванні. Для сім'ї з чотирьох чоловік буде потрібно плоский колектор площею 4-6 м - він зможе забезпечити до 85-95% гарячої води, використовуваної в будинку протягом теплого півріччя.
У трубчастих колекторах абсорбер знаходиться в скляних вакуумних трубах. Завдяки цьому ККД у даних приладів вище, ніж у плоских. Крім того, вони добре поглинають розсіяне випромінювання, ефективно працюють навіть взимку і в похмурі дні. Також такі колектори набагато продуктивніші, багатофункціональні і в довгостроковій перспективі вигідні. Для сім'ї з чотирьох осіб необхідний трубчастий колектор площею 2,4-3,2 м. Також до складу геліоколектора входять гідравлічний контур з трубопроводів, клапани, фільтри, насос (саме він забезпечує рух теплоносія в системі) і регулювальний обладнання. З 1 м площі геліоколектора можна отримати до 2,5-3 кВт х год теплової енергії в день. Ці цифри збільшуються в 2-3 рази влітку і в південних регіонах країни, але знижуються на 50-100% взимку.
Місце під сонцем
Дуже важливо правильно розташувати геліоколектор. Тоді він буде працювати не тільки надійно, але й ефективно. Чаші всього його розмішають на даху будівлі, а часом і зовсім вбудовують в її конструкцію. Правда, вбудувати вдасться тільки плоску модель, та й то за умови, що скат даху становить не менше 25 °. Зміцнити ж можна обидва типи колекторів на даху будь-яких форми та конфігурації. Навіть на плоскою. Головне - встановити спеціальні покрівельні утримувачі і вивести назовні сполучні трубки. Звичайно, найкраще це робити на стадії будівництва будинку. В іншому випадку доведеться тимчасово розбирати частина конструкції даху. Значно рідше прилади встановлюють на стіні брухту. Також нечасто монтують їх як окремо стояше обладнання. Енергоефективність колекторів безпосередньо залежить від місця їх розміщення. Звичайно, найбільш корисні ті з них, що «дивляться» в південному напрямку.
Для плоских колекторів це, по суті, і єдиний можливий вибір. Поворот на схід чи захід можливий не більше ніж на 15 °. А ось трубчасті колектори допускають більш широкий діапазон відхилень від півдня. Плануючи той чи інший вид монтажу, треба стежити за тим, щоб установку не затінювали сусідні споруди або дерева. Враховують і кут кріплення колектора. Найкращого результату можна досягти в тому випадку, якщо промені падають на поверхню системи перпендикулярно. Положення Сонця протягом року змінюється, і оптимальний кут нахилу влітку становить 30 °, а взимку - 60 °. Оскільки змінити нахил для пристрою, встановленого на схилі даху, неможливо, то для цілорічної роботи їх монтують під кутом 45 °. Якщо ж прилад розташований на плоскому даху або у дворі будинку, то можна передбачити можливість повороту. До речі, розташовані поблизу будівельні конструкції і сусідні будови збільшують ККД геліоколектора завдяки відбитому випромінюванню.
Домашній акумулятор
Б відміну від геліоколекторів сонячні батареї виробляють не теплову енергію, а безпосередньо електрику. По суті вони представляють собою кілька об'єднаних в один комплект фотоелектричних перетворювачів (фотоелементів), тобто напівпровідникових пристроїв, які без жодних «посередників» перетворять сонячну енергію в постійний електричний струм. Аля передачі електроенергії в домашню мережу використовується інвертор, який перетворює постійний струм в змінний. Крім того, побутової сонячній системі енергопостачання потрібні акумуляторна батарея (вона накопичує енергію і дає можливість згладжувати перепади напруги через зміни освітленості) і контролер заряду (він не дозволяє акумулятору перезарядитися або розрядитися завчасно). Фотоелементи в сонячних батареях збирають паралельно або послідовно, причому їх площа (для побутового застосування) може становити від 5 до 50 м. Геометричні параметри і продуктивність батарей знаходяться в прямій залежності: чим більше розміри панелі, тим вище потужність виробленої електроенергії.
І все ж їх ефективність (хоча вона і виросла за останні роки) наразі не дуже висока і становить від 10 до 25%. За один ясний сонячний день установка здатна виробити не більше 100-120 Вт з 1 м площі панелі. Тому для більш-менш нормального енергозабезпечення приватного будинку, в якому проживає три-чотири людини, буде потрібно сонячна батарея (або набір із сонячних батарей) площею 10-20 м. Вони забезпечать подачу 1-2 кВт на день. Цього буде достатньо для функціонування системи освітлення, роботи комп'ютера, телевізора і т. д. А от використання пральної машини, пилососа і інших потужних приладів потребують більш значного енергопостачання. Звичайно, можна ще більше збільшити площу сонячних панелей і закрити ними весь південний схил даху, але така установка вже коштуватиме так дорого, що навряд чи окупить себе навіть за пару десятків років.
Тому сонячні батареї поки що можна розглядати тільки в якості додаткового і / або запасного джерела. Зате вони будуть служити надійно протягом як мінімум 10-15 років (зазвичай виробники надають гарантійні зобов'язання саме на цей період), хоча практика показує, що за відсутності форс-мажорних обставин батареї справно працюють до 30-50 років. А після початкових витрат на придбання і установку вони не вимагають більше ніяких витрат. Еше один випадок, коли варто встановити сонячну батарею, - недолік потужності в загальній (міський або селищною) мережі і неможливість її збільшення в найближчі роки. Також варто розглядати такі панелі в якості джерела безперебійного живлення. Вони врятують ситуацію при падінні напруги в основній мережі і не дадуть побутової та комп'ютерної техніки вийти з ладу.
Користь від енергії вітру
Вітрогенератор (вітряний генератор, вітряк, вітряна електростанція) - це система, яка отримує кінетичну енергію вітру і перетворює її в електричну. До складу такого приладу входять наступні елементи:
- вітротурбіна, яка безпосередньо вловлює енергію (рух вітру) і передає її (безпосередньо або через передавальне ланка) на вал генератора;
- генератор, що перетворює отриману силу в електричну;
- поворотний пристрій, яке дозволяє приладу міняти напрям разом з вітряним потоком і, тим самим, не дає системі простоювати;
- щогла, куди кріпляться всі інші елементи;
- акумуляторна батарея, призначена для накопичення виробленої електроенергії.
Вітротурбіни бувають двох типів - лопатеві і вітрильні. Перші відрізняються істотно більш високою ефективністю. Проте добре працювати будуть тільки на висоті від 50 м, оскільки вітер там дме щодо постійно, та й швидкість його вище. Як і сонячні батареї, вітряні електростанції рятують в тому випадку, якщо поряд з будинком немає надійних мереж електропостачання. Крім того, вони дозволяють збільшити енергоспоживання вдома, не прокладаючи додаткові лінії там, де вистачає потужності у міських мереж. А у вітряну погоду вітрогенератор потужністю 1-3 кВт при швидкості вітру 9 м / с забезпечить не тільки освітлення, але і харчування таких приладів, як телевізор, комп'ютер, пральна машина, праска, водонагрівач і електроплита. Система ж, розрахована на вироблення 5-10 кВт, повністю покриє всі витрати, які можуть одночасно виникнути в приватному будинку. З іншого боку, є легкі переносні прилади потужністю до 300 Вт, які можна швидко встановити там, де це необхідно, і отримати кількість енергії, достатню для роботи комп'ютера і телевізора, зарядки мобільних пристроїв і освітлення в одній кімнаті.
Збільшити продуктивність вітрогенераторів будь-якого типу можна, якщо встановити кілька вітряків, пов'язаних в один ланцюг і контрольованих через загальну панель управління. Також треба уважно поставитися до питання вибору місця для установки. Ідеальні точки - височини, пагорби, схили ярів. Потрібно також стежити, щоб в 10-12 м від вітряної електростанції не було будов (у тому числі господарських) і високих дерев, так як вони будуть сприяти утворенню турбулентних повітряних потоків і, тим самим, знижувати продуктивність вітроустановки. Заодно таку відстань допоможе знизити вплив шуму. Нарешті, перш ніж купувати техніку, слід уточнити в Гідрометеоцентрі, яка середньорічна швидкість вітру в даній місцевості. Вітрогенератор виправдає себе в тому випадку, якщо вона становить не менше 4 м / с.