Альтернативні види енергії для вашого будинку

В умовах постійного зростання тарифів на електроенергію і тепло, а також зростання навантаження на навколишнє середовище, використання альтернативних джерел енергії в приватних будинках стає все більш актуальним. Альтернативна енергетика дозволяє не лише знизити витрати на комунальні послуги, а й забезпечити енергетичну незалежність та екологічність свого житла.

Основні переваги альтернативної енергії для дому:

Економічність. Після окупності обладнання (в середньому 5-10 років) ви отримуєте безкоштовну електроенергію та тепло, що суттєво знижує щомісячні витрати.
Екологічність. На відміну від спалювання копалин, альтернативна енергетика не виробляє шкідливих викидів в атмосферу і не виснажує природні ресурси.
Незалежність. Власне джерело енергії захищає від перебоїв у централізованих мережах та дозволяє забезпечити електрикою та теплом віддалені об'єкти.

Найбільш поширені види альтернативної енергії для приватних будинків – це сонячна, вітрова, теплові насоси, гідро- та біоенергетика. Кожен має свої особливості, які ми докладно розглянемо далі.

Сонячна енергія

Сонце - невичерпне і доступне майже всюди джерело енергії. Для її перетворення в електрику та тепло використовуються сонячні панелі та колектори.

Сонячні панелі складаються із фотоелектричних елементів (як правило, на основі кремнію), які під дією сонячного світла виробляють постійний електричний струм. Існують два основні типи сонячних панелей:

Монокристалічні - виготовляються з цілісних кристалів кремнію, мають ККД до 22%, але є дорожчими. Наприклад, панель потужністю 320 Вт може коштувати $250-300.
Полікристалічні - збираються з безлічі кристалів, мають ККД до 18%, але доступніші за ціною. Аналогічна панель на 320 Вт буде коштувати $200-250.

Вибираючи сонячні панелі, зверніть увагу на такі критерії:

Потужність (Вт). Від неї залежить вироблення електроенергії. Для будинку площею 100-150 м2 зазвичай потрібна система потужністю 5-10 кВт.
Площа, м2). Чим більша площа панелей, тим більше енергії вони зможуть виробляти. У середньому, 1 кВт потужності потребує 5-7 м2 площі.
Країна виробник. Краще вибирати панелі від відомих брендів (Jinko Solar, Longi, Trina Solar) із країною походження Tier-1.

Для нагрівання води та опалення застосовуються сонячні колектори. Вони бувають трьох основних типів:

Плоскі – найпростіші та доступні, складаються з мідної або алюмінієвої пластини-абсорбера з каналами для теплоносія. ККД до 75%, вартість від $150 за 1 м2.
Вакуумні - ефективніші за рахунок вакуумної ізоляції трубок, що зменшує втрати тепла. ККД до 85%, ціна від $300 за 1 м2.
Гібридні (PVT) - поєднують функції сонячної панелі та колектора, одночасно виробляючи електрику та тепло. ККД до 80%, вартість від $500 за 1 м2.

При виборі сонячного колектора орієнтуйтеся на такі параметри:

Площа, м2). Для сім'ї з 4 осіб потрібно близько 4-6 м2 колекторів для гарячого водопостачання та 10-15 м2 – для опалення.
Об'єм бака-акумулятора (л). Він повинен вміщати 1,5-2 добові витрати гарячої води. Наприклад, при витраті 50 л/ос на день, оптимальний обсяг бака на сім'ю з 4 осіб - 300-400 л.
Теплоносій. У вакуумних колекторах використовується незамерзаюча рідина, що дозволяє експлуатувати їх цілий рік. У плоских - зазвичай вода чи антифриз.

Для максимальної ефективності сонячні панелі та колектори повинні бути орієнтовані на південь та встановлені під кутом, що дорівнює широті місцевості. В Україні оптимальний кут нахилу становить 30-45 °. Також важливо уникати затінення активної поверхні деревами, будинками, трубами тощо.

Вітрова енергія

Енергія вітру - ще одне відновлюване джерело, яке можна ефективно використовувати для електропостачання приватного будинку. Для цього служать вітрогенератори - пристрої, що перетворюють кінетичну енергію вітру на обертання ротора з лопатями і далі в електричний струм.

Вітрогенератори бувають двох основних типів:

Горизонтально-осьові – класична конструкція з ротором, розташованим паралельно землі. Більш ефективні та поширені, але вимагають розвороту за вітром. Потужність від 100 Вт до 100 кВт та вище.
Вертикально-осьові – ротор розташований перпендикулярно землі. Менш ефективні, але працюють за будь-якого напрямку вітру. Потужність до 10-20 квт. Компактні та підходять для встановлення на даху будинку.

При виборі вітрогенератора зверніть увагу на такі параметри:

Номінальна потужність (Вт, кВт) - визначає максимальне вироблення електроенергії при оптимальній швидкості вітру. Для будинку зазвичай достатньо 1-5 кВт.
Стартова швидкість вітру (м/с) - мінімальна швидкість, за якої вітряк починає виробляти енергію. Найкраще вибирати моделі з низьким стартом (від 2-3 м/с).
Номінальна швидкість вітру (м/с) – швидкість, за якої генератор видає паспортну потужність. Зазвичай знаходиться у діапазоні 8-12 м/с.
Діаметр ротора (м) - чим він більший, тим більше енергії може виробити вітряк. Але врахуйте, що в населеній місцевості не рекомендується ставити вітряки з ротором понад 3 м.
Висота щогли (м) - що вище розташований вітрогенератор, то сильніший і стабільніший вітер. Оптимальна висота - 10-15 м над рівнем землі та вище навколишніх будівель.

Вітрогенератори добре підходять для місцевостей із середньорічною швидкістю вітру від 4 м/с. Для більшості регіонів України цей показник знаходиться в діапазоні 3-5 м/с, а у південних та гірських районах сягає 6-7 м/с.

Важливо відзначити, що вітрогенератори вимагають складнішого монтажу та обслуговування в порівнянні з сонячними панелями. Потрібно враховувати троянду вітрів, наявність перешкод, шумовий вплив на сусідів. Також вітряки більш схильні до поломок через вібрації та ударні навантаження. Тому їх рекомендується встановлювати на відстані не менше висоти щогли х 1,5 від будівель та дерев.

Теплові насоси

Теплові насоси - це пристрої, які дозволяють використовувати низькопотенційне тепло землі, води або повітря для опалення, охолодження та гарячого водопостачання будинку. Вони працюють за принципом "холодильника навпаки" - забирають тепло з навколишнього середовища та переносять його в будинок, витрачаючи на це у 3-5 разів менше електроенергії, ніж виділяють тепла.

Існує три основні типи теплових насосів:

Повітря-повітря - відбирають тепло із зовнішнього повітря та нагрівають повітря всередині будинку. Найпростіші та найдоступніші, але мають обмеження за мінімальною температурою повітря (до -15 °С). Підходять для модернізації систем з електрообігрівачами.
Повітря-вода - також відбирають тепло з повітря, але передають його в систему водяного опалення та ГВП. Найбільш універсальні, т.к. можуть працювати з радіаторами, теплою підлогою, бойлером. Мінімальна температура повітря – до -25 °С.
Грунт-вода (геотермальні) - одержують тепло від ґрунту або ґрунтових вод через систему підземних колекторів. Найефективніші та всепогодніші, але вимагають проведення земляних робіт. Забезпечують коефіцієнт перетворення до 5-6.

При виборі теплового насоса орієнтуйтеся на такі критерії:

Теплова потужність (кВт) – має покривати розрахункові тепловтрати будинку. Для будинку площею 100–150 м2 зазвичай вистачає 8–12 кВт.
Коефіцієнт перетворення (COP) - співвідношення вироблюваного тепла до електроенергії, що витрачається. Чим він вищий, тим економічніший насос. Якісні моделі мають COP від 3 до 5 та вище.
Джерело низькопотенційного тепла – повітря, грунт, вода. Вибирається з урахуванням клімату, типу ґрунту, наявності водойми.
Інверторне керування – плавно регулює продуктивність компресора залежно від навантаження. Це підвищує ефективність та знижує знос обладнання.
Рівень шуму зовнішнього та внутрішнього блоків (дБ). Тихі моделі мають показники до 30-40 дБ, що можна порівняти з пошепки.

Головною перевагою теплових насосів є їхня висока енергоефективність. Наприклад, для вироблення 1 кВт·год теплової енергії сучасний тепловий насос витратить всього 0,2-0,3 кВт·год електрики. Для порівняння, електрокотел або ТЕН мають ККД близький до 1, тобто на 1 кВт·год тепла витрачають 1 кВт·год електроенергії.

Недоліки теплових насосів – висока вартість обладнання та монтажу, а також необхідність наявності джерела електроенергії для живлення компресора та насосів. Ціна теплового насоса потужністю 10 кВт стартує від 150 тис. грн., а вартість монтажу може становити 30-50% від ціни обладнання.

Гідроенергетика

Енергія води, що рухається - один з найстаріших і найбільш освоєних відновлюваних джерел. Для її використання в приватних домогосподарствах застосовуються мікрогідроелектростанції (мікроГЕС) та водяні колеса.

МікроГЕС складається з наступних основних елементів:

Водозабір та напірний трубопровід для подачі води на турбіну
Гідротурбіна, що перетворює енергію потоку на механічне обертання
Генератор, що виробляє електроенергію
Система автоматичного управління та захисту
Акумуляторні батареї для накопичення енергії
Інвертор для перетворення постійного струму на змінний

Принцип роботи мікроГЕС полягає в тому, що вода з річки або струмка трубопроводом подається на турбіну, яка обертає генератор. Постійний струм, що виробляється, накопичується в акумуляторах, а потім через інвертор подається в будинок у вигляді змінного струму 220 В.

Потужність мікроГЕС залежить від двох основних факторів:

Напір води (H) - різниця висот між рівнем водозабору та турбіною, що вимірюється в метрах.
Витрата води (Q) - обсяг води, що проходить через турбіну в одиницю часу, вимірюється м/с або л/с.

Потужність можна приблизно розрахувати за такою формулою: P [кВт] = 8 * Q [м³/с] * H [м]
Наприклад, при натиску 10 м та витраті 50 л/с (0,05 м³/с) можна отримати потужність: 8 * 0,05 * 10 = 4 кВт

Важливою вимогою до водного джерела є цілорічність і достатність. Для стабільної роботи мікроГЕС потрібна постійна витрата води не менше 20-30 л/с. Також потрібно враховувати сезонні коливання рівня води та можливість зледеніння взимку.

Водяні колеса більш прості у виготовленні та менш вимогливі до напору та витрати води. Вони використовують енергію потоку, що тече по лопаті колеса і змушує його обертатися. ККД водяного колеса нижче, ніж у гідротурбіни, і зазвичай не перевищує 30-40%. Але його можна зробити своїми руками з доступних матеріалів (дерево, метал).

Переваги гідроенергетики:

Постійність та передбачуваність вироблення енергії (на відміну від сонця та вітру)
Тривалий термін служби та низькі експлуатаційні витрати
Можливість використання енергії води не тільки для вироблення електрики, але й для механічного приводу млинів, насосів, верстатів

Недоліки:

Прив'язка до наявності та характеристик водного джерела
Необхідність узгодження та отримання дозволів на використання водних ресурсів
Ризик пошкодження обладнання при паводках та льодоході

Загалом, гідроенергетика – відмінне рішення для будинків, розташованих поблизу річок та струмків з відповідними параметрами. Вона дозволяє отримувати дешеву та екологічно чисту електроенергію протягом багатьох років. А у поєднанні з іншими альтернативними джерелами (сонце, вітер) може повністю забезпечити автономне енергопостачання будинку.

Біоенергетика

Біоенергетика – це отримання енергії з біомаси, тобто органічних речовин рослинного та тваринного походження. У приватних домогосподарствах найбільше поширене використання біогазу, який утворюється при розкладанні органічних відходів (гній, послід, рослинні залишки, харчові відходи і т.д.).

Біогазова установка складається з наступних основних елементів:

Реактор (метантенк) – герметичний резервуар, в якому відбувається анаеробне зброджування біомаси
Система завантаження та вивантаження сировини
Система обігріву та перемішування біомаси
Газгольдер для збирання та зберігання біогазу
Система очищення та підготовки біогазу
Газовий котел або електрогенератор для утилізації біогазу

Процес отримання біогазу ґрунтується на життєдіяльності метаноутворюючих бактерій, які в анаеробних умовах (без доступу кисню) розкладають органіку на метан (CH4), вуглекислий газ (CO2) та інші гази. Оптимальна температура для зброджування - 35-40 °С, тому реактор потребує обігріву. Отриманий біогаз накопичується в газгольдері, очищається від домішок та прямує споживачеві.

Вихід біогазу залежить від складу вихідної сировини та умов зброджування. У середньому, з 1 тонни гною ВРХ можна отримати 45-60 м³ біогазу, з 1 тонни пташиного посліду - 60-80 м³, з 1 тонни рослинної маси - 150-500 м³. Теплотворна здатність біогазу становить 5-7 кВт·ч/м³, що еквівалентно 0,5-0,7 л дизельного палива або 0,4-0,6 м³ природного газу.

Біогаз може використовуватись:

Для виробництва електроенергії у газових генераторах. 1 м³ біогазу дозволяє виробити 1,5-3 кВт⋅год електроенергії.
Для отримання тепла у газових котлах та плитах. 1 м³ біогазу замінює 0,8 м³ природного газу або 1,1 л дизеля.
Як моторне паливо для автомобілів після додаткового очищення та збагачення. 1 м³ біометану (90-95% CH4) еквівалентний 1 л бензину.

Побічним продуктом біогазової установки є біодобрив - переброджений субстрат, який можна вносити на поля підвищення врожайності. 1 тонна такого добрива замінює 60-80 кг мінеральних добрив.

Вибір потужності біогазової установки залежить від кількості та складу доступної сировини. Орієнтовно, для забезпечення газом сім'ї з 3-4 осіб потрібний біореактор об'ємом 5-10 м³, що завантажується 25-50 кг гною або 100-200 кг рослинної маси на добу. Вартість такої установки під ключ складає від 80 до 150 тис. грн.

Переваги біогазових установок:

Утилізація органічних відходів та перетворення їх на цінні продукти (газ, електроенергію, тепло, добрива)
Скорочення викидів парникових газів та неприємних запахів
Автономність та енергонезалежність господарства

Недоліки:

Необхідність постійного постачання установки сировиною (не менше 20-30 кг/добу)
Тривалий період запуску та виходу на режим (до 1-2 місяців)
Більш складна експлуатація та обслуговування порівняно з іншими альтернативними джерелами

Загалом біогазові установки - гарне рішення для фермерських господарств та будинків, розташованих у сільській місцевості. Вони дозволяють налагодити безвідходне виробництво та отримувати власний газ, електрику та тепло з відновлюваної сировини. А за надлишку біогазу його можна продавати сусідам або в мережу, отримуючи додатковий дохід.

Геотермальна енергія

Геотермальна енергія - це тепло, що міститься в надрах землі. Його можна використовувати для опалення та гарячого водопостачання будинків за допомогою геотермальних теплових насосів (ГТН).

ГТН працюють за тим же принципом, що і повітряні або водяні теплові насоси, але як джерело низькопотенційного тепла використовують ґрунт або підземні води. Вони складаються з таких основних елементів:

Геотермальні зонди (вертикальні) або колектори (горизонтальні) - система труб, заглиблених у землю нижче рівня промерзання
Циркуляційний насос для прокачування теплоносія (антифризу) через зонди/колектори
Тепловий насос (найчастіше типу "вода-вода") з компресором, випарником та конденсатором
Буферна ємність для накопичення нагрітої води
Система розподілу тепла (радіатори, тепла підлога, фанкойли)

Принцип роботи ГТН є наступним. Теплоносій циркулює за підземним контуром і відбирає тепло від ґрунту, який навіть узимку має позитивну температуру (7-12 °C). Далі це тепло передається у випарник теплового насоса, де за рахунок низького тиску антифриз закипає та переходить у газоподібний стан. Потім газ стискається компресором, його температура підвищується до 70-80 ° C і він віддає тепло в конденсаторі, нагріваючи воду буферної ємності. Звідти гаряча вода надходить у систему опалення будинку. Охолоджений антифриз знову прямує у підземний контур, і цикл повторюється.

Переваги ГТН:

Використання стабільного та невичерпного джерела енергії, доступного в будь-якій точці
Висока ефективність (КОП до 4-5) та економічність
Можливість не тільки опалення, а й охолодження будинку влітку (реверсивний цикл)
Тривалий термін служби (до 50 років для підземної частини та 15-20 років для теплового насоса)
Екологічна чистота та безпека

Недоліки ДМН:

Високі початкові витрати на буріння свердловин та монтаж системи
Необхідність наявності достатньої площі земельної ділянки
Складність та дорожнеча ремонту підземної частини під час аварії
Залежність від наявності електроенергії для роботи компресора та насосів

Існують два основні типи геотермальних колекторів.
Горизонтальні - являють собою систему труб, покладених у траншеї глибиною 1,2-1,5 м та довжиною 20-100 м на відстані 0,5-1 м один від одного. Займають велику площу (30-50 м ² на 1 кВт потужності), але простіше і дешевше в монтажі. Підходять для ділянок з вологим глинистим ґрунтом.

Вертикальні (зонди) - складаються з 2-3 труб, опущених у свердловини глибиною 50-200 м. Вимагають менше місця (5-10 м ² на 1 кВт), але складніше у виготовленні. Застосовуються на ділянках зі скельними або сухими піщаними ґрунтами.

Вибір типу колектора залежить від доступної площі, типу ґрунту, рівня ґрунтових вод та необхідної потужності ГТН. У середньому, на 1 кВт теплової потужності потрібно 10-20 м ² площі землі для горизонтального колектора або 10-20 м довжини вертикального зонда.

Рекомендовані товари

Код: 121491