Тарифы на «классические» энергоносители (газ, уголь, бензин, нефть) день ото дня неуклонно повышаются. И это понятно. Ведь человечество давно уже традиционно использует невозобновляемые источники энергии. А их в природе хотя и много, но все же ограниченное количество. Когда-нибудь настанет то время, когда они иссякнут. И придется переключаться, по крайней мере на приватном уровне, на что-либо иное. Сделать альтернативные источники энергии для дома своими руками - лучший вариант для частника, владельца небольшого строения или компактного производства, не требующего огромных энергозатрат.

Прогнозы экономистов и ученых

Некоторые ученые предупреждают: природных ресурсов, используемых человечеством, может не хватить уже представителям ныне живущих поколений, не говоря о потомках! Подсчитано, что в современных условиях обычная семья тратит на оплату света, отопления, бензина для автомобиля до 40 процентов своего бюджета. А по скромным прогнозам экономистов эта доля может вырасти и до 70%! Поэтому для многих представителей так называемого среднего класса (и не только) альтернативные источники энергии для дома, своими руками созданные, - отличный и весьма экономичный выход из складывающейся ситуации.

Наиболее популярные

Вообще-то, практически любой природный фактор можно превращать в энергию. Например, ветер, солнце, силу воды, тепло земных недр, разложение биомасс. Наиболее популярно использование альтернативных источников энергии солнца и ветра. Однако этот вопрос не проработан в достаточной мере на законодательном уровне. Теоретически все ресурсы принадлежат государству. Поэтому, используя такие виды альтернативных источников энергии, как сила ветра или излучение солнца, скорее всего, придется заплатить налог.

Ветер

Подобного рода используют давно (яркий пример - ветряные мельницы, существовавшие еще в древние времена). Лет сорок назад активно начали строить ветряные электростанции. Альтернативные источники энергии для дома, своими руками созданные (миниветрогенераторы), как правило, состоят из специальных лопастей для улавливания ветра, соединенных с генератором напрямую или же через редуктор. Надо иметь в виду, что такой прибор эффективен только в местности, где есть постоянные ветра (например, на побережье моря). Также нужно помнить, что ветряки будут эффективными только при высоте мачты от пятнадцати метров (что довольно проблематично в условиях частного сектора).

Разновидности

Есть ветряки тихоходные. Они предназначены для скорости ветра до шести метров в секунду и характеризуются наличием множества лопастей (иногда до тридцати). Такие приборы малошумные, запускаются и при несильном ветре, но зато имеют низкий КПД при довольно большой парусности. Быстроходные ветряки используют ветер до пятнадцати метров в секунду. Они имеют три или четыре лопасти, достаточно шумно работают и обладают высоким КПД. Из всех видов они самые распространенные в мире. Роторные ветрогенераторы имеют вид бочки с вертикальным расположением лопастей. Они не требуют ориентировки по ветру, но зато у них самый низкий КПД.

Как использовать

Установить ветряки как альтернативные источники энергии своими руками довольно несложно. Вначале необходимо разметить место под мачту во дворе или в удобном месте на участке, где дует постоянно ветер (проанализировав расположение предварительно). Требуется заложить прочный фундамент, чтобы высокая (лучше - более 15 метров) мачта прочно держалась на земле. Ветряк (или несколько приборов) следует выбирать быстроходный. Можно купить в магазине, а тем, у кого руки «правильно выросли», - сделать по соответствующим чертежам самому. Такой информации сейчас довольно много в СМИ и специальной литературе.

Выбирайте тот вариант, который, по отзывам пользователей, покажется самым надежным и посильным в эксплуатации. В момент подключения машины, как показывает опыт, лучше позвать профессионального электрика. Он-то наверняка подскажет, как ваш ветряк правильно подключается, даже если имеется самоучитель и инструкция. И еще: для того чтобы запитать от этой энергии несколько лампочек и приборов (например, телевизор или компьютер), будет необходимо установить сразу несколько ветряков. Так что думайте, насколько вам это по карману. Не забывайте и об основном условии - наличии постоянно дующего ветра. Ведь устанавливать ветрогенератор в глухом лесу, как говорится, пустая трата времени и денег. А вообще-то, ветряки как альтернативные источники энергии своими руками сделать и установить в частном доме представляется вполне возможным и в финансовом, и в физическом плане.

Солнце

Его энергия является поистине неиссякаемой. И к тому же довольно перспективной в использовании. Все мы видели по телевизору европейские варианты «умного дома», где и отопление, и освещение, и нагрев воды производятся за счет применения солнечной энергии. Интересно, что за один год на поверхность почвы и воды попадает столько солнечного излучения, что его (если полностью использовать для получения энергии) хватило бы всему человечеству на многие тысячи лет! Остается, как обычно, только взять то, что «валяется» под ногами. А это бывает не так уж и просто. Загвоздка кроется в довольно низком КПД фотоэлектрических преобразователей и гелиоустановок, придуманных человечеством. Но в этом направлении ведутся постоянные работы ученых.

Гелиоустановки

Такие высокотехнологические приборы, как солнечные альтернативные источники энергии для дома, своими руками изготовить, безусловно, можно (и даже нужно). Только приготовьтесь к тому, что сделать это будет, скорее всего, не так-то просто, и без определенных навыков или помощи специалиста не обойтись!

Для нагрева воды

Наиболее целесообразное и простое использование приборов - для нагрева воды. Разделяют прямой и косвенный нагрев. К прямому относятся разнообразные теплицы, баки для подогрева воды на солнце, парники, застекленные лоджии, веранды, например. Такой вид нагрева позволяет использовать бесплатную солнечную энергию для выработки тепла в любом удобном месте: на крыше, на каком-либо открытом пространстве. В качестве теплоносителя применяют незамерзающие жидкости (антифриз), а последующая происходит в теплообменниках-накопителях. Из них же и производится забор воды на отопление и бытовые нужды.

Кстати, существует детский конструктор «Альтернативные источники энергии» («Знаток»), позволяющий собрать до 130 проектов. Дети в возрасте от пяти лет также могут приобщиться к созданию ветряков, использовать механическую, водную, солнечную энергию для получения электричества.

Солнечные батареи

Развитие привело к созданию солнечных батарей как наиболее эффективному способа использования излучения Солнца. Такого рода панель представляет собой систему полупроводников, преобразующих солнечную энергию в электричество. Подобные системы обеспечивают бесперебойное и надежное, экономически выгодное снабжение частного дома электроэнергией. Особенно эффективны они в труднодоступных районах. Например, в горах, где много солнечных дней в году, а «официальное» снабжение электричеством отсутствует или страдает нерегулярностью. Или в местности, где есть частые перебои с поставкой электроэнергии от основного источника.

Преимущества установки

Подобная установка обладает следующими достоинствами:

• не требует прокладывания кабеля к опорам, что значительно удешевляет производство;
• минимизированы затраты на установку и обслуживание батарей;
• экологическая чистота добываемой энергии;
• малый вес солнечных батарей;
• полнейшая бесшумность при эксплуатации;
• довольно длительный срок использования.

Недостатки

Проблемы альтернативных источников энергии, таких как солнечные батареи, заключаются:

• в трудоемком процессе сборки;
• в том, что они занимают много места;
• чувствительны к механическим повреждениям и загрязнением;
• не функционируют в ночное время;
• их эффективность сильно зависит от солнечной или пасмурной погоды.

Монтаж

Альтернативные источники энергии - солнечные батареи - монтируются при определенных навыках достаточно легко. Вначале нужно осуществить подбор необходимых материалов для конструкции. Нам понадобятся качественные фотоэлементы (из моно- или поликристаллического кремния). Лучше взять те, работа которых эффективна и при пасмурной погоде - поликристаллы, легкодоступные в наборе. Ячейки покупаем одной фирмы-производителя, чтобы все было совместимо и взаимозаменяемо. Также нужны будут проводники, соединяющие фотоэлементы. Корпус изготавливается из Его габариты определяем по количеству ячеек. Для внешнего покрытия - оргстекло. Для крепления на крышу дома используем саморезы. Для пайки проводов - обыкновенный паяльник. В общем, ничего «военного». При помощи хорошей инструкции, как правило, прилагаемой к набору, можно разобраться самому. На крайний случай пригласить в помощники соседа по даче.

Сегодня всем известно, что запасы углеводородов на Земле имеют свой предел. С каждым годом все труднее становится добывать нефть и газ из недр. Кроме того, их сжигание наносит непоправимый ущерб экологии нашей планеты. Несмотря на то, что технологии производства возобновляемой энергии сегодня очень эффективны, государства не спешат отказываться от сжигания топлива. При этом, цены на энергоносители растут с каждым годом, заставляя простых граждан все больше и больше раскошеливаться.

В связи с этим, производство альтернативной энергии сегодня становится не просто чудачеством отдельных любителей, а занятием вполне утилитарным и даже необходимым в некоторых случаях. Сотни тысяч владельцев загородных домов, не только в мире, но в нашей стране, сегодня с удовольствием используют «зеленые» технологии производства электроэнергии. Как добывается альтернативная энергия своими руками: обзор лучших возобновляемых источников электричества можно увидеть далее.

Доступные для извлечения собственными руками источники возобновляемой энергии

Человек с давних времен использовал в своем быту приспособления и механизмы, которые были способны преобразовывать движение природных стихий в механическую энергию. Примером могут служить ветряные и водяные мельницы. С изобретением электричества стало возможным преобразование механической энергии в электрическую путем установки генератора на движущиеся части механизма. Со временем эти конструкции были усовершенствованы, и сегодня на гидроэлектростанциях и ветряных комплексах в мире вырабатывается большое количество электричества.

Кроме воды и ветра человечеству доступен солнечный свет, энергия земных недр, биологические топливо. В связи с этим в быту используются следующие устройства для выработки возобновляемой энергии:

• Батареи для получения солнечной энергии.
• Тепловые насосные станции.
• Ветровые генераторы.
• Установки на биогазовом топливе.

Промышленность хорошо чувствует пожелания людей и уже выпускает множество моделей каждого из этих устройств. Однако цены на них сегодня таковы, что о быстрой окупаемости не может быть и речи. В связи с этим умельцы из народа разработали множество схем и проектов, по которым можно изготовить такие агрегаты. Рассмотрим некоторые из них.

Солнечные батареи – подарок космических технологий

Солнечные батареи получили известность в начале космической эры. Они по сей день используются, как источники энергии для космических кораблей и межпланетных станций. Аппараты, бороздящие пески Марса, оборудованы этими нехитрыми приспособлениями. Само Солнце дает для них свою энергию. Принцип действия солнечных панелей основан на способности фотонов при прохождении через полупроводниковый слой создавать в нем разность потенциалов, которая, при замыкании в электрическую цепь, создает электрический ток.

Удивительно, но сделать самостоятельно солнечную батарею не так уж и трудно. Есть два способа ее создания. Первый способ простой, и с ним справится любой человек. Нужно просто приобрести готовые фотоэлементы на поликристаллах или монокристаллах, связать их в одну цепь и закрыть прозрачным корпусом. Эти кристаллы способны улавливать фотоны света Солнца и преобразовывать их в электричество. Они очень хрупкие, поэтому в процессе изготовления прибора, нужно соблюдать меры предосторожности. Каждый элемент промаркирован, поэтому его вольтамперные характеристики известны. Необходимо только собрать нужное количество элементов для сооружения батареи нужной мощности. Для этого:

• Делают прозрачный каркас из пластика, оргстекла или поликарбоната.
• Вырезают из фанеры или пластика корпус по размеру этого каркаса.
• Все кристаллические элементы последовательно спаивают в схему. Только при последовательном соединении достигается увеличение напряжения в цепи. Оно просто суммируется со всех элементов.
• Фотоэлементы помещают в каркас и аккуратно закрывают, не забыв вывести наружу провода.

При выборе фотоэлементов нужно учесть то, что монокристаллы более долговечны и эффективны (КПД 13%), а поликристаллы часто ломаются и менее эффективны (КПД 9%). При этом первым требуется постоянный открытый солнечный свет, а вторые довольствуются более пасмурной погодой. Устанавливают готовую панель чаще всего на крышу или на освещенную солнцем площадку. Угол наклона должен регулироваться, так как зимой лучше устанавливать панель вертикально во избежание засыпания снегом.

Второй способ изготовления солнечных батарей на много сложнее. Здесь уже требуются некоторые электротехнические навыки. Вместо готовых элементов нужно сделать диодную цепь. Для этого необходимо приобрести или насобирать из старой техники диодов. Лучше всего для этой цели подойдут Д223Б. Они имеют высокое напряжение в 350мВ при прямых солнечных лучах. То есть для выработки 1В понадобится всего 3 таких диода. Напряжение в 12В способны создать 36 диодов. Количество значительное, но стоимость у них небольшая, около 130 рублей за сотню, поэтому основная проблема в длительности монтажа.

Диоды замачивают в ацетоне, после чего удаляют с них краску. Затем сверлят необходимое количество отверстий в пластиковой заготовке и вставляют в них диоды. Спайку производят последовательно по рядам. Готовую панель закрывают прозрачным материалом и помещают в кожух.

Как видим, воспользоваться дармовой энергией Солнца не так уж и сложно. Достаточно уделить немного сил и средств.

Тепловые насосы создают тепло из всего

Принцип их действия основан на циклах Карно. Говоря более простым языком, это большой холодильник, который при охлаждении окружающей среды, забирает у нее низкопотенциальную энергию и преобразовывает ее в тепло с высоким потенциалом. Окружающая среда может быть любой: земля, вода, воздух. В любое время года они содержат малую долю тепла. Устройство имеет достаточно сложное устройство и состоит из нескольких основных компонентов:

• Наружный контур, заполненный природным теплоносителем.
• Внутренний контур с водой.
• Испаритель.
• Компрессор.
• Конденсатор.

В системе, как и в холодильнике применяют фреон. Наружный контур может быть помещен в водяную скважину или в открытый водоем. Иногда даже просто в землю закапывают этот контур, но это требует больших затрат.

Рассмотрим процесс самостоятельного изготовления теплового насоса. Первым делом необходимо раздобыть компрессор. Можно снять его с кондиционера. Достаточно будет мощности на нагрев 9,7кВт.

Вторая важная деталь – это конденсатор. Его можно сделать из обычного бака объемом 120 литров. Главное, чтобы он был не подвержен коррозии. Бак режут на две части и вставляют внутрь змеевик из меди. На выходы змеевика крепят двухдюймовые соединения для монтажа контура. Бак сваривают с помощью сварочного аппарата. Площадь змеевика нужно вычислить заранее по формуле: ПЗ = МТ/0,8РТ, где: ПЗ - площадь у змеевика; МТ - Мощность тепловой энергии, которую выдает система, кВт; 0,8 - коэффициент теплопроводности при протекании воды вокруг меди; РТ - разница между температурами воды на входе и на выходе в градусах Цельсия. Змеевик можно изготовить самостоятельно, путем наматывания трубы на любой цилиндр. Внутри него будет циркулировать фреон, а в баке вода из системы отопления. Она будет нагреваться при конденсации фреона.

Для изготовления испарителя потребуется пластиковая тара, имеющая объем не менее 130 литров. Горловина этого бака должна быть широкой. В него тоже помещают змеевик, который будет соединен с предыдущим в единый контур через компрессор. Выход и вход испарителя делают с помощью обычной канализационной трубы. Через него будет протекать вода из водоема или скважины, которая обладает энергией, достаточной для испарения фреона.

Работает такая система следующим образом: испаритель помещается в водоем или скважину. Вода, огибая его, вызывает испарение хладагента, который поднимается по трубам из испарителя в конденсатор. Там он конденсируется, отдавая тепло окружающей змеевик воде. Эта вода циркулирует по трубам отопления с помощью центробежного насоса, обогревая помещение. Хладагент компрессором вновь отправляется в испаритель, и цикл повторяется вновь и вновь.

Рассмотренный нами агрегат способен обогреть помещение в 60 м2 в любое время года. При этом энергия берется из окружающей среды.

Потомки ветряных мельниц, вырабатывающие киловатты

В устройстве ветряков ничего сложного нет. Не зря наши предки использовали энергию ветра так обыденно. Принципиально ничего не изменилось. Просто вместо жернов мельницы был установлен привод на генератор, который преобразует вращательную энергию лопастей в электричество.

Для изготовления ветрогенератора понадобится: высокая башня, лопасти, генератор и накопительная батарея. Придумать надо и простейшую систему управления и распределения электричества. Рассмотрим один из способов сооружения ветряка самостоятельно.
Не будем фокусировать внимание на устройстве башни и лопастей, здесь нет ничего сложного для того, кто хоть что-то смыслит в механике. Остановимся на генераторе. Можно, конечно, приобрести готовый генератор с необходимыми параметрами, но наша задача создать ветряк самостоятельно. Если у вас есть двигатель от старой стиральной машины, и он работает, то дело решено. Нам нужно будет переделать его в генератор. Для этого приобретем неодимовые магниты.

Ротор генератора растачиваем на токарном станке, делая углубления для магнитов. В них на суперклей приклеиваем магниты. Заворачиваем ротор в бумагу, а расстояние между магнитами заливаем эпоксидной смолой. Когда она засохнет – убираем бумагу, а ротор шлифуем наждачкой. Внимание! Чтобы магниты не залипали, их нужно установить с небольшим наклоном. Теперь при вращении ротора, магниты будут образовывать разность потенциалов, которую снимают с помощью клемм.

Биогазовый генератор создаст энергию из отходов

Человек в процессе своей жизнедеятельности вырабатывает огромное количество органических отходов. Особенно это актуально возле крупных городов или животноводческих комплексов. Если эти отходы поместить в анаэробную среду, то начинается процесс их разложения с выделением смеси горючих газов: метана, сероводорода с примесями углекислоты. Все они, кроме последнего являются прекрасным топливом, хоть и обладают неприятным запахом.

Для того, чтобы сделать генератор для биотоплива, понадобится герметично закрытый бак. В нем смонтирован шнек, которым отходы будут периодически перемешиваться, патрубок, через который отработанные отходы будут выгружаться и горловина для их загрузки. Кроме того, в верхней части бака вваривают патрубок для отбора выделяемого биогаза и отвода его к потребителю.

Лучше всего эту конструкцию закопать в землю и сделать абсолютно герметичной. Это будет способствовать эффективному отбору газа без утечки. Так как емкость герметична, то расход газа должен быть постоянным, в противном случае, рекомендуется сделать предохранительный клапан, который будет открываться при превышении допустимой нормы давления. Переработанные отходы являются прекрасным удобрением для огорода.

Простейшая конструкция этой установки позволяет создавать ее практически из любых подручных материалов. Это очень широко распространено в Китае. Однако, стоит соблюдать меры безопасности, так как биогаз очень горюч и токсичен. Больше всего биогаза образуется из смеси животных отходов и силоса. В бак наливают теплую воду, которая запускает процесс разложения субстрата.
Обзор лучших возобновляемых источников электричества показал, что альтернативная энергия своими руками не такое уж и чудачество. Ее можно получить буквально из ничего и в достаточных количествах для потребления домохозяйства.

Зачем каждый месяц платить энергокомпаниям за электричество, если можно самостоятельно обеспечивать себя энергией? Все больше людей в мире понимает эту истину. И потому сегодня мы расскажем про 8 необычных источников альтернативной энергии для дома, офиса и отдыха .

Солнечные панели в окнах

В наше время самым распространенным в быту альтернативным источником энергии являются солнечные панели. Традиционно их устанавливают на крышах частных домов или во дворах. Но с недавних пор стало возможным размещать эти элементы прямо в окнах, что позволяет использовать такие батареи даже владельцам обычных квартир в многоэтажных домах.

При этом уже появились решения, позволяющие создавать солнечные панели с высоким уровнем прозрачности. Именно такие энергетические элементы и следует устанавливать в окнах жилых помещений.

К примеру, прозрачные солнечные панели разработали специалисты из Мичиганского Государственного Университета. Эти элементы пропускают 99 процентов проходящего через них света, но имеют при этом коэффициент полезного действия в 7%.

Компания Uprise создала необычную ветряную турбину высокой мощности, которую можно использовать как в быту, так и в промышленных масштабах. Этот ветряк располагается в прицепе, который может передвигать за собой внедорожник или дом на колесах.

В сложенном состоянии с турбиной Uprise можно ездить по дорогам общего пользования. Но в развернутом состоянии она превращается в полноценный ветряк высотой пятнадцать метров и мощностью 50 кВт.

Uprise можно использовать во время путешествий в доме на колесах, для обеспечения энергией отдаленных объектов или обычных частных жилых домов. Установив эту турбину у себя во дворе, ее владелец может даже продавать излишки электричества соседям.

Makani Power – это проект одноименной компании, перешедшей недавно в подчинение полусекретной лаборатории инноваций . Идея данной технологии одновременно проста и гениальна. Речь идет о небольшом воздушном змее, который может летать на высоте до одного километра и вырабатывать электричество.

Летательный аппарат Makani Power оснащен встроенными ветряными турбинами, которые будут активно работать на высоте, где скорость ветра значительно больше, чем на уровне земли. Полученная энергия в данном случае передается по шнуру, соединяющем воздушного змея с базовой станцией.

Энергия будет также вырабатываться от движений самого летательного аппарата Makani Power. Дергая под силой ветра трос, этот воздушный змей заставит крутиться динамо-машину, встроенную в базовую станцию.

При помощи Makani Power можно обеспечить энергией как частные дома, так и отдаленные объекты, куда нецелесообразно проводить традиционную линию электропередач.

Современные солнечные батареи все еще имеют весьма низкий коэффициент полезного действия. А потому для получения от них высоких производственных показателей приходится застилать панелями достаточно большие пространства. Но технология с названием Betaray позволяет увеличить КПД примерно в три раза.

Betaray – это небольшая по размерам установка, которую можно расположить во дворе частного дома или на крыше многоэтажки. В ее основе лежит прозрачная стеклянная сфера диаметром чуть меньше одного метра. Она аккумулирует солнечный свет и фокусирует его на достаточно небольшую фотоэлектрическую панель. Максимальный КПД данной технологии имеет потрясающе высокий показать в 35 процентов.

При этом сама установка Betaray является динамической. Она автоматически подстраивается под положение Солнца на небе, чтобы в любой момент работать на максимуме возможностей. И даже ночью эта батарея вырабатывает электричество, преобразуя свет от Луны, звезды и уличного освещения.

Датско-исландский художник Олафур Элиассон дал старт необычному проекту с названием Little Sun, который объединяет в себе творческое начало, технологии и социальные обязательства успешных людей перед обездоленными. Речь идет о небольшом устройстве в виде цветка подсолнуха, которые в течение дня наполняется энергией от солнечного света, чтобы вечерами нести освещение в самые темные уголки планеты.

Каждый желающий может пожертвовать деньги на то, чтобы солнечный светильник Little Sun появился в жизни какой-нибудь семьи из Страны Третьего Мира. Лампы Little Sun позволяют детям из трущоб и отдаленных деревень отдавать вечера под учебу или чтение, без которых невозможен успех в современном обществе.

Светильники Little Sun можно также приобрести и для себя, сделав их частью собственной жизни. Эти устройства можно использовать при выезде на природу или для создания потрясающей вечерней атмосферы на открытых площадках.

Многие скептики посмеиваются над спортсменами, утверждая, что затрачиваемые ими во время выполнения упражнений силы вполне можно использовать для выработки электричества. Создатели пошли на поводу у такого мнения и создали первый в мире набор уличных тренажеров, каждый из которых является маленькой электростанцией.

Первая спортивная площадка Green Heart появилась в ноябре 2014 года в Лондоне. Электричество, которое вырабатывают на ней любители физических упражнений, можно использовать для зарядки мобильных устройств: смартфонов или планшетных компьютеров.

Излишки энергии площадка Green Heart отправляет в локальные электросети.

Парадоксально, но заставить вырабатывать «зеленую» энергию можно даже детей. Ведь они никогда не прочь что-нибудь вытворить, как-нибудь поиграть и развлечь себя. А потому голландские инженеры создали необычные качели с названием Giraffe Street Lamp, которые используют детскую непоседливость в процессе производства электричества.

Качели Giraffe Street Lamp вырабатывают энергию в то время, когда ими пользуются по прямому назначению. Раскачиваясь в сиденье, дети или взрослые стимулируют работу динамо-машины, встроенной в данную конструкцию.

Конечно, полученного электричества не хватит для полноценного функционирования частного жилого дома. Зато накопленной за день игр энергии вполне достаточно для работы не очень мощного уличного фонаря в течение пары часов после наступления сумерек.

Мобильный оператор Vodafone осознает, что его прибыли становятся больше, когда телефоны клиентов работают круглосуточно, а сами их владельцы не беспокоятся о том, где найти розетку для зарядки аккумуляторов своего гаджета. А потому эта компания спонсировала разработку необычной технологии с названием Power Pocket.

Устройства на основе технологии Power Pocket должны находиться как можно ближее к телу человека, чтобы использовать его тепло для производства электроэнергии для бытовых нужд.

На данный момент, на основе технологии Power Pocket создано два практичных товара: шорты и спальный мешок. Впервые они были опробованы во время музыкального фестиваля Isle of Wight Festival в 2013 году. Опыт оказался удачным, одной ночи человека в таком спальном мешке оказалось достаточно, чтобы зарядить аккумулятор смартфона примерно на 50 процентов.

В данном обзоре мы рассказали лишь про те альтернативные источники энергии, которые можно использовать в бытовых нуждах: дома, в офисе или во время отдыха. Но есть еще немало неординарных современных «зеленых» технологий, разработанных для использования в промышленных масштабах. Про них можно прочитать в обзоре .

Экология потребления.Наука и техника:В то время как большинство концепций альтернативной энергетики не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла.

За последние годы альтернативная энергетика стала предметом пристального интереса и ожесточенных дискуссий. Под угрозой изменения климата и того факта, что средние мировые температуры продолжают расти с каждым годом, стремление найти формы энергии, которые позволят сократить зависимость от ископаемого топлива, угля и других загрязняющих окружающую среду процессов, естественным образом выросло.

В то время как большинство концепций альтернативной энергетики не новы, только за последние несколько десятилетий этот вопрос стал, наконец, актуальным. Благодаря усовершенствованию технологий и производства, стоимость большинства форм альтернативной энергии понижалась, в то время как эффективность росла. Что же такое альтернативная энергетика, если говорить простыми и понятными словами, и какова вероятность того, что она станет основной?

Очевидно, остаются некоторые споры касательно того, что означает «альтернативная энергия» и к чему эту фразу можно применить. С одной стороны, этот термин можно отнести к формам энергии, которые не приводят к увеличению углеродного следа человечества. Поэтому он может включать ядерные объекты, гидроэлектростанции и даже природный газ и «чистый уголь».

С другой стороны, этот термин также используется для обозначения того, что в настоящее время считается нетрадиционными методами энергетики - энергии солнца, ветра, геотермальной энергии, биомассы и других недавних дополнений. Такого рода классификация исключает такие методы добычи энергии, как гидроэлектростанции, которые существуют больше сотни лет и представляют собой довольно распространенное явление в некоторых регионах мира.

Другой фактор в том, что альтернативные источники энергии должны быть «чистыми», не производить вредных загрязняющих веществ. Как уже отмечалось, это подразумевает чаще всего двуокись углерода, однако может относиться и к другим выбросам - моноксиду углерода, двуокиси серы, окиси азота и другим. По этим параметрам ядерная энергия не считается альтернативным источником энергии, поскольку производит радиоактивные отходы, которые высоко токсичны и должны храниться соответствующим образом.

Во всех случаях, однако, этот термин используется для обозначения видов энергии, которые придут на смену ископаемому топливу и углю в качестве преобладающей формы производства энергии в ближайшее десятилетие.

Виды альтернативных источников энергии

Строго говоря, существует много видов альтернативной энергии. Опять же, здесь определения заходят в тупик, потому что в прошлом «альтернативной энергетикой» называли методы, использование которых не считали основным или разумным. Но если взять определение в широком смысле, в него войдут некоторые или все эти пункты:

Гидроэлектроэнергия. Это энергия, вырабатываемая гидроэлектрическими плотинами, когда падающая и текущая вода (в реках, каналах, водопадах) проходит через устройство, вращающее турбины и вырабатывающее электричество.

Ядерная энергия. Энергия, которая производится в процессе реакций замедленного деления. Урановые стержни или другие радиоактивные элементы нагревают воду, превращая ее в пар, а пар крутит турбины, вырабатывая электричество.

Солнечная энергия. Энергия, которая получается напрямую от Солнца; фотовольтаические ячейки (обычно состоящие из кремниевой подложки, выстроенные в крупные массивы) преобразуют лучи солнца напрямую в электрическую энергию. В некоторых случаях и тепло, производимое солнечным светом, используется для производства электричества, это известно как солнечная тепловая энергия.

Энергия ветра. Энергия, вырабатываемая потоком воздуха; гигантские ветряные турбины вертятся под действием ветра и вырабатывают электричество.

Геотермальная энергия. Эту энергию вырабатывает тепло и пар, производимые геологической активностью в земной коре. В большинстве случаев в грунт над геологически активными зонами помещаются трубы, пропускающие пар через турбины, таким образом вырабатывая электричество.

Энергия приливов. Приливное течение у береговых линий тоже может использоваться для выработки электричества. Ежедневное изменение приливов и отливов заставляет воду протекать через турбины назад и вперед. Вырабатывается электроэнергия, которая передается на береговые электростанции.

Биомасса. Это относится к топливу, которое получают из растений и биологических источников - этанола, глюкозы, водорослей, грибов, бактерий. Они могли бы заменить бензин в качестве источника топлива.

Водород. Энергия, получаемая из процессов, включающих газообразный водород. Сюда входят каталитические преобразователи, при которых молекулы воды разбиваются на части и воссоединяются в процессе электролиза; водородные топливные элементы, в которых газ используется для питания двигателя внутреннего сгорания или для вращения турбины с подогревом; или ядерный синтез, при котором атомы водорода сливаются в контролируемых условиях, высвобождая невероятное количество энергии.

Альтернативные и возобновляемые источники энергии

Во многих случаях альтернативные источники энергии также являются возобновляемыми. Тем не менее эти термины не полностью взаимозаменяемы, поскольку многие формы альтернативных источников энергии полагаются на ограниченный ресурс. К примеру, ядерная энергетика опирается на уран или другие тяжелые элементы, которые необходимо сперва добыть.

В то же время ветер, солнечная, приливная, геотермальная и гидроэлектроэнергия полагаются на источники, которые полностью возобновляемые. Лучи солнца - самый изобильный источник энергии из всех и, хоть и ограниченный погодой и временем суток, является неисчерпаемым с промышленной точки зрения. Ветер тоже никуда не девается, благодаря изменениям давления в нашей атмосфере и вращению Земли.

В настоящее время альтернативная энергетика все еще переживает свою юность. Но эта картина быстро меняется под влиянием процессов политического давления, всемирных экологических катастроф (засух, голода, наводнений) и улучшений в технологиях возобновляемых энергий.

Например, по состоянию на 2015 год, энергетические потребности мира по-прежнему преимущественно обеспечивались углем (41,3%) и природным газом (21,7%). Гидроэлектростанции и атомная энергетика составили 16,3% и 10,6% соответственно, в то время как «возобновляемые источники энергии» (энергии солнца, ветра, биомассы и пр.) - всего 5,7%.

Это сильно изменилось с 2013 года, когда мировое потребление нефти, угля и природного газа составило 31,1%, 28,9% и 21,4% соответственно. Ядерная и гидроэлектроэнергия составляли 4,8% и 2,45%, а возобновляемые источники - всего 1,2%.

Кроме того, наблюдалось увеличение числа международных соглашений относительно обуздания использования ископаемого топлива и развития альтернативных источников энергии. Например, Директиву о возобновляемой энергии, подписанную Евросоюзом в 2009 году, которая установила цели по использованию возобновляемой энергии для всех стран-участниц к 2020 году.

По своей сути, из этого соглашения следует, что ЕС будет удовлетворять не менее 20% общего объема своих потребностей в энергии возобновляемой энергией к 2020 году и по меньшей мере 10% транспортного топлива. В ноябре 2016 года Европейская комиссия пересмотрела эти цели и установила уже 27% минимального потребления возобновляемой энергии к 2030 году.

Некоторые страны стали лидерами в области развития альтернативной энергетики. Например, в Дании энергия ветра обеспечивает до 140% потребностей страны в электроэнергии; излишки поставляются в соседние страны, Германию и Швецию.

Исландия, благодаря своему расположению в Северной Атлантике и ее активным вулканам, достигла 100% зависимости от возобновляемых источников энергии уже в 2012 году за счет сочетания гидроэнергетики и геотермальной энергии. В 2016 году Германия приняла политику поэтапного отказа от зависимости от нефти и ядерной энергетики.

Долгосрочные перспективы альтернативной энергетики являются чрезвычайно позитивными. Согласно отчету 2014 году Международного энергетического агентства (МЭА), на фотовольтаическую солнечную энергию и солнечную тепловую энергию будет приходиться 27% мирового спроса к 2050 году, что сделает ее крупнейшим источником энергии. Возможно, благодаря достижениям в области синтеза, ископаемые источники топлива будут безнадежно устаревшими уже к 2050 году. опубликовано

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа - во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов , работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод , загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала - не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало - его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.