Alternatív energia otthonra: a nem hagyományos energiaforrások áttekintése

“Zöld energetika” egyszerűen kozmikus távlatokat kínál. A környezetből teljesen ingyen, kimeríthetetlen energia nyerhető az autónom rendszerek működtetéséhez. Ráadásul az erőforrás nap mint nap emberi beavatkozás nélkül megújul.

Azonban ahhoz, hogy okosan használjuk ki a természet e valódi ajándékait, ismernünk kell, hogyan működnek és hol alkalmazhatók. Egyetért?

Cikkünkből mindent megtudhatja arról, hogyan használható az alternatív energia otthoni környezetben. Az általunk közölt információk segítségével kiválaszthatja a legmegfelelőbb módot hő vagy villamos energia előállításához.

Részletesen bemutattuk a nap-, szél-, víz- és földenergiát hasznosító berendezéseket. Röiden és rendkívül érzthetően ismertettük a működési elvüket. A közölt információk segítenek összehasonltani az energia nyerésének módjait és forrásait.

Az alternatív energiaforrások fajtái

A modern, környezetből hő- vagy elektromos energiát kinyerő berendezések ipari modelljeinek beszerzése nem is olyan nehéz.

A legnépszerűbb ilyen berendezések közé tartoznak:

• napelemek;
• napkollektorok;
• szélgenerátorok;
• hőszivattyúk;
• biogáz-generátorok.

A tudomány nem áll meg, egyre újabb modellek jelennek meg a megújuló energia előállítására szolgáló berendezésekből. Nemcsak a megfelelő opció kiválasztása fontos, hanem a helyes telepítés is. Nagyon gyakran nem lehet megelégedni egyetlen egységgel. Lehetőség van a különböző erőforrások használatának kombinálására.

Például a napelem nyáron termel több áramot, a szélgenerátor pedig télen. E két eszköz kombinációja lehetővé teszi, hogy az év során elegendő autonóm elektromos áramot biztosítsunk. Hasonló módon más eszközök is kombinálhatók.

#1: Napellemek használata

Ezek az elemek egyre népszerűbbek és változatosabbak. Kaphatók kész készletek formájában, valamint különálló fotocellákként is. Utóbbiakkal szívesen dolgoznak az amatőr mesterek, akik mindent saját kezűleg szeretnek elkészíteni – ez viszonylag egyszerű feladat.

Annak érdekében, hogy egyedi paraméterekkel rendelkező napelemet készítsen, meg kell vásárolnia a szükséges mennyiségű kész fotocellát, és össze kell forrasztania őket egy közös áramkörbe.

A napelemek munkafelületét fedő átlátszó elemeket a magas épületek üvegeire szerelik, de sikeresen alkalmazhatók magánlakásépítésben is.

Megkülönböztetünk monokristályos és polikristályos fotocellákat. Az előbbiek termelékenyebbek és tartósabbak, de csak stabil energiaáramlás esetén hatékonyak. A polikristályok hatásfoka alacsonyabb, élettartamuk rövidebb, de fokozott felhőzet esetén is meglehetősen hatékonyan működhetnek.

A fotocellákat egy erős átlátszó anyagréteg alá helyezik, hogy elnyelhessék az energiát, és közben a megfelelő helyzetben maradjanak. Az átlátszó külső felületű ház fémkeretnek néz ki. A panelek rögzítésére szolgál.

Néha fémház helyett fa szerkezetet használnak. Ez kevésbé tartós, de teljesen elfogadható megoldás.

A napelemek fotocellás paneljeit az épület legnaposabb oldalára szerelik, általában – a tetőre. Fontos az inverter és az akkumulátorok megfelelő kiválasztása is.

A napelemekkel ellátott szerkezet meglehetősen terjedelmes, ezért leggyakrabban egyenesen a ház tetejére szerelik. A házat olyan állványra rögzítik, hogy a fotocellás panel forgatható legyen, ezzel nyomon lehet követni a Nap mozgását, és az évszaktól függően több UV-sugarat lehet felfogni.

Bőséges csapadék esetén a panelt függőleges helyzetbe forgatják, hogy megakadályozzák a sérülését és csökkentsék az esetleges szennyeződést. A panelek felszerelése – csak az első lépés egy ilyen rendszer megvalósításában.

A teljes körű működéséhez a fényelemeket egy töltőn keresztül kell csatlakoztatni a napelemes inverterrendszerhez.

A kapott elektromos energia tárolásához szükség lesz napelem-akkumulátorokra, például SUNLIGHT PzS típusúakra. Ezek az elemek akár jelentős mélységben, akár három méterrel a föld alatt is elhelyezhetők.

A napelem-inverter és az akkumulátorvezérlő helyes kiválasztása – fontos szempont a teljes rendszer maximális hatásfokának biztosításában. Minél jobban illeszkednek egymáshoz az alkatrészek, és minél pontosabbak a szakmai számítások, annál kisebbek lesznek az elektromos energiaveszteségek.

A napelemek érdekes típusa a hajlékony fóliaváltozat, melynek munkarétege polimer fóliára van felhordva. Ezeket a magas épületek ablaküvegeire szerelik, természetesen a legnaposabb oldalon.

Az ilyen elemek hatásfoka valamivel alacsonyabb, mint a hagyományos változaté – csupán 7%. De a használat kényelme és a helymegtakarítás ellensúlyozza ezt a hátrányt.

A Betaray készülék, ami a befogott napenergia potenciáljának erősítésére szolgál, stílusos és modern külsővel rendelkezik. Udvarában vagy több emeletes épület tetejére is telepíthető.

A Betaray nevű készülék modern és szokatlan külsővel rendelkezik. Ez egy meglehetősen nagy üveggömb, ami lencseként gyűjti össze a napsugarakat, és azokat a fényelemekkel ellátott panelre irányítja. A készülék képes automatikusan forogni, hogy a maximum napsugárzást kapja.

Ennek eredményeként kevesebb fotocellával is beérhetjük, és a napsugarak áramlása stabilabbá tehető. Éjszaka a Betaray képes elnyelni a hold- és csillagfényt. Ez kevés, de elegendő a teljes értékű utcai világításhoz. Összeségében ez a készülék lenyűgöző hatásfokkal rendelkezik a napelemekhez képest – 35%.

Hasznos tanácsok a napelemek kiválasztásához, telepítéséhez és üzemeltetéséhez itt találhatók:

#2: Napkollektorok alkalmazása

Ez a nyári zuhany modernebb és hatékonyabb válltozata. Még a legszerényebb nyaralóban is van egy hordó víz, ami nap közben elfogadható szintre felmelegszik.

Ha a tetőre szerelünk egy rendszert keskeny csövekből, amellyekben víz cirkulál, érezhető mennyiségű hőt nyerhetünk, teljesen ellátva a házat meleg vízzel, sőt még egészen jó fűtéssel is.

A napkollektor keskeny csövek rendszere, amellyben folyékony hőhordozó cirkulál. A természetes konvekciós folyamatok biztosítják a nap által melegített víz cirkulációját szivattyú alkalmazása nélkül (+)

Ennek az alternatív energiaforrásnak a működése a víz és a levegő azon tulajdonságán alapul, hogy melegítéskor cirkulálni kezdenek. A hőcserélő tartályt magasabb szinten kell elhelyezni, mint a kollektor csöveit. A melegített víz felemelkedik és a hőcserélő tekercsének felső részébe kerül.

A napkollektor hőhordozója a vízvezeték vizével érintkezve lehűl, lefelé süllyed, és ismét a nap által melegített csövekbe jut.

A felmelegedő és lehűlő víz természetes keringése lehetővé teszi, hogy ne legyen szükség külön szivattyúkra vagy más elektromos berendezésre.

Egy ilyen rendszer legegyszerűbb változata elkészíthető hozzáférhető anyagokból: különböző átmérőjű csövekből, fémlemezből alapként. A támaszt, amelyhez az alapot rögzítik, készíthetjük szögvasból vagy más fém elemekből.

Ebben a házilag készített napkollektor változatban a csövek a fém alaphoz vannak hegesztve, keretként vastag deszkát használtak.

Általában a rendszer kívül lévő részét fekete színre festik, hogy növeljék hőelnyelő képességét. A csövekkel ellátott alapot úgy rögzítik, hogy a dőlésszög változtatható legyen.

Már csak a hőcserélő tartályt kell elhelyezni, beletenni a tekercset, és összekötni a rendszer elemeit egymással, valamint a vízellátó és/vagy fűtőrendszerrel.

A fűtésre szolgáló napkollektor készítésének részletes technológiája ebben a cikkben olvasható.

Az ipari napkollektorok sokkal hatékonyabbak, mint a “házilag készítettek”, és egész évben működhetnek, de egy ilyen rendszer költsége meglehetősen magas lehet.

Természetesen a modern ipari gyártású napkollektorok bonyolultabb felépítésűek és hatékonyabba n működnek. Egyes eszközökben hűtőközegként freont használnak, amely lehetővé teszi a hőenergia nyerését még hideg időben is.

Az ipari egységek felszerelhetők vákuumcsövekkel, fotocella blokkal, hőmérséklet-érzékelőkkel, automatikus vezérlőrendszerrel stb. Egy ilyen kollektor ára igen tekintélyes lehet.

#3: A szélenergia hasznosítása

Szélturbinák – régóta ismert és a környezetbarát energia hívei körében meglehetősen népszerű eszközök. Ez egy meglehetősen terjedelmes berendezés, különösen, ha a szélkerék lapátjai vízszintes síkban forognak. Ezért a függőleges elrendezésű lapátokkal rendelkező váltzatok népszerűbbek.

Szélturbinák – meglehetősen terjedelmes termékek, amelyeket jól szellőző, nyílt területen kell elhelyezni. Egyetlen ilyen eszköz teljes mértékben fedezheti egy családi ház áramigényét.

A szélkereket egy magas és erős tartóoszlopra helyezik. A lapátok mozgása átadódik a generátornak, a nyert energia az akkumulátorban tárolódik. Az elektromos áram ezután a ház belső elektromos hálózatába kerül, vagy más módon hasznosul.

Egy házi készítésű szélkerék képes fedezni egy kis nyaraló áramigényét:

Az ipari modern szélgenerátorok modelljei általában kényelmes elektronikus vezérlőpulttal rendelkeznek.

A házi készítésű eszközöket meglehetősen egyszerű sémák és rajzok alapján tervezik. Az interneten számos, különböző típusú és fajtájú változatot találni. Ki kell választani egy kényelmes helyet az ilyen szerkezet elhelyezésére, ahol erős szél fúj, és a berendezés ne zavarjon senkit. Minél magasabbra vannak felszerelve a lapátok, annál jobb.

Az Uprise mobil szélturbina viszonylag kompakt méretekkel rendelkezik, összeszerelt állapotban közúton szállítható.

Nem régen az Uprise cég egy eredeti fejlesztést mutatott be – egy mobil plattformára szerelt szélturbinát. Kívánság esetén az eszköz összeszerelhető, kompakt méretűvé tehető, majd egy szokványos terepjáróval szállítható és más helyen telepíthető.

Az Uprise mobil szélturbina teljesítménye 50 kW. Az alternatív energia szakértői szerint ez bőven elég ahhoz, hogy egy nem túl nagy magánházat ellásson árammal, sőt, még a szomszédokkal is megossza a felesleges elektromosságot.

Még egy eredeti módja a szélenergia kilowattá alakításának – a Makani Power repülő szerkezet.

A Makani Power – egy olyan repülő berendezés, amely lehtővé teszi, hogy egy sor kisebb szélturbinát jelentős magasságba emeljünk, és maximális mennyiségű elektromos energiát nyerjünk.

Ez egy magasan tudományos változata a sárkánynak, amelyre kis szélturbinák vannak felszerelve. Az ötlet az, hogy a generátort a légkör felső rétegeibe juttassák, ahol a légáramlás sebessége lényegesen nagyobb, mint a talajszinten. Az energia a kábelen keresztül érkezik le, amely egyben a sárkányt tartó kötél szerepét is betölti.

A SF-600-5 (Kína) szélturbina javításának érdekes áttekintése lehetővé teszi, hogy képet alkossunk az olcsó kategóriájú technika lehetséges problémáiról:

Érdekes ötletek a szélkerék saját kezű elkészítéséhez a cikkben találhatók – Hogyan készítse el saját szélgenerátorát: felépítés, működési elv + a legjobb házilagos megoldások

#4: Hőszivattyús fűtés

Ezek az eszközök már régen megtisztelő helyet foglalnak el a környezetbarát energia előállítására szolgáló készülékek családjában. A hőszivattyú nagyjából ugyanúgy működik, mint egy hűtőszekrény vagy légkondicionáló, csak éppen fordítva.

Az ilyen típusú készülékeket elsősorban lakóhelyiségek fűtésére, valamint víz melegítésére használják. Bár léteznek olyan modellek is, amelyek nyáron sikeresen ellátják a légkondicionáló feladatait.

A hőszivattyú működési elve azon alapszik, hogy az alacsony potenciálú hőenergiát koncentrált, magas potenciálú hővé alakítja. A “talaj-víz” típusú készülékek telepítése bonyolult, de hatékony.

Az ilyen rendszerek hőforrásként a levegő energiáját, a talaj és a víz hőjét használják. Az energia mindenütt jelen van, de ezekben a forrásokban alacsony potenciálú. A hőszivattyú külső köre összegyűjti ezeket a szétszórt hőenergia-morzsákat, és továbbítja a rendszerbe.

Az energia magas potenciálú állapotba való átalakításához hűtőközeget, áltaálában freont használnak. Az felvezsi a nyert energiát, felmelegszi, és a kompresszorba kerül. Itt a hűtőközeg összenyomódik, majd az elpárologtatón keresztül a fűtés belső körének hőcserélőjébe jut.

A hőhordozó felvezsi a koncentrált hőenergiát, a freon pedg áthalad az elpárologtatón, és ismét folyékony halmazállapotúvá válik. Most alacsony potenciálú energiát vesz fel, felmelegszi, és így tovább.

A hőforrás típusától és a hőhordozó fajtájától függően választják ki a hőszivattyú típusát: "föld-víz", "víz-víz", "levegő-víz", "levegő-levegő" stb. Egy ilyen berendezéssel nemcsak hagyományos vízfűtés, hanem levegőfűtés is megvalósítható.

Sok barkácsoló sikeresen elsajátította e berendezés saját kezű elkészítését, érdekes változatokat az alábbi cikkek írnak le:

1. Hogyan készítsünk hőszivattyút saját kezűleg egy régi hűtőszekrényből: rajzok, útmutató és összeszerelési tanácsok
2. Geotermikus hőszivattyú saját kezűleg otthona fűtéséhez: felépítés, tervezés, önálló összeszerelés

A földből hőt kinyerni – nem a legegyszerűbb feladat, mivel nagy területre és kiterjedt földmunkákra van szükség. A külső kör csöveit árkokba fektetik és betemetik földdel. Nyilvánvaló, hogy a terület későbbi használata korlátozott lesz.

A “levegő-víz” típusú hőszivattyú külső egységét egyszerűen fel kell telepíteni egy megfelelő helyre, de egy ilyen berendezés nem lehet túl hatékony alacsony külső hőmérsékleten.

De ily módon biztosítható a hőhordozó stabil hőmérséklete a külső körben, ami fontos feltétele a hőszivattyú sikeres működésének. Nagyon kényelmes, ha a ház közelében van egy víztest, a külső kör csöveit különösebb probléma nélkül a vízbe lehet meríteni. A víztest alternatívájaként vízkutat használnak.

A levegőből történő hőnyeréshez nem folyékony hőhordozós csöveket használnak, hanem erős ventilátorokat, amelyek a levegőt a hőcserélőbe préselik. A külső levegő hőmérséklete korántsem olyan állandó, mint a víz vagy a föld esetében, viszont a berendezés helyének kiválasztása és a telepítés sokkal egyszerűbb.

Sajnos az ilyen berendezések az északi területeken kevésbé hatékonyak, mivel a fűtés már -20 fokos külső hőmérsékletnél lehetetlenné válik. A problémát két különböző fűtési rendszer kombinálásával oldják meg.

#4: Biogáz a háztartási rendszerekben

A hulladékok – egy újabb érdekes erőforrás a hőenergia nyerésére. A hulladékok anaerob baktériumokkal történő feldolgozása során olyan anyagok szabadulnak fel, mint a metán, a hidrogén-szulfid, a szén-dioxid és bizonyos mennyiségű szennyeződés.

Ezt a gázkeveréket biogáznak nevezik, és modern alternatív energiaforrásként is tekinthetünk rá.

A biogenerátorban történő feldolgozáshoz általában növényi és állati eredetű hulladékok vízzel készült keverékét használják. A tömeg nedvességtartalmának 88-96%-nak kell lennie az évszaktól függően.

Természetesen ezt az éghető anyagot nem a csatorna tartalmából nyerik. Ehhez állati vagy növényi eredetű szerves hulladékot használnak. Egy speciális, nagyon erős és feltétlenül légmentes tartályba helyezik. Ugyanide töltik a baktériumkultúrákat is.

A készülék belsejébe egy csigát szerelnek, hogy keverjék a biológiai masszát. Ez növeli a reakció sebességét és hatékonyabbá teszi a generátor munkáját.

A feldolgozásra szánt masszát vízzel hígítják, amelyet körülbelül 40°C-ra kell felmelegíteni. Nyáron több vizet kell hozzáadni, de télen a biomassza nedvességtartalma körülbelül 90% is lehet.

A mikroorganizmusok élettevékenységéhez kényelmes hőmérséklet fenntartása érdekében a biogenerátor edényét hőszigetelő anyagokkal vonják be. Az összes kiindulási anyagot a nyíláson keresztül töltik be, amelyet ezután szorosan lezárnak. A biogáz a készülék felső részében gyűlik össze, és egy speciális csővezetéken keresztül távozik.

A kényelem, helytakarékosság és biztonság érdekében a biogázüzemeket a föld alá helyezik, a gáz elosztása hidraulikus zárral történik, feltétlenül biztosítani kell a biomassza felmelegítését (+)

A feldolgozott hulladékot egy külön csövön keresztül ürítik ki, amely értékes trágyának minősül, és a telken felhasználható. Fontos szempont a biogenerátor házi készítésekor a biztonság. Mivel a gáz folyamatosan felhalmozódik a tartályban, a nyomás folyamatosan növekszik.

A fémhordóból történő biogenerátor házi készítésének folyamatát ez a videó írja le:

Ha ezt a folyamatot nem ellenőrzik, a készülék egyszerűen felrobbanhat. A biogenerátor föld alatti elhelyezése biztonságosabbnak tekinthető, mint a felszínen. Gondoskodni kell a kapott gáz folyamatos elvezetéséről a tartályból a nyomás normalizálása érdekében.

A gázkeverékkel is óvatosan kell bánni. Ez az éghető anyag erős és kellemetlen szagú, belélegzése veszélyes lehet az emberek egészségére.

A fent leírt ingyenes energiaforrásokon kívül vannak még érdekes mérnöki megoldások, amelyeknek rengeteg gyakorlati perspektívájuk van:

A termogenerátor rendeltetése és alkalmazása

Az ilyen típusú eszközök már a múlt század közepétől ismertek. Lehetővé teszik a hőenergia elektromos energiává alakítását. A modern, ipari gyártású termogenerátort legalább 200 W teljesítményű gázkazánokra vagy hosszú égésű fatüzelésű kályhákra történő felszerelésre tervezték.

A termogenerátor egyik legismertebb és legkeresettebb háztartási változata petróleumlámpával együtt működik:

Egy ilyen készülék lehetővé teszi, hogy télen, amikor a fűtőberendezések folyamatosan működnek, havonta körülbelül 150 kWh villamos energiát nyerjünk.

Úgy tekinthető, mint egy kiegészítő lehetőség napelemekkel kombinálva, vagy mint egy mód a gyakori áramkimaradások kompenzálására.

Léteznek hordozható hőgenerátormodellek is, amelyek képesek egy hagyományos tábortűz hőenergiáját átalakítani. Használhatók építkezés során olyan helyeken, ahol nincs áram, a cseppfolyósított tüzelőanyaggal működő generátor alternatívájaként.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A videó bemutatja az alternatív energiaforrásokkal működő berendezések legnépszerűbb változatait:

Az alternatív energia előállítási módok egyetlen jelentős hátránya a berendezések és a telepítés magas ára. A csúcstechnológiás fejlesztések hatékonyak, kényelmesek és nem olcsók. Mégis a befektetések idővel megtérülnek. A barkácsolás szerelmesei számára mindig maradnak lehetőségek saját készítésre.

Mondja el, mit gondol az otthoni alternatív energia használatáról? Ossza meg véleményét, vegyen részt a beszélgetésekben és tegye fel kérdéseit. Hozzászólásait az alábbi űrlapban hagyhatja meg.