Energía alternativa para una casa particular

Para los propietarios de casas privadas, existe la oportunidad de reducir significativamente las facturas de servicios públicos o no utilizar los servicios de los proveedores de calefacción, electricidad y gas. Incluso puede proporcionar una granja grande y, si lo desea, vender el excedente. Esto es real y algunos ya lo han hecho. Para ello, se utilizan fuentes de energía alternativas.

Las fuentes de energía alternativas pueden satisfacer todas las necesidades

¿Dónde puedes conseguir energía y en qué forma?

De hecho, la energía, de una forma u otra, está prácticamente en todas partes de la naturaleza: sol, viento, agua, tierra; la energía está en todas partes. La tarea principal es extraerlo de allí. La humanidad ha estado haciendo esto durante más de cien años y ha logrado buenos resultados. Por el momento, las fuentes de energía alternativas pueden proporcionar a una casa calefacción, electricidad, gas y agua caliente. Además, la energía alternativa no requiere ninguna habilidad o conocimiento adicional. Puede hacer todo por su hogar con sus propias manos. Entonces, qué puede hacerse:

• Utilice energía solar para generar electricidad o calentar agua, para agua caliente sanitaria o calefacción de baja temperatura (paneles solares y colectores).
• Convertir la energía eólica en electricidad (turbinas eólicas).
• Calentar la casa mediante bombas de calor, extrayendo calor del aire, tierra, agua (bombas de calor).
• Obtener gas de desechos de animales domésticos y aves de corral (plantas de biogás).
  

  La energía alternativa es una forma de satisfacer de forma independiente sus propias necesidades

Todas las fuentes de energía alternativas son capaces de satisfacer plenamente las necesidades humanas, pero esto requiere inversiones demasiado grandes y áreas demasiado grandes. Por lo tanto, es más prudente hacer un sistema combinado: recibir energía de fuentes alternativas, y si hay escasez, “obtenerla” de redes centralizadas.

Usando energía solar

Una de las fuentes de energía alternativas más poderosas para el hogar es la radiación solar. Existen dos tipos de instalaciones para la conversión de energía solar:

• paneles solares generar corriente eléctrica;
• Los colectores solares calientan el agua.
  

  La energía solar se puede utilizar para calentar agua o generar electricidad.

No creas que las instalaciones solo funcionan en el sur y solo en verano. También funcionan bien en invierno. En tiempo despejado con nevadas, la producción de energía es solo un poco menor que en verano. Si su área tiene una gran cantidad de días despejados, puede usar una tecnología similar.

Paneles solares

Las células solares se ensamblan a partir de convertidores fotovoltaicos, que se fabrican a base de minerales que, bajo la influencia de la luz solar, emiten electrones, generan una corriente eléctrica. Para uso privado, se utilizan fotoconvertidores de silicio. Por su estructura, son monocristalinos (hechos de un cristal) y policristalinos (muchos cristales). Los monocristalinos tienen una mayor eficiencia (13-25% según la calidad) y una vida útil más larga, pero son más costosos. Los policristalinos generan menos electricidad (9-15%) y fallan más rápido, pero tienen un precio menor.

Este es un fotoconvertidor policristalino.Deben manipularse con cuidado, son muy frágiles (también monocristalinos, pero no en la misma medida)

El montaje de la batería solar de bricolaje no es difícil. Primero necesita comprar una cierta cantidad de fotocélulas de silicio (la cantidad depende de la potencia requerida). La mayoría de las veces, se compran en plataformas comerciales chinas como Aliexpress. Entonces el procedimiento es simple:

• Haga un marco (con tablas de madera o esquinas de metal). Instale un sustrato sobre él. Transparente - vidrio, plexiglás (policarbonato monolítico) - si la batería solar se colgará de la ventana, y opaco (madera contrachapada, pintado de blanco), si no va a instalar la batería en el techo.
• Conecte las celdas en una batería (en paralelo) utilizando conductores de aluminio. Los conductores se pueden soldar directamente a las placas (cuestan un poco más) o hay que comprarlos por separado y luego soldarlos tú mismo.
• La batería terminada debe sellarse. Está relleno de resina epoxi o pegado con una película especial de EVA. Al sellar, es necesario asegurarse de que no haya huecos: burbujas de aire. Reducen en gran medida el rendimiento de la batería, por lo que los sacamos con cuidado.
  

  Esta es una batería solar lista para usar

Algunas palabras sobre por qué el sustrato del panel solar (batería) debe pintarse de blanco. El rango de temperatura de funcionamiento de las obleas de silicio es de - 40 ° C a + 50 ° C. El funcionamiento a temperaturas más altas o más bajas conduce a una falla rápida de los componentes. En el techo, en verano, en interiores, la temperatura puede ser mucho más alta que + 50 ° C. Por lo tanto, se necesita un color blanco, para no sobrecalentar el silicio.

Colectores solares

Los colectores solares se pueden utilizar para calentar agua o aire. A dónde dirigir el agua calentada por el sol, a los grifos para el suministro de agua caliente o al sistema de calefacción, usted elige. Solo la calefacción será de baja temperatura: para un piso cálido, lo que se requiere. Pero para que la temperatura en la casa no dependa de la climatología, es necesario hacer redundante el sistema para que, si es necesario, se conecte otra fuente de calor o la caldera cambie a otra fuente de energía.

Colectores solares tubulares más comunes

Hay tres tipos de colectores solares: planos, tubulares y de aire. Los más comunes son los tubulares, pero otros también tienen derecho a existir.

Plástico plano

Dos paneles, negro y transparente, se combinan en un solo cuerpo. Entre ellos se encuentra una tubería de cobre con forma de serpiente. El panel oscuro inferior se calienta con el sol. el cobre se calienta a partir de él y, a partir de él, el agua que pasa a través del laberinto. Este método de uso de fuentes de energía alternativas no es el más eficiente, pero atractivo porque es muy sencillo de implementar. Por lo tanto, puede calentar agua en piscina... Solo será necesario realizar un bucle de suministro (mediante bomba de circulación). Del mismo modo, puede calentar agua en recipientes para ducha de verano o úselo para las necesidades del hogar. La desventaja de tales instalaciones es la baja eficiencia y productividad. Se necesita mucho tiempo o una gran cantidad de colectores planos para calentar un gran volumen de agua.

Colector solar plano

Colectores tubulares

Estos son tubos de vidrio, al vacío o coaxiales, a través de los cuales fluye el agua. Un sistema especial permite la máxima concentración de calor en los tubos, que se transfiere al agua que fluye a través de ellos.

Los colectores tubulares pueden ser de vacío y pluma.

El sistema necesariamente tiene un tanque de almacenamiento en el que se calienta el agua. La circulación de agua en el sistema es proporcionada por una bomba. No puede fabricar estos sistemas por su cuenta: fabricar tubos de vidrio con sus propias manos es problemático y este es el principal inconveniente. Junto con el alto precio, está frenando la adopción generalizada de esta fuente de energía para el hogar.Y el sistema en sí es muy efectivo, hace frente al calentamiento del agua para el suministro de agua caliente y hace una contribución decente a la calefacción.

Esquema de la organización del suministro de calefacción y agua caliente debido a fuentes de energía alternativas: utilizando colectores solares.

Colectores de aire

En nuestro país, son muy raros y en vano. Son simples, puedes hacerlos fácilmente tú mismo. Lo único negativo es que se requiere un área grande: pueden ocupar todo el muro sur (este, sureste). El sistema es muy similar a los colectores planos: un panel inferior negro, una parte superior transparente, pero calientan directamente el aire, que es forzado (por un ventilador) o dirigido naturalmente a la habitación. A pesar de la aparente frivolidad, de esta manera es posible calentar habitaciones pequeñas durante las horas del día, incluidas las salas técnicas o de servicios: garajes, casas de veraneo, galpones para ganado.

Dispositivo colector de aire

Una fuente de energía alternativa como el sol nos da su calor, pero la mayor parte "no llega a ninguna parte". Capturar una pequeña porción y usarlo para necesidades personales es la tarea que resuelven todos estos dispositivos.

Turbinas de viento

Las fuentes de energía alternativas son buenas porque se relacionan principalmente con recursos renovables. El viento más eterno, probablemente. Mientras haya atmósfera y sol, también hay viento. Tal vez por un corto período el aire permanezca inmóvil, pero no por mucho tiempo. Nuestros antepasados ​​usaban la energía eólica en los molinos y el hombre moderno la convierte en electricidad. Todo lo que se requiere para esto:

• una torre instalada en un lugar ventoso;
• un generador con palas adjuntas;
• acumulador y sistema de distribución de corriente eléctrica.

Cualquier torre se puede construir con cualquier material. Una batería de almacenamiento es una batería, no se te ocurre nada aquí, pero tú eliges dónde suministrar electricidad. Solo queda hacer un generador. También se puede comprar listo para usar, pero es muy posible hacerlo con un motor de electrodomésticos: una lavadora, un destornillador, etc. Necesitará imanes de neodimio y resina epoxi, un torno.

Esquema para dotar de electricidad a una casa privada a partir de fuentes de energía alternativas (aerogeneradores y paneles solares)

En el rotor del motor, marcamos los lugares para instalar los imanes. Deben estar equidistantes entre sí. Trituramos el rotor del motor seleccionado, formando "asientos". La parte inferior del hueco debe estar ligeramente inclinada para que la superficie del imán esté inclinada. Los imanes se pegan a los lugares tallados en las uñas líquidas y se rellenan con resina epoxi. Luego, la superficie se alisa con papel de lija. A continuación, debe adjuntar pinceles que eliminarán la corriente. Y eso es todo, puede montar y hacer funcionar el generador de viento.

Tales instalaciones son bastante efectivas, pero su potencia depende de muchos factores: la intensidad del viento, la forma correcta de fabricar el generador, la eficacia con la que las escobillas eliminan la diferencia de potencial, la fiabilidad de las conexiones eléctricas, etc.

Bombas de calor para calefacción doméstica

Las bombas de calor utilizan todas las fuentes de energía alternativas disponibles. Quitan el calor del agua, el aire y el suelo. En pequeñas cantidades, este calor está allí incluso en invierno, por lo que la bomba de calor lo recoge y lo redirecciona para calentar la casa.

Las bombas de calor también utilizan fuentes de energía alternativas: calor de la tierra, agua y aire.

Principio de funcionamiento

¿Por qué las bombas de calor son tan atractivas? Al gastar 1 kW de energía para bombearlo, en el peor de los casos obtendrá 1,5 kW de calor, y las implementaciones más exitosas pueden dar hasta 4-6 kW. Y esto no contradice en modo alguno la ley de conservación de la energía, porque la energía no se gasta en obtener calor, sino en bombearlo. Así que no hay inconsistencias.

Circuito de bomba de calor para uso de fuentes de energía alternativas

Las bombas de calor tienen tres circuitos de trabajo: dos externos y son internos, así como el evaporador, el compresor y el condensador. El esquema funciona así:

• Un refrigerante circula en el primer circuito, que elimina el calor de las fuentes de bajo potencial. Puede sumergirse en agua, enterrarse en el suelo o puede quitar el calor del aire. La temperatura máxima alcanzada en este circuito ronda los 6 ° C.
• Un medio de calentamiento con un punto de ebullición muy bajo (generalmente 0 ° C) circula en el circuito interno. Cuando el refrigerante se calienta, se evapora, el vapor ingresa al compresor, donde se comprime a alta presión. Durante la compresión, se genera calor, los vapores de refrigerante se calientan a una temperatura promedio de + 35 ° C a + 65 ° C.
• En el condensador, el calor se transfiere al refrigerante desde el tercer circuito de calefacción. Los vapores de enfriamiento se condensan y luego ingresan al evaporador. Y luego el ciclo se repite.

El circuito de calefacción se realiza mejor en forma de suelo cálido. Las temperaturas son las más adecuadas para esto. El sistema de radiador requerirá demasiadas secciones, lo cual es feo y no rentable.

Fuentes alternativas de energía térmica: dónde y cómo obtener calor

Pero las mayores dificultades son causadas por el dispositivo del primer circuito externo, que recolecta calor. Dado que las fuentes son de bajo potencial (hay poco calor en la parte inferior), se requieren grandes áreas para recolectarlo en cantidades suficientes. Hay cuatro tipos de contornos:

• Tuberías con refrigerante colocadas en agua en anillos. El depósito puede ser cualquier cosa: un río, un estanque, un lago. La condición principal es que no debe congelarse incluso en las heladas más severas. Las bombas que bombean calor fuera del río funcionan de manera más eficiente; se transfiere mucho menos calor al agua estancada. Tal fuente de calor es la más fácil de implementar: tirar tuberías, atar una carga. Solo las posibilidades de daño accidental son altas.
  

  La forma más sencilla de hacer un campo termal en agua.

• Campos térmicos con tuberías enterradas por debajo de la profundidad de congelación. En este caso, solo hay un inconveniente: grandes volúmenes de movimiento de tierras. Tenemos que quitar tierra en un área grande e incluso a una profundidad sólida.
  

  Gran volumen de movimiento de tierras

• Usando temperaturas geotérmicas. Se perforan varios pozos de gran profundidad, en los que se baja un contorno con un refrigerante. Lo bueno de esta opción es que requiere poco espacio, pero no siempre es posible perforar a grandes profundidades y los servicios de perforación cuestan mucho. Sin embargo, es posible haz tú mismo una plataforma de perforaciónpero el trabajo aún no es fácil.
  

  Los pozos requieren menos espacio

• Extracción de calor del aire. Así es como funcionan los acondicionadores de aire con posibilidad de calefacción: toman calor del aire "exterior". Incluso a temperaturas bajo cero, tales unidades funcionan, aunque a menos "profundas", hasta -15 ° C. Para hacer el trabajo más intenso, puede utilizar el calor de los conductos de ventilación. Eche algunos en él con un refrigerante y bombee calor desde allí.
  

  La bomba de calor más compacta, pero también la más inestable, que extrae calor del aire.

La principal desventaja de las bombas de calor es el alto precio de la bomba en sí, y la instalación de campos de recolección de calor no es barata. En este caso, puede ahorrar dinero haciendo la bomba usted mismo y también colocando el circuito con sus propias manos, pero la cantidad seguirá siendo considerable. La ventaja es que la calefacción será económica y el sistema funcionará durante mucho tiempo.

Desperdicio a ingresos: plantas de biogás

Todas las fuentes de energía alternativas son de origen natural, pero solo puede obtener el doble de beneficios de las plantas de biogás. Procesan desechos de animales domésticos y aves de corral. Como resultado, se obtiene un cierto volumen de gas que, después de la purificación y deshumidificación, se puede utilizar para el propósito previsto. Los residuos reciclados restantes se pueden vender o utilizar en los campos para aumentar los rendimientos, un fertilizante muy eficaz y seguro.

La energía también se puede obtener del estiércol, solo que no en forma pura, sino en forma de gas.

Brevemente sobre tecnología

La formación de gas ocurre durante la fermentación y las bacterias que viven en el estiércol participan en esto. Los desechos de cualquier ganado y aves de corral son adecuados para la producción de biogás, pero el estiércol de ganado es óptimo. Incluso se agrega al resto de los desechos de la "masa madre": contiene exactamente las bacterias necesarias para el procesamiento.

Para crear las condiciones óptimas, se requiere un entorno anaeróbico: la fermentación debe tener lugar sin oxígeno. Por tanto, los biorreactores eficientes son recipientes cerrados. Para que el proceso sea más activo, es necesario mezclar regularmente la masa. En las plantas industriales, para esto, se instalan agitadores con accionamientos eléctricos, en las plantas de biogás caseras estos suelen ser dispositivos mecánicos, desde un simple palo hasta agitadores mecánicos que "funcionan" a mano.

Diagrama esquemático de plantas de biogás.

En la formación de gas del estiércol intervienen dos tipos de bacterias: mesófilas y termófilas. Los mesófilos son activos a temperaturas de + 30 ° C a + 40 ° C, termófilos: de + 42 ° C a + 53 ° C. Las bacterias termófilas funcionan de manera más eficiente. En condiciones ideales, la producción de gas de 1 litro de área utilizable puede alcanzar los 4-4,5 litros de gas. Pero mantener una temperatura de 50 ° C en una planta es muy difícil y costoso, aunque los costes están justificados.

Un poco sobre diseños

La planta de biogás más simple es un tambor con tapa y agitador. Se hace una salida en la tapa para conectar una manguera a través de la cual el gas ingresa al tanque. No obtendrá mucho gas de tal volumen, pero será suficiente para uno o dos quemadores de gas.

Se pueden obtener volúmenes más serios de un búnker subterráneo o aéreo. Si estamos hablando de un búnker subterráneo, entonces está hecho de hormigón armado. Las paredes están separadas del suelo con una capa de aislamiento térmico, el contenedor en sí se puede dividir en varios compartimentos, en los que el procesamiento se llevará a cabo con un cambio en el tiempo. Dado que los cultivos mesófilos suelen funcionar en tales condiciones, todo el proceso lleva de 12 a 30 días (los cultivos termófilos se procesan en 3 días), por lo que es deseable un cambio de tiempo.

Esquema de una planta de búnker de biogás

El estiércol entra por el búnker de carga, por el lado opuesto se hace una trampilla de descarga, de donde se toman las materias primas procesadas. El búnker no está completamente lleno de biomezcla, alrededor del 15-20% del espacio permanece libre, el gas se acumula aquí. Para drenarlo, se construye un tubo en la tapa, el otro extremo del cual se baja a un sello de agua, un recipiente parcialmente lleno de agua. Así, el gas se seca - ya limpio se recoge en la parte superior, se descarga mediante otro tubo y ya se puede exprimir al consumidor.

Todo el mundo puede utilizar fuentes de energía alternativas. Es más difícil para los propietarios de apartamentos hacer esto, pero en una casa privada al menos puede implementar todas las ideas. Incluso hay ejemplos reales de esto. Las personas satisfacen plenamente las necesidades propias y de una gran economía.