Основные виды альтернативных источников энергии

Альтернативными называют источники энергии, которые являются естественными явлениями, неисчерпаемыми природными ресурсами. Их можно получать из окружающей среды без вреда для экологии, поэтому осознанное энергопотребление неразрывно связано с разными видами альтернативной энергетики. Рассмотрим подробнее, какие источники энергии безвозмездно предлагает сама природа, насколько они эффективны, и как их правильно использовать.

Виды неисчерпаемых ресурсов

К основным видам альтернативных источников энергии относятся:

• солнечные лучи;
• ветер;
• водные потоки;
• приливы и отливы;
• тепло недр Земли;
• вулканы;
• биотопливо из отходов растительного или животного происхождения.

В отличие от традиционных источников энергии (нефти, угля, природного газа), альтернативные ресурсы отдают энергию с гораздо меньшим вредом для экологии. При их использовании не сжигается ископаемое топливо, не происходит выбросов углекислого газа, не создаются предпосылки для парникового эффекта и глобального потепления. И хотя пока «зеленые» источники энергии считаются нетрадиционными, наверняка в будущем они станут доминирующими.

Солнечная энергия

Солнце – настолько мощный источник, что за 1 день посылает на Землю количество энергии, достаточное для годичных потребностей всех жителей планеты. Главная задача – эффективно ее использовать. Пока выработка электроэнергии на солнечных электростанциях составляет около 2% от общего объема, но в теплых странах этот процент выше.

С помощью солнечных панелей можно покрыть потребности в электроэнергии разных объектов – от частных домов до предприятий. Для установки солнечных модулей обычно используют крыши домов и свободные участки земли. Но системы фотоэлементов можно устанавливать где угодно, даже на самолетах, поездах, дирижаблях, морских и космических станциях.

Особенности применения солнечных панелей

Солнечные модули состоят из фотоэлементов, которые находятся под прозрачным материалом и обрамлены металлическим профилем. Такие модули устанавливают на поворачиваемые подставки, что позволяет менять угол наклона для лучшего улавливания солнечных лучей, в зависимости от времени года.

Фотоэлементы в солнечных панелях бывают 2 типов:

1. Монокристаллические – элементы с увеличенным КПД, долгим сроком службы и более высокой ценой. Для эффективной работы им необходимо ясное небо и стабильный поток солнечных лучей.
2. Поликристаллические – уступают монокристаллическим аналогам по КПД и ресурсу, зато умеют вырабатывать энергию при облачном небе.

Кроме жестких модулей, по такому же принципу работает гибкая пленка с фотоэлементами. Она популярна благодаря простой установке на оконные стекла. Аналогично работает большой стеклянный шар Betaray, вращающийся вокруг своей оси в соответствии с движением солнца. Его эффективность высока, т.к. он фокусирует лучи подобно линзе и общим потоком направляет их на фотоэлемент. Такие установки эффективны даже ночью, когда улавливают лучи звездного неба.

В комплексе с солнечными панелями используют аккумуляторные батареи. Они нужны для сбора и хранения выработанной электроэнергии и соединяются с модулями с помощью инверторной системы. Эффективность работы автономных солнечных энергосистем зависит от корректного выбора и технических характеристик всех его компонентов: модулей, аккумуляторных батарей, инверторной системы. При компоновке комплекса проводится предварительный расчет объема электроэнергии, необходимого для покрытия потребностей конкретного объекта.

Солнечные коллекторы

Еще один способ применения солнечной энергии работает по принципу летнего душа с металлической бочкой. Налитая в бочку вода естественно нагревается лучами солнца, только в коллекторе площадь поглощения солнечных лучей увеличена. Его трубы в форме змеевика эффективно улавливают лучи, нагреваются и передают тепло протекающей по ним воде.

Нагретая вода естественно, без насосов поднимается вверх и поступает в бак, где находится второй, меньший змеевик. Там нагретая вода отдает тепло воде, находящейся в баке, и снова следует в нижний змеевик и подогревается лучами солнца. Чтобы коллектор эффективно работал даже зимой, вместо воды в качестве теплоносителя в нем используется фреон. Принцип работы при этом остается неизменным.

Энергия ветра

О том, что ветер могуч, знают даже дети, а для его преобразования в тепловую, механическую и электрическую энергию используются ветровые станции, мельницы и генераторы. Активнее всего энергию ветра используют датчане, португальцы, испанцы, ирландцы и немцы. В 2016 году мощность используемых на нашей планете ветрогенераторов превзошла показатели атомных электростанций.

Конструкция ветрогенератов достаточно проста и представляет собой ветряк с генератором. Когда ветер вращает лопасти ветряка, начинает вращаться и ротор генератора. В результате вырабатывается электроэнергия, а для ее сбора и хранения используются аккумуляторные батареи. Традиционно корпус с лопастями устанавливается на высокой опоре, но возможны и другие конструкционные решения, например, установка ветряка на автомобильной платформе или устройство, напоминающее воздушный змей с несколькими турбинами.

Энергия воды

Для преобразования водных потоков в электричество не обязательно строить ГЭС с огромными водохранилищами и масштабными плотинами, используя реки с мощным потоком. Есть и другие способы, например, можно генерировать электричество из волн морей и океанов с помощью камер, частично помещенных в воду, систем поплавкового типа или сооружений с искусственным атоллом.

Подобные станции по кабелю передают кинетическую энергию волн на берег для дальнейшего преобразования в электроэнергию. Но они дорогие и могут работать только на побережье с подходящим выходом к воде, поэтому волновая энергетика составляет около 1% от общего объема производства электроэнергии на планете.

В прибрежных зонах со значительным перепадом воды во время приливов и отливов для выработки электроэнергии используют приливные станции, дамбы и турбины. Они генерируют электроэнергию, пользуясь подъемами и спадами уровня воды во время приливных циклов.

Еще один способ выработки энергии с использованием водных ресурсов связан с диффузией при смешении соленой и пресной воды. В Норвегии есть станция в устье реки, извлекающая энергию с применением энтропии жидкостей. Ее гидротурбина вращается благодаря давлению, возникающему при выравнивании концентрации солей в смешиваемой воде.

Гидротермальная и геотермальная энергия

Гидротермальные установки используют энергию температурного градиента морской или океанской воды, температура которой на поверхности и на глубине существенно различается. Использовать эту особенность научились еще в 1930 году, а сейчас такие станции успешно работают в США и Японии.

Геотермальные станции располагают в регионах со спящими вулканами и гейзерами, где легче пробурить скважину до горячих подземных вод и использовать их энергию. Добываемая горячая вода может использоваться напрямую для систем отопления зданий или поступать в теплообменный блок. А для выработки электроэнергии используют установки, в которых горячий пар вращает турбину, а она соединена с электрогенератором. Этот вид нетрадиционной энергетики популярен в США, Мексике, Исландии, Индонезии и Филиппинах.

Тепловые насосы

Это оборудование позволяет использовать геотермальную энергию для отопления и горячего водоснабжения частного дома или другого объекта. Он работает как кондиционер в режиме «зима». В качестве хладагента используется фреон. При поглощении энергии он нагревается и следует в компрессор, где в результате сжатия становится газообразным и далее поступает в теплообменник отопительной системы, где отдает свое тепло воде. Остывший фреон снова становится жидкостью, и цикл повторяется.

Теплонасосы разных конфигураций могут получать энергию из разных сред. Например, геотермальный насос использует тепловую энергию грунта на достаточной глубине. Для эффективной работы такого оборудования нужен просторный участок земли. Трубы испарителя можно уложить не только в грунт, но и в водоем. Такие установки работают при температуре воздуха не ниже -20 °C.

Биогаз

Биогаз образуется в специальных герметичных емкостях с прочными стенками при гниении бытовых отходов растительного или животного происхождения с использованием анаэробных бактерий, которые не нуждаются в кислороде. В результате гниения биомассы образуется смесь метана, углекислоты, сероводорода и других веществ – так называемый биогаз. Он выводится через патрубок вверху резервуара и по трубопроводам подается к месту требования, а переработанная биомасса используется в качестве удобрения. Такие установки востребованы в загородных домах.

Преимущества и недостатки

У каждого вида альтернативных источников энергии есть плюсы и минусы:

Выводы

Неисчерпаемые ресурсы, которые естественно даются природой и способны возобновляться, позволяют получать механическую, тепловую и электрическую энергию без вреда для экологии. Чтобы использование альтернативных источников энергии было максимально эффективным и удовлетворяло высокий уровень потребления, желательно сочетать их друг с другом. Например, использовать солнечные панели в сочетании с ветрогенераторами. В таком случае снизится зависимость выработки энергии от определенного фактора: в безветренную погоду получение энергии обеспечат солнечные лучи, а в ненастную – сила ветра.

В интернет-магазине Shura-Master.ru можно купить автономные солнечные энергосистемы мощностью до 2500 Вт и солнечные модули Sunways серии FSM по отличным ценам, с доставкой по всей России.

Ранее в нашем блоге была опубликована статья о видах печей для плавки металла.