Необычные солнечные панели и вертикальные ветрогенераторы: пять оригинальных вариантов обеспечить себя электричеством

Следствием регулярных отключений света стало то, что украинцы стали больше интересоваться вопросами собственной энергетической независимости и альтернативных источников электроэнергии. На данный момент наиболее популярны решения на основе бензиновых или дизельных генераторов различной мощности, а также различные зарядные станции или связки инвертор-аккумулятор.

Но каждое из этих решений имеет существенные и очевидные недостатки. Традиционные генераторы – это шумно, да и топлива на них не напасешься. А зарядные станции или системы с аккумуляторами – нечем будет заряжать, если свет внезапно исчезнет надолго. Да и платить за электроэнергию все равно приходится.

Поэтому взгляд украинцев все чаще обращается к концептам собственных мини-электростанций. Здесь также считается, что выбор ограничен только двумя направлениями – традиционные плоские солнечные панели или ветрогенераторы с горизонтальной осью, то есть по принципу классической ветряной мельницы. Но это не так – интересных вариантов гораздо больше.

"Телеграф" подготовил для вас подборку из пяти нестандартных концепций генерации электроэнергии. Некоторые из них любой может реализовать прямо сейчас, а некоторые – станут доступны в ближайшие годы или даже месяцы.

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВЕТРОГЕНЕРАТОРЫ

Принцип работы и особенности

От своих горизонтальных собратьев вертикальные ветрогенераторы отличаются, соответственно, вертикальным расположением оси турбины. На самом деле это не такая уж новая концепция, первые решения были предложены еще в начале прошлого века. Долгое время проблемой вертикальных ветрогенераторов была определенная "порывистость" вращения, что создавало проблемы для их надежности. Проблема была решена путём модификации конструкции лопастей.

В последние годы такие генераторы приобретают все большую популярность. К примеру, два вертикальных ветрогенератора были в 2015 году установлены на Эйфелевой башне для обеспечения ее автономным питанием.

Вертикальные ветрогенераторы могут работать при более низких скоростях ветра (от 1,5 м/с), чем горизонтальные, не требуют дополнительной ориентации по направлению ветра, издают меньше шума, считаются более надежными и занимают меньше места. Из-за особенностей конструкции установка и обслуживание вертикальных генераторов также несколько проще генераторов горизонтального типа. И, наконец, вертикальные генераторы многие считают более эстетически привлекательными.

Среди известных недостатков вертикальных генераторов – меньшая, порой значительно, мощность, чем у аналогичных по размерам генераторов горизонтального типа, а также специфичность настройки, особенно когда речь идет о бытовых моделях из Китая.

В Украине вертикальные ветрогенераторы начали массово производиться и продаваться еще несколько лет назад, и сейчас их выбор достаточно широк — от промышленных на десятки и сотни киловатт, до совсем маленьких, которые каждый желающий может установить у себя на балконе. Различаются они также типами лопастей — Дарье, типа Н, Савониуса, барабанные, вермишельные, спирального типа, фонарного типа, винтообразные (Горлова) и т.д.

Для чего подойдут

Для обеспечения индивидуального електропитания дач или индивидуальных домов — могут подойти вертикальные ветрогенераторы номинальной мощностью от 2 до 20 КВт. Такие ветряные мельницы в случае индивидуального использования не требуют получения разрешений от государства, и могут помочь тем, кто испытывает на себе постоянные перебои с электроэнергией, или планирует совсем не зависеть от внешних поставок электричества.

При этом следует учесть, что, как показывает практика, заявленную мощность такие ветрогенераторы выдают только при достаточной силе ветра. Хотя и рекламируется, что вертикальные ветрогенераторы могут работать при скорости ветра 1,5 м/с, для их нормальной работы одним из важнейших критериев является именно наличие в местоположении стабильных воздушных потоков достаточной силы (хотя бы от 4 м/с, а лучше 10-15 м/с ). Также специалисты советуют устанавливать вертикальные ветрогенераторы на мачту или ферму высотой не менее 10 м, а лучше в полтора-два раза выше.

Еще один совет от специалистов при использовании вертикальных ветрогенераторов – верный выбор инвертора, устройства, которое обеспечивает правильную "съемку" энергии с генератора и передачу его на аккумуляторную батарею и в сеть. Особенно это важно для китайских генераторов, где в комплекте порой идут модели инверторов "не понимающие", как правильно работать с вертикальными ветрогенераторами, в результате чего значительная часть энергии просто теряется.

Следующий совет от специалистов – диверсифицировать источники питания, используя такие ветрогенераторы вместе с солнечными панелями, чтобы увеличить надежность системы на случай, например, безветренной погоды.

Для прокачки воды из скважины или колодца. Интересный вариант применения небольших вертикальных ветрогенераторов – в качестве ветродвигателя к насосу для подъема воды. Такие системы достаточно просто устанавливаются и позволяют выкачивать воду из неглубоких колодцев в несколько метров глубины. Более мощные системы способны наполнять водонапорные башни из промышленных скважин.

Освещение квартир на время блекаута – тут подойдут даже миниатюрные, размером в пару десятков сантиметров, модели вертикальных ветрогенераторов. Такие модели напоминают скорее игрушки, и, тем не менее, в паре с лед-гирляндой могут обеспечить вполне комфортное освещение жилья в случае внепланового отключения электроэнергии.

Можно ли купить и за сколько

В настоящее время на рынке доступны самые разные модели фабричных вертикальных ветрогенераторов, которые можно приобрести как напрямую у отечественных производителей, так и через представительства зарубежных компаний. Широкий спектр моделей предлагает также китайский Aliexpres.

Стоимость модели от 0,5 до 1 кВт обойдется примерно в 10-12 тыс. грн, за мощные системы на 5-10 киловатт придется выложить от нескольких десятков до полутора сотен тысяч гривен. Ну а полный комплект оборудования, достаточного для стабильной работы, включая акб и инверторы, по оценке специалистов, обойдется в сумму от 250 тыс. грн и выше.

"Балконные" генераторы продаются на Aliexpress по цене от нескольких сотен до 2-3 тысяч гривен.

СФЕРИЧЕСКИЕ СВЕТОГЕНЕРАТОРЫ

Принцип работы и особенности

Солнечная генерация сегодня является направлением энергетики, которое развивается быстрее прочих. В этом году солнечные электростанции установили своеобразный рекорд – начали давать больше энергии, чем получают из нефти. При этом эффективность фотоэлементов в солнечных панелях повышается, а стоимость производства электроэнергии соответственно снижается. Наиболее популярные у потребителей — плоские солнечные панели.

Впрочем, похоже, что плоские панели, во всяком случае, те, которые используются в быту, могут получить серьезного конкурента в виде шаровых, или сферических, солнечных генераторов.

Концепция сферических светогенераторов была предложена еще несколько лет назад немецкой компанией Rawlemon. Принцип их работы состоит в получении энергии посредством концентрации и усиления солнечных лучей с помощью прозрачного шара, наполненного водой.

Такая система помогает добиться эффективности почти вдвое большей, чем в обычных плоских солнечных панелях. Компания-разработчик технологии заявляет, что использование сферических светогенераторов позволит получать энергию даже при совсем незначительных показателях освещенности, например, от лунного света.

Для чего подойдут

Для обеспечения индивидуального питания дач и домов, а также небольших предприятий, гостиниц, электрозаправок подойдут системы от Rawlemon диаметром шара от метра и более (максимально планируется производить светогенераторы диаметром 180 см).

Хотя до сих пор не известно, какой будет стоимость энергии от подобных установок, сейчас интерес к ним достаточно высок, в частности, из-за привлекательного эстетичного дизайна.

Для владельцев квартир и опять же индивидуальных домов – подойдет концепт из нескольких небольших шаров, собранных в одну установку.

Планируется, что их можно будет крепить как снаружи (вместо обычных плоских панелей) так и внутри помещения, например просто ставя перед окном. Пиковая мощность одного такого модуля – 157 ватт, что позволит заряжать практически все небольшие домашние гаджеты. Кроме того, устройство будет иметь встроенный аккумулятор на 720 Ватт/час.

Для зарядки 1-2 смартфонов дома – подойдет еще одно устройство под названием Beta.ey, которое предлагает Rawlemon.

Несмотря на небольшие размеры, устройство не так просто, как кажется. Оно имеет встроенный аккумулятор и систему позиционирования по свету для достижения более эффективной работы. Также оно может работать как настольная лампа.

Можно ли купить и за сколько

Хотя некоторые зарубежные издания пишут, что продукцию Rawlemon уже можно приобрести на сайте компании, это не так. Там, скорее, можно задонатить на этот проект. Причем компания не скрывает, что уже насобирала гораздо больше пожертвований, чем планировала. Что касается серийного производства сферических светогенераторов, то планируется, что на рынок готовые модели выйдут к концу этого года.

Стоимость больших солнечных шаров планируется в районе 6 тысяч долларов, индивидуальных зарядных устройств – примерно 120 долларов.

ДОМАШНИЕ ГИДРОТУРБИНЫ

В отличие от солнечной и ветрогенерации — гидрогенерация не слишком распространена в Украине на бытовом уровне. Для этого есть объективные причины – для установления индивидуальных микрогидроэлектростанций нужны определенные условия, а география таких условий достаточно ограничена.

Чтобы поставить такую гидротурбину для своего дома нужно наличие рядом реки, или ручья, причем чтобы течение у них было достаточно сильным для производства достаточных мощностей электроэнергии. Возможно производство на перепадах высот речных артерий, но такие условия найти еще сложнее. Конечно, можно создать подобный перепад или прокопать отводное русло для гидротурбины собственными силами, хотя это может потребовать дополнительных ресурсов, а порой и получения соответствующих разрешений.

Принцип работы гидрогенераторов тот же, что и у ветро-, но вместо потока воздуха лопасти турбины вращаются потоком воды. Сейчас к микрогидроэлектростанциям относят устройства мощность которых не превышает 200 кВт.

В зависимости от типа лопастей микрогидроэлектростанции делятся на гирляндного типа, пропеллерные, с ротором Дарьи, типа водяного колеса и т.п.

Для чего подойдут

Для автономного питания частных домов и небольших хозяйств – в регионах, где наличие воды позволяет установить гидротурбину. Достаточно популярны, сейчас мобильные системы — с водозаборником, который передает воду в армированный трубопровод (для увеличения давления) в конце которого находится, собственно, гидротурбина, обычно пропеллерного типа. Такие системы могут выдавать номинальную мощность до 10 кВт в зависимости от условий.

Прямо на речных потоках, если они находятся недалеко от дома, можно установить микро ГЭС гирляндного типа (роторы установлены на тросе, переброшенном через поток) или фабричную систему на базе водяного колеса.

Впрочем, их конструкция настолько несложна, что многие энтузиасты делают подобные устройства своими руками. Например, в Виннице энтузиаст сделал микро ГЭС из подручных материалов стоимостью около 10 тысяч. Производит такая система порядка 300 ватт, что достаточно для удовлетворения минимальных потребностей домашнего хозяйства.

Можно ли купить и за сколько

На украинском рынке присутствует несколько моделей гидротурбин и готовых микро ГЭС, как отечественного (придется поискать), так и зарубежного производства разных мощностей.

Киловатный гидрогенератор при этом будет стоить на Аliexpress около 5-8 тыс. грн. Готовые фабричные гидроэлектростанции от 2 кВт и более – можно найти за сумму около 20-100 тыс грн.

ПРОЗРАЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ

Окна, генерирующие электроэнергию – мечта каждого украинца. Несмотря на, казалось бы, очевидность этой концепции и многочисленные заявления о прогрессе в данном направлении – на рынке полностью прозрачных солнечных панелей, которые могли бы заменить стекла, нет.

Известно о трех основных перспективных направлениях исследований по разработке прозрачных солнечных панелей. Это, во-первых, технология тонкопленочного покрытия (т.е. стекло остается стеклом, а электроэнергию генерируют сверхтонкие фотоэлементы, которыми стекло покрывается).

Во-вторых, исследование по интеграции между двумя стеклопакетами фотоэлементов для генерации электроэнергии. Такие панели, кстати, пусть они и не полностью прозрачны – уже ограниченно продаются ирландской компанией ClearPower. Прозрачность достигается перпендикулярным расположением материала, улавливающего солнечную энергию, между двумя слоями стекла. За счет этого при прямом взгляде на стекло кажется, что оно прозрачно. Но при изменении угла зрения – затемняется.

И в третьих – изготовление стекла из материала, который сам по себе смог бы служить фотоэлементом. Такие панели должны пропускать видимый человеческому глазу спектр света, а в электроэнергию превращать инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.

Что точно известно – что пока каждое из этих направлений будет иметь КПД значительно (в два и более раз) ниже традиционных черных солнечных панелей. Но даже если это так, возможность смотреть на улицу из-за прозрачных оконных стекол, и знать, что в это время они генерируют для тебя электроэнергию — того стоит.

Для чего подойдут

В случае изобретения и серийного запуска - сферы применения таких панелей буквально безграничны.

Можно ли купить и за сколько

Сейчас на рынке нет предложений полностью прозрачных солнечных панелей. Но судя по активности ученых и изобретателей – результата осталось ждать не так уж долго.

В то же время, как уже упоминалось, ирландская компания ClearPower продает ограниченное количество своих панелей для индивидуальных клиентов.

Весной этого года обещал запуск серийного производства прозрачных солнечных панелей американский стартап Ubiquitous Energy. Но сейчас его сайт не доступен, а в интернете распространяется информация, что работников отправили в вынужденный отпуск. Суть их разработки заключалась в превращении в электроэнергию ультрафиолета и инфракрасного света. Но, кажется, что-то в компании пошло не так.

В прошлом году о прорыве в направлении прозрачных солнечных панелей заявили японские ученые – результаты их исследования опубликованы в авторитетном издании Scientific Reports. Там очень много умных букв и графиков, но в двух словах суть исследования — в изобретении сверхтонкой и прозрачной пленки, которая после покрытия ею стекла может генерировать электроэнергию на уровне, соизмеримом с традиционными черными солнечными панелями. О запуске серийного производства пока неизвестно.

А вот в Австралии уже предлагают вариант с гибкими панелями, которые можно размещать на любой поверхности. Изобретение совершила группа ученых из Австралийской организации научных и промышленных исследований. Формально – изобретенные панели не полностью прозрачны, а частично. Но конечный продукт (генерирующая пленка свернутая в рулон) делает спектр их использования действительно широким. К примеру, из них можно изготовить жалюзи или занавески, которые будут генерировать электроэнергию для нужд квартиры.

ГЕНЕРАТОРЫ НА ДРОВАХ (газогенераторы)

Генераторы, которые в качестве источника используют продукты переработки древесины (дрова, стружку, опилки, пеллеты, уголь и т.п.) – также не новое изобретение. Особенности их работы – в одновременной возможности производства тепла, что дает возможность использовать их в качестве индивидуальной системы отопления, а также для приготовления пищи.

Принцип работы твердотопливных электрогенераторов заключается в том, что при сжигании сырья образуется горючий газ, который затем подается либо на двигатель внутреннего сгорания, соединенный с электрогенератором, либо на турбину. Сжигание 1 кг сырья выдает, в зависимости от конструкции, по данным специалистов, эквивалентно 1 кВт и более электроэнергии.

В зависимости от размеров, такие устройства в бытовом сегменте могут обеспечивать от 10 Ватт (для зарядки гаджетов) до 50 и более кВт, что достаточно даже для работы небольшого предприятия.

Для чего подойдут

Для обеспечения электроэнергией и теплом в первую очередь – небольших предприятий, связанных с переработкой древесины (лесопилок, мебельных фирм). А также для домохозяйств, ориентированных на отопление дровами – подойдут устройства мощностью от 10 кВт и более.

Здесь следует понимать, что обслуживание таких систем требует определенных технических навыков.

Для туристического использования – подойдут небольшие и переносные модели горелок-генераторов. С их помощью удобно готовить еду и одновременно заряжать гаджеты.

Можно ли купить и за сколько

На украинском рынке сейчас достаточно непросто найти 10-киловатные и более готовые модели генераторов на дровах "под ключ". Впрочем, достаточное количество предприятий и предпринимателей предлагают изготовление таких систем под нужды заказчика.

А вот например на китайском Alibaba – можно заказать готовые системы стоимостью от 2 тыс. долларов.

Что касается небольших горелок-генераторов, то на рынке доступна, например модель BioLite CampStove.

Это устройство, стоимостью около 8 тыс. грн, имеет встроенный аккумулятор, фонарь. С его помощью можно готовить и заряжать гаджеты силой тока около 1 ампера.