Незвичні сонячні панелі і вертикальні вітряки: п'ять оригінальних варіантів забезпечити себе електрикою

Наслідком регулярних відключень світла стало те, що українці почали більше цікавитися питаннями власної енергетичної незалежності та альтернативних джерел забезпечення електроенергією. Наразі найбільш популярними є рішення на основі бензинових чи дизельних генераторів різної потужності, а також різноманітні зарядні станції чи зв’язки інвертор-акумулятор.

Але кожне зі згаданих рішень має суттєві очевидні недоліки. Традиційні генератори – це шумно, і палива на них не напасешся. А зарядні станції чи системи з акумуляторами – нічим буде заряджати, якщо світло раптом зникне надовго. Та й платити за електроенергію все одно доводиться.

Тому погляд українців все частіше звертається до концептів власних міні-електростанцій. Тут також вважається, що вибір обмежений лише двома напрямками – традиційні плоскі сонячні панелі, або вітрогенератори з горизонтальною віссю, тобто за принципом класичного вітряка. Але це не так – цікавих варіантів набагато більше.

"Телеграф" підготував для вас добірку з п’яти нестандартних концепцій генерації електроенергії. Деякі з яких кожен може реалізувати прямо зараз, а деякі – стануть доступними протягом найближчих років чи навіть місяців.

ВЕРТИКАЛЬНІ ВІТРОГЕНЕРАТОРИ

Принцип роботи та особливості

Від своїх горизонтальних братів вертикальні вітрогенератори відрізняються, відповідно, вертикальним розташуванням осі турбіни. Насправді це не така вже й нова концепція, перші рішення були запропоновані ще на початку минулого сторіччя. Тривалий час проблемою вертикальних вітрогенераторів була певна "рвучкість" обертання, що створювало проблеми для їх надійності. Проблема була вирішена шляхом модифікації конструкції лопатей.

В останні роки такі генератори набувають все більшої популярності. Наприклад, два вертикальні вітрогенератори були 2015 року встановлені на Ейфелевій вежі для забезпечення її автономним живленням.

Вертикальні вітрогенератори можуть працювати при нижчих швидкостях вітру (від 1,5 м/с), аніж горизонтальні, не вимагають додаткової орієнтації щодо напрямку вітру, продукують менше шуму, вважаються більш надійними та займають менше місця. Через особливості конструкції встановлення та обслуговування вертикальних генераторів також є дещо простішим за генератори горизонтального типу. І, нарешті, вертикальні генератори багато хто вважає більш естетично привабливими.

Серед відомих недоліків вертикальних генераторів – менша, часом значно, потужність, аніж у аналогічних за розмірами генераторів горизонтального типу, а також специфічність налаштування, особливо коли мова йде про побутові моделі з Китаю.

В Україні вертикальні вітрогенератори почали масово вироблятися і продаватися ще кілька років тому, і зараз їх вибір достатньо широкий — від промислових на десятки і сотні кіловат, до зовсім маленьких, які кожен бажаючий може встановити у себе на балконі. Відрізняються вони також типами лопатей — Дар’є, типу Н, Савоніуса, барабанні, вермішельні, спірального типу, ліхтарного типу, гвинтоподібні (Горлова) тощо.

Для чого підійдуть

Для забезпечення індивідуального живлення дач або індивідуальних будинків – можуть підійти вертикальні вітрогенератори номінальною потужністю від 2 до 20 Квт. Такі вітряки у випадку індивідуального використання не потребують отримання дозволів від держави, і можуть допомогти тим, хто відчуває на собі постійні перебої з електроенергією, або планує зовсім не залежати від зовнішнього постачання.

При цьому слід врахувати, що, як показує практика, заявлену потужність такі вітрогенератори видають лише при достатній силі вітру. Хоча й рекламується, що вертикальні вітрогенератори можуть працювати при швидкості вітру 1,5 м/с, для їх нормальної роботи саме наявність у місці розташування стабільних повітряних потоків достатньої сили (хоча б від 4 м/с, а краще 10-15 м/с) є одним із найважливіших критеріїв. Також фахівці радять встановлювати вертикальні вітрогенератори на щоглу або ферму висотою не менше 10 м, а краще у півтора-два рази вищу.

Ще однією порадою від фахівців при застосуванні вертикальних вітрогенераторів – є правильний вибір інвертора, пристрою, який забезпечує правильне "знімання" енергії з генератора і передачу його на акумуляторну батарею і в мережу. Особливо це важливо для китайських генераторів, де в комплекті часом ідуть моделі інверторів, які "не розуміють", як правильно працювати з вертикальними вітрогенераторами, у результаті чого значна частина енергії просто втрачається.

Наступна порада від фахівців – диверсифікувати джерела живлення, використовуючи такі вітрогенератори разом з сонячними панелями, аби збільшити надійність системи на випадок, наприклад, безвітряної погоди.

Для прокачки води з свердловини чи колодязя. Цікавий варіант застосування невеликих вертикальних вітрогенераторів – у якості вітродвигуна для насосу з метою підйому води. Такі системи досить просто встановлюються і дозволяють викачувати воду з неглибоких колодязів у кілька метрів глибини. Більш потужні системи при цьому здатні наповнювати водонапірні башти із промислових свердловин.

Освітлення квартир на час блекауту — підійдуть навіть мініатюрні, розміром у пару десятків сантиметрів, моделі вертикальних вітрогенераторів. Такі моделі нагадують скоріше іграшки, і тим не менше у парі з лед-гірляндою можуть забезпечити цілком комфортне освітлення житла у випадку позапланового відключення електроенергії.

Чи можна наразі придбати і за скільки

На даний час на ринку доступні найрізноманітніші моделі фабричних вертикальних вітрогенераторів, які можна придбати як напряму у вітчизняних виробників, так і через представництва закордонних компаній. Широкий спектр моделей пропонує також китайський Aliexpres.

Вартість моделі від 0,5 до 1 кВт обійдеться приблизно у 10-12 тис грн, за потужні системи на 5-10 кіловат доведеться викласти від кількох десятків до півтори сотні тисяч гривень. Ну а повний комплект обладнання, достатній для стабільної роботи, включаючи акб та інвертори, за оцінкою фахівців, обійдеться у суму від 250 тис грн і вище.

"Балконні" ж генератори продаються на Aliexpress по ціні від кількох сотень до 2-3 тисяч гривень.

СФЕРИЧНІ СВІТЛОГЕНЕРАТОРИ

Принцип роботи та особливості

Сонячна генерація сьогодні є напрямком енергетики, який розвивається чи не найшвидше. У цьому році сонячні електростанції встановили своєрідний рекорд – почали давати більше енергії, аніж отримується з нафти. При цьому ефективність фото-елементів у сонячних панелях підвищується, а вартість виробництва електроенергії, відповідно, знижується. Найбільш популярні у споживачів — плоскі сонячні панелі.

Втім, схоже, що плоскі панелі, у всякому разі ті, які використовуються у побуті, можуть дістати серйозного конкурента – це кульові, чи сферичні, сонячні генератори.

Концепція сферичних світлогенераторів була запропонована ще декілька років тому німецькою компанією Rawlemon. Принцип їх роботи полягає у отриманні енергії через концентрацію та посилення сонячних променів за допомогою прозорої кулі, наповненою водою.

Така система допомагає досягти ефективності майже удвічі вищої, аніж у звичайних плоских сонячних панелях. Компанія-розробник технології заявляє, що використання сферичних світлогенераторів дозволить отримувати енергію навіть при зовсім незначних показниках освітленості, наприклад від місячного світла.

Для чого підійдуть

Для забезпечення індивідуального живлення дач та будинків, а також невеликих підприємств, готелей, електрозаправок – підійдуть системи від Rawlemon діаметром кулі від метра і більше (максимально планується виробляти світлогенератори діаметром 180 см).

Хоча досі не відомо, якою буде вартість енергії від подібних установок, наразі зацікавлення до них досить високе, зокрема через привабливий естетичний дизайн.

Для власників квартир і знову ж таки індивідуальних будинків – підійде концепт із кількох невеликих куль, зібраних в одну установку.

Планується, що їх можна буде кріпити як зовні (замість звичайних пласких панелей) так і всередині приміщення, наприклад – просто ставлячи перед вікном. Пікова потужність одного такого модуля – 157 ват, що вже дозволить заряджати практично усі невеликі домашні гаджети. Окрім того, пристрій матиме також вбудований акумулятор на 720 Ват/годин.

Для зарядки 1-2 смартфонів вдома – підійде ще один пристрій під назвою Beta.ey, який пропонує Rawlemon.

Незважаючи на невеликі розміри, пристрій не такий простий, як здається. Він має вбудований акумулятор а також систему позиціонування за світлом для досягнення більш ефективної роботи. Також він має можливість працювати як настільний ліхтар.

Чи можна наразі придбати і за скільки

Хоча деякі закордонні видання пишуть, що продукцію Rawlemon вже можна придбати на сайті компанії, це не так. Там скоріше можна задонатити на цей проект. Причому компанія не приховує, що вже назбирала набагато більше пожертв, ніж планувала. Що стосується серійного виробництва сферичних світлогенераторів – планується, що на ринок готові моделі вийдуть до кінця цього року.

Вартість великих сонячних куль планується в районі 6 тисяч доларів, індивідуальних пристроїв для зарядки – приблизно 120 доларів.

ДОМАШНІ ГІДРОТУРБІНИ

На відміну від сонячної та вітрогенерації – гідрогенерація не надто поширена в Україні на побутовому рівні. На це є об’єктивні причини – для встановлення індивідуальних мікрогідроелектростанцій потрібні певні умови, а географія таких умов досить обмежена.

Аби поставити таку гідротурбіну для свого будинку потрібна наявність поруч річки, або струмка, причому щоб течія у них була достатньою для виробництва притомних потужностей електроенергії. Можливе також виробництво на перепадах висот річкових артерій, але такі умови знайти ще важче. Звичайно, можна створити подібний перепад або прокопати відвідне русло для гідротурбіни власними силами, хоча це може потребувати додаткових ресурсів, а часом і отримання відповідних дозволів.

Принцип роботи гідрогенераторів той самий що і у вітро-, але замість потоку повітря лопаті турбіни обертаються потоком води. Наразі до мікро гдроелектростанцій відносять пристрої потужність яких не перевищує 200 КВт.

В залежності від типу лопатей мікрогідроелектростанції поділяються на гірляндного типу, пропелерні, з ротором Дарині, типу водяного колеса тощо.

Для чого підійдуть

Для автономного живлення приватних будинків та невеликих господарств – у регіонах, де наявність води дозволяє встановити гідротурбіну. Досить популярними, наразі є мобільні системи — із водозабірником, який передає воду в армований трубопровід (для збільшення тиску) в кінці з якого знаходиться, власне, гідротурбіна, зазвичай пропелерного типу. Такі системи можуть видавати номінальну потужність до 10 КВт в залежності від умов.

Прямо на річкових потоках, якщо вони знаходяться недалеко від будинку, можна встановити мікро ГЕС гірляндного типу (ротори встановлені на тросі, перекинутому через потік), або фабричну систему на базі водяного колеса.

Втім, їх конструкція настільки нескладна, що багато ентузіастів роблять подібні пристрої своїми руками. Наприклад у Вінниці ентузіаст зробив мікро ГЕС із підручних матеріалів вартістю близько 10 тисяч. Виробляє така система порядку 300 ват, що достатньо для задоволення мінімальних потреб домашнього господарства.

Чи можна наразі придбати і за скільки

На українському ринку наразі наявні декілька моделей гідротурбін та готових мікро ГЕС, як вітчизняного (які доведеться пошукати), так і закордонного виробництва різних потужностей.

Кіловатний гідрогенератор при цьому коштуватиме на Аliexpress близько 5-8 тис грн. Готові фабричні гідроелектростанції від 2 КВт і більше — можна знайти за суму близько 20-100 тис грн.

ПРОЗОРІ СОНЯЧНІ ПАНЕЛІ

Вікна, які генерують електроенергію – мрія кожного українця. Не зважаючи на, здавалося б, очевидність цієї концепції та численні заяви про прогрес в даному напрямку – наразі на ринку повністю прозорих сонячних панелей, які могли б замінити шибки, немає.

Відомо про три основні перспективні напрямки досліджень з розробки прозорих сонячних панелей. Це, по-перше, технологія тонкоплівочного покриття (тобто, скло залишається склом, а електроенергію генерують надтонкі фотоелементи, якими скло покривається).

По-друге, дослідження у напрямку інтеграції між двома склопакетами фотоелементів для генерації електроенергії. Такі панелі, до речі, хай вони і не повністю прозорі – наразі вже обмежено продаються ірландською компанією ClearPower. Прозорість досягається перпендикулярним розташуванням матеріалу, який вловлює сонячну енергію, між двома шарами скла. За рахунок цього при прямому погляді на скло здається, що воно прозоре. Але при зміні кута зору – затемнюється.

І по-третє – виготовлення скла із матеріалу, який сам по собі зміг би слугувати фотоелементом. Такі панелі мали б пропускати видимий людському оку спектр світла, а на електроенергію перетворювати інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання.

Що точно відомо – що поки що кожен з цих напрямків буде мати ККД значно (в два рази і значно більше) нижчий за традиційні чорні сонячні панелі. Але навіть якщо це так, можливість дивитися на вулицю через прозорі шибки, і знати, що в цей час вони генерують для тебе електроенергію — того варта.

Для чого підійдуть

У випадку винайдення і серійного запуску – сфери застосування таких панелей буквально безмежні.

Чи можна наразі придбати і за скільки

Наразі на ринку не має жодної пропозиції повністю прозорих сонячних панелей. Але судячи з активності вчених та винахідників – результату залишилось чекати не так уже й довго.

Тим часом, як вже згадувалося, ірландська компанія ClearPower продає обмежену кількість своїх панелей для індивідуальних клієнтів.

Навесні цього року обіцяв запуск серійного виробництва прозорих сонячних панелей американський стартап Ubiquitous Energy. Але наразі його сайт не доступний, а в інтернеті шириться інформація, що працівників відправили у вимушену відпустку. Суть їхньої розробки полягала у перетворенні на електроенергію ультрафіолету та інфрачервоного світла. Але, здається, щось у компанії пішло не так.

Минулого року про прорив у напрямку прозорих сонячних панелей заявили японські вчені – результати їх дослідження опубліковані в авторитетному виданні Scientific Reports. Там дуже багато розумних літер та графіків, але в двох словах суть дослідження — у винайденні надтонкої і прозорої плівки, яка після покриття нею скла може генерувати електроенергію на рівні, співвимірному з традиційними чорними сонячними панелями. Про запуск серійного виробництва наразі невідомо.

А от у Австралії вже пропонують варіант із гнучкими панелями, які можна розміщувати на будь-якій поверхні. Винахід здійснила група вчених із Австралійської організації наукових і промислових досліджень. Формально – винайдені панелі не повністю прозорі, а лише частково. Але кінцевий продукт (генеруюча плівка, згорнута в рулон) робить спектр їх використання справді широким. Наприклад, з них можна виготовити жалюзі чи фіранки, які генеруватимуть електроенергію для потреб квартири.

ГЕНЕРАТОРИ НА ДРОВАХ (газогенератори)

Генератори, які у якості джерела використовують продукти переробки деревини чи (дрова, стружку, тирсу, пелети, вугілля тощо) – також не новий винахід. Особливості їх роботи – в одночасній можливості продукування тепла, що таким чином дає можливість використовувати їх у якості індивідуальної системи опалення, і навіть для приготування їжі.

Принцип роботи твердопаливних електрогенераторів полягає у тому, що при спаленні сировини утворюється пальний газ, який потім подається або на двигун внутрішнього згоряння, з’єднаний з електрогенератором, або напряму на турбіну. Спалювання 1 кг сировини видає, в залежності від конструкції, за даними фахівців, еквівалентно 1 КВт і більше електроенергії.

У залежності від розмірів, такі пристрої у побутовому сегменті можуть забезпечувати від 10 Ват (для зарядки гаджетів) до 50 і більше КВт, що достатньо навіть для роботи невеликого підприємства.

Для чого підійдуть

Для забезпечення електроенергією і теплом у першу чергу — невеликих підприємств, що пов’язані з переробкою деревини (лісопилок, меблевих фірм). А також для домогосподарств, які орієнтовані на опалення дровами – підійдуть пристрої потужністю від 10 КВт і більше

Тут варто розуміти, що обслуговування таких систем потребує певних технічних навичок.

Для туристичного використання – підійдуть невеликі і переносні моделі пальників-генераторів. На таких зручно готувати їжу, і одночасно заряджати гаджети.

Чи можна придбати і за скільки

На українському ринку зараз досить непросто знайти 10-кіловатні і більше готові моделі генераторів на дровах "під ключ". Втім, є достатня кількість підприємств і підприємців пропонують виготовлення таких систем під потреби замовника.

А от наприклад на китайському Alibaba – можна замовити готові системи вартістю від 2 тис доларів.

Що стосується невеликих пальників-генераторів, то на ринку доступна, наприклад, модель BioLite CampStove.

Цей пристрій, вартістю біля 8 тис грн, має вбудований акумулятор, ліхтар. З його допомогою можна готувати їжу та заряджати гаджети силою струму близько 1 ампера.