Energia alternativa per la casa: panoramica delle fonti energetiche non convenzionali

“L'energia verde” offre prospettive cosmiche. Dall'ambiente possiamo ottenere energia inesauribile e completamente gratuita per servire le utenze autonome. E la risorsa si rigenera ogni giorno senza l'intervento dell'uomo.

Tuttavia, per poter utilizzare correttamente questi veri doni della natura, è necessario sapere come funzionano e dove vengono applicati. È d'accordo?

Tutto su come viene utilizzata l'energia alternativa per la casa lo apprenderà dall'articolo che Le presentiamo. Dopo aver preso visione delle informazioni da noi fornite, Lei potrà scegliere l'opzione più adatta per la produzione di calore o elettricità.

Abbiamo descritto dettagliatamente gli impianti che trasformano l'energia del sole/del vento/dell'acqua/della terra. Abbiamo esposto in modo breve e estremamente chiaro il loro principio di funzionamento. Le informazioni fornite aiuteranno a confrontare i metodi e le fonti di energia.

Tipi di fonti energetiche alternative

Acquistare modelli industriali di dispositivi moderni per estrarre energia termica o elettrica dall'ambiente non è poi così difficile.

Tra le opzioni più diffuse di questo tipo di apparecchiatura rientrano:

• pannelli solari;
• collettori solari;
• generatori eolici;
• pompe di calore;
• generatori di biogas.

La scienza non si ferma e compaiono sempre nuovi modelli di dispositivi per ottenere energia alternativa. È importante non solo scegliere l'opzione più adatta, ma anche installarla correttamente. Molto spesso non è possibile utilizzare un solo apparecchio. Si possono combinare diverse fonti energetiche.

Ad esempio, i pannelli solari producono più energia elettrica nel periodo estivo, mentre i generatori eolici – in quello invernale. La combinazione di entrambi i dispositivi consente di garantire una quantità sufficiente di energia elettrica autonoma durante tutto l'anno. Analogamente si possono combinare anche altri apparecchi.

#1: Utilizzo dei pannelli solari

Questi elementi diventano sempre più popolari e diversificati. Vengono venduti sia come kit già pronti, sia come singole cellule fotovoltaiche. Con queste ultime lavorano volentieri i maestri amatoriali, che preferiscono fare tutto con le proprie mani – è un compito relativamente semplice.

Per realizzare un pannello solare con parametri personalizzati, è necessario acquistare il numero necessario di celle fotovoltaiche già pronte e saldarle in un circuito comune.

Gli elementi trasparenti che coprono la superficie attiva dei pannelli solari vengono installati sui vetri degli edifici alti, ma possono essere utilizzati con successo anche nell'edilizia privata.

Si distinguono celle fotovoltaiche monocristalline e policristalline. Le prime sono più produttive e durevoli, ma efficaci solo se ricevono un flusso energetico stabile. Le policristalline hanno un'efficienza leggermente inferiore e una durata minore, ma possono funzionare efficacemente anche in condizioni di nuvolosità elevata.

Le celle fotovoltaiche sono collocate sotto uno strato di materiale trasparente resistente, in modo da assorbire energia e rimanere nella posizione corretta. Il telaio con superficie esterna trasparente appare come una cornice metallica. Viene utilizzato per fissare i pannelli.

A volte, invece del telaio metallico, si utilizza una struttura in legno. È una soluzione meno durevole ma comunque accettabile.

I pannelli con celle fotovoltaiche vengono installati sul lato più soleggiato dell'edificio, di solito – sul tetto. È importante anche scegliere correttamente l'inverter e le batterie.

La struttura con pannelli solari risulta piuttosto ingombrante, quindi il più delle volte viene installata direttamente sul tetto della casa. Il telaio viene montato su un supporto in modo che il pannello con le celle fotovoltaiche possa essere ruotato, consentendo di seguire il movimento del sole e catturare più raggi UV a seconda della stagione.

In caso di precipitazioni abbondanti, il pannello viene ruotato in posizione verticale per prevenire danni e ridurre il possibile inquinamento. L'installazione dei pannelli – è solo il primo passo nella realizzazione di un sistema di questo tipo.

Per il suo corretto funzionamento, sarà necessario collegare le celle fotovoltaiche tramite un regolatore di carica a un sistema inverter solare.

Per immagazzinare l'energia elettrica prodotta, saranno necessari accumulatori per pannelli solari, ad esempio SUNLIGHT PzS. Tali elementi possono essere installati sottoterra, a una profondità considerevole – fino a tre metri.

La corretta selezione dell'inverter per pannelli solari e del regolatore di carica delle batterie è un aspetto importante per garantire la massima efficienza dell'intero sistema. Migliore è la scelta di tutti i componenti e più accurati sono i calcoli specialistici, minori saranno le perdite di energia elettrica.

Un tipo interessante di pannelli solari è la versione flessibile a film sottile, il cui strato attivo è depositato su una pellicola polimerica. Vengono installati sui vetri delle finestre degli edifici alti, ovviamente sul lato più soleggiato.

Il rendimento di tali elementi è leggermente inferiore rispetto alla versione tradizionale – solo il 7%. Ma la comodità d'uso e il risparmio di spazio compensano questo inconveniente.

Il dispositivo Betaray per amplificare il potenziale dell'energia solare catturata ha un aspetto elegante e moderno. Può essere installato nel cortile di una casa privata o sul tetto di un condominio.

L'aspetto del dispositivo chiamato Betaray è moderno e insolito. Si tratta di una sfera di vetro piuttosto grande che, come una lente, raccoglie i raggi solari e li dirige verso un pannello con celle fotovoltaiche. L'installazione è in grado di ruotare automaticamente per ottenere il massimo dei raggi solari.

Di conseguenza, si può fare a meno di un numero minore di celle fotovoltaiche e rendere il flusso dei raggi solari più stabile. Di notte, Betaray è in grado di assorbire la luce lunare e stellare. È poca, ma abbastanza per garantire un'illuminazione stradale completa. In generale, questo dispositivo ha un'efficienza impressionante per i pannelli solari – 35%.

Consigli utili sulla scelta, installazione e manutenzione dei pannelli solari sono presentati qui:

#2: Utilizzo dei collettori solari

Questa è una variante più moderna ed efficiente della doccia estiva. Anche nella più modesta casa di campagna c'è un barile d'acqua che si riscalda durante il giorno fino a un livello abbastanza decente.

Se si installa sul tetto un sistema di tubi stretti in cui l'acqua circola, si può ottenere una notevole quantità di calore, fornendo completamente alla casa acqua calda sanitaria e persino un riscaldamento più che adeguato.

Il collettore solare è un sistema di tubi stretti in cui circola un liquido termovettore. I processi naturali di convezione assicurano la circolazione dell'acqua riscaldata dal sole senza l'uso di una pompa (+)

Il funzionamento di questa fonte alternativa di energia si basa sulla capacità dell'acqua e dell'aria di circolare quando vengono riscaldate. Il serbatoio dello scambiatore di calore è installato a un livello più alto rispetto ai tubi del collettore. L'acqua riscaldata sale e entra nella parte superiore della serpentina dello scambiatore di calore.

Raffreddandosi a contatto con l'acqua di rubinetto, il fluido termovettore del collettore solare scende verso il basso e si sposta nuovamente nei tubi che vengono riscaldati dal sole.

La circolazione naturale dell'acqua che si riscalda e si raffredda permette di fare a meno di pompe speciali o di altre apparecchiature elettriche.

È possibile realizzare la versione più semplice di un tale sistema con materiali facilmente reperibili: tubi di vari diametri, una lamiera metallica come base. Il supporto su cui fissare la base può essere realizzato con profilati angolari o altri elementi metallici.

In questa versione del collettore solare fai-da-te, i tubi sono saldati a una base metallica e come telaio è stata utilizzata una tavola spessa.

Di solito, la parte del sistema che si trova all'esterno viene verniciata di nero per aumentare la sua capacità di assorbire il calore. La base con i tubi viene fissata in modo tale da poter modificare l'angolazione.

Non resta che predisporre un serbatoio scambiatore di calore, inserirvi una serpentina e collegare tra loro gli elementi del sistema e alla rete idrica e/o di riscaldamento.

La tecnologia dettagliata per la realizzazione di un collettore solare per riscaldamento è descritta in questo articolo.

I modelli industriali di collettori solari sono molto più efficienti dei “fai-da-te” e possono funzionare tutto l'anno, ma il costo di un tale sistema può essere piuttosto elevato.

Naturalmente, i moderni collettori solari di produzione industriale sono più complessi e funzionano in modo più efficiente. In alcuni dispositivi, come fluido termovettore viene utilizzato il freon, che consente di ottenere energia termica anche durante i periodi freddi.

Gli aggregati industriali possono essere dotati di tubi sottovuoto, un blocco con celle fotovoltaiche, sensori di temperatura, un sistema di controllo automatico e così via. Il costo di un tale collettore può risultare piuttosto consistente.

#3: Sfruttamento dell'energia eolica

Gli aerogeneratori – dispositivi noti da tempo e piuttosto popolari tra gli appassionati di energia pulita. Si tratta di un dispositivo piuttosto ingombrante, specialmente se le pale della turbina eolica ruotano su un piano orizzontale. Per questo motivo, le versioni con pale disposte verticalmente sono più popolari.

Gli aerogeneratori – sono dispositivi piuttosto ingombranti che dovrebbero essere installati in un'area aperta ben ventilata dai venti. Un singolo dispositivo del genere può coprire completamente il fabbisogno elettrico di una casa privata.

Una turbina eolica viene posizionata su un palo alto e robusto. Il movimento delle pale viene trasmesso al generatore, l'energia ottenuta viene accumulata in una batteria. Successivamente, l'energia elettrica viene trasmessa all'impianto elettrico interno della casa o utilizzata in altro modo.

Una turbina eolica fatta in casa può soddisfare il fabbisogno elettrico di un piccolo appezzamento di campagna:

I modelli industriali dei moderni generatori eolici sono solitamente dotati di un comodo pannello di controllo elettronico.

Le unità fatte in casa vengono progettate secondo schemi e disegni abbastanza semplici. Su Internet si possono trovare numerose varianti di vario tipo e genere. È necessario scegliere un luogo adatto per posizionare la struttura, dove soffi un vento forte e l'unità non disturbi nessuno. Più in alto sono montate le pale, meglio è.

La turbina eolica mobile Uprise ha dimensioni relativamente compatte e, una volta assemblata, può essere trasportata su strade pubbliche.

Non molto tempo fa, l'azienda Uprise ha presentato uno sviluppo originale – una turbina eolica montata su una piattaforma mobile. Volendo, il dispositivo può essere assemblato, rendendolo compatto, e poi trasportato con un normale fuoristrada e installato in un altro luogo.

La potenza della turbina eolica mobile Uprise è di 50 kW. Secondo le stime di esperti nel campo dell'energia alternativa, ciò è più che sufficiente per fornire elettricità a una casa privata non molto grande e persino condividere l'elettricità in eccesso con i vicini.

Un'opzione ancora più originale per convertire l'energia eolica in kilowatt – l'aeromobile Makani Power.

Makani Power – è un'apparecchiatura volante che consente di sollevare un insieme di piccole turbine eoliche a una considerevole altezza e ottenere la massima quantità di energia elettrica

Si tratta di una variante altamente scientifica di un aquilone, su cui sono installate piccole turbine eoliche. L'idea è quella di portare il generatore negli strati superiori dell'atmosfera, dove la velocità del flusso d'aria è significativamente maggiore rispetto al suolo. L'energia viene trasmessa verso il basso tramite un cavo, che funge anche da corda che tiene l'aquilone.

Un'interessante recensione della riparazione del generatore eolico SF-600-5 (Cina) consente di farsi un'idea dei possibili problemi con le apparecchiature economiche:

Idee interessanti per la costruzione fai-da-te di una turbina eolica sono descritte nell'articolo – Come costruire un generatore eolico fai da te: struttura, principio di funzionamento + i migliori progetti autocostruiti

#4: Riscaldamento con pompe di calore

Questi dispositivi hanno da tempo un posto d'onore nella famiglia di apparecchiature per l'energia pulita. Una pompa di calore funziona più o meno come un frigorifero o un condizionatore d'aria, ma al contrario.

Dispositivi di questo tipo vengono utilizzati principalmente per riscaldare l'abitazione e anche per scaldare l'acqua. Esistono comunque modelli che in estate svolgono efficacemente le funzioni di un condizionatore.

Il principio di funzionamento della pompa di calore si basa sull'assorbimento di energia termica a basso potenziale per trasformarla in calore concentrato ad alto potenziale. I dispositivi di tipo “terra-acqua” sono complessi da installare ma efficienti.

Questi sistemi utilizzano come fonte di calore l'energia dell'aria, il calore del suolo e dell'acqua. L'energia è ovunque, ma in queste risorse ha un basso potenziale. Il circuito esterno della pompa di calore raccoglie queste briciole disperse di energia termica e le trasferisce nel sistema.

Per trasformare l'energia in uno stato ad alto potenziale si utilizza un refrigerante, solitamente freon. Esso assorbe l'energia ricevuta, si riscalda e viene inviato al compressore. Qui il refrigerante viene compresso e, attraverso l'evaporatore, entra nello scambiatore di calore del circuito interno di riscaldamento.

Il fluido termovettore assorbe l'energia termica concentrata, mentre il freon passa attraverso l'evaporatore e torna allo stato liquido. Ora riceve energia a basso potenziale, si riscalda e così via.

A seconda della fonte di energia termica e del tipo di fluido termovettore, si sceglie anche il tipo di pompa di calore: “terra-acqua”, “acqua-acqua”, “aria-acqua”, “aria-aria” e così via. Con un tale dispositivo è possibile realizzare non solo il tradizionale riscaldamento ad acqua, ma anche quello ad aria.

Molti artigiani hanno imparato con successo a costruire da soli un simile dispositivo; varianti interessanti sono descritte nei seguenti articoli:

1. Come realizzare una pompa di calore fai da te da un vecchio frigorifero: disegni, istruzioni e consigli per l'assemblaggio
2. Pompa di calore geotermica fai da te per il riscaldamento domestico: dispositivo, progettazione, montaggio autonomo

Estrarre calore dal terreno – non è un compito semplicissimo, poiché sarà necessario un ampio terreno e vasti lavori di scavo. I tubi del circuito esterno vengono posati in trincee e ricoperti di terra. È comprensibile che l'utilizzo futuro di questo terreno sarà limitato.

L'unità esterna di una pompa di calore del tipo “aria-acqua” va semplicemente installata in un'area adatta, ma tale dispositivo potrebbe non essere molto efficiente con basse temperature dell'aria esterna.

Ma in questo modo si può garantire una temperatura stabile del fluido termovettore nel circuito esterno, e questa è una condizione importante per il corretto funzionamento della pompa di calore. È molto comodo se vicino alla casa c'è uno specchio d'acqua: il circuito esterno può essere immerso senza particolari problemi. In alternativa a un laghetto, si può utilizzare un pozzo d'acqua.

Per prelevare calore dall'aria non si usano tubi con liquido termovettore, ma potenti ventole che immettono aria nello scambiatore di calore. La temperatura dell'aria esterna non è costante come nelle soluzioni con acqua o terreno, ma trovare un posto per l'unità ed eseguire l'installazione è molto più semplice.

Purtroppo, tali dispositivi sono poco efficaci nelle regioni settentrionali, poiché il riscaldamento non è possibile già a -20 gradi di temperatura esterna. Il problema viene risolto combinando due diversi sistemi di riscaldamento.

#4: Il biogas nel funzionamento degli impianti

I rifiuti – un'altra risorsa interessante per ottenere energia termica. Durante la lavorazione dei rifiuti con batteri anaerobici si liberano sostanze come metano, acido solfidrico, anidride carbonica e alcune impurità.

Questa miscela gassosa è chiamata biogas e può essere considerata anche come una moderna fonte di energia alternativa.

Per la lavorazione in un biogeneratore si utilizza solitamente una miscela di rifiuti di origine vegetale e animale con acqua. L'umidità della massa deve essere compresa tra l'88% e il 96% a seconda della stagione.

Naturalmente, questa sostanza combustibile non si ottiene dal contenuto delle fognature. Per questo si utilizzano rifiuti organici di origine animale o vegetale. Vengono collocati in un apposito contenitore, molto robusto e assolutamente ermetico. Qui vengono anche introdotte colture batteriche.

All'interno del dispositivo viene installata una coclea per mescolare la massa biologica. Ciò aumenterà la velocità di reazione e renderà il funzionamento del generatore più efficiente.

La massa destinata alla trasformazione viene diluita con acqua, che deve essere riscaldata a circa 40°C. In estate è necessario aggiungere più acqua, mentre in inverno l'umidità della biomassa può essere circa del 90%.

Per mantenere una temperatura confortevole per l'attività dei microrganismi, il serbatoio del biogeneratore viene rivestito con materiali isolanti termici. Tutti i materiali di partenza vengono caricati attraverso il collo, che viene poi chiuso ermeticamente. Il biogas si accumula nella parte superiore del dispositivo e viene evacuato attraverso un apposito tubo di raccordo.

Per comodità, risparmio di spazio e sicurezza, gli impianti a biogas vengono interrati, la distribuzione del gas avviene attraverso un sifone idraulico, è obbligatorio garantire il riscaldamento della biomassa (+)

I rifiuti trattati vengono scaricati attraverso un apposito raccordo; essi rappresentano un prezioso fertilizzante che può trovare impiego nel terreno. Un aspetto importante nella costruzione fai-da-te di un biogeneratore – la sicurezza. Poiché il gas si accumula costantemente nel serbatoio, la pressione aumenta continuamente.

Il processo di costruzione fai-da-te di un biogeneratore da un barile di metallo è descritto in questo video:

Se questo processo non viene controllato, il dispositivo potrebbe esplodere. Si ritiene più sicuro posizionare il biogeneratore sottoterra piuttosto che in superficie. È necessario garantire un prelievo costante del gas prodotto dal serbatoio per normalizzare la pressione.

Anche la miscela di gas va maneggiata con cautela. Questa sostanza combustibile ha un odore pungente e sgradevole, e la sua inalazione può essere pericolosa per la salute umana.

Oltre alle fonti di energia gratuita sopra descritte, esistono altre interessanti soluzioni ingegneristiche con molte prospettive pratiche:

Scopo e applicazione del generatore termoelettrico

Dispositivi di questo tipo sono noti sin dalla metà del secolo scorso. Consentono di convertire l'energia termica in energia elettrica. La versione moderna del termogeneratore di produzione industriale è progettata per essere installata su caldaie a gas o stufe a legna a combustione lenta con una potenza di almeno 200 W.

Una delle varianti di termogeneratore più note e richieste per uso domestico funziona in tandem con una lampada a cherosene:

Un tale dispositivo consente, in inverno quando i riscaldamenti funzionano ininterrottamente, di ottenere circa 150 kWh di elettricità al mese.

Può essere considerato come un'opzione aggiuntiva in combinazione con pannelli solari o come un modo per compensare i frequenti blackout elettrici.

Esistono anche modelli portatili di termogeneratori che possono convertire l'energia termica di un normale fuoco da campo. Possono essere utilizzati durante la costruzione in luoghi senza elettricità, come alternativa a un generatore alimentato a combustibile liquefatto.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video presenterà le opzioni più popolari di impianti che funzionano con fonti di energia alternative:

L'unico svantaggio significativo dei metodi alternativi di produzione di energia è l'alto costo delle attrezzature e dell'installazione. Le soluzioni high-tech sono efficienti, comode e costose. Tuttavia, gli investimenti si ripagheranno nel tempo. E per gli appassionati del fai-da-te ci sono sempre opzioni per la costruzione autonoma.

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