Как получить электричество из воздуха своими руками

Для дома

У обладателя загородного дома, даже в случае наличия традиционной системы электроснабжения, иногда появляется желание снизить расходы на оплату счетов за потребленную электрическую энергию. Некоторые застройщики создают полностью автономную систему и становятся независимым от поставщиков электричества. Особенно актуальна такая система электроснабжения для удаленных мест, где отсутствую стационарные сети электроснабжения. В настоящее время, благодаря развитию техники и технологий, широкое распространение получили установки, использующие в своей работе, альтернативные источники энергии, такие как: энергия солнца, ветра, воды и биотопливо. При производстве своего электричества, используемого для электроснабжения дома, могут быть использованы все выше приведенные источники энергии.

Энергия солнца

При выборе установок, источником получения электрической энергии, в которых является солнечная энергия, необходимо знать особенности места расположения, которые определяют количество солнечных дней в году.

Современный двигатель Стирлинга — Также можно рассматривать как способ получить свое электричество — КПД системы до 34%!

Устройствами, служащими для преобразования энергии солнца в электрическую энергию, являются солнечные панели (батареи), которые, в зависимости от требуемой мощности, объединяются в группы. Состоят панели из фотоэлементов, помещенных в общий корпус. Принцип действия основан на свойствах фотоэлементов создавать разность потенциалов между своими слоями, при воздействии солнечного света.

Солнечные панели – основной элемент солнечных электростанций, в состав которых, кроме них входят следующие элементы:

1. Аккумуляторная батарея (блок батарей) – являющаяся накопителем электрической энергии.
2. Контроллер – электронное устройство, отвечающее за процессом заряда-разряда аккумуляторной батареи.
3. Инвертор – также электронное устройство, преобразующее постоянный электрический ток, накопленный в батарее, в переменный, напряжением 220 В.
4. Аппараты защиты и устройства автоматики, а также соединительные провода.

В качестве дополнительного оборудования, для повышения КПД солнечных электростанций, используются солнечные трекеры – устройства, позволяющие определять положение панелей в пространстве, в соответствии с месторасположением солнца.

Энергия ветра

При выборе источника альтернативной энергии, которым будет ветер, также необходимо знать, какие ветра и какой силы, дуют в месте установки оборудования. Устройствами, преобразующими энергию ветра, в электрическую энергию, являются ветровые генераторы. Данные технические устройства различаются по мощности, производительности, условиям монтажа и конструкции, от которой зависят все перечисленные ранее показатели.

Ветровые генераторы бывают:

1. С горизонтальной осью вращения — ось ротора и ведущая ось расположены параллельно поверхности земли. Бывают однолопастные, двухлопастные, трехлопастные и много лопастные, с количеством лопастей до 50 штук.
2. С вертикальной осью вращения – ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли. Данные устройства различаются по технической конструкции: с ротором Савоуниса, с ротором Дарье, с геликоидный ротором, с многолопастным ротором и с ортогональным ротором.
3. Ветрогенератор – парус.

У всех перечисленных устройств есть свои достоинства и недостатки, поэтому выбор всегда за пользователем, который можно сделать на основании критериев выбора и индивидуальными потребностями.

Энергия воды

Живя за городом и имея рядом небольшую реку, ручей или иной водоем, можно воспользоваться энергией воды, для того, чтобы получить свое электричество. В этом случае необходимо построить индивидуальную микро – ГЭС. Оборудование для подобных установок выпускается различной мощности, и даже не большой ручей, способен обеспечить потребности дома в электрической энергии.

Микро – ГЭС разливаются по:

1. Типу: плотинные, деривационные, плотинно-деривационные и свободно-поточные.
2. Принципу работы: принцип «водяного колеса», конструкция в виде гирлянды, с использованием ротора Дарье и с использованием принципа пропеллера.
3. Мощности установок и условиям монтажа оборудования.

Каждый тип микро – ГЭС и принцип ее работы, имеют свои плюсы и минусы, которые определяют выбор оборудования и возможность использования в том или ином конкретном случае.

Биотопливо

Живя бок о бок с живой природой, всегда есть возможность изготовить установку по получению биотоплива. Биотопливо бывает: твердое, жидкое и газообразное.

Твердое топливо (обычные дрова) и жидкое, требующее специального оборудования для производства, в качестве источников электрической энергии, рассматривать не целесообразно, а вот газообразное – можно.

Газообразное биотопливо – это биогаз, получаемый в результате брожения веществ растительного или животного происхождения, которые всегда имеются в домашнем хозяйстве. Процесс брожения происходит под воздействием бактерий, в герметично закрытой емкости. Полученный таким образом газ, направляется на сжигание. При сжигании газа, в парогенераторе образуется достаточное количество пара, чтобы вращать паровую турбину, соединенную с электрическим генератором, вырабатывающим электрический ток.

Энергия земли

На территории нашей страны, есть места, где продолжается активность в глубинных слоях нашей планеты (в поверхности земли). В таких регионах, в качестве альтернативного источника электрической энергии, можно использовать энергию земли.

В зависимости от источника, который отдает свое тепло, такую энергию подразделяют на:

1. Петротермальную — источник энергии являются слои земли, обладающие высокой температурой;
2. Гидротермальную — источником энергии являются подземные воды.

Энергия земли, в виде пара, подается на паровую турбину, которая соединяется с электрическим генератором, вырабатывающим электрический ток.

В случае индивидуального использования, возможен лишь способ использования прямого действия, когда пар поступает непосредственно из поверхности земли.

Иные варианты, не прямой и смешанный методы, можно применять лишь при промышленных способах переработки энергии.

Все, рассмотренные выше, варианты использования альтернативных источников энергии для производства своего электричества, доступны для пользователей, при создании необходимых условий для их эксплуатации.

Для создания независимых систем электроснабжения, лучше использовать несколько альтернативных источников энергии одновременно, чтобы компенсировать возможные затруднения каждого способа получения электричества в отдельности.

Достаточно широко, при автономном электроснабжении домов, используется схема ветровой генератор + солнечная электростанция.

Немного теории

Устройство «на пальцах»

Схематичное устройство гальванического элемента
Предположим, что мы имеем емкость с кислотой с погруженными в нее цинковым и медным электродами (рис). Когда элемент выдает электрический ток через внешнюю цепь, цинк на поверхности цинкового электрода растворяется в растворе. Атомы цинка растворяются в электролите как электрически заряженные ионы (Zn2+), оставляя в металле 2 отрицательно заряженных электрона (e—)

Zn → Zn2+ + 2e—

Эта реакция называется окислением.

Пока цинк попадает в электролит, два положительно заряженных иона водорода (H+) из электролита объединяются с двумя электронами на поверхности медного электрода и образуют молекулу водорода (H2)

2H+ + 2e— → H2 .

Эта реакция называется восстановлением.

Электроны, используемые на медном электроде для образования молекул водорода, передаются от цинкового электрода через внешний провод, соединяющий медный и цинковый электроды. Молекулы водорода, образующиеся на поверхности меди в результате реакции восстановления выделяются в виде газообразного водорода.

Об электролите

Напряжение на ячейке зависит от кислотности электролита, измеряемой по его pH. Уменьшение кислотности (увеличение pH) вызывает падение напряжения. Используемая кислота не влияет на напряжение, кроме как через значение pH. Это не так для сильнокислых электролитов (pH <3,4), когда цинковый электрод растворяется в электролите, даже при разомкнутой цепи. Две перечисленные выше окислительно-восстановительные реакции происходят только тогда, когда электрический заряд может переноситься через внешнюю цепь.

Об электродах

Из химии: ряд напряжений металлов используется на практике для относительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе. Восстановительная активность металлов (свойство отдавать электроны) уменьшается, а окислительная способность их катионов (свойство присоединять электроны) увеличивается в указанном ряду слева направо. Металлы, стоящие левее, являются более сильными восстановителями, чем металлы, расположенные правее: они вытесняют последние из растворов солей. Например, взаимодействие Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu возможно только в прямом направлении. Цинк вытесняет медь из водного раствора её соли. При этом цинковая пластинка растворяется, а металлическая медь выделяется из раствора.

Наиболее распространённые металлы расположены в ряду напряжений в следующей последовательности: Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Cu, Hg, Ag, Au.

Итого, чем дальше в этом ряду находятся металлы друг от друга, тем большее напряжение возникает между ними.

Теоретические выводы

1. Получается, что энергия исходит не от лимона или картофеля, а от химического изменения цинка, когда он растворяется в кислоте.
2. Чем выше кислотность (меньше pH) электролита (но до pH <3,4), тем выше напряжение
3. Чем дальше в ряду напряжения металлов находятся друг от друга электроды, тем выше напряжение
4. Между одинаковыми электродами напряжение должно быть 0
5. О значимой силе тока в подобных экспериментах говорить не приходится. Она, конечно, прямо пропорциональна площади электродов, но площадь эта такова, что для получения аналога среднестатистического автомобильного аккумулятора потребовалось бы несколько миллионов ячеек из лимонов.

Можно приступать в проверке.

Для квартиры

В случае возникновения желания, создать систему независимого электроснабжения отдельно взятой квартиры, в многоквартирном доме, невозможно использовать такие источники как: биотопливо, энергия земли, энергия воды, да и энергию ветра, также использовать затруднительно.

Единственным источником энергии, который можно использовать для получения своего электричества, в условиях отдельной квартиры, без создания неудобств для соседей – является использование энергии солнца.

Промышленностью выпускаются комплекты солнечных электростанций не большой мощности, которые вполне можно разместить в условиях квартиры. Солнечные панели, в этом случае, размещаются на крыше многоквартирного дома или наружном фасаде, в случае его размещения с южной стороны дома.

Комплект солнечной электростанции, не большой мощности, состоит из тех же элементов, что и при электроснабжении дома, разница лишь в количестве солнечных панелей и аккумуляторных батарей.

Батарейка из монет

Конструкцию из монет в качестве простейшего гальванического элемента также называют Вольтов столб. Для его изготовления понадобится:

• медные монеты (например, по 10 или 50 копеек);
• фольга;
• бумага;
• уксус или очень соленная вода.

Для красоты конструкции необходимо выбирать монеты одного номинала. Также перед экспериментом их ненадолго окунуть в уксус. Это устранит налет и загрязнения. После чего необходимо вырезать из бумаги и фольги элементы по форме монеток. Их количество должно быть на 2 меньше, чем монет.

Вольтов столб собирается так:

1. Бумага смачивается в растворе уксуса или соленной воды и прикрепляется к монетке.
2. Сверху на бумагу кладется круг из фольги.
3. Далее кладется следующая монетка.
4. Этапы повторяются пока не кончатся монеты в выбранном количестве.
5. Конструкция должна получиться такой, чтобы с одного конца была монета (+) последним элементом, а с другого фольга (-).

Чем больше монет будет задействовано в эксперименте, тем большее напряжение выдаст батарейка. Важно понимать, что после эксперимента монеты, возможно, не будут пригодны для использования. Элементы могут покрыться ржавчиной.

Варианты для дачи

При необходимости создания независимого электроснабжения дачи, вариант использования солнечной электростанции, также наиболее приемлем. В этом случае, при сезонном характере использования оборудования, можно законсервировать устройства или вывести их из работы, на период отсутствия необходимости в эксплуатации.

Вариант строительства ветрового генератора, также вполне доступен и оправдан. Потому как понеся, некоторые разовые финансовые расходы, в дальнейшем можно, в зависимости от потребности, получать свое электричество.

Вариант применения схемы «ветровой генератор + солнечная электростанция», в этом случае, также актуален, и позволяет создать полностью автономную и надежную схему электроснабжения.

Как сделать своими руками

Комплекты оборудования, о котором было написано выше, стоят достаточно дорого, поэтому у людей творческих, с инженерной смекалкой, иногда появляются мысли о том, а как изготовить то или иное устройство своими руками.

Для того, чтобы сделать агрегат, способный производить электрическую энергию, с использованием альтернативных источников энергии, необходимо:

1. Иметь начальные знания в электротехнике и устройстве электрических сетей;
2. Обладать навыками работы с ручным механическим и электрическим инструментом;
3. Уметь работать с паяльником;
4. Иметь свободное время и главное – желание, создать свое собственное устройство, способное вырабатывать электричество.

Если, в качестве источника энергии, выбрать солнечные лучи, то необходимо изготовить приемную панель – солнечную батарею. Для этого можно пойти несколькими путями, это:

1. Приобрести фотоэлементы и выполнить их соединение, определенным образом (выполняется методом пайки). Изготовить корпус панели, в соответствии с размерами собранного приемника, в который и поместить фотоэлементы. При таком варианте изготовления, можно изготовить достаточно эффективное устройство, которое сможет обеспечить электрической энергией небольшую дачу, используемую не продолжительное время.
2. При малой мощности нагрузки, когда необходимо зарядить сотовый телефон или иное электронное устройство, можно изготовить солнечную панель из бывших в употреблении диодов или транзисторов.

• При использовании транзисторов — у транзисторов отрезаются крышки и сами транзисторы соединяются последовательно. Транзисторы помещаются в отдельный корпус, к их концам припаиваются выводы. Работа устройства осуществляется при попадании солнечных лучей на «p-n» переход транзисторов.
• При использовании диодов – их потребуется большое количество и электронная плата, которая используется в качестве подложки. Верхняя часть диодов срезается и используя паяльник, кристалл достается из корпуса. Кристаллы паяются последовательно, на подложке, в отдельные блоки. Блоки соединяются между собой параллельно.
• Аккумуляторы и электронные устройства (контроллер заряда и инвертор), в случае необходимости их установки, лучше всего приобрести, хотя при желании, электронные устройства, также могут быть изготовлены самостоятельно. Если в качестве источника энергии выбрать ветер, воду, биотопливо и энергию земли, то изготовление технических устройств, способных вырабатывать свое электричество, также возможно.

Гидроэлектростанции

Реже всего в качестве автономного источника питания используется гидроэлектростанция по одной простой причине, далеко не у всех возле дома протекает река или мощный ручей.

Суть работы такой станции заключается в том, что вода вращает лопасти турбины, за счет чего генератор вырабатывает электричество.

Положительные качества гидростанций таковы: стабильная подача энергии круглосуточно, поскольку вода в реке или ручье не замедляет скорость движения. Такие станции полностью экологичны, долговечны и практически не требуют обслуживания.

Главным же их недостатком является необходимость установки на берегу реки или возле ручья. При этом скорость движения воды должна быть высокая.

Гидростанция способна вырабатывать энергию и при медленном движении воды, но в таком случае река зимой будет покрываться льдом, и использовать станцию уже не получиться.

Большая же скорость воды будет являться гарантией того, что река или ручей не перемерзнут. Второй недостаток – стоимость станции.

И все же концепция обеспечения дома автономной системой энергообеспечения является перспективной и многие ею интересуются.

Выше мы рассмотрели основные виды источников электричества, но их одних недостаточно, чтобы в доме была электроэнергия.

Дополнительно стоит отметить, что эффективность любой автономной системы зависит от правильности расчетов.

Ветрогенератор из комнатного вентилятора

Простейший ветровой генератор можно изготовить из обычного бытового вентилятора. Для этого потребуется небольшой генератор от автотехники или двигатель-генератор, которые необходимо закрепить на стойке комнатного вентилятора. Для этого можно использовать любую пластиковую емкость, внутрь которой и помещается преобразующее устройство. Кромке этого, в емкость помещается диодный мост, к которому присоединяются провода, которые выводятся на наружную поверхность емкости.

На вал генератора (двигателя-генератора) одеваются лопасти вентилятора, а к пластиковой емкости крепится хвостовик, который можно изготовить из подручных материалов (пластик, фанера, оргстекло и т.д.).

Вся собранная конструкция помещается на стойку вентилятора, для этого можно использовать обрезок пластиковой или иной легкой трубы, диаметром несколько меньшим, чем отверстие в стойке. Это позволит конструкции вращаться вокруг своей оси, в зависимости от направления ветра.

Крепление деталей и узлов проверяется, при необходимости выполняется их укрепление. К выведенным проводам подсоединяется нагрузка. Устройство готово к работе.

Батарейка в алюминиевой банке

Для создания батарейки своими руками в алюминиевой банке необходимо взять:

• алюминиевую банку (например, из под кока-колы);
• уголь от костра в виде крошки или пыли;
• свечка парафиновая;
• графитный стержень;
• соль и вода;
• пенопласт толщиной более 1 см.

Для начала необходимо отрезать у банки верхушку. После чего изготовить из пенопласта круг, подходящий ко дну банки. В круге необходимо проделать не сквозное отверстие для стержня. Пенопласт поместить на дно банки и воткнуть в него графит. Важно, чтобы стержень стоял ровно по центру банки. Пространство вокруг графитного стержня необходимо заполнить углем.

Важно! Стержень из графита не должен прикасаться к банке.

После чего остается сделать солевой раствор взяв 0.5 литра воды и 3 ст. ложки поваренной соли. Раствор размешивать до тех пор, пока кристаллы соли не растворятся, лучше это делать в теплой воде. Залить электролит в банку и запечатать ее воском. Важно чтобы стержень из графита выглядывал за банку.

Провода подключать к графитовому стержню (катод, плюс), и корпусу банки из алюминия (анод, минус). Для того, чтобы получить напряжение в 3 Вольт, необходимо последовательно подключить не менее 2 банок. Полученной батарейкой можно привезти в действие лампочку, калькулятор и часы. Также их можно заряжать.

Свое электричество и своя вода

Живя за городом, и имея рядом со своим домом или дачей, небольшую речку или ручей, всегда можно обеспечить себя не только водой, но и своим электричеством. Конечно можно приобрести комплект микро – ГЭС, которое достаточно широко представлены на отечественном рынке, но можно изготовить подобное устройство и своими руками. Конструкция может быть простой или сложной, все зависит от потребности в электрической энергии, а также от вида водоема, т.е. способности воды создавать напор в заданном направлении.

Для изготовления простейшей конструкции потребуется автомобильный генератор, велосипедное или иное колесо, пара шкивов разного диаметра или звездочек, а также металлический профиль (уголок), какой есть в наличии.

Из металлического профиля изготавливается конструкция крепления колеса и генератора. Колесо можно расположить параллельно или перпендикулярно плоскости воды, это зависит от вида водоема. На колесе крепятся лопасти, изготавливаемые из металла, пластика, фанеры или иного материала. На ось колеса крепится шкив (звездочка) большего диаметра.

Монтируется генератор, на его вал крепится шкив (звездочка) меньшего диаметра. Шкивы соединяются посредством ременной передачи, звездочки – посредством цепи. К выводам генератора подсоединяются провода. Колесо помещается в воду. Установка готова к работе.

Электричество от двух стержней

Данный способ основан совсем на другой теории и никакого отношения к магнитному или электрическому полю Земли не имеет. А теория эта – о взаимодействии гальванических пар в солевом растворе. Если взять два стержня из разных металлов, погрузить их в такой раствор (электролит), то на концах появится разница потенциалов. Ее величина зависит от многих факторов: состава, насыщенности и температуры электролита, размеров электродов, глубины погружения и так далее.

Такое получение электричества возможно и через землю. Берем 2 стержня из разных металлов, образующих так называемую гальваническую пару: алюминиевый и медный. Погружаем их в землю на глубину ориентировочно полметра, расстояние между электродами соблюдаем небольшое, хватит 20—30 см. Участок земли между ними обильно поливаем солевым раствором и спустя 5—10 мин производим измерение электронным вольтметром. Показания прибора могут быть разными, но в лучшем случае вы получите 3 В.

Примечание. Показания вольтметра зависят от влажности почвы, ее природного солесодержания, размеров стержней и глубины их погружения.

В действительности все просто, получившееся бесплатное электричество – это результат взаимодействия гальванической пары, при котором влажная земля служила электролитом, принцип похож на работу солевой батарейки. Реальный эксперимент о разнице потенциалов на электродах, забитых в землю, можно посмотреть на видео:

Особенности установки и эксплуатации автономных источников

Для того, чтобы установить на своем загородном участке, даче или в квартире, альтернативный источник получения электрической энергии, не требуется получение каких — либо разрешений и согласований. Это право каждого пользователя, определять для себя самостоятельно, каким способом обеспечивать себя и своих близких электричеством.

Тем не менее, при строительстве устройств, обладающих большой мощностью, необходимо учитывать факторы, влияющие на окружающую среду и проживающих рядом соседей.

Так при использовании:

1. Энергии солнца – при размещении большого количества солнечных панелей, потребуются значительные площади, в связи с чем, возможно потребуется оформлять документы на дополнительные земельные участки.
2. Энергии ветра – необходимо учитывать, что ветровые генераторы, в процессе работы, издают шум, что может негативно отразиться на окружающих.
3. Энергии воды – в случае устройства плотины, выводится из эксплуатации определенное количество земли, что необходимо учитывать при строительстве.
4. Биотопливо – при производстве газообразного вида данного источника энергии, запах, является постоянной составляющей процесса производства. Это необходимо учитывать при создании данного способа производства электрической энергии.

Кроме того, что нет запретов на установку оборудования производящего электрическую энергию с использованием альтернативных источников, так существует еще и закон, в соответствии с которым, каждый гражданин, выполнивший монтаж оборудования мощностью до 30,0 кВт, и получающий избыточную электрическую энергию, которую сам не может использовать – имеет право ее продавать сторонним потребителям. Это право получило название «Зеленый тариф».