“Семь лет не платил за ЖКХ”. Что такое полная автономка и можно ли так жить

Лайф выяснил, насколько дорого обходятся энергоэффективные технологии и у кого в России так много электричества, что его некуда девать.

Автономный дом — это такой дом, где есть электричество, тепло, вода, канализация и вообще всё необходимое для жизни в XXI веке, но за всё это никому не надо платить. А что, так можно? Оказывается, можно, но не всегда нужно. Давайте разберёмся на конкретных примерах.

Изготовление

Сделать своими руками электрогенератор в домашних условиях несложно. Простой магнитный генератор собирается на основе любого из готовых двигателей: коллекторного, шагового и т. д. Собрать с нуля такую «самоделку» также можно, закрепив магниты на вращающейся оси и поместив их в прямоугольную катушку, вырабатывающую при их вращении электростатическое поле.

Электрогенератор на дровах – это, по сути, печь (в том числе и походная), на стенках которой закреплены элементы Пельтье, закрытые радиаторами. Суть эффекта Пельтье заключается в том, что пластины из разных проводников с одной стороны нагреваются, а с другой – охлаждаются. Это приводит к появлению электрического тока на полюсах такой пластины. Лучше всего подобная печь-генератор работает на морозе: наибольшая разница температур с каждой из сторон пластины приводит к выработке предельной мощности.

Паровой генератор – это классическая ТЭС в мини-исполнении. Печь с водяным контуром вырабатывает пар, подающийся на лопасти турбины. Тепловая энергия пара заставляет турбину крутить мотор-генератор, чей вал жёстко соединён с валом самой турбины. Такая система является замкнутой: она требует периодического контроля со стороны, а также наличия охлаждающего контура, в котором пар переконденсируется обратно в воду.

Подобная установка весьма массивна, в поход вы её с собой не возьмёте.

Генератор на базе асинхронного двигателя, работающего от сетевых 220 вольт – это устройство с тремя разнесёнными обмотками статора (неподвижной части мотора). Поскольку сам мотор работает от 220 или 380 (в трёхфазной сети) вольт, то и вырабатывать он будет такое же напряжение, стоит только раскрутить его вал хотя бы до 50 оборотов в секунду. Собирать его незачем: чтобы задействовать готовый агрегат, к обмоткам всего-навсего потребуется подключить дополнительные конденсаторы.

Инструменты и материалы

В качестве рабочего модуля электромагнитного (механического) генератора берётся подходящий двигатель. Используются двигатели нескольких типов: коллекторный (щёточный), бесколлекторный, шаговый (щётки и кольца не используются), синхронный и асинхронный. В зависимости от того, какой ток вырабатывается, применяют следующие детали и узлы.

• Диоды выпрямительные. Преобразуют переменный ток в постоянный. В продаже имеются высокомощные диодные мосты, рассчитанные на ток в десятки ампер и напряжение до 50 В.
• Полярные конденсаторы. Рассчитаны на постоянный ток. Играют роль сглаживающего фильтра, выравнивающего пульсации постоянного напряжения.
• Дополнительная плата с USB-портом – преобразует напряжение в 1,5-20 вольт в нужные смартфонам, планшетам и большинству ноутбуков 5. Заказывается на AliExpress и в других интернет-магазинах.

Все эти радиокомпоненты нужны, когда мотор-генератор выдаёт не более пары десятков вольт.

Использование же, например, асинхронного двигателя потребует подключения ваших гаджетов и других устройств в обычном режиме – как от бытовой розетки.

Вспомогательные материалы могут быть любыми, так как они играют роль несущей конструкции:

• деревянные бруски;
• металлическая арматура;
• профили;
• крепёжные соединения (болты с гайками и шайбами, хомуты, скобы, струбцины, кронштейны, саморезы);
• трубы любого диаметра и т. д.

В качестве электроинструментов применяются следующие изделия.

• Болгарка с набором отрезных дисков (по металлу и по дереву) и шлифдиском (поставляется в виде наждачки-круга или универсального твёрдого диска).
• Электродрель с набором свёрл по металлу. Если устанавливается, например, ветрогенератор с опорой на стене дома, то может потребоваться стандартный перфоратор с набором ударных свёрл и/или коронок по бетону. Перфоратор может также комплектоваться переходником под простые или конические свёрла и коронки по дереву.
• Шуруповёрт. Потребуется, когда конструкция массивная, а вкрутить саморезы нужно в количестве от нескольких десятков. Может комплектоваться головками под переходник-гайковёрт или универсальной головкой под гайки, напоминающей разводной ключ.

Подготовив нужный инвентарь, приступим к процессу изготовления генераторной установки.

Схема сборки

Асинхронный генератор обладает свойством самосинхронизации: включение в работу без питания роторной обмотки, в которой возбуждается постоянное магнитное поле. Самовозбуждение обмотки короткозамкнутого ротора производится за счёт явления остаточной намагниченности. Чтобы собрать асинхронный генератор, следуйте нижеописанной инструкции.

1. Разместите двигатель и передаточный привод на одной несущей конструкции.
2. Подключите к обмоткам переменные (неполярные) конденсаторы. Сами обмотки включены по схеме «звезда»: одни их концы сходятся в центре (на корпус), другие же выведены отдельно.
3. Конденсаторы соединятся по схеме «треугольник»: к его вершинам и подключаются свободные концы обмоток. Мощность двигателя – 2-5 киловатт, ёмкость конденсаторов – 28-138 микрофарад. Подберите такую ёмкость, чтобы вырабатываемое напряжение не снижалось – в зависимости от нагрузки, которую планируется использовать.

Перед запуском генератора произведите его тестирование. Тест можно выполнить с помощью обычной лампочки накаливания на несколько десятков ватт. Задача – обеспечить бесперебойную выдачу вырабатываемого напряжения. Потребуется установка, способная выдать 3000 оборотов в минуту. Например, мощный ветряк с редуктором (или цепным приводом), топливный двигатель от любого агрегата, гидротурбина на речке и т. д.

Дело в том, что человек в одиночку не сможет раскрутить любой мотор-генератор на мощность свыше 150 Вт, какие бы усилия ни прилагал. Здесь его возможности ограничены.

Изготовление асинхронного генератора – это простейшая переделка схемы готового такого же двигателя. Переточки ротора под неодимовые магниты не требуется, чего не скажешь об автомобильном генераторе, в котором питание роторной обмотки производится от аккумулятора. Кстати, большинство современных автомобильных генераторов выполняется на основе синхронного двигателя, в котором число оборотов в минуту жёстко связано с частотой вырабатываемого тока. Чтобы избавиться от необходимости питать обмотку ротора, можно переделать двигатель, сняв эту обмотку и проточив ось ротора под плоские магниты.

Для сборки генератора на дровах сделайте следующее.

1. На стенке буржуйки или пиролизной печи поместите радиатор «шипами» внутрь.
2. Смонтируйте на нём один или несколько элементов Пельтье, ориентируясь по площади радиатора.
3. Прикрепите к элементу Пельтье ещё один радиатор.
4. Расположите установку на теневой стороне дома в специально отведённом месте. Стена не должна иметь утепления, а также быть слишком толстой в данной точке, поскольку нужен доступ к уличному холоду. Идеальный вариант – техническое помещение-отсек для такой печки, в котором есть втяжной вентканал для горения дров. Радиатор располагают рядом с ним с холодной стороны.

Запуск такого генератора осуществляется при поджигании дров. Когда дрова разгорятся, элемент Пельтье выдаст максимальную мощность. Он будет охлаждаться холодным воздухом, заходящим с улицы. Процесс же нагрева обеспечит стенка печки.

Для сборки коллекторного генератора рекомендуется воспользоваться следующей инструкцией.

1. Поместите коллекторный мотор на несущую раму или другую конструкцию.
2. Присоедините к его выводам сглаживающий конденсатор постоянного тока и плату преобразователя (DC-инвертор).
3. Подсоедините к выходу DC-платы USB-порт (если она им не укомплектована).
4. Расположите генератор на раме велосипеда либо изготовьте «ветряк» для него (например, из деталей от вентилятора с вышедшим из строя двигателем). В последнем случае для удобства «ветряка» размещают флюгер-хвостовик, поворачивающий конструкцию в ту сторону, куда дует ветер.

Подключите смартфон, планшет, мобильник, смарт-часы или иное устройство. Моторчик от принтера, например, вырабатывает до нескольких ватт мощности: так, при 12 вольтах, на которые он рассчитан, ток может достигать 600 миллиампер. Недостатки коллекторных двигателей: низкий КПД и частая замена щёток.

Работая каждый день по нескольку часов, щётки прослужат максимум 2-3 месяца.

Вместо коллекторного электродвигателя используйте шаговый: его КПД значительно выше, он способен прослужить не один десяток лет. В интернет-магазинах полно моделей, дающих напряжение в 12 вольт и ток в 1,8-4,2 ампера. Обмоток у шагового двигателя может быть 2, 3 или 4. Включив их последовательно, вы получите 24, 36 или 48 В. Параллельное включение даст пропорционально больший ампераж. «Разогнать» генератор до нужного номинала напряжения будет сложнее.