Место под солнцем. Обычно гелиоустановки располагают на крышах и фасадах экодомов, смотрящих на юг, юго-запад или юго-восток. У проектировщиков есть понятие – энергетическая крыша. Оптимальная направленность зависит от рельефа местности, климата, характера затененности и т.д. Площадь ограждающих конструкций южной, западной и восточной направленности, кроме окон, в принципе, может быть полностью заполнена гелиоприемниками. Их можно устанавливать и неподвижно, и на трансформируемых и подвижных платформах, которые позволяют менять их конфигурацию и ориентацию в зависимости от местоположения Солнца.

Не только в тесных городских условиях, но и в сельской местности может иметь место проблема затенения гелиоприемников домами, деревьями, а также другими сооружениями. Для этого должны быть приняты проектировочные правила и нормативные акты, которые будут служить для защиты конкретного сектора солнечного облучения экодома от затенения деревьями или иными объектами с ближайших участков.

Опыт регулирования доступа к солнцу домохозяйств на уровне законодательства был еще в Древней Греции. В канонах древнего китайского учения относительно устройства жилища по Фэн-Шуй сказано, что южная сторона дома не должна затеняться ничем для освещения дома солнцем без каких-либо помех. В английском праве есть тезис о «правах света», согласно которому собственник дома вправе пользоваться освещением от солнца в течение установленного времени. Так, подразумевается, что при планировании строительства должно быть сохранено некоторое пространство в высоту между зданиями.

Даже в сложных условиях современных городов можно и нужно находить компромиссное решение. Так, собственник дома, малоэтажный дом которого был закрыт от солнечного света расположенным поблизости небоскребом, установил на его крыше поворотный отражатель так, чтобы он отражал лучи солнца на его дом.

При тесном расположении домов в шахматном порядке взаимное затенение в допустимых пределах разрешено. Футурологи предсказывают, что в ближайшем будущем стандартный городской пейзаж будет содержать тысячи накопителей энергии солнца, расположенных на крышах экодомов, которые станут простым элементом повседневности, как телевизионные антенны сейчас.

В будущем для районов, которые подвержены стихийным бедствиям, предстоит создать устройства для приема солнечных лучей, устойчивые к их действию, аналогично тому, как это сделано для ветряных установок, лопасти и мачты которых при опасном ветре автоматически складываются. Уже сегодня некоторые компании производят фоточерепицу (черепицу, в которую встроены фотоэлементы), которая покрыта бронированным стеклом, способным выдержать попадание камня.

Вращающиеся экодома

В течение тысячелетий дома были статичными, а ориентация их зависела от местных условий и традиций. Один из методов повышения энергетической эффективности экодома заключается в том, чтобы фасады южной стороны делали с солнечными батареями и увеличенным остеклением, а северные – с более утепленными стенами и минимальным остеклением. Поворотные механизмы для солнечных батарей, устроенных на домах, почти не используются, но при этом существую дома, вращающиеся целиком.

До недавнего времени вращающиеся дома существовали лишь в сказках. В одном таком доме жила Баба-Яга. Затем появились вращающиеся радиолокационные кабины. Самые первые вращающиеся экодома были построены 20-30 лет назад для богатых людей. Сегодня они доступны рядовым гражданам. Наибольшая скорость вращения равна 8 см/мин, что почти незаметно.

Такой дом строится на вращающейся основе из металла, которая находится на опорах. Его можно построить из различного материала – дерева, бетона, стали или стекла. Основание, куда устанавливается узел вращения, углублено на величину, равную фундаменту.

Поворотный механизм не нужно обслуживать регулярно, а лишь периодически осматривать, так же как ходовую часть автомобиля. Также плюсом вращающихся домов считается их сейсмоустойчивость.

Предлагаемые дома обычно совершают один полный поворот, а затем они должны совершить обратный круг вращения. Модели, которые вращаются только в одном направлении постоянно, дороже по причине усложнения конструкции коммуникаций, подводящих воду и энергию.

Дома диаметром не более 14 метров могут обладать площадью в 150-200 кв.м. Строительство их на 5-8% дороже, чем строительство статичного дома, но это компенсируется большей энергетической эффективностью данных домов. Для домов, площадь которых более 200 м.кв., удорожание будет более существенным.

Вращающиеся экодома уже есть в Канаде, США, Франции, Англии, Новой Зеландии, Австралии. Есть компании, которые специализируются на возведении таких домов.

Ветровые источники энергии

Ветер есть везде – на море и на суше. Человек не всегда знал, что перемещение воздуха связано с постоянным изменением температуры, а также вращением Земли, но нашим предкам это не мешало применять ветер для мореплавания.

Энергия ветра порождается солнечной энергией и является одной из ее видов. Энергия ветра применяется уже несколько тысяч лет, даже в древней Персии использовались ветряные мельницы, у которых ось вращения была вертикальной. Затем стали строить мельницы с горизонтальной осью, применяющиеся до современных дней. В 1890 году такая установка в Дании была впервые использована для получения электрической энергии.

К началу ХХ века в России вращалось примерно 2500 тысяч ветряков мощностью в сумме миллион киловатт. После 1917 года мельницы лишились хозяев и со временем разрушились. Но были попытки применять энергию ветра уже на государственной и научной основе. В 1931 году рядом с Ялтой была возведена самая крупная в те времена ветроэнергетическая установка, обладающая мощностью 100 кВт, а спустя некоторое время был создан проект агрегата на 5000 кВт. Но осуществить его не удалось, поскольку Институт ветроэнергетики, исследовавший данный вопрос, был закрыт. Эта ситуация не являлась следствием местного головотяпства. Это было тенденцией всего мира.

Принцип действия ветряных двигателей с лопастями один: ветряное колесо с лопастями вращается под напором ветра, передавая посредством системы передач крутящий момент валу генератора, который вырабатывает электрическую энергию, водяному насосу. Чем диаметр ветряного колеса больше, тем больший поток воздуха оно может захватывать и тем больше энергии производит агрегат. Принципиальная простота здесь дает невероятный простор для творчества конструкторов, но лишь неопытному взгляду ветряной агрегат кажется простой конструкцией.

Множество типов ветряных двигателей известны настолько давно, что история уже не помнит имен их изобретателей. Ветряные агрегаты подразделяются на две группы:

Ветряные двигатели с горизонтальной осью вращения (их также называют крыльчатые);

Ветряные двигатели с вертикальной осью вращения (их второе название карусельные: ортогональные и лопастные).

Главный энергетический показатель режима ветра местности – средняя многолетняя скорость ветра. Чтобы была возможность установки ветроэнергетического источника, скорость ветра должна составлять для обычных установок не менее 4-5 м/сек, для вихревых и многолопастных – 3 м/с.

Ветроэнергетические ресурсы достаточно распространены. Особенно велики они в прибрежных районах, а также на акваториях. Ценность им придает то, что в большинстве районов, в России, например, они характеризуются зимним максимумом. Так, они способны компенсировать зимний максимум солнечной энергии и поставлять энергию во времена максимальной в ней потребности, в отличие от гелиоустановок. С точки зрения экологической стороны, ветряные установки имеют ряд недостатков. Они требуют изъятия земельных территорий, изменяют ландшафт, производят шум, создают помехи радио- и телевещания, могут приводить к гибели множества птиц, а также очень небезопасны при авариях. Технический прогресс за последние годы позволил существенно сократить эти неблагоприятные воздействия – изобретены малошумящие лопасти, которые не отражают электромагнитного излучения, мачты складываются автоматически при слишком сильном ветре и т.п.

Ветряные двигатели в большинстве случаев целесообразно располагать группами на отдельных территориях, которые удалены от жилья и характеризуются хорошими аэродинамическими условиями. Территории под установками могут применяться в сельском хозяйстве. Ветряные двигатели могут превращать в электроэнергию более 30% энергии потока ветра. Для ветряной энергетики характерна общая тенденция для возобновляемых источников энергии – тенденция сокращения стоимости капитальных расходов и стоимости полученной энергии. Данный показатель с 1980 года снизился в десять раз и достиг значения 5 центов за кВт-ч, что делает ветроэнергетику достаточно конкурентоспособной в сравнении с привычной энергетикой.

Значительным недостатком энергии ветра считается ее изменчивость со временем, поэтому ветряные установки комбинируют с какими-либо другими возобновляемыми источниками энергии, солнечными, например.