Автономное энергоснабжение частного дома: как правильно выбрать систему энергоснабжения.

Содержание

готовые решения — схемы и фото автономного электроснабжения загородного дома

Автор: Кургузов А.В, инженер по электроснабжению

Постоянный рост тарифов на услуги поставщиков электроэнергии ведет к неоправданному увеличению расходов на содержание частного жилья. Автономное электроснабжение дома, организованное одним из многочисленных, существующих на данный момент способов, поможет эффективно решить эту проблему и обрести независимость от централизованных энергосетей

Требования к автономным системам электроснабжения

Чтобы автономное электроснабжение частного коттеджа оправдало вложенные в его организацию средства, надежно функционировало в течение длительного периода времени с обеспечением должного уровня безопасности, необходимо, чтобы оно соответствовало целому ряду требований:

  1. Неукоснительное соответствие эксплуатируемого оборудования нормам пожарной и электробезопасности
  2. Невысокий уровень шумов или наличие соответствующей звукоизоляции
  3. Возможность работы энергосистемы без вмешательства человека в течение длительного периода времени
  4. Экономичность за счет низкого потребления энергоносителей
  5. Ремонтопригодность и несложное эксплуатационное обслуживание
  6. Надежная работа независимо от времен года и погодных условий
  7. Экологическая безопасность устанавливаемого оборудования

Но главным требованием является бесперебойность и устойчивость электропитания всех энергопотребителей и электрооборудования, составляющего систему жизнеобеспечения вашего жилища.

Монтажу независимой системы должен предшествовать этап создания проекта электрики с предварительными расчетами всех необходимых параметров.

Более подробно о требуемых характеристиках можно прочесть в ПУЭ, а так же других действующих нормативах, регламентирующих данную область деятельности.

Плюсы и минусы автономного электроснабжения

Современные достижения науки и техники позволяют применять в автономных схемах электроснабжения самые разнообразные энергоресурсы и способы преобразования энергии. Все они имеют, как свои преимущества, так и недостатки.

Плюсы независимых энергосистем

  • Возможность организации полноценного энергоснабжения коттеджа в удаленных и малонаселенных пунктах с отсутствием доступа к централизованной подаче электроэнергии
  • Отсутствие необходимости платить за услуги поставки электричества и соблюдать социальные нормы потребления энергии
  • Независимость качества и бесперебойности электрики от внешних факторов и энергопоставляющих компаний
  • Отсутствие риска выхода из строя бытового электрооборудования из-за внезапных скачков напряжения (при правильных предварительных расчетах и соблюдении эксплуатационных норм для используемых систем)
  • Возможность получения дополнительного дохода от продажи излишков электроэнергии государственным структурам в рамках одной из действующих экспериментальных программ

Минусы:

  • Оборудование независимых систем электропитания является дорогостоящим
  • Независимое энергоснабжение имеет длительный срок самоокупаемости
  • Все расходы на ремонт и обслуживание ложатся на плечи домовладельца
  • Необходимость самостоятельного регулярного ухода и обслуживания установленного оборудования

Виды и выбор источников энергии

Проблема выбора того или иного вида независимого электроснабжения для загородного коттеджа сводится к поиску доступного и недорогого источника энергии. К таковым относятся топливные электрогенераторы, работающие на бензине, солярке, других нефтепроизводных и природном газе.

Наиболее дешевым топливом считается природный газ. Но, чтобы такая энергосистема работала бесперебойно, необходимо наличие газификации.

Генераторы, использующие дизельное топливо, бензин и пр., потребуют наличия специальной емкости для хранения горючих жидкостей с необходимостью регулярного пополнения их запасов.

Среди автономных систем, преобразующих общедоступные природные виды бесплатной энергии, наибольшее распространение сегодня получили:

  • Полупроводниковые панели, преобразующие солнечную энергию в электрическую – солнечные батареи
  • Ветровые генераторы, вращаемые энергией ветра
  • Небольшие гидроэлектростанции

Выбирая тот или иной вид электроснабжения для своего коттеджа, необходимо учесть все его технические характеристики, плюсы и минусы, имеющиеся потребности в электроэнергии, а также экономическую составляющую вопроса.

Далее рассмотрим более подробно каждую из перечисленных независимых энергетических систем в плане использования их на практике.

Готовые решения – какие бывают?

В настоящее время промышленность предлагает множество вариантов по организации независимого электроснабжения частных домов. В зависимости от поставленных целей, а так же имеющегося бюджета, Вы можете выбрать для себя одно из них. А предоставленная ниже информация поможет сориентироваться в достоинствах и недостатках каждого из вариантов и определиться с выбором.

Генераторы, работающие на жидком горючем

Это наиболее распространенные виды электрогенерирующих установок. Они позволяют быстро организовать независимое снабжение электричества Вашего коттеджа и участка, обладают для этого достаточной мощностью и надежностью.

Главным преимуществом жидкотопливных генераторов является их независимость от внешних погодных и других условий. Однако, из-за дороговизны дизельного топлива, бензина и других нефтепроизводных, данные системы получили распространение только в качестве резервных, используемых при отключении централизованной подачи электроэнергии. Мало кто может себе позволить сжигать от 0,25 до 1 литра топлива в час круглосуточно и ежедневно. Да и требующееся регулярное техническое обслуживание подобных агрегатов обходится недешево.

Еще один недостаток жидкотопливных энергетических установок – это высокий уровень шумов и повышенные требования безопасности. По этим причинам под дизельный или бензиновый генератор приходится оборудовать отдельное помещение, включая установку отдельной емкости для хранения запасов топлива.

Газовые электрогенераторы

Еще один вариант, с помощью которого можно реализовать автономное электроснабжение загородного дома – готовые решения с использованием оборудования, работающего на природном газе. Данные установки считаются экономически более выгодными в сравнении с жидкотопливными генераторами.

Однако их монтаж требует большого количества разрешительной документации, а так же профессиональных монтажных работ, выполняемых специалистами газовой компании. Также, при выборе данного варианта необходимо заказать проекта установки и последующего его согласование со всеми заинтересованными инстанциями.

Солнечные батареи

Солнечные батареи состоят из множества полупроводниковых элементов, в которых происходит преобразование световой энергии солнца в электричество.

Солнечная домашняя электростанция не требует никакого дополнительного топлива. А расходной частью при ее обустройстве является лишь стоимость закупаемого оборудования (солнечные панели, аккумуляторные батареи, инверторы, контроллеры, прочая аппаратура и материалы).

Эксплуатационное обслуживание солнечных батарей заключается в их правильной ориентации относительно солнца, а так же в регулярном протирании панелей от пыли, грязи, посторонних предметов, включая уборку снега в зимний период. Впрочем, установка панелей под определенным углом (около 70° относительно поверхности), препятствует скоплению на них снежных масс.

Возможность круглосуточного использования солнечной энергии обеспечивают накапливающие ее в течение дня аккумуляторы. При этом солнечная электростанция абсолютно бесшумна и экологически безвредна.

Заявленная производителем мощность солнечных батарей сохраняется в течение первых 20-25 лет эксплуатации. Затем уровень вырабатываемой электроэнергии снижается примерно на 20% и сохраняется в течение следующих 20 лет.

Облачность и другие погодные условия незначительно снижают производительность такого энергогенерирующего комплекса. Серьезно повлиять на эффективность солнечных панелей может только искусственная затененность и неправильное расположение их относительно солнца. Как правило, батареи должны «смотреть» на юг своей лицевой частью, где и расположены полупроводниковые элементы.

При размещении солнечных батарей на крыше коттеджа стоит позаботиться о дополнительном креплении кровли. Панели имеют немалый вес, что может пагубно сказаться на прочности не усиленных несущих конструкций.

Мощность солнечной электростанции можно наращивать в широких пределах, добавляя дополнительные панели и аккумуляторные банки, в зависимости от имеющихся энергетических потребностей.

Ветровые генераторы

Еще один источник альтернативной энергии – ветрогенератор. Он позволяет организовать экологически чистое автономное электроснабжение частного коттеджа за счет бесплатной энергии ветра.

Технически устройство представляет собой турбину, вращаемую атмосферными воздушными потоками. Ветряки располагают обычно на крышах зданий, а так же на стойках, мачтах и башнях высотой более 3 м.

В подобных генераторах происходит преобразование кинетической энергии вихревых воздушных потоков в механическую энергию вращающегося ротора, который и вырабатывает электричество для бытовых целей.

Чтобы определить целесообразность монтажа ветровой установки и ее будущую эффективность, необходимо тщательно изучить статистические данные метеослужб о силе и направлении ветров в районе проживания. Это надо сделать хотя бы за последние пару десятков лет. Подобную информацию можно почерпнуть в интернете, на сайтах погодной тематики.

Оптимальным условием для полноценной работы ветрового электрогенератора считается наличие постоянных ветров со скоростью 14 км/ч и более. Иначе, дорогостоящий агрегат просто не будет справляться со своими функциями, и вырабатывать достаточно электроэнергии для нужд вашего жилища.

К дополнительным достоинствам ветровых электрогенераторов можно отнести высокую надежность, отсутствие вредных выбросов и отходов, загрязняющих атмосферу и окружающую среду.

Бытовые гидроэлектростанции

Использование бесплатной энергии воды в целях вырабатывания электрической энергии требует наличия вблизи коттеджа естественного водоема. Системы переработки гидроэнергии в электрическую обладают высоким КПД, отличными показателями безопасности и экологичности.

Современные гидравлические турбогенераторы имеют высокую степень автоматизации и обеспечивают надлежащее качество вырабатываемой электроэнергии – стабильные показатели по частоте и напряжению.

Установка подобного агрегата в личных целях требует наличия проекта, согласованного с ведомством, управляющим водными ресурсами данной местности, а также иной разрешительной документации.

Как сделать автономную электростанцию своими руками

Полноценную систему независимого электроснабжения коттеджа можно сегодня собрать самостоятельно. Для этого необходимо обладать определенным опытом, техническими навыками, а так же знаниями о составе и принципе действия независимых энергетических комплексов.

В состав любой альтернативной схемы снабжения коттеджа электроэнергией входят следующие компоненты:

  1. Исходный источник электрической энергии – топливный генератор или один из альтернативных источников, описанных выше (солнечные батареи, ветровая или гидравлическая турбина)
  2. Блок заряда аккумуляторов, преобразующий параметры электроэнергии от первичного источника для передачи и накопления ее в аккумуляторных батареях
  3. Накапливающие электроэнергию аккумуляторные батареи
  4. Инверторное устройство, преобразующее напряжение аккумуляторов до необходимых параметров бытовой электросети (220 В, 50 Гц)
  5. Кабели и провода электропроводки, выключатели, автоматы, розетки, распределительные щитки и т.д.

Подобрать и приобрести необходимые составляющие не составит труда. Все упирается лишь в финансовые возможности и существующие потребности в электроэнергии.

Эффективность будущей энергосистемы будет зависеть от правильности первоначальных расчетов, качества подобранного электрооборудования и ваших умелых действия как монтажника.

Поскольку стоимость большей части необходимых устройств довольно велика, если Вы не уверены в своих навыках и умениях, лучше обратиться за советом и помощью в монтаже к профессионалам. Только так Вы получите гарантию эффективности и окупаемости своей независимой системы энергоснабжения.

Читайте другие статьи по данной тематике
Услуги по данной тематике

Система резервного автономного электроснабжения загородного дома

Электроснабжение в доме играет очень большую роль. От него напрямую зависит работа практически всех коммуникаций. Особенно это важно, если в доме имеется насосная система подачи воды или нет газового обеспечения. Всё основывается на электричестве, и большинство людей для загородных домов выбирают центральную подачу электричества, но некоторые делают ставки на автономное электроснабжение дома.

Вернуться к оглавлению

Содержание материала

Центральное электроснабжение

Для обеспечения электричеством загородного дома может служить несколько источников:

  • центральная электрическая сеть;
  • топливные электростанции;
  • возобновляемые источники.

Центральное обеспечение электричеством довольно дорогое удовольствие и не всегда применяется в загородных домах.

Совет. Перед тем, как заключать договор с центральной станцией электрообеспечения, предварительно стоит оценить свои затраты электроэнергии. Возможно, выгоднее осуществлять автономное обеспечение электрической энергией.

Топливные электростанции

Топливные электростанции считаются автономным обеспечением электричества, так как работают на основе топлива. Они имеют один большой недостаток, который основывается на том, что топливные генераторы не могут обеспечивать круглосуточное бесперебойное обеспечение электричеством всего дома. Также генератор во время своей работы издаёт довольно неприятные звуки. Покупка такого источника электричества обойдётся в копеечку – станет постоянной необходимость приобретать топливо. Но если всё-таки есть возможность приобрести его, то лучше всего остановить свой выбор на более известных фирмах производителей.

Совет. Топливный генератор можно использовать в доме, предназначенном для временного проживания, и подача электричества производится выборочным путём.

Схема работы топливной электростанции для частного дома

Генераторы могут подавать электрический ток, независимо от погодных условий и состояния центральных электрических сетей. Такой метод обеспечения электричеством дачного домика считается экономически выгодным, так как на генератор работает не постоянно. Но есть такой тип генераторов, которые способны вырабатывать электроэнергию постоянно, они требуют значительных финансовых затрат.

Вернуться к оглавлению

Возобновляемые источники подачи электричества

Такими источниками вырабатывания электрического тока могут быть ветер или солнце. Природные источники энергии считаются экологически чистыми и с каждым годом набирают всё большую популярность. Практически каждый фермер стремится отказаться от центрального электроснабжения и обезопасить себя от ненужных расходов на оплату электричества, и сделать это можно с помощью солнечных батарей на крыше дома.

Возобновляемые источники электрической энергии не требуют топлива и лишних затрат, так как их стоимость зависит от ценовой политики такой системы электрообеспечения, экологически чистые источники энергии считаются экономически выгодными.

Солнечные батареи, расположенные на крыше дома

Выбор электрообеспечения

При постройке дома собственнику приходится решать большое количество вопросов, связанных с коммуникациями. Первым делом встаёт вопрос об обеспечении дома или дачи электричеством.

Очень часто с помощью электричества работает система водоснабжения и даже канализации. Именно по этой причине загородный дом требует постоянной подачи электричества. Чему именно отдать предпочтение решать может каждый самостоятельно. Но в большинстве случаев предпочтение отдают автономному электроснабжению.

Вернуться к оглавлению

Система автономного электроснабжения дома

Такие системы представляют собой совокупность источников преобразования электроэнергии, которые могут существовать отдельно от центрального электрообеспечения. Они в состояние обеспечивать электричеством не слишком большой объект. Для них как раз подойдёт маленький дачный домик.

Совет. Если площадь дачного или загородного дома довольно большая, то будет уместно использовать не один, а несколько таких систем для обеспечения электричеством дома.

Система автономного электрического тока включает в себя:

  • непосредственный источник электрической энергии;
  • систему преобразования энергии;
  • автоматический пуск;
  • аккумуляторные батареи;
  • блок коммутации;
  • стабилизатор напряжения;
  • подвод внешней электрической энергии.
Схема подключения такого электроснабжения небольшого дачного дома

Как правило, на сегодняшний день отключение электрической энергии происходит только в аварийных ситуациях. К сожалению, на дачных участках бесперебойной подачи электричества нет, и очень часто энергия поступает до определённого времени. Решением такой проблемы стали системы автономного электрического обеспечения. Современные системы продуманы до мелочей. Они могут обеспечивать электричеством огромные здания и даже стадионы, и дают возможность бесперебойно работать любому жилому помещению.

Топливные генераторы

топливные генераторы имеют два вида обеспечения: бензин и дизель.

Для маленького дачного домика, который будет обеспечиваться электричеством непостоянно, будет рационально использовать электрический генератор, который работает на бензине. Его мощность относительно небольшая. Он имеет свои преимущества:

  • низкий уровень шума при работе;
  • доступная цена;
  • компактность;
  • практичность.
Как правило, такие модели генераторов оснащены автозапуском и электростартером. Они могут автоматически запускаться при отключении основного питания и помогают предотвратить некоторые нежелательные последствия, которые связаны с потерей электричества.

Если перебои в подаче электрической энергии очень частые, то в таком случае будет лучше использовать генератор, который работает на дизеле. Он поможет обеспечить электричеством жилой дом на довольно длительный промежуток времени. Зачастую он способен достигать и нескольких дней. Такой генератор остаётся выбором большинства людей.

Схема устройства топливного генератора

Дизельные генераторы стоят в разы дороже генераторов, которые работают на бензине. Но, не смотря на это, такой вид автономного электроснабжения считается экономичным. Всё это происходит по причине низкой стоимости самого топлива и экономичном расходе его при работе генератора.

Совет. Если площадь дома велика, то лучше всего использовать дизельные генераторы, которые вырабатывают электрическую энергию в несколько раз дольше и больше, чем бензиновые.

Не стоит забывать и о безопасности дизельных генераторов. Дизель в обычных условиях не имеет тенденцию к возгоранию и горению. Но здесь необходимо учесть качество самого топлива, которое должно соответствовать всем ГОСТам и европейским стандартам. Перед применением топлива нужно провести ряд работ. Надо очистить дизель при помощи специальных фильтров — влагоотделителей.

Выбор генератора

Осуществлять выбор такого автономного электрического обеспечения, нужно исходя из требуемой мощности. Для этого необходимо определится с приборами, которые будут использоваться в доме и определить их характеристики. Большое значение имеет применение в доме насосов, разнообразных моек, сварочных аппаратов и много другого. Расчёт необходимой мощности немного усложняется.

Совет. Если в доме будет использоваться большое количество электрических приборов, то лучше остановить свой выбор на мощном генераторе, который обеспечит бесперебойную работу всех приборов.

Для того чтобы обеспечить правильное обеспечение электрической энергией загородного дома, изначально стоит сделать правильную разводку электропроводов и рационально распределить напряжение в сети.

Дизель-генератор высокой мощности

Такие генераторы способны удовлетворять потребности довольно большого жилого дома. Иногда их используют для обеспечения электрической энергии целого посёлка или промышленного предприятия. Такой вид генератора считается очень серьёзным аппаратом, который в полной степени может заменить центральное электроснабжение. Самым главным в любом генераторе будет его двигатель, который может быть бензиновый или дизельный.

Пример дизель-генератора высокой мощности

Фазы генератора

При выборе генератора стоит обращать внимание не только на вид топлива, от которого он будет работать, но и на количество допустимых фаз. Генератор может быть однофазным и трёхфазным.

Трёхфазные модели рассчитаны на большие площади. Генераторы с одной фазой очень часто применяют для маленьких дачных домиков, где требуется обеспечить бесперебойную работу только бытового оборудования. Если же в дальнейшем будет нужда применять и другое оборудование, которое требует большой подачи электрической энергии, то можно и приобрести трёхфазный генератор. Есть возможность также выбрать вид топлива, на котором будет работать такой агрегат. Такую установку можно приобрести на шасси, что в значительной степени обеспечит лёгкость при транспортировке аппарата.

Совет. Помещение для генератора также должно соответствовать всем стандартам. В нём не может быть повышенной влажности, постоянно должен поддерживаться один и тот же температурный режим.

Шумоизоляция и охлаждение генератора

В любом генераторе уже имеется система собственного охлаждения. Она может быть двух видов: жидкостной и воздушной.

Воздушное охлаждение очень часто применяется только в генераторах с небольшой мощностью. Жидкостное охлаждение приемлемо для более мощных аппаратов, между такими видами охлаждения практически нет разницы.

Работа генератора создает много шума, для того чтобы в доме обеспечить комфортное пребывание, стоит изначально задуматься над системой звукоизоляции помещения, в котором будет работать генератор.

Чертёж устройства системы охлаждения генератора

На сегодняшний день очень большое количество производителей генераторов выпускают модели таких агрегатов с низким уровнем шума. Генератор имеет дополнительный шумоизоляционный кожух. Также сам двигатель стоит в линейке низкошумных аппаратов. Всё это не может обойти стороной и ценовую политику. Такой генератор будет стоить в несколько десятков раз дороже, чем стандартные модели.

Совет. Можно специально для генератора изготовить контейнер, в который он будет помещаться вместе с блоком автоматического управления.

Как правило, резервное электроснабжение дома осуществляется при помощи генераторов.

Газопоршневые электростанции

Такие системы электроснабжения работают на основе природного газа. Они привлекают покупателей своей стоимостью. Мощность мини-станции довольно небольшая. Система подключается непосредственно к газопроводу. Газопоршневые электростанции можно использовать только в том случае, если на дачном участке есть газовое обеспечение. В противном случае, применение таких аппаратов просто невозможно.

Газопоршневая электростанция

Солнечные батареи

На сегодняшний день способ обеспечения электрической энергией при помощи солнечных батарей очень популярен. Деньги на установку такой системы могут быть потрачены значительные, но в скором времени они окупятся и станут даже приносить прибыль.

Схема устройства электроснабжения дома с помощью солнечных батарей

Выработка электричества в таких системах зависит от количества поступающей солнечной энергии на специальный фотоэлектрический модуль. А солнечная энергия в каждом регионе может быть разной. Именно по этой причине стоит предварительно перед вложением в солнечные батареи оценить количество поступающей солнечной энергии в определённом месте и составить чертёж расположения панелей. Это можно сделать на основе исследований разнообразных метеостанций или гидрометеослужб.


При строительстве загородного дома всегда желательно предварительно продумать автономное электроснабжение дома. Оно может понадобиться в любой момент в случае аварийного отключения централизованного электропитания.

Автономное электричество для частного дома, на даче, квартиры своими руками

Сегодня мы поговорим про автономное электричество, какое оно бывает, как оборудовать дом таким источником электроэнергии, как проводить подбор оптимальных систем. И самое главное, «стоит ли овчинка выделки».

Особенности подключения к сетям ЛЭП

Без электричества сейчас трудно представить комфортабельное жилье. Благодаря ему жилище освещается, обогревается, выполняется готовка пищи, и нагрев воды. Вот только далеко не всегда есть возможность обеспечить электричеством жилье, особенно если дом находится далеко от города.

Многим владельцам загородных домов и дачных участков, особенно если они находятся далеко от цивилизации, приходится решать вопрос с энергообеспечением дома.

Самым распространенным решением является подключение дома к сетям ЛЭП, однако они далеко не везде имеются или же ближайшая линия находится на приличном удалении от дома.

В таком случае обеспечение электричеством дома может оказаться очень дорогим удовольствием. Ведь придется согласовывать вопросы по поставкам этого источника энергии с соответствующими органами, оплачивать установку подстанции и опор ЛЭП для подведения к дому.

И особенно неприятно то, что приобретаемое оборудование, причем за немалые деньги (подстанция, провода, опоры) перейдут на баланс местных энергосетей, то есть владельцем всего будут являться они, а владельцу дома еще придется и платить за поставки электроэнергии.

Поэтому такой вариант для многих может стать нецелесообразным, достаточно хлопотным и дорогостоящим.

Автономные источники электроэнергии

Второй вариант обеспечить загородный дом электричеством – использовать автономные источники энергообеспечения. Такими источниками могут стать ветер, солнце, вода и горючие материалы.

Используя автономное энергообеспечение, владелец дома становится полностью независимым в плане получения электроэнергии для потребления.

Не требуется никаких согласований, протяжки ЛЭП и т. д. Конечно, получение электроэнергии все равно будет связано затратами. И на начальном этапе они будут достаточно весомыми, поскольку необходимое оборудование стоит немало.

В дальнейшем необходимо еще и проведение обслуживания всех составляющих системы энергообеспечения, но в итоге все окупиться.

Коротко рассмотрим самые распространенные автономные источники электроэнергии.

Солнечные панели

Сейчас все большую популярность завоевывают солнечные источники электроэнергии. Суть такого источника проста – имеются полупроводниковые фотоэлементы, в которых при попадании на них солнечных лучей генерируется электрический заряд.

Количество вырабатываемой энергии напрямую зависит от площади фотоэлементов, поэтому они собираются в панели.

Панель площадью в 1 м. кв. способна выдать 100 Ватт мощности с напряжением 20-25 В.

Чтобы полностью обеспечить дом электричеством площадь панелей должна быть значительной.

Из положительных качеств такого источника электроэнергии является его долговечность, полная экологичность, бесшумность.

Панели требуют минимум обслуживания, а электроэнергия, выработанная ими, является полностью бесплатной и доступной.

Но есть и недостатки. Для обеспечения электроэнергии в необходимом количестве, площадь панелей может достигать значительных размеров, которые еще нужно и правильно расположить.

Энергия эта непостоянна. В солнечные дни панели будут работать с максимальным выходом, но бывают же и пасмурные дни. Поэтому общее количество выработанной электрической энергии зависит от того, сколько солнечных дней в году в регионе, где располагается дом.

Еще один недостаток, причем весомый – это стоимость панелей. Цена за каждый Ватт выработанной энергии составляет сейчас примерно 1,5 $, то есть только за панели, вырабатывающие 1 кВт электроэнергии, придется выложить 1,5 тыс. долларов. А еще потребуется покупать и остальное оборудование, необходимое для работы системы.

Также читайте как сделать освещение на солнечных батареях для дачи.

Ветроэлектрические установки

Вторая по популярности автономная система энергообеспечения – ветряная. Для получения электроэнергии используются ветрогенераторы.

По сути, это обычные генераторы, на ротор которых надеты лопасти. За счет ветра ротор вращается и происходит генерация электричества.

Из положительных качеств ветрогенераторов отмечается достаточно компактные размеры, относительная бесшумность работы, экологичность, долговечность. Также существует возможность самодельного изготовления такого генератора.

Но недостатков у ветряной системы больше. Первый из них – стоимость, обойдутся ветряные генераторы не дешево.

Учитывая то, что КПД ветрогенераторов невысокая, то для полного обеспечения дома электричеством, потребуется установка трех и более ветряков небольшой мощности или же одного, но достаточно производительного. И в обоих случаях затраты на приобретение будут значительными.

Опять же необходимо учитывать и климатические условия. В зонах, где средний годовой показатель скорости ветра не превышает 8 м/с, использовать ветрогенераторы будет нецелесообразно, поскольку они неспособны будут работать в оптимальном режиме.

Стоит также учитывать, что в дни полнейшего безветрия можно остаться без электричества, поэтому использовать ветряную автономную систему энергообеспечения лучше, если имеется резервный источник электроэнергии.

Читайте также:

Топливные генераторные установки

Резервным источником электроэнергии могут стать генераторы, работающие на жидком или газообразном топливе (бензин, дизтопливо, газ).

Здесь все просто: установка состоит из двигателя внутреннего сгорания и генератора. Двигатель вращает ротор, и генератор вырабатывает энергию.

Полностью автономной такую систему назвать нельзя, все-таки необходимо топливо, которое еще и дорожает постоянно. Но как резервный источник электроэнергии такие генераторные установки являются самыми оптимальными.

В случае, когда пасмурная погода стоит уже несколько дней или же наблюдается безветрие, всегда можно запустить генераторную установку для восполнения заряда батарей.

Из положительных качеств генераторных установок, работающих от топлива, отмечается постоянная доступность электроэнергии, такие установки сравнительно дешевые, они обеспечивают хороший выход энергии.

К недостаткам же их относится потребность в топливе, что обеспечивает постоянные затраты. Такие установки не могут работать длительный период, а двигатели внутреннего сгорания требуют технического обслуживания.

Также для использования генераторных установок необходимо отведение отдельного помещения и организацию отвода выхлопных газов, ну и, естественно, ни о какой экологичности и речи быть не может.

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.

Особенности установки и эксплуатации автономных источников

Перед тем как приобретать и устанавливать любую из систем, нужно правильно произвести все необходимые расчеты ведь со временем количество потребителей электроэнергии в доме может увеличиться, к примеру вы решите установить систему обогрева кровли и водостоков и это нужно учесть в расчетах.

Рассмотрим для начала на примере солнечной системы.

Солнечная автономная система.

Все расчеты нужно начинать с подсчетов суммарного потребления электроэнергии в доме, то есть подсчитать мощность всех потребителей. При этом важно их разделить.

Дело в том, что часть потребителей электроэнергии без проблем работают от сети с постоянным током и напряжением в 12 или 24 В. Такими потребителями могут быть те же светодиодные лампы, которые лучше установить вместо обычных ламп накаливания. Да и вообще, все работы следует начинать с оснащения дома экономичными потребителями электроэнергии.

Исходя из суммарной мощности потребления тока, производится подбор аккумуляторных батарей и инвертора. И только после этого переходят к подсчету количества солнечных панелей, а также подбора контроллера.

Можно и не заниматься вычислением площади солнечных панелей, емкостью АКБ и инвертора.

Многие производители предлагают уже готовые комплекты, включающие все необходимое оборудование. При приобретении такого комплекта достаточно знать только суммарное потребление электроэнергии.

Причем при выборе комплекта важно учитывать, чтобы у него имелся некий запас по мощности, чтобы вся система не работала на предельных значениях. Общая стоимость такой системы во многом зависит от ее мощности.

Монтаж солнечной батареи несложен.

Достаточно правильно выбрать место установки панелей, контроллера, АКБ и инвертора. Затем следует все правильно подсоединить.

Что касается техники безопасности при использовании такой системы, то сводится она к правильности размещения АКБ. Они хоть и являются герметичными и необслуживаемыми, но для них лучше отвести отдельное помещение, причем вентилируемое.

Важно обратить внимание на надежность крепления всех составных элементов, использование соответствующей проводки и правильности подключения элементов в систему.

Читайте также:

Ветряная система.

С расчетов начинается и установка ветрогенераторов. Все начинается с расчета суммарной мощности потребителей электроэнергии. Исходя из этого уже и подбирается комплект, включающий все необходимое – ветроэлектрическую установку (ВЭУ), контроллер, АКБ, инвертор и остальные комплектующие.

При использовании такой системы важно подобрать место установки ВЭУ. Ветряки при работе издают шум, хоть и несильный, поэтому рекомендуется их устанавливать на определенном удалении от дома.

Что касается безопасности, то здесь все сводится к правильному монтажу мачты ВЭУ, поскольку она достаточно высокая.

Далее же безопасность сводится к правильному подключению и эксплуатации системы.

Топливные генераторные установки.

Генераторные установки – самые простейшие по монтажу. После подсчета суммарного потребления электроэнергии просто подбирается необходимая по мощности станция, работающая на предпочтительном для владельца дома топливе.

Оборудуются генераторно-аккумуляторные-инверторные системы.

Но обычно такие станции продаются отдельно, поэтому придется правильно подобрать контроллер, комплект АКБ и инвертор.

При использовании такой системы условия безопасности строже, чем у других систем.

Во-первых, генераторную установку необходимо устанавливать в отдельном помещении.

Во-вторых, должна быть организована система отвода отработанных газов.

В-третьих, должна соблюдаться правильность хранения горючих материалов.

Системы энергообеспечения, в которых используется гидроэлектростанции, рассматривать не будем, поскольку они применяются редко.

Подбор оптимальной системы

Теперь немного о том, какую систему лучше использовать в разных случаях.

На дачном участке или загородном доме можно использовать любое автономное энергообеспечение. Все зависит от климатических условий.

В южных регионах, где много солнечных дней в году, предпочтительнее использовать солнечную систему энергообеспечения, в северных же районах – ветряную.

При этом лучше сразу делать комбинированную систему, чтобы имелся резервный источник питания, и для этого отлично подходят установки, работающие на топливе.

Что же касается городских условий, то для автономного обеспечения энергией квартиры подойдут только солнечная и ветряная системы, основные элементы которой (панели, ВЭУ) можно установить на крыше здания.

Другие же автономные системы в квартирных условиях использовать не получится.

Важно знать: Правила монтажа электропроводки в деревянном доме.

Подводим итог

Автономное электричество в доме является достаточно интересным решением. Но стоимость его пока достаточно высока, поэтому не всем будет по карману.

Но с другой стороны, при отсутствии подключения к промышленным ЛЭП, и больших расстояниях до цивилизации, лучше все же потратиться на автономное энергообеспечение, чем протянуть новую линию. Но в каждом отдельном случае хозяин дома принимает решение сам.

Автономное электроснабжение дачи и коттеджа на основе инвертора

Для организации автономного электроснабжения дачи с домиком сезонного проживания, частного дома или коттеджа часто применяют солнечные электростанции с аккумуляторными батареями высокой емкости. Такая система обеспечивает бесперебойное электропитание потребителей независимо от того, имеется ли основной источник электроснабжения или нет. Рассмотрим особенности автономного электроснабжения на основе солнечных электростанций, и какую роль в оборудовании играют инверторы.

Особенности и принцип работы солнечной электростанции для дачи и коттеджа

Все солнечные электростанции делятся на 3 типа:

  • Сетевые. Вырабатывающаяся электроэнергия поступает во внутреннюю сеть, а при её нехватке для потребителей происходит отбор из промышленной сети.
  • Автономные. Подключение к промышленной сети отсутствует. Вырабатываемое электричество питает потребителей, а избытки энергии накапливаются в аккумуляторных батареях. Питание в темное время суток осуществляется от АКБ.
  • Гибридные. Днем питание осуществляется от электроэнергии, полученной от солнечных панелей, способствуя снижению электропотребления из промышленной сети. В случае отключения основного источника питания электричество поступает уже от АКБ.

Автономные или гибридные системы состоят из PV модулей (фотоэлектрические панели), контроллера, блока аккумуляторных батарей, инвертора. Преобразованная в электричество энергия солнечного света через контроллер направляется на АКБ, после чего с инвертора переменным током на все потребители (например, дверной замок). Для автономных или гибридных систем используются необслуживаемые GEL аккумуляторы.

Для эффективной работы автономных солнечных электростанций требуется строгое соответствие нескольким условиям:

  • Установка PV панелей на крыше или стене дома, коттеджа или на отдельно стоящем каркасном сооружении. Солнечные панели должны быть установлены под определенным углом и направлены на юг, во избежание больших потерь энергии.
  • Быстрый доступ к панелям для очистки от загрязнений, снега в зимнее время.
  • Достаточное количество панелей и аккумуляторных батарей для бесперебойного снабжения основных потребителей электроэнергии (освещение, телевизор, холодильник и пр.).

Частые отключения электроэнергии на даче или в доме

Если используется гибридная солнечная электростанция, есть возможность питания от промышленной сети или имеется только промышленная сеть, а установка PV панелей нецелесообразна, но при этом часто встречаются отключения электричества на несколько часов, то решить проблему поможет система резервирования на основе инвертора.

Принцип работы инверторного ИБП следующий:

  1. При наличии основного источника питания ток не поступает на АКБ (нет буферного режима, срок службы аккумулятора увеличивается).
  2. Если происходит отключение электричества, то цепь питания автоматически переключается на резерв – постоянный ток из АКБ через инвертор преобразуется в переменный, и поступает на потребителей.
  3. При возобновлении основного электроснабжения происходит обратное переключение цепи.
  4. В солнечную погоду PV модули преобразуют энергию света в электричество, которое через контроллер поступает на блок АКБ для их подзарядки.
  5. После заряда аккумуляторов ток на них не поступает, электроэнергия, получаемая от солнечных батарей, поступает к потребителям вместе с электричеством из промышленной сети (гибридная система).

Инверторный источник бесперебойного питания позволяет решить проблему с частыми отключениями электроэнергии в дачных или коттеджных поселках. При выборе подходящего варианта для работы совместно с солнечной электростанцией учитывают пиковую потребляемую мощность, частоту и продолжительность отключений электричества (влияет на время резервирования, количество аккумуляторных батарей в блоке).

Системы резервирования могут успешно применяться не только с солнечными электростанциями, но и с ветрогенераторами. Можно подобрать решение для резерва на время вплоть до 24-48 часов. Среди готовых источников бесперебойного питания на основе инвертора есть варианты на 1-3 кВт, а также на 5-10 кВт и выше, что позволит обеспечить электричеством дачу или коттедж с большим количеством одновременно работающих потребителей тока.

Обратите внимание, долговечность системы зависит от условий эксплуатации.

Необслуживаемые AGM аккумуляторы, используемые в в источниках бесперебойного питания, прослужат до 8-10 лет при хранении в нормальных условиях.

В циклическом режиме (то есть при частых циклах заряда-разряда и глубокого разряда) может наблюдаться выход АКБ из строя уже через 3-5 лет.

Автономное энергообеспечение и теплоснабжение частного дома за счет возобновляемых источников энергии. Вопросы. Ответы. Примеры.

Автономное энергоснабжение – актуальная тема для России. Высокие тарифы на электроэнергию, растущие цены на топливо для генераторов, высокая стоимость присоединения к достаточно изношенным и, следовательно, ненадежным сетям, наконец, просто отсутствие возможности такого подключения – все это заставляет собственников частных домов искать альтернативные варианты тепло- и электроснабжения.

Говоря о частных домах, необходимо отметить, что на сегодняшний день российский рынок предоставляет огромное количество вариантов альтернатив централизованному энергоснабжению (газовые, бензиновые и дизельные генераторы, котлы на твердом, жидком и газовом топливе, электрические котлы, комбинированные котлы, возобновляемые источники энергии). В издании будут рассмотрены варианты энергоснабжения частного дома только за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Использование ВИЭ в частных домах из года в год становится все более популярным. Огромное количество домовладельцев как в России, так и за рубежом переходят на альтернативные варианты энергоснабжения, применяя технологии, которые еще несколько десятков лет назад были уделом фантастов. Последние десять лет мир переживает бум возобновляемой энергетики. Практически каждый день в новостных лентах сообщается о новых изобретениях в этой сфере, будь то солнечная панель с более высоким КПД или же высокоэффективная ветряная турбина для зарядки смартфона в условиях туристического похода.

Следует признать, что единого решения для автономного энергоснабжения частного дома нет. Несмотря на наличие огромного количества типовых решений, которые предлагает рынок, каждый подобный проект индивидуален. Необходимо взвесить все «за» и «против», прежде чем принимать какое-либо решение. Издание не ставит перед собой цель доказать правоту тех, кто выступает за повсеместный переход на ВИЭ, или же опровергнуть подобное утверждение. Это – попытка обобщить «неакадемические» данные о возможных вариантах применения ВИЭ для энергоснабжения частных домов. Издание содержит краткое описание видов ВИЭ, а также их возможностей для автономного энергоснабжения. Переводить ли свой дом полностью на такое энергоснабжение, использовать ли ВИЭ только в качестве резервных источников энергии или отказаться от этих технологий – каждый собственник дома будет решать сам.

Автономное электроснабжение частного дома | Строительный Холдинг "ЗимаЛетоСтрой"

Когда нет возможности подключения к централизованным сетям или это подключение связано с затратами в крупных объемах (установка дополнительной подстанции, прокладка новых ЛЭП), выход — автономное электроснабжение дома.

Стандартная конфигурация системы автономного электроснабжения:

  1. Источник электрической энергии.
  2. Аккумуляторная батарея.
  3. Инвертор.
  4. Контроллер заряда.
  5. Техническое оборудование.

В качестве источника электроэнергии используют:

  1. Топливные генераторы — газовые, дизельные, бензиновые.
  2. Ветрогенераторы.
  3. Солнечные модули.
  4. Малые гидроэлектростанции.

Любой из означенных источников применяют как основной, а в качестве дополнительного, резервного используют генератор другого типа. Такие системы называют комбинированными.

Аккумуляторная батарея — неотъемлемая составляющая системы автономного электроснабжения, обеспечивающая постоянное наличие энергии при периодическом функционировании основного источника.

Инвертор — автономный преобразователь постоянного тока в переменный. Элемент, необходимый в случаях, когда: конечные потребители находятся на значительном удалении от источника (чтобы избежать потерь в кабелях постоянного тока низкого напряжения), есть конечные потребители переменного тока на напряжение 220 В.

Контроллер заряда предотвращает перезаряд и переразряд батареи (зачастую является встроенным в инвертор элементом).


Гибридное автономное электроснабжение

Автономное электроснабжение как альтернатива централизованному

Одним из главных доводов в пользу автономного электроснабжения дома называют независимость от цен на электроэнергию. Этот фактор кажется притянутым за уши, поскольку вы в любом случае будете зависеть от цен на энергоносители.

У нас принято широко оперировать экономическими выгодами при рекламе тех или иных продукции/услуг, однако делать это грамотно пока не научились. Говоря об экономически выгодном генераторе, не стоит забывать, что он работает не от воздуха. Само оборудование может быть дешевым, но его эксплуатация обходится крайне дорого. Хорошим примером, доказывающим верность этого тезиса, является бензиновый генератор. Выбрав систему этого типа, разве не будете вы зависеть, да еще как, от стоимости бензина, которая в свою очередь зависит не только от цен на нефть, но и от общей экономической картины (то есть цена нефти не тронется с места, а бензин подорожает без видимых причин)?

Приблизительно так же обстоит дело и с установками, работающими на дизельном топливе, рост цены на которое в свое время вызвало недоумение (и это слабо сказано). Будучи значительно дешевле бензина, дизельное топливо чуть ли не в одночасье стало дороже. Рост его стоимости был скачкообразным и обуславливался по большей части спросом (все-таки ДТ — одна из фракций, получаемых при первичной переработке нефти, не проходит ни риформинг, ни крекинг). Никто и представить себе не мог, что банальная солярка оставит позади 92-й, но «пришли» экономичные иномарки на дизельных движках и тут же перестали быть таковыми из-за подскочившей цены на топливо — российские реалии.

Газовые генераторы может постигнуть та же участь (пока из тепловых они самые экономичные в эксплуатации). Солнечные батареи? Уже никто не удивится, если при полном переходе на них, введут налог на солнечные лучи.

Так что тогда получает домовладелец, устанавливая систему автономного энергоснабжения при наличии централизованного?

  • Независимость от перебоев в энергоснабжении, аварийных ситуаций на подстанциях. У вас всегда будет электричество, что бы ни случилось. Особенно актуальным это становится зимой, когда как обычно неподготовленные службы рапортуют о форс-мажорах с завидной периодичностью: миллионы людей остаются без электричества и отопления на довольно долгое время по причине выхода из строя изношенного донельзя оборудования.
  • Экономические выгоды:
    1. ваши бытовые приборы не выйдут из строя по причине крайне нестабильной энергоподачи, свойственной централизованным сетям;
    2. автономные системы электроснабжения требуют использования энергетически эффективных потребителей энергии, что создает значительную экономию.
  • Оборудование. Да, да, вы заплатите деньги, а взамен получите оборудование. При подключении (которое само по себе обойдется в 30 тыс. р. за кВт) к централизованной сети, вы будете получать электроэнергию, за которую станете платить, а приобретенное оборудование (стоимость прокладки 1 км низковольтной ЛЭП составит от 30 до 60 тыс. р. в зависимости от района Московской области + трансформаторная подстанция) останется в собственности электросети.

В последнее время образовалась четкая тенденция к снижению стоимости оборудования в сфере возобновляемой энергетики, что способствует ее популяризации. Если вы проживаете в местности, богатой ресурсами возобновляемой энергии (а таких в РФ немало), то переход на автономное электроснабжение — экономически верное решение. Экономить действительно можно, нужно лишь правильно рассчитать, какая конкретно система будет обходиться гораздо дешевле в вашем конкретном случае.

цены, изготовление своими руками и все подробности

От электричества зависит множество удобств в жилых и бытовых зданиях. Однако перебои энергии не редкое дело в городах и пригородах. Для удаленных от цивилизации населенных пунктов проблема тем более насущна — иногда провести электросеть там попросту невозможно. В таких случаях остро встает вопрос независимой выработки тока.

Автономное электроснабжение способно обеспечивать постройки энергией в нужном количестве. При этом не возникает коротких замыканий, соблюдается стабильность напряжения, аварийные ситуации практически не происходят. Подключение подобного оборудования не настолько сложное, как зависимое от общих сетей и, зачастую, окупается за более быстрые сроки.

Выбор личного источника электричества – ответственное занятие, требующее изучения нюансов. Особенно это касается случаев, когда система изготавливается своими руками.

Альтернативных ресурсов существует не так много, но каждый из них имеет свои плюсы и минусы под определенные ситуации.

Какие бывают системы автономного электроснабжения?

Все источники независимого электричества делятся на генераторы, аккумуляторы и солнечные батареи.

Генераторы

Работают на сжигании дизеля, бензина, угля, газа или иного вещества.

Используют ветровую энергию для преобразования в электричество. Сюда же можно отнести гидроэнергию, основанную на заборе воды, и геотермальные источники.

Солнечные батареи

Действуют за счет поглощения и накопления тепла солнечных лучей.

Аккумуляторы

Сами заряжаются от электричества и в его отсутствие отдают накопленный резерв.

Как выбрать для квартиры, дома, дачи?

Выбрать подходящее автономное электроснабжение дома не так сложно, если учитывать некоторые параметры.

Первое на что нужно опираться — количество и характер систем, потребляющих энергию. Обычно к списку таких систем относятся кондиционирование, отопление, насосное водоснабжение из скважины. Также необходимо учитывать число часто пользуемых бытовых электроприборов и холодильное оборудование. Все перечисленное требует бесперебойного питания, что может предоставить любой независимый источник.

Вторым этапом выбора станет вычисление общей мощности. Показатели потребления каждого прибора складываются между собой. Итоговое автономное электроснабжение загородного дома, дачи или квартиры должно превышать полученную сумму на 20-30%.

На тип планируемой системы влияет и роль, отведенная ей: полное обеспечение или резервное питание. Не все источники могут длительно отдавать переработанное электричество без зависимости от внешних факторов.

Выделенный бюджет определит дороговизну системы, ее производителя, или натолкнет на мысль об изготовлении своими руками.

С бестопливными генераторами придется обратить внимание на окружающий ландшафт, климат.

Идеальным вариантом является выбор сразу двух альтернативных подпиток разного вида. Тогда будет существовать подстраховка на все случаи жизни. Специалисты советуют держать генератор на горючем топливе (с запасом самого топлива) и один из инверторов, поглощающих природные силы ветра, солнца, воды или пара. Отдельное применение аккумуляторов практикуется редко из-за быстро расходуемого ресурса и невозможности перезарядки без непосредственно электричества. Однако, как еще один запасной вариант, это вполне подойдет для квартиры или частного дома с централизованной сетью.

Подробный рассказ о готовом комплекте

Плюсы и минусы источников АЭ

Топливные генераторы

Такие генераторы требуют немалого запаса горючего, который нужно постоянно пополнять за собственные деньги. Чаще всего такой тип используют для смешанной энерговыработки бесперебойного режима, когда генератор активируется при «засыпании» основной сети. В случаях с применением только генератора, требуется иметь минимум 2 единицы техники, чтобы избежать перегрузок поочередным включением.

Бестопливные генераторы

Неплохой вариант для совместительства с иными источниками, если не смущаться громоздких размеров. В микро модификациях существуют только гидротурбины. Все типы считаются безопасными для экологии, но требуют подключения дополнительного оборудования. Ветряные модели зависимы от скорости потока воздуха (не менее 14 км/ч).

Солнечные батареи

Самый экологически чистый способ добыть электричество альтернативным путем. Батареи, действующие на основе солнечных лучей, могут не просто обеспечить любое типовое здание питанием, но и выработать излишек. На практике отличаются большой площадью солнечных панелей, часто покрывают целые крыши или стены для качественной мощности и нуждаются в дополнительном оснащении. Вся система может занимать даже отдельное помещение около 5-6 кв.м (не считая самих солнечных батарей). Зависимы от ландшафта, климатических условий, соотношения количества пасмурных и солнечных дней.

Солнечные батареи показаны на видео

Аккумуляторы

Подходят только для аварийного снабжения энергией. Не способны длительно работать без подпитки. Большинство моделей способно отдавать заряд только в присутствии инвертора для повышения напряжения (например, с 12 до 220V).

Виды энергии и их решения

Базовые источники автономного энергоснабжения являются возобновляемыми. Они безопасны для людей, находящихся вблизи, и окружающей среды. Каждый тип энергии имеет собственный принцип действия, требует оборудования уникальной конструкции.

Ветер

Подходит даже местностям с малым количеством солнца. Генераторы на такой основе забирают воздух через турбины, установленные на 3-6 метровых башнях примерно 3 см диаметром. Для городских районов высота башни возрастает и становится не менее 10 м. Столь длинный свободный отрезок необходим для преодоления препятствий от соседних зданий. Для частного дома процесс с установкой доставляет меньше трудностей. На использование ветровой турбины может потребоваться письменное разрешение управляющих органов. Причинами тому служат производимый шум, громоздкий вид и способность мешать птичьим миграциям.

Вода

Концепция реализуема для домов с близлежащими реками или озерами. Забор производится за счет одиночной турбины или их группы (часто большой протяженности). Масштабный вариант выгоден при пользовании коллективно (например, целой деревней или несколькими соседними частными домами). Микроформа подойдет обособленной семье, живущей непосредственно на берегу. Масштабы меньше дамб не считаются разрушающими экологию, поэтому не требуют разрешения (исключения заповедные зоны и местные регламенты).

Солнце

Солнечную энергию можно получать двумя методами. Первый способ использует панели с фото-вольтовыми клетками. Основой служит принцип поглощения лучей зеркалами. Свет преломляется под определенным наклоном и нагревает жидкость системы. Второй вариант предполагает принцип преобразования тепла в переменный ток через фото-ячейки. Они могут быть портативными или размещаться на крышах.

Энергия на солнечных батареях больше всего подойдет засушливым регионам с жарким климатом, но может использоваться везде. Максимальная продуктивность достигается установкой панелей под угол падения солнечных лучей 20-50 градусов. Разрешений на эксплуатацию не требует.

Решение на солнечных батареях продемонстрировано на видео

Геотермальные источники

Геотермальная энергия получается после переработки пара и горячей воды на уровне ниже земли. При обратной закачке используется конденсат, что делает источник наиболее стойким. Для частного дома геотермальные резервуары применить достаточно сложно. Их эксплуатация ограничена временем полного остывания. Для крупного масштаба принцип реализуем легче – система из бура, насосов и генератора будет перерабатывать электричество более продуктивно. Может потребоваться разрешение на бурение.

Биомасса

Энергия биомассы выпускается сжиганием биологического материала – жмыха, соломы, природного газа, навоза, масел, древесины и т.д. Для частных домов и дач этот способ допустим, но не слишком выгоден. Топливо дорогое, его нужно постоянно пополнять. Генераторы газа тоже не отличаются дешевизной. Кроме того, метод характеризуется высоким уровнем выбросов серы, азота, углеродного следа в атмосферу во время горения.

Решение с биомассой станет выгодным только при использовании отходных или вторичных источников: пропана, перегноя, метана. Гибридная система дизеля и газа – еще лучший вариант с экономической точки зрения.

Выгодно или нет?

Выгода автономных ресурсов энергоснабжения для личного пользования проявляется при установке только качественного оборудования.

Дешевые хлипкие комплекты могут сломаться быстрее, чем оправдают половину своей стоимости. Если же проектировка, расчеты, сборка и монтаж выполнены по правилам, система уже в первые годы продемонстрирует свои плюсы:

  1. отсутствие каких-либо социальных норм потребления электричества;
  2. безопасность для систем и приборов ввиду отсутствия скачков напряжения;
  3. уверенность в качестве и количестве планируемой энергии;
  4. длительный эксплуатационный срок;
  5. независимость от роста тарифов;
  6. наличие ресурсов даже при местных авариях на подстанциях.

Отталкивающим фактором при всей выгоде может стать необходимость регулярной чистки комплекса, иногда замена элементов.

Изготовление системы своими руками

Для использования внутри квартиры или на даче в аварийных случаях своими руками можно собрать аккумулятор. Несколько бытовых аккумуляторов параллельно объединяются, подключаются к зарядному устройству, устанавливается инвертор. Пока работает централизованное энергоснабжение, электричество копится в батареях, включенных в розетку. Когда ток исчезает, инвертор поставляет его в проводку. Можно использовать как переносное устройство.

Для создания своими руками питания целого дома на постоянной или длительной основе потребуется более серьезный подход. Здесь предпочтительно оборудовать помещение на роль котельной, где будет стоять основа техники. Потребуются генератор, мощные аккумуляторы (можно несколько автомобильных), котлы, инверторы, несколько солнечных панелей под выбранную систему. При наличии определенных знаний такая работа стоит свеч и выйдет дешевле многих готовых установок.

Однако и риск допустить ошибку расчетов и подключения тоже не мал.

Вывод

Проблема автономного энергоснабжения актуальна для многих жилых территорий без развитой инфраструктуры. В большинстве случаев такой подход помогает экологии, в перспективе может сэкономить много денежных средств. Выбор конкретной системы зависит от потребностей дома, доступных природных ресурсов и планируемых трат.

Целесообразность использования определяется личными взглядами, но увеличивается при резервной роли АЭ.

Самодостаточный подход к энергии на основе био-водорода

Abstract

Вследствие парникового эффекта и глобального энергетического кризиса поиск источников чистой альтернативной энергии и разработка приложений для повседневной жизни стали неотложными задачами. В этом исследовании предлагается разработка «автономного дома» с упором на использование современных технологий зеленой энергии для снижения нагрузки на окружающую среду, достижения энергетической автономии и разумного использования энергии для создания устойчивой и комфортной среды обитания.Двумя атрибутами домов являются: (1) самодостаточный энергетический цикл и (2) автономный контроль энергии для поддержания экологического комфорта. Таким образом, автономный дом сочетает в себе энергосберегающий пассивный дизайн, снижающий выбросы углерода, с активными элементами, необходимыми для поддержания комфортной среды.

Ключевые слова: Производство водорода путем темной ферментации, топливные элементы с протонообменной мембраной, пассивный дизайн, активное оборудование, технология экологически чистой энергии

1. Предпосылки и цели

Усилия по продвижению применения и использования энергии с начала Результатом 20 века стало изобретение многих видов энергоемкого активного оборудования и бытовой техники.В связи с растущим осознанием уязвимости экологической среды Земли с конца 20 века защитники окружающей среды пропагандируют энергосберегающий пассивный дизайн. После парникового эффекта и глобального энергетического кризиса рассвет 21 века заставил мир столкнуться с противоречием между энергосберегающим устойчивым пассивным дизайном и энергоемким активным дизайном, отвечающим требованиям комфорта. Это привело к новой парадигме разумного использования энергии.Сообщества и жилища должны использовать новые методы, такие как датчики, аккумуляторные батареи и преобразователи энергии, чтобы улучшить домашнюю среду [1]. В этом исследовании предлагается разработка «автономного дома на основе энергии биоэнергетики», использующего альтернативную энергию в сочетании с датчиками окружающей среды, компьютерными технологиями и активными архитектурными элементами для улучшения некоторых недостатков производительности пассивных домов.

2. Ретроспектива литературы

«Автономный дом» определяется как дом, который может функционировать независимо от поддержки и услуг со стороны общественных объектов [2].Однако движение автономных домов не требует, чтобы пользователи вели уединенный и скудный образ жизни. Ключевой характеристикой автономного дома является использование технологий экологически чистой энергии для снижения нагрузки на окружающую среду, а также создания устойчивой, высококачественной и комфортной среды обитания. В области архитектуры «автономия» имеет два значения: автономное управление и самодостаточность [3]. Автономия означает, что человек может самостоятельно управлять своими делами и принимать независимые решения без влияния или контроля со стороны других [4,5].Самодостаточность означает, что можно поддерживать самообеспеченность такими ресурсами, как еда, вода и энергия [6].

Хотя автономия и самодостаточность применяются к различным ситуациям в разных областях обучения и предметах, на самом деле они являются частично совпадающими понятиями, которые довольно трудно различить. В социологии самодостаточность используется для описания образа жизни людей, живущих на обочине общества [7]. В области политики социального обеспечения программы самообеспечения призваны помочь семьям с низкими доходами обрести экономическую независимость [8,9].В области городского планирования одно предложение призывает к строительству самодостаточных индивидуальных домов вокруг большого общего дома с общими удобствами, чтобы преодолеть отчуждение современных подразделений и создать совместную жилую среду [10]. В архитектуре автономные легкие дома относятся к жилищам кочевых народов. Конечно, кочевничество также рассматривается как образцовый самодостаточный образ жизни. В области защиты окружающей среды автономия в последнее время стала ключевым принципом в технологиях зеленой энергии и использовании водных ресурсов [11–14].В Нидерландах самодостаточность - это концептуальная основа, включающая как технологическую, так и экологическую политику [15]. Использование чистой энергии и бытовой техники - необходимые условия для комфортной жизни [16]. Тем не менее, проживание в автономном доме не означает, что его жители должны вести жизнь кочевников или людей, находящихся на маргиналах. Вместо этого в автономном доме применяются альтернативные источники энергии и другие соответствующие технологии в соответствии с принципом автономии и, таким образом, снижается зависимость от ископаемого топлива и сокращаются выбросы углекислого газа, чтобы улучшить глобальное потепление, сохраняя при этом высококачественную среду обитания.

Стремление к энергетической и ресурсной автономии все еще вызывает много споров. Согласно книге 2004 года « Почему глобализация работает, » экономиста Вольфа [17], защитника рыночной экономики, разделение глобальной экономики на самодостаточные регионы или отдельных лиц вызовет разворот и крах глобализации. это происходит с 1960-х годов, что приведет к атрофии цивилизации. Недавнее принятие Китаем защитной политики продовольственной самообеспеченности, направленной на обеспечение продовольственной безопасности, стало сильным ударом по рыночной экономике.Тем не менее, целенаправленное продвижение рыночной экономики также является весьма сомнительной стратегией. Во времена нехватки продовольствия в мире Япония, которая изначально была самодостаточной в рисе, фактически использовала рис для производства автомобильного топлива и разработала «машину для рисового спирта». Но хотя это расширило возможности применения и повысило ценность продовольственных культур, скептически настроенные японские исследователи считают, что это приведет к увеличению цен на продовольствие и приведет к трудно решаемой нехватке сырья [18].Король Таиланда Пумипон выступает за экономическую самодостаточность, делая упор на региональном или индивидуальном стремлении к энергетической и ресурсной автономии. Помимо преимуществ самодостаточности и независимого контроля, автономия также может обеспечить энергосбережение и сокращение выбросов углерода за счет ограничения торговли и транспортировки энергии и ресурсов [19]. Область экономики основана на предпосылке, что человеческие потребности безграничны, а ресурсы ограничены; он подчеркивает функционирование рыночного механизма, но игнорирует влияние таких нерыночных факторов, как возобновляемые ресурсы и влияние на экологию на экономические системы.Естественный мир в конечном итоге поддерживает человеческие экономические системы. Эксплуатация человеком окружающей среды в течение последних сорока или пятидесяти лет вызвала огромные разрушения и, скорее всего, будет иметь необратимые последствия [20]. Такие вопросы, как автономия, проводить ли локализацию или глобализацию и поддерживать ли экономическую самодостаточность или рыночную экономику, остаются весьма противоречивыми. Наконец, очень сложный вопрос - как использовать архитектурный дизайн для сохранения автономии в энергии и ресурсах.

Термин «автономный дом» был впервые предложен Александром Пайком, целью исследования которого было разработать систему обслуживания дома, которая могла бы снизить потребление местных ресурсов [21]. В 1975 году Вейл определила автономный дом как дом, который может функционировать независимо и не требует дополнительных затрат со стороны близлежащих коммунальных служб. Этот тип дома не нужно было подключать к таким услугам, как газ, вода, электричество или канализация; он использовал альтернативные источники энергии, такие как солнечная энергия или энергия ветра, и мог очищать собственные сточные воды и сточные воды.Таким образом, он не производил загрязнения и не тратил впустую энергию. Первый автономный дом, согласующийся с теорией, был спроектирован и построен в 1993 году создателями автономного дома Брендой и Робертом Вейлом [22]. Этот дом обеспечивает автономию в области водоснабжения, энергетики, канализации и очистки сточных вод, а также производит электроэнергию для использования в городе. Конечно, многие построенные сооружения, соответствующие принципу автономии, долгое время существовали в естественных экологических системах. Например, курганы термитов используют некоторые ключевые принципы пассивного дизайна.представлены четыре структуры, воплощающие принципы автономного проектирования, и обсуждаются их функции / размер, расположение, ключевые технологии, принципы проектирования и значение исследований.

Таблица 1.

Анализ зданий по принципу автономности.

Имя
Объект
Курганы [23] Автономный дом [22] Жилищный проект Хокертон [24] Самостоятельный небоскреб [25]
Иллюстрация
Дизайнер / год Термиты / неизвестно Бренда и Роберт Вейл / 1993 Бренда и Роберт Вейл / 1998 Мэтью Спаркс / запланировано
Функция Подземный дом Частный дом Арендное сообщество Офисное здание
Расположение Африка Ноттингемшир, Англия (центр города) Хокертон, Англия (пригород) Эр-Рияд, Дубай и Бахрейн (побережье)
Ключевые технологии и принципы проектирования Термит курганы имеют пассивную конструкцию, регулирующую воздушный поток и сохраняющую энергию.Курганы дают термитам автономию: помимо обеспечения комфортной среды обитания, курганы также способствуют росту грибов (которые утилизируют отходы термитов). Энергию получают от солнца и ветра; дождевая вода собирается для использования в качестве питьевой. Дом построен с максимально возможным использованием переработанных и местных материалов. Электроэнергия, водоснабжение и очистка сточных вод в общине обеспечиваются системой с нулевым выбросом углекислого газа; продукты питания выращиваются по технологии пермакультуры.Сообщество состоит из пяти модульных одноэтажных засыпок. Модульная конструкция упрощает строительство домов и снижает расходы. Цилиндрическая форма башни обеспечивает минимальную площадь воздействия солнечных лучей и, таким образом, снижает потребность в энергии для кондиционирования воздуха. На крыше есть ветряная турбина, солнечные батареи и аккумуляторные батареи для аварийного использования. Солнечные батареи на море вырабатывают энергию из водорода, извлекаемого из морской воды. Энергия хранится в водородных топливных элементах для использования в ночное время.
Значение для исследований Сканирование и компьютерное моделирование термитников предоставили исследовательскую модель для пассивного энергосбережения и удаления отходов. Этот дом, расположенный в центре современного западного города, демонстрирует автономный и устойчивый образ жизни. Ограничения по контрактам на строительство домов, общественное планирование и аренду формируют это кооперативное автономное сообщество. Использует современные зеленые технологии, поддерживает устойчивое развитие окружающей среды и создает качественную и комфортную среду обитания.

3. Теоретическая основа

В соответствии с определением автономного дома, ретроспективой литературы и анализом конкретных случаев, с макроскопической точки зрения, автономное проектирование дома включает в себя три области: устойчивую окружающую среду, архитектурное проектирование и энергетические приложения. ().Обращаясь к микро-точке зрения, соображения устойчивости и применения энергии включают (1) технологию зеленой энергии (возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергетика (включая разность потенциалов и приливную энергию) и термоядерный синтез), (2) видение и цели, (3) факторы выбора зеленой энергии и оценка осуществимости. Что касается энергетических приложений и архитектурного проектирования, элементы включают (1) цикл самообеспечения, (2) преобразование и форму энергии (включая преобразование и расчет энергии и работы, соответствие между входами и выходами и методы обработки), (3) поддержку здания. система и (4) оценка осуществимости.Архитектурный дизайн и соображения устойчивости включают (1) автономную среду (расположение дома, планировка и размер), (2) автономное проживание (независимые жилища или форма кооперативного сообщества) и (3) автономный дом (принципы пассивного проектирования, дополнительное использование активного оборудования для повысить производительность) ().

Макроскопическая перспектива автономных домов.

Микропредметы в автономных домах.

4. Моделирование и эмпирические исследования

4.1. Видение и цели

Автономный дом на основе био-водородной энергии предполагает, что в течение десяти лет технология водородной энергетики достигнет уровня зрелости, позволяющего использовать ее во многих повседневных применениях.Когда это время придет, каждая семья сможет установить «резервуар для брожения, вырабатывающий водород», похожий на септик, и водородные топливные элементы размером примерно с кондиционеры на окнах. Если проектная цель по производству водородной энергии, удовлетворяющей средней потребности домохозяйства в электроэнергии 3 кВт, может быть достигнута, на каждые 200 000 домохозяйств потребуется на одну тепловую электростанцию ​​меньше (т. Е. Вырабатывающую в среднем 600 МВт). Распределенные электрические системы в домашних условиях могут снизить зависимость от крупных центральных электростанций и, таким образом, достичь целей энергосбережения, сокращения выбросов углерода и энергетической автономии.

4.2. Технология «зеленой» энергии и био-водородная энергия

Принимая во внимание стремление к автономному производству и потреблению электроэнергии в домашних условиях, какая форма альтернативной энергии является наиболее подходящей в качестве основного источника энергии для домашних хозяйств? Этот вопрос давно вызывает у энергетиков и экономистов. Согласно рекомендации исследовательской группы по применению био-водородной энергии Университета Фэн Чиа, система с наибольшим коммерческим потенциалом представляет собой «систему выработки энергии на основе био-водорода в реальном времени», состоящую из установки для производства водорода темного брожения (анаэробный биореактор с непрерывным перемешиванием, CSABR) и топливных элементов с протонообменной мембраной (PEMFC).Этот тип системы может генерировать возобновляемую энергию, а также обрабатывать городские отходы и сточные воды. Факторы оценки зеленой энергии включают такие объективные условия, как доступность сырья, климатические факторы, ограничения площадок, пороговые значения производственных технологий и удельные затраты. Для сравнения, хотя солнечную и ветровую энергию легко получить, они сильно зависят от климата и относительно ненадежны. Гидроэнергетика подлежит ограничениям на размещение, а ядерная энергия имеет гораздо более высокий технологический порог, чем могут выдержать обычные домохозяйства.С точки зрения энергетической автономии домашних хозяйств, производство водорода из биомассы и выработка электроэнергии предлагает преимущества легко добываемого сырья, свободу от климатических воздействий, стабильную выходную мощность, отсутствие ограничений по месту и относительно низкий порог технологии производства.

В этом исследовании рекомендуется использовать энергетические системы биомассы, включающие преобразование биомассы в водород, который затем хранится в форме с высокой плотностью и в конечном итоге преобразуется в формы энергии, которые могут использоваться в домашнем хозяйстве.Подходящие типы биомассы включают навоз животных, отходы сельскохозяйственных культур, древесину, сахарные культуры, городской мусор, городские сточные воды, водные растения и энергетические культуры. Из них городские отходы, такие как городской мусор и городские сточные воды, будут играть наиболее важную роль. По оценкам, Тайвань в настоящее время производит шесть миллионов тонн органических отходов ежегодно, которые могут быть использованы в качестве сырья для производства энергии из биомассы.

4.3. Цикл самообеспечения

Для того, чтобы соответствовать принципам самообеспеченности энергией, автономный дом на основе био-водорода должен завершить цикл самообеспечения, включающий производство энергии, хранение, контроль распределения, загрузку приложений, переработку, утилизацию и повторное использование. .Под средой жизнеобеспечения понимается экосистема в биосфере Земли, которая может удовлетворить физиологические потребности живых организмов. Экономические системы должны получать функции жизнеобеспечения от естественной среды, иначе они не смогут выжить. Основная идея концепции устойчивого развития заключается в том, что последствия действий человека должны подвергаться определенным ограничениям, чтобы не разрушить разнообразие, сложность и функции экологических систем жизнеобеспечения [26]. Как следствие, эффективно функционирующая автономная система, основанная на человеческом обществе, должна объединять экологические и экономические аспекты, если она хочет реализовать идеалы устойчивого развития.показывает, что мировые ресурсы и энергия будут быстро исчерпаны из-за эффекта энтропии в рыночной экономике, уделяя особое внимание только процессу, охватывающему только сырье, производство и потребление продуктов [27]. показывает, как устойчивое развитие должно объединять экологию и экономику, делает упор на переработку и повторное использование после потребления и опирается на цикл самодостаточности для снижения потребления энергии и замедления энтропии.

Цикл самообеспечения.

4.4. Система поддержки здания

В соответствии с циклом энергетической самообеспеченности здание может рассматриваться как средство преобразования массы в энергию и должно состоять из цикла, состоящего из производства энергии, хранения, управления распределением, приложений загрузки, рециркуляции, утилизации и повторного использования. .Здание также должно иметь опорную систему, включающую: (1) камеру для производства био-водорода, (2) резервуар для хранения водорода, (3) установку для подачи водорода, (4) топливные элементы, (5) другие вспомогательные альтернативные источники энергии. (солнечная энергия, энергия ветра и т. д.), (6) аккумуляторные батареи, (7) преобразователь, (8) диспетчерская и панель описания и (9) силовая нагрузка здания. Если в будущем автомобили на водородных топливных элементах будут использоваться, то (10) можно добавить установку для заправки водородом. Если количество электроэнергии, вырабатываемой зданием, может превышать его потребление и может быть предоставлено другим местным пользователям, то можно добавить подключение к электросети общего пользования ().Биологическая камера производства водорода состоит из пяти основных компонентов: (а) резервуар для субстрата, (б) резервуар для питательной соли, (в) резервуар для ферментации для производства водорода, (г) резервуар для разделения газа и жидкости и (е) устройство для очистки водорода. Система производства энергии на основе биоводорода в реальном времени включает в себя процессы производства водорода, хранения водорода, поставки водорода и его использования ().

Биоводородная система выработки электроэнергии в реальном времени.

4.5. Технико-экономическое обоснование

В этом разделе делается попытка определить на основе проектной цели производства энергии на био-водороде, удовлетворяющей средней потребности домохозяйства в электроэнергии в 3 кВт, какое вспомогательное оборудование потребуется, объемы помещений, площади и расположение, а также схему плана. здания.Эта информация послужит ориентиром для проектирования односемейных автономных домов.

Согласно информации Taiwan Power Co. [28], статистика за последние пять лет показывает, что домашнему хозяйству необходимо 3–4 кВт установленной мощности. По словам Лин [29], ферментационный резервуар для производства водорода 3 объемом 3,2 м может удовлетворить потребности в энергии обычной семьи. Однако, если в качестве сырья выбрана биомасса, переменные, такие как методы обработки и преобразования, а также факторы окружающей среды (температура, влажность, давление и т. Д.)) повлияет на скорость производства водорода и плотность водорода. Установка резервуара для хранения водорода может решить проблемы, связанные с переменной производительностью. Избыточный водород можно хранить и использовать в тех случаях, когда его количество недостаточно. Согласно системе выработки энергии в реальном времени на биоводороде, разработанной университетом Фэн-Чиа, в течение 300 дней использования каждый литр резервуара для производства биогидрогена производил 1,15 ± 0,08 литра водорода в час. Когда маленькие светодиоды были подключены к системе, работающей при температуре окружающей среды (25 ° C), ток и напряжение были равны 0.38 А и 2,28 В соответственно. Согласно формуле мощность = ток × напряжение, система вырабатывала в среднем 0,87 Вт (0,38 × 2,28 = 0,87 Вт). Таким образом, можно консервативно оценить, что резервуар для ферментации для производства водорода объемом 3222 л (≈3,2 м 3 ) потребуется для размещения средней домашней нагрузки в 3 кВт ((3000 / 0,87) ÷ (1,15–0,08) = 3222 L ≈ 3,2 м 3 ). Это примерно размер обычного коммерческого септика (2–3 м 3 ). На экспериментальной установке по производству био-водорода Университета Фэн Цзя () пять основных компонентов камеры для производства биогидроида (резервуар для субстрата, резервуар для питательной соли, резервуар для ферментации для производства водорода, резервуар для разделения газа и жидкости и устройство для очистки водорода) имеют соотношение объемов 2: 2: 1: 1: 1.Как следствие, общий объем камеры производства био-водорода будет в семь раз больше, чем объем бродильного чана для производства водорода, то есть 22,4 м 3 . Предполагая, что обычный дом с вертикальным просветом 2,5 м, потребуется примерно 15 м 2 площади оборудования (при условии, что высота резервуара составляет 1,5 м). Если коридоры и другое оборудование занимают одну четверть помещения для производства био-водорода, тогда для помещения потребуется общая полезная площадь 20 м ( 2 ).Коммерческие топливные элементы мощностью 3 кВт имеют объем примерно 0,33 м 3 (http://www.solore.com.tw/power/fuel/stacks/3kw.htm). Резервуары для хранения водорода должны быть в состоянии хранить достаточно водорода в течение трех дней. Так как среднее домашнее хозяйство на Тайване использует примерно 3 × 320 ÷ 30 = 32 кВтч каждые три дня, а топливный элемент мощностью 3 кВт требует 36 л водорода в минуту, 36 л водорода могут, таким образом, произвести 0,05 кВтч. Таким образом, на три дня потребуется примерно 32 ÷ 0,05 = 640 л водорода. Коммерческий резервуар для хранения водорода объемом примерно 1.68 м 3 (http://www.hbank.com.tw/fc_products_pr_05.htm), следовательно, можно использовать в этом приложении. По фактическим данным Исследовательского центра энергетики и ресурсов FCU, когда рабочий объем составляет 3 л, а HRT составляет 8 ч, концентрация матрицы сырья будет 20 г ХПК / л, и система будет вырабатывать 0,87 Вт электроэнергии. . Кроме того, поскольку 20 г ХПК / л = 17,8 г сахарозы / л (фактические данные), для получения 0 потребуется 6,675 г сахарозы / ч (3–1 / 8 ч x 17,8 г сахарозы / л = 6,675 г сахарозы / ч).87 Вт и 23 017 г сахарозы / час потребуется для выработки 3 кВт (6,675 г сахарозы / час x 3000 / 0,87 = 23 017 г сахарозы / час). По данным Taiwan Power Corp., среднее ежедневное потребление электроэнергии домохозяйством составляет 10 кВтч, поэтому система должна работать в течение 3,3 часа в день, чтобы обеспечить ежедневную электрическую нагрузку домохозяйства в 3 кВт (10 кВтч / 3 кВт). Таким образом, на одно домашнее хозяйство в день потребуется в общей сложности 75 956 г сахарозы (23 017 г сахарозы / ч × 3,3 ч / день = 75 956 г сахарозы / день).

Экспериментальная установка по производству био-водорода (слева, внутри; справа, снаружи).

дает размеры объемов и площадей помещения для хранения сырья биомассы, помещения для производства био-водорода, топливных элементов, резервуара для хранения водорода и диспетчерской, а также модель. показывает схематический план системы производства энергии в реальном времени на биоводороде в качестве образца для проектирования односемейных автономных домов.

Схематический план системы выработки энергии в реальном времени на био-водороде.

Таблица 2.

Оценки функциональных направлений и исследуемая модель.

Функция Объем Площадь
Склад биомассы 7,5 м 3 3 м 2
Камера производства био-водорода 22,4 M 3 20 M 2
Топливные элементы 0,33 M 3 0,5 M 2
Бак для хранения водорода 1.68 M 3 1,5 M 2
Диспетчерская 7,5 M 3 3 M 2

4.6. Автономное управление

В соответствии с принципами энергетической автономии при проектировании дома, ориентированном на потребности пользователей, необходимо, помимо соблюдения пассивной планировки и принципов проектирования здания, также учитывать использование активных адаптивных устройств. Активные устройства можно использовать для повышения производительности пассивного здания, улучшения автономного управления энергетическими приложениями и поддержания комфортной среды обитания.

Автономный дом в этом проекте будет использовать тепловую выталкивающую вентиляцию с использованием лестницы в качестве вентиляционной башни. Из-за эффекта тепловой плавучести горячий воздух обычно попадает в вентиляционную башню по лестнице и выходит через верхнюю часть башни из-за эффекта воздушного потока. Однако, когда внешнее давление превышает давление в помещении, при вентиляции с тепловой плавучестью может возникнуть обратный поток воздуха, и горячий воздух не сможет выйти. Когда датчики перепада давления и вычислительная техника используются в сочетании с клапаном воздушного потока, если в вентиляционной башне есть отрицательное давление по сравнению с воздухом снаружи, можно включить вентиляционный вентилятор наверху башни или угол наклона воздуха регулируемый клапан потока, чтобы гарантировать, что внутреннее пространство градирни имеет положительное давление по сравнению с наружным воздухом, и горячий воздух может легко выходить.По этой причине в автономном доме будет использоваться активное устройство, обеспечивающее оптимальную вентиляционную работу башни с пассивной тепловой плавучестью () [30].

Проект башни вентиляции тепловой плавучести (рисунок Чен Ниен-Цзы).

5. Рекомендации и выводы

Исследование устанавливает схему возможного автономного дома на основе водородной энергии, который не будет производить загрязнений и не тратить энергию. Предложения для будущих исследований:

(1) Независимая модель выработки и использования электроэнергии в жилых домах островного типа:

Это исследование было сосредоточено на развитии автономных городских жилых домов, связанных с государственной системой электроснабжения, и есть надежда, что домохозяйства распределенные электрические системы на базе могут снизить зависимость от крупных центральных электростанций.Однако дома, расположенные в отдаленных пригородах и местах, где недоступно общественное электричество, испытывают еще большую потребность в автономных энергетических системах. Тем не менее, дальнейшие исследования должны изучить, как поддерживать стабильность и производительность выработки энергии, прямого использования, хранения и поставки для использования. Исследования могут также быть сосредоточены на модификации бытовых генерирующих систем для подачи питания переменного тока и изучении моделей использования и распределения, а также бытовых приборов и оборудования, которые подходят для питания переменного тока.

(2) Интеграция и управление несколькими энергетическими системами:

В соответствии с принципами энергетической автономии здания могут поддерживать несколько источников энергии (таких как энергия биомассы, солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, геотермальная энергия и т. Д. .). Поэтому дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на стабильном использовании нескольких источников энергии и различных типов производимого ими тока (переменного или постоянного тока). Потребуются более эффективные платформы управления энергией, чтобы избежать ненужных потерь при преобразовании энергии.

(3) Изучение экологических характеристик городских систем с точки зрения энергетики:

Согласно широкому определению экосистемы, города можно рассматривать как часть экосистемы. Дальнейшие исследования могут изучить метаболизм материи, преобразование энергии, круговорот воды и поток валюты в городской производственной и потребительской деятельности, а также изучить динамические механизмы, функциональные принципы, экономические и экологические преимущества, пространственные структуры и правила управления городскими системами.

(4) Обработка сточных вод и химическая потребность в кислороде (ХПК), когда биомасса используется для производства водорода:

Поскольку водородный генератор на биомассе Университета Фэн Чиа производит лишь небольшое количество сточных вод, эти сточные воды смешиваются с бытовыми сточными водами кампуса. и сбрасываются непосредственно в канализацию сточных вод университетского городка; он направляется в пруд для очистки сточных вод университета, а затем сбрасывается в городскую канализационную систему. Однако, когда установки по производству водорода из биомассы станут обычным явлением в будущем, необходимо будет создать очистные сооружения на уровне сообществ.Такие объекты должны снизить ХПК сточных вод от производства водорода в достаточной степени, чтобы соответствовать стандартам выбросов, прежде чем воду можно будет сбрасывать в городские системы сточных вод. Потребуется сотрудничество с инженерами по охране окружающей среды, чтобы интегрировать соответствующие меры по контролю загрязнения.

Это исследование рассматривает автономный дом, основанный на био-водородной энергии, как ключевую технологию жилищного строительства нового поколения. Это имеет два значения: во-первых, самодостаточный энергетический цикл дома, состоящий из производства, потребления и переработки, удовлетворяет потребности устойчивого развития.Во-вторых, использование датчиков, вычислительных механизмов и адаптивных архитектурных элементов позволит автономно управлять окружающей средой. Что касается применения и повторного использования энергии и ресурсов, автономный дом этого типа может согласовать проект пассивного энергосбережения с потребностями в энергии активных устройств, удовлетворяя потребность в комфортной среде.

Автономный дом - обзор

3.2 Концептуальное развитие энергетической автономии

С точки зрения концепции энергетической автономии и ее определения, энергетической независимости или самодостаточности и создания автономии - и того, как пользователи, сообщества, муниципалитеты или нации могут достичь этого - обсуждается под разными названиями в исследованиях энергетики.Чаще всего используются понятия «автономия» [1], «суверенитет» [13,14], а иногда и «автаркия» [15]. Хотя все эти концепции имеют схожий основной принцип стремления к балансу между самодостаточным потреблением энергии и производством, эти концепции имеют разное наследие и концептуальные разработки с течением времени.

Термин энергетическая автономия появился в академической литературе в начале 1990-х годов, когда в домах и общественных зданиях были установлены новые технологии возобновляемой энергии, такие как солнечные фотоэлектрические системы [16].Например, в 1992 году произошло плодотворное развитие, когда Институт систем солнечной энергии им. Фраунгофера построил энергетический автономный дом во Фрайбурге, Германия [17]. Институт стремился построить самодостаточное здание, желая понять возможности и ограничения децентрализованного производства энергии. Это хорошо иллюстрирует, как одним из центральных принципов энергетической автономии с самого начала была самодостаточность. 3 Однако с 2010 года понятие самодостаточности считалось слишком узким, а социальные аспекты были признаны другими важными вопросами, что расширило круг литературы по этой теме.

Несмотря на то, что термин энергетическая автономия не так широко использовался, как энергетическая автономия, он включен здесь кратко, поскольку он используется в литературе по крайней мере так долго, как термин энергетическая автономия, также для обозначения самодостаточности [ 18]. Мюллер и др. [15] представили идею энергетической автаркии в 2011 году как концептуальную основу для устойчивого и регионального развития. Они приняли несколько иную точку зрения, используя целостный подход, выходящий за рамки самодостаточности, подчеркивая взаимозависимость между энергией и тройным практическим результатом устойчивости - то есть экологическими, экономическими и социальными целями - в пределах региона.Это понятие также включает вопрос о процессе; и как гражданское общество, политика и управление [15] или точки зрения безопасности [19] должны быть вовлечены в процесс создания автаркической энергетической системы. Вскоре после публикации Müller et al. В статье [15] концепция энергетической автономии была расширена в результате работы Рэй и Брэдли по энергии сообщества в 2012 году [2]. С этого момента можно сказать, что термины «энергетическая автономия» и «энергетическая автономия» частично совпадают и используются как синонимы.

Обзор показывает, что в ограниченном количестве исследований термин «энергетический суверенитет» используется вместо энергетической автономии или энергетической автономии.Делл’Анна и Менкони [20], например, исследуют энергетический суверенитет в сельских районах и подчеркивают социальные аспекты этой концепции. Энергетический суверенитет признает «право человека на энергию». Кроме того, суверенитет стремится вернуть контроль отдельным потребителям энергии и сочетает выгоды, получаемые коммунальными предприятиями, с выгодами, получаемыми гражданами [21], подчеркивая социальное неравенство, присущее современным энергетическим системам [14]. Единица анализа в исследованиях энергетического суверенитета варьируется от местных сообществ и сельских регионов [13] до национальных энергетических систем [14,22].

Как видно, нет четких различий между концепциями энергетической автономии и энергетической автономии (в целом последняя остается довольно ограниченным потоком исследований [23–27]). Частичное использование терминов также показывает, что необходимо выйти за рамки цели самодостаточности и понять, как социальная организация, связанная с обеспечением энергией, формирует способность самоопределения обеспечения энергией.

Энергетическая автономия, как концепция, влечет за собой политические, экономические и технологические аспекты [1].Хотя этот термин обычно связан с использованием возобновляемых источников энергии, он не ограничивается простым измерением того, сколько энергии удовлетворяется за счет возобновляемых источников энергии. Энергетическая автономия также влечет за собой социальные процессы, практические стратегии и автономные инициативы различных субъектов (например, отдельных лиц, сообществ, посредников, компаний и муниципалитетов), которые работают вместе, чтобы изменить существующие энергетические режимы [1]. Таким образом, в этом обзоре основное внимание уделяется анализу концепции энергетической автономии, поскольку это наиболее широко используемый термин в литературе (хотя также признаются другие соответствующие термины [e.g., самодостаточность] и когда они по существу относятся к одному и тому же понятию).

Автономное здание | Викидвеллинг | Fandom

Автономное здание - это здание, спроектированное для эксплуатации независимо от вспомогательных инфраструктурных служб, таких как электросеть, газовая сеть, муниципальные системы водоснабжения, системы очистки сточных вод, ливневые стоки, службы связи и, в некоторых случаях, общественные дороги.

Сторонники автономного строительства описывают преимущества, которые включают снижение воздействия на окружающую среду, повышенную безопасность и более низкую стоимость владения.Некоторые упомянутые преимущества удовлетворяют принципам зеленого строительства, а не независимости как таковой (см. Ниже). Автономные здания часто очень мало зависят от государственных служб и поэтому более безопасны и удобны во время гражданских бедствий или военных нападений. (Здания, не подключенные к электросети, не потеряют электричество или воду, если по какой-то причине будут нарушены общественные поставки.)

Большинство исследований и опубликованных статей, касающихся автономного строительства, посвящено жилым домам.

Британские архитекторы Бренда и Роберт Вейл заявили, что по состоянию на 2002 год «во всех частях Австралии вполне возможно построить« дом без счетов », который был бы комфортным без отопления и охлаждения, который бы стал самостоятельным. электричество, собирать воду и разбираться с собственными отходами...Эти дома можно строить уже сейчас, используя готовые технологии. Можно построить «дом без счетов» по ​​той же цене, что и обычный дом, но он будет (на 25%) меньше ». [1]

Дом Димаксион, реконструированный и установленный в музее Генри Форда.

В период с 1930-х по 1950-е годы в трех прототипах домов Dymaxion, созданных Бакминстером Фуллером, были применены многие методы для сокращения использования ресурсов, такие как душевая лейка с «туманом» для уменьшения потребления воды, упаковочный туалет и вакуумная турбина для выработки электроэнергии.Хотя Фуллер не задумывался как автономный сам по себе, забота Фуллера об устойчивом и эффективном дизайне согласуется с целью автономии и показала, что это теоретически возможно. Один из трех прототипов домов Dymaxion, которые произвел Фуллер, был сделан частью обычной семейной резиденции Грэхем в Уичито, штат Канзас, и теперь реконструирован в музее Генри Форда.

В 1970-х годах группа активистов и инженеров, называющих себя «Новыми алхимиками», поверила предупреждениям о неминуемом истощении ресурсов и голоде.Новые алхимики славились глубиной исследовательской работы, вложенной в их проекты. Используя традиционные методы строительства, они разработали серию проектов «биозащиты», самым известным из которых было сообщество Ark Bioshelter на острове Принца Эдуарда. Они опубликовали планы всего этого с подробными проектными расчетами и чертежами. В Ковчеге использовались ветряные насосы и электричество, и он был самодостаточен для производства продуктов питания. В нем были жилые помещения для людей, аквариумы, в которых выращивали тилапию для получения белка, теплицу, орошаемую рыбной водой, и замкнутую систему очистки сточных вод, которая перерабатывала человеческие отходы в дезинфицированные удобрения для аквариумов.По состоянию на 10 января 2010 г. у организации-преемника «Новых алхимиков» есть веб-страница «Институт новой алхимии». [2] Ковчег PEI был заброшен и частично реконструирован несколько раз.

Ванная комната корабля "Земля" со стенкой из переработанных бутылок.

В 1990-е годы были разработаны корабли Earthships, похожие по замыслу на проект Ark, но организованные как коммерческое предприятие, детали конструкции которого были опубликованы в серии из 3 книг Майка Рейнольдса.Строительный материал - покрышки, залитые землей. Таким образом получается стена, обладающая большой тепловой массой (см. Укрытие земли). Бермы кладут на открытые поверхности, чтобы еще больше повысить температурную стабильность в птичнике. Система водоснабжения начинается с дождевой воды, обрабатываемой для питья, затем мытья, затем полива растений, затем смыва туалетов, и, наконец, черная вода снова используется для полива растений. Цистерны размещаются и используются в качестве тепловых масс. Электроэнергия, включая электричество, тепло и водонагреватель, осуществляется от солнечной энергии.

Архитекторы 1990-х годов, такие как Уильям МакДонаф и Кен Йанг, применили экологически ответственное проектирование зданий к крупным коммерческим зданиям, таким как офисные здания, что сделало их в значительной степени самодостаточными в производстве энергии. Одно крупное здание банка (штаб-квартира ING в Амстердаме) в Нидерландах было построено так, чтобы быть автономным и художественным.

По мере того, как архитектор или инженер все больше заботятся о недостатках транспортных сетей и зависимости от удаленных ресурсов, их проекты, как правило, включают больше автономных элементов.Исторический путь к автономии - это забота о надежных источниках тепла, электроэнергии, воды и пищи. Практически параллельный путь к автономии начался с озабоченности по поводу воздействия на окружающую среду, которое порождает недостатки.

Автономные здания могут повысить безопасность и снизить воздействие на окружающую среду за счет использования местных ресурсов (таких как солнечный свет и дождь), которые в противном случае были бы потрачены впустую. Автономность часто резко снижает затраты и влияние сетей, обслуживающих здание, потому что автономия сокращает растущую неэффективность сбора и транспортировки ресурсов.Другие затронутые ресурсы, такие как запасы нефти и сохранение местного водораздела, часто могут быть дешево сохранены с помощью продуманных проектов.

Автономные здания обычно энергоэффективны в эксплуатации и, следовательно, рентабельны по той очевидной причине, что меньшие потребности в энергии легче удовлетворить вне сети. Но они могут заменить производство энергии или другие методы, чтобы избежать снижения отдачи от крайнего сбережения.

Автономная конструкция не всегда экологически чиста.Цель независимости от систем поддержки связана с другими целями экологически ответственного зеленого строительства, но не идентична им. Однако автономные здания также обычно включают некоторую степень устойчивости за счет использования возобновляемых источников энергии и других возобновляемых ресурсов, производящих не больше парниковых газов, чем они потребляют, и других мер.

Во-первых, независимость - это вопрос степени. Достичь полной независимости очень сложно или невозможно.Например, избавиться от зависимости от электросети относительно просто, но выращивание всей необходимой еды - более сложное и трудоемкое занятие.

Жизнь в автономном приюте может потребовать от человека жертв в выборе образа жизни, личном поведении и социальных ожиданиях. Даже самые удобные и технологичные автономные дома могут потребовать некоторых отличий в поведении. Некоторые люди легко приспосабливаются. Другие описывают этот опыт как неудобный, раздражающий, изолирующий или даже как нежелательную работу на полную ставку.Хорошо спроектированное здание может уменьшить эту проблему, но обычно за счет уменьшения автономности.

Автономный дом должен быть построен по индивидуальному заказу (или полностью модернизирован) с учетом климата и местоположения. Пассивные солнечные технологии, альтернативные туалеты и канализационные системы, конструкции теплового массирования, подвальные аккумуляторные системы, эффективные окна и множество других тактик проектирования требуют некоторой степени нестандартного строительства, дополнительных расходов, постоянных экспериментов и обслуживания, а также имеют эффект по психологии пространства.

The Vales, среди прочего, показали, что жизнь вне сети может быть практичным и логичным выбором образа жизни - при определенных условиях. [цитаты необходимы]

Этот раздел включает некоторые минимальные описания методов, чтобы дать некоторое представление о практичности такого здания, предоставить указатели для дополнительной информации и дать представление о современных тенденциях.

Вода [править | править источник]

Бытовая система сбора дождевой воды

Есть много методов сбора и экономии воды.Уменьшение использования рентабельно.

Системы «серой воды» повторно используют слитую промывочную воду для смыва туалетов или полива газонов и садов. Системы серой воды могут вдвое сократить потребление воды в большинстве жилых зданий; однако они требуют покупки отстойника, нагнетательного насоса для серой воды и вторичного водопровода. Некоторые строители устанавливают безводные писсуары и даже компостные туалеты, которые полностью исключают использование воды для удаления сточных вод.

Классическое решение с минимальными изменениями образа жизни - колодец.После бурения устье скважины требует значительной мощности. Однако продвинутые ножки могут снизить потребление энергии в два или более раза по сравнению со старыми моделями. В некоторых местах колодезная вода может быть загрязнена. Мышьяк-фильтр sono удаляет вредный мышьяк из колодезной воды.

Однако бурение скважины - это ненадежный вид деятельности, поскольку на некоторых участках водоносные горизонты истощены. Это также может быть дорого.

Устанавливается бетонная цистерна под полом.

В регионах с достаточным количеством осадков часто более экономично спроектировать здание для использования дождя с дополнительной подачей воды в засуху.Из дождевой воды получается отличная мягкая промывочная вода, но она требует антибактериальной обработки. При употреблении для питья необходимы минеральные добавки или минерализация. [3]

В большинстве пустынных и умеренных климатических условий выпадает не менее 250 мм (10 дюймов) осадков в год. Это означает, что типичный одноэтажный дом с системой «серой воды» может обеспечивать свои потребности в воде круглый год только с крыши. В самых засушливых районах может потребоваться цистерна объемом 30 м³ (8400 галлонов США). Во многих районах в среднем выпадает 13 мм (0,5 дюйма) дождя в неделю, и для них можно использовать цистерну размером до 10 м³.

Во многих регионах трудно содержать крышу в чистоте, чтобы можно было пить. [4] Чтобы уменьшить количество грязи и неприятных запахов, в системах используется металлическая сборная крыша и резервуар для чистки крыш, который отводит первые 40 литров. Вода из цистерн обычно хлорируется, хотя системы обратного осмоса обеспечивают питьевую воду еще более высокого качества.

Современные цистерны обычно представляют собой большие пластиковые емкости. Самотечные резервуары на коротких мачтах надежны, поэтому ремонт насосов менее срочный. Самая дешевая наливная цистерна - это огороженный пруд или бассейн на уровне земли.

Уменьшение автономности снижает размер и стоимость цистерн. Многие автономные дома могут сократить потребление воды ниже десяти галлонов на человека в день, так что в засуху месячный объем воды можно недорого доставить грузовиком. Самовывоз часто возможен путем установки тканевых цистерн для воды, которые подходят под кузов пикапа.

Цистерну можно удобно использовать в качестве радиатора или уловителя для теплового насоса или системы кондиционирования воздуха; однако это может сделать холодную питьевую воду теплой, а в более засушливые годы может снизить эффективность системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Солнечные дистилляторы могут эффективно производить питьевую воду из канавной воды или воды из цистерн, особенно высокоэффективные конструкции многоэтапного увлажнения, которые разделяют испаритель (ы) и конденсатор (ы).

Новые технологии, такие как обратный осмос и водный осмос, могут создавать неограниченное количество чистой воды из загрязненной воды, воды океана и даже из влажного воздуха. Для яхт доступны водогрейные установки, которые преобразуют морскую воду и электричество в питьевую воду и рассол. Генераторы атмосферной воды извлекают влагу из сухого воздуха пустыни и фильтруют ее в чистую воду.

Канализация [править | править источник]

Ресурс [править | править источник]
Файл: Remote compost toilet.jpg

Компостный туалет

Вышеупомянутые подходы относятся к человеческим экскрементам как к отходам, а не как ресурсу. Humanure - это компостированные человеческие экскременты, которые могут возвращать в сад питательные вещества. Переработка человеческих экскрементов требует минимальных изменений образа жизни.

В случае туалетов для компостирования, блоки различного размера могут использоваться для естественного разложения человеческих фекалий в очень полезный и безопасный компост без запаха.Без дальнейших исследований большинство органов здравоохранения запрещают использование «humanure» для выращивания продуктов питания непосредственно в компосте (см. Humanure Джозефа Дженкинса). Риск - микробное и вирусное заражение.

Современные системы очистки бытовых сточных вод используют биологическую очистку, обычно грядки растений и аквариумов, которые устраняют питательные вещества и бактерии и преобразуют серые и сточные воды в чистую воду. Эту регенерированную воду без запаха и цвета можно использовать для смыва туалетов и воды за пределами растений.При тестировании он приближается к стандартам для питьевой воды. В условиях морозного климата растения и аквариумы необходимо содержать в небольшой теплице. Хорошие системы требуют такого же ухода, как и большой аквариум.

Электрические мусоросжигательные туалеты превращают экскременты в небольшое количество золы. Они прохладные на ощупь, в них нет воды и труб, и для них требуется вентиляционное отверстие в стене. Они используются в отдаленных районах, где доступ к ресурсам септика ограничен.

Биореактор НАСА представляет собой чрезвычайно продвинутую биологическую канализационную систему.Он может превращать сточные воды в воздух и воду под действием микробов. НАСА планирует использовать его в пилотируемой миссии на Марс.

Большим недостатком систем биологической очистки сточных вод является то, что если дом пуст, биота канализационной системы умирает от голода.

Другой метод - это система перегонки мочи в воду НАСА.

Отходы [править | править источник]

Обработка сточных вод непривлекательна, но необходима для здоровья населения. Многие заболевания передаются через плохо функционирующие канализационные системы.

Стандартная система представляет собой плиточное промывочное поле, совмещенное с септиком. Основная идея - обеспечить небольшую систему первичной очистки сточных вод. Ил оседает на дно септика, частично восстанавливается анаэробным сбраживанием, а жидкость диспергируется в области выщелачивания. Поле выщелачивания обычно находится под двором, где растет трава. Септики могут работать исключительно под действием силы тяжести и при правильном управлении являются относительно безопасными.

Септики необходимо периодически откачивать цистерной с медом для удаления невосстанавливающих твердых частиц.Отсутствие откачки септика может вызвать перелив, который повредит зону выщелачивания и загрязнит грунтовые воды. Септические резервуары могут также потребовать некоторых изменений в образе жизни, таких как отказ от использования мусорных баков, минимизация количества жидкости, сливаемой в резервуар, и минимизация неперевариваемых твердых частиц, сливаемых в резервуар. Например, рекомендуется использовать безопасную для заражения туалетную бумагу.

Тем не менее, септики остаются популярными, потому что они позволяют использовать стандартные сантехнические устройства и не требуют каких-либо жертв, связанных с образом жизни.

Компостирование или упаковка туалетов делают экономичным и гигиеничным выбрасывать сточные воды в рамках обычной службы по вывозу мусора.Они также вдвое сокращают потребление воды и устраняют сложность и стоимость септиков. Однако они требуют, чтобы на местной свалке соблюдались санитарные нормы.

Инсинераторные системы весьма практичны. Зола биологически безопасна и составляет менее 1/10 объема исходных отходов, но, как и все отходы мусоросжигательных заводов, обычно классифицируется как опасные отходы.

Одними из самых старых видов сточных вод до системы являются туалеты с ямами, уборные и надворные постройки. Они все еще используются во многих развивающихся странах.

Ливневые стоки [править | править источник]

Дренажные системы - решающий компромисс между пригодностью для жизни людей и безопасным, устойчивым водоразделом. Вымощенные участки, лужайки или дерн не позволяют большим осадкам просачиваться сквозь землю для подпитки водоносных горизонтов. Они могут вызвать затопление и повреждение окрестностей, так как вода течет по поверхности к низкой точке.

Обычно сложные, капиталоемкие сети ливневой канализации проектируются для защиты от ливневых стоков.В некоторых городах, таких как Лондонская канализация викторианской эпохи или большая часть старого города Торонто, система ливневой канализации совмещена с системой санитарной канализации. В случае сильных осадков нагрузка на очистные сооружения на конце трубы становится слишком большой, и неочищенные сточные воды сбрасываются в сборные резервуары, а иногда и в поверхностные воды.

Автономные здания могут бороться с осадками несколькими способами:

Если водопоглощающая канава для каждого двора совмещена с водопроницаемыми бетонными улицами, ливневые стоки могут быть исключены из окрестностей.Это может сэкономить более 800 долларов на дом (1970-е годы) за счет устранения ливневых стоков. [5] Один из способов использовать экономию - покупать большие участки, что позволяет получить больше удобств по той же цене. Проницаемый бетон - это хорошо зарекомендовавший себя продукт в теплом климате и разрабатываемый для холодного климата. В условиях морозного климата за ликвидацию ливневых стоков часто все же можно заплатить за достаточно земли, чтобы построить валы (мелководные канавы для сбора воды) или вместо них бермы, препятствующие попаданию воды. Этот план предоставляет домовладельцам больше земли и может предложить более интересную топографию для озеленения.

Зеленая крыша улавливает осадки и использует воду для выращивания растений. Его можно встроить в новое здание или использовать для замены существующей крыши.

Электричество [править | править источник]

Ветряная турбина на крыше

Солнечная фотоэлектрическая система

Поскольку электричество является дорогостоящим коммунальным предприятием, первым шагом к сбережению является создание дома и образа жизни, которые снизят спрос. Флуоресцентные лампы, портативные компьютеры и газовые холодильники экономят электроэнергию, хотя газовые холодильники не очень эффективны. [6] Существуют также сверхэффективные электрические холодильники, такие как те, что производятся компанией Sun Frost, некоторые из которых потребляют только половину электроэнергии, чем массовые холодильники с рейтингом энергоэффективности.

Используя солнечную крышу, солнечные элементы могут обеспечивать электроэнергию. Солнечные крыши потенциально могут быть более рентабельными, чем модернизированная солнечная энергия, потому что зданиям в любом случае нужны крыши. Срок службы современных солнечных элементов составляет около 40 лет, что делает их разумным вложением в некоторые области.Солнечные элементы оказывают лишь незначительное влияние на образ жизни: элементы необходимо очищать несколько раз в год.

Ветер есть в некоторых районах, где нет солнца. Для выработки электроэнергии среднему автономному дому нужен только один небольшой ветрогенератор диаметром 5 м или меньше. Эта турбина на 30-метровой башне может обеспечить достаточную мощность для дополнения солнечной энергии в пасмурные дни. В имеющихся в продаже ветряных турбинах используются герметичные генераторы переменного тока с одной подвижной частью и пассивные самовращающиеся лопасти, которые годами работают без обслуживания.

Самым большим преимуществом энергии ветра является то, что более крупные ветряные турбины имеют более низкую стоимость ватта, чем солнечные элементы, при условии наличия ветра. Однако расположение имеет решающее значение. Так же, как в некоторых местах не хватает солнца для солнечных батарей, в некоторых местах не хватает ветра для экономичной установки турбины. На Великих равнинах США 10-метровая турбина может обеспечить достаточно энергии для обогрева и охлаждения хорошо построенного полностью электрического дома. Экономическое использование в других областях требует исследования и, возможно, обследования места. [7]

В периоды низкой нагрузки избыточная мощность может храниться в батареях для использования в будущем. Однако батареи необходимо заменять каждые несколько лет. Во многих областях расходы на аккумуляторные батареи могут быть устранены путем присоединения здания к электросети и эксплуатации энергосистемы с чистыми счетчиками. Требуется разрешение коммунального предприятия, но такая совместная генерация законодательно разрешена в некоторых регионах (например, в Калифорнии). [8]

Сетевое здание менее автономно, но более экономично и устойчиво с меньшим количеством жертв, связанных с образом жизни.В сельской местности стоимость сети и ее воздействие можно снизить за счет использования однопроводных систем заземления (например, системы MALT).

В областях, где нет доступа к электросети, размер батареи можно уменьшить, установив генератор для подзарядки батарей во время продолжительных туманов или других условий низкого энергопотребления. Вспомогательные генераторы обычно работают на пропане, природном газе или иногда дизельном топливе. Час зарядки обычно обеспечивает день работы. Современные бытовые зарядные устройства позволяют пользователю устанавливать время зарядки, поэтому генератор работает тихо ночью.Некоторые генераторы автоматически проверяют себя раз в неделю. [9] [10]

Последние достижения в области пассивно стабильных магнитных подшипников могут когда-нибудь позволить недорогое хранение энергии в маховике в вакууме. Хорошо финансируемые группы, такие как канадская Ballard Power Systems, также работают над разработкой «регенеративного топливного элемента», устройства, которое может генерировать водород и кислород при наличии электроэнергии и эффективно комбинировать их, когда требуется энергия.

Земные батареи вырабатывают в земле электрические токи, называемые теллурическими токами.Их можно установить в любом месте земли. Они обеспечивают только низкие напряжения и ток. Они использовались для питания телеграфов в 19 веке. По мере увеличения эффективности устройства они могут стать практичными.

Микробные топливные элементы наконец-то позволяют производить электричество из биомассы. Однако, в отличие от прямого сжигания биомассы, метод с использованием микробных топливных элементов полностью без выбросов. Растение можно измельчить и переработать целиком или оставить в живых, чтобы соки растений могли преобразовываться бактериями.

Отопление [править | править источник]

Схема активной солнечной системы отопления

Большинство автономных зданий спроектированы таким образом, чтобы в полной мере использовать преимущества определенных явлений. Обычно это тепловая масса и пассивное солнечное отопление и охлаждение. Примерами являются стены тромбов и другие технологии, такие как световые люки.

Пассивное солнечное отопление может обогревать большинство зданий даже в самом холодном климате. В более холодном климате дополнительные затраты на строительство могут быть всего на 15% больше, чем при строительстве новых традиционных зданий.В теплом климате, где морозные ночи менее двух недель в году, это не сказывается на расходах.

Основным требованием для пассивного солнечного обогрева является то, что солнечные коллекторы должны быть обращены к преобладающему солнечному свету (юг в северном полушарии, север в южном полушарии), а здание должно иметь тепловую массу, чтобы сохранять тепло ночью.

Недавняя экспериментальная система солнечного отопления "Годовое геосолнечное отопление" применима даже в регионах, где зимой мало или совсем нет солнечного света. [11] Он использует землю под зданием для получения тепловой массы. Осадки могут уносить тепло, поэтому земля защищена 6-метровыми юбками пластиковой изоляции. Тепловая масса этой системы достаточно недорогая и большая, чтобы она могла хранить достаточно летнего тепла для обогрева здания в течение всей зимы и достаточно зимнего холода, чтобы охлаждать здание летом.

В гео-солнечных системах, рассчитанных на год, солнечный коллектор часто отделен от жилого помещения (и горячее или холоднее).На самом деле здание может быть построено из утеплителя, например строительство тюков соломы. Некоторые здания спроектированы таким образом, чтобы конвекция через воздуховоды и внутренние помещения исключала необходимость в электрических вентиляторах.

Более скромная «суточная солнечная» конструкция очень практична. Например, для увеличения стоимости строительства примерно на 15% строительные нормы Passivhaus в Европе используют высокоэффективные изоляционные окна, изоляцию R-30, вентиляцию HRV и небольшую тепловую массу. Несмотря на незначительные изменения положения здания, современные окна с изоляцией из криптона или аргона позволяют нормально выглядящим окнам обеспечивать пассивное солнечное тепло без ущерба для изоляции или прочности конструкции.Если есть небольшой обогреватель для самых холодных ночей, плита или цистерна в подвале могут недорого обеспечить требуемую тепловую массу. Строительные нормы Passivhaus, в частности, обеспечивают необычайно хорошее качество внутреннего воздуха, потому что здания меняют воздух несколько раз в час, пропуская его через теплообменник, чтобы сохранить тепло внутри.

Во всех системах небольшой дополнительный обогреватель повышает личную безопасность и снижает влияние на образ жизни за небольшое сокращение автономии. Два самых популярных обогревателя для домов со сверхвысокой эффективностью - это небольшой тепловой насос, который также обеспечивает кондиционирование воздуха, или центральный водяной (радиаторный) воздухонагреватель с рециркуляцией воды из водонагревателя.Конструкции пассивных домов обычно объединяют обогреватель с вентиляционной системой.

Земляные укрытия и ветрозащитные полосы также могут снизить абсолютное количество тепла, необходимого зданию. На несколько футов ниже уровня земли температура колеблется от 4 ° C (40 ° F) в Северной Дакоте до 26 ° C (80 ° F), [12] в Южной Флориде. Ветровые перерывы уменьшают количество тепла, уносимого из здания.

Округлые аэродинамические здания также теряют меньше тепла.

Все большее число коммерческих зданий используют комбинированный цикл с когенерацией для обеспечения отопления, часто нагрева воды, за счет мощности поршневого двигателя природного газа, газовой турбины или электрического генератора Стирлинга. [13]

Дома, предназначенные для работы в случае перебоев в предоставлении государственных услуг, обычно включают дровяную печь или тепло и электроэнергию от дизельного топлива или газа в баллонах, независимо от других механизмов нагрева.

Электрические обогреватели и электроплиты могут обеспечивать экологически чистое тепло (в зависимости от источника энергии), но при этом потребляют большое количество электроэнергии. Если достаточное количество электроэнергии вырабатывается с помощью солнечных батарей, ветряных турбин или других средств, тогда электрические обогреватели и печи становятся практичной автономной конструкцией.

Водяное отопление [править | править источник]

Солнечные водонагреватели широко используются, поскольку они позволяют экономить большое количество топлива. Кроме того, небольшие изменения в образе жизни, такие как стирка, мытье посуды и купание в солнечные дни, могут значительно повысить их эффективность. Для дальнейшего повышения эффективности нагрева воды с использованием солнечной энергии или без нее, устройства рециркуляции тепла горячей воды регенерируют тепло из дренажных трубопроводов, тем самым увеличивая мощность нагрева воды и уменьшая энергию, используемую для нагрева воды.

Основная хитрость в системе солнечного нагрева воды - это использование хорошо изолированного сборного резервуара. Некоторые системы имеют вакуумную изоляцию и действуют как большие термосы. Резервуар наполняется горячей водой в солнечные дни и всегда доступен. В отличие от обычного водонагревателя резервуара, резервуар наполняется только при солнечном свете.

Хорошее хранилище позволяет использовать более компактный коллектор с более высокими технологиями. Такие коллекторы могут использовать относительно экзотические технологии, такие как вакуумная изоляция и отражающая концентрация солнечного света.

Современные практичные и удобные водонагревательные системы сочетают в себе солнечную систему отопления с термостатическим проточным газовым нагревателем, так что температура воды постоянна, а количество не ограничено. Это снова снижает влияние на образ жизни за счет некоторой автономии. В идеале это должна быть когенерационная система, которая производит другую энергию и использует топливо местного производства.

Рециркуляция тепла, когенерация и предварительный солнечный нагрев могут сэкономить 50-75% газа, используемого в иных случаях.Кроме того, некоторые комбинации обеспечивают избыточную надежность за счет наличия нескольких источников тепла.

Некоторые органы власти выступают за замену газа в баллонах или природного газа биогазом. Однако это обычно нецелесообразно, если на территории нет домашнего скота. Отходов одной семьи обычно недостаточно, чтобы произвести достаточно метана для чего-либо, кроме небольшого количества готовки.

Охлаждение [править | править источник]

Земляное укрытие или годовое геосолнечное отопление существенно снижает охлаждение, необходимое зданию.В умеренном климате на несколько футов ниже уровня земли средняя температура колеблется от 4 ° C (40 ° F) в Северной Дакоте до 26 ° C (80 ° F) в Южной Флориде. Годовые гео-солнечные здания часто имеют заглубленные, наклонные водонепроницаемые юбки изоляции, которые простираются на 6 м (20 футов) от фундамента, чтобы предотвратить утечку тепла между землей, используемой в качестве тепловой массы, и поверхностью.

Возможны менее существенные улучшения. Окна можно затенять летом. Карниз можно свесить, чтобы обеспечить необходимый оттенок.Они также затеняют стены дома, снижая затраты на охлаждение.

Еще одна хитрость - охлаждение тепловой массы здания ночью, а затем охлаждение здания от тепловой массы в течение дня. Это помогает направлять холодный воздух от обращенного к небу радиатора (возможно, солнечного коллектора для нагрева воздуха с альтернативным назначением) или испарительного охладителя непосредственно через тепловую массу. Ясными ночами, даже в тропических регионах, радиаторы, обращенные к небу, могут охладиться ниже нуля.

Если круглое здание аэродинамически гладкое и холоднее, чем земля, его можно пассивно охладить за счет «эффекта купола».«Многие установки сообщают, что отражающий или светлый купол вызывает локальный вертикальный тепловой вихрь, который засасывает более холодный верхний воздух вниз в купол, если купол вентилируется должным образом (единственное верхнее вентиляционное отверстие и периферийные вентиляционные отверстия). Некоторые люди сообщают о том, что перепад температур между внутренней и внешней частью купола достигает 8 ° C (15 ° F). Бакминстер Фуллер обнаружил этот эффект с помощью простой конструкции дома, адаптированной из зернового бункера, и адаптировал свой дом Dymaxion и геодезические купола для его использования. .

Холодильники и кондиционеры, работающие на отработанном тепле выхлопных газов дизельных двигателей, дымоходов нагревателей или солнечных коллекторов. В них используются те же принципы, что и в газовых холодильниках. Обычно тепло из дымохода приводит в действие «абсорбционный чиллер». Холодная вода или рассол из чиллера используется для охлаждения воздуха или охлаждаемого помещения.

Когенерация популярна в новых коммерческих зданиях. В современных системах когенерации небольшие газовые турбины или двигатели Стирлинга, работающие на природном газе, производят электричество, а их выхлоп приводит в действие абсорбционный охладитель, нагревая воду.

Рефрижератор с прицепом для грузового автомобиля, работающий на отработанном тепле выхлопных газов дизельного трактора, был продемонстрирован компанией NRG Solutions, Inc. NRG разработала водный теплообменник и испаритель аммиачного газа, два важных новых, не имеющихся в продаже компонента холодильника, работающего на отработанном тепле. .

По аналогичной схеме (многофазное охлаждение) может быть многоступенчатый испарительный охладитель. Воздух пропускают через распылитель солевого раствора, чтобы осушить его, затем через распылитель водяного раствора, чтобы его охладить, затем через другой солевой раствор, чтобы снова его осушить.Рассол необходимо регенерировать, и это можно сделать экономно с помощью низкотемпературного солнечного аппарата. Многофазные испарительные охладители могут снизить температуру воздуха на 50 F и по-прежнему контролировать влажность. Если регенератор рассола использует сильный нагрев, они также частично стерилизуют воздух.

Если имеется достаточно электроэнергии, охлаждение может быть обеспечено обычным кондиционированием воздуха с использованием теплового насоса.

Производство продуктов питания [править | править источник]

Производство продуктов питания часто включается в исторические автономные проекты для обеспечения безопасности. [14] Квалифицированное и интенсивное садоводство может поддержать взрослого на площади от 100 квадратных метров на человека. [15] [16] , возможно, требуя использования органического земледелия и аэропоники. Некоторые проверенные системы интенсивного производства продуктов с низким уровнем затрат включают городское садоводство (в помещении и на открытом воздухе). Выращивание в закрытом грунте может быть выполнено с использованием гидропоники, в то время как выращивание на открытом воздухе может осуществляться с использованием пермакультуры, лесного садоводства, беспахотного земледелия и бездействия сельского хозяйства.

Теплицы также иногда включаются (см. Биотинктура Земного корабля).Иногда они также оснащены системами орошения или системами теплоотвода, которые могут соответственно орошать растения или помогать накапливать энергию солнца и перераспределять ее ночью (когда теплицы начинают остывать). [ необходима ссылка ]

Связь [править | править источник]

Все большее число активистов предоставляют бесплатные или очень недорогие веб-услуги и услуги электронной почты, используя совместные компьютерные сети, которые управляют беспроводными одноранговыми сетями. Сетевое обслуживание обеспечивается группой соседей, каждый из которых использует маршрутизатор как бытовую технику.Это минимизирует проводную инфраструктуру, ее стоимость и уязвимости. Созданные таким образом частные сети Интернет-протокола могут работать без использования коммерческого провайдера.

Сельские электрические сети могут быть соединены «оптическим фазовым кабелем», в котором одна или несколько стальных бронепроволок заменены стальными трубками, содержащими оптоволокно. [17]

Спутниковый доступ в Интернет может обеспечить высокоскоростное соединение с удаленными точками, однако это значительно дороже, чем проводные или наземные беспроводные системы.Также можно использовать Wimax и формы пакетной радиосвязи. В зависимости от скорости и задержки этих сетей они могут быть способны ретранслировать трафик VoIP, что устраняет необходимость в отдельных услугах телефонии. Наконец, проект Internet Radio Linking Project дает возможность сочетать старые (дешевые) местные радиовещания с увеличившимся диапазоном доступа в Интернет.

В зависимости от местоположения может быть доступна мобильная телефонная сеть, которая может предоставлять услуги передачи голоса и данных. Спутниковые телефонные системы также могут использоваться в качестве стационарных или переносных телефонов и могут быть интегрированы в УАТС или локальную IP-сеть.

  1. ↑ Вэйл, Бренда и Роберт (2000). Новый автономный дом . Лондон: Thames & Hudson Ltd. ISBN 0-500-34176-1. .
  2. ↑ «Новый институт алхимии» (веб-сайт). Зеленый центр . Проверено 10 января 2010.
  3. ↑ ВОЗ | Питательные минералы в питьевой воде и потенциальные последствия для здоровья потребления деминерализованной и реминерализованной питьевой воды с измененным содержанием минералов: консенсус совещания
  4. ↑ Cistern Design, Университет Аляски, ссылка на 27 декабря 2007 г.
  5. ↑ Swales, заменяющие водостоки: Пол Хокен, Амори Ловинс и Хантер Ловинс, «Natural Capitalism», гл.5. С. 83. Цитируемый объект - Village Homes, Дэвис, Калифорния, построенный в 1970-х годах Майклом и Джуди Корбетт.
  6. ↑ Sunfrost ставки 15 куб. футов холодильников на 0,27 кВтч / день (2007-12-27), в то время как газовые холодильники Dometic (ранее Servel) охлаждают только 8 куб. футов для 325 Вт непрерывно (то есть 7,8 кВтч / день). В качестве альтернативы они используют около 8 галлонов сжиженного газа в месяц, что в большинстве случаев дороже, чем эквивалентная электроэнергия.
  7. ↑ Пол Гипе, «Энергия ветра для дома и бизнеса»
  8. ↑ Гипе, там же.
  9. ↑ Eaton Power; см. спецификации и руководства. Ссылка 2007-12-27
  10. ↑ Генераторы Колера; см. спецификации и руководства. Ссылка 2007-12-27
  11. ↑ Стивенс, Дон. Сентябрь 2005 г. «Годовое геосолнечное отопление как устойчивое решение для жилых домов для умеренного климата, хотя и менее чем идеальная доступность солнечной энергии в сезон отопления за день». («Запрошенный документ для Глобальной конференции по устойчивому строительству, 2005 г., Токио, Япония»). Сайт Greenershelter.org.Проверено 16 сентября 2007.
  12. ↑ Стивенс, там же.
  13. ↑ Белая книга Capstone Microturbine (PDF), дата обращения 28 декабря 2007.
  14. ↑ Список публикаций Нового института алхимии, дата обращения 05.02.2010.
  15. ↑ «Городская усадьба вкратце» Путь свободы
  16. ↑ Как вырастить полноценную диету на площади менее 1000 квадратных футов Дэйв Духон и Синди Гебхард, 1984, 200 стр. Публикации Ecology Action GROW BIOINTENSIVE (R)
  17. ↑ Northern Economics Inc. и Electric Power Systems Inc.Апрель 2001 г. «Отчет о проверке энергетического плана сельских районов Аляски». (Отчет опубликован на сайте правительства). Министерство торговли, местного населения и экономического развития Аляски, через dced.state.ak.us. Проверено 16 сентября 2007.

Размеры гексаюрта

Импортировано из Википедии

Эта страница импортируется из Википедии для создания статьи или статьи о Wikidwelling. Эти шаги необходимо выполнить:

  1. Разделы, не относящиеся к Wikidwelling, можно удалить или обрезать до краткого комментария. Примечание. Красные ссылки на изображения должны быть удалены , а не
  2. Ссылки на статьи, которые вряд ли будут созданы в Wikidwelling, могут быть отменены. (оставьте ссылки на места и учреждения.)
  3. Категории, возможно, потребуется изменить или удалить - например, «люди 1940-х годов рождения». Категории с красной ссылкой не проблема.
  4. Шаблоны, не используемые в Wikidwelling, должны быть удалены, как и все межвики-ссылки ({{de: ...}}, {{fr: ...}},
  5. Когда эти первые задачи в основном выполнены, вы можете удалить этот шаблон, написав {{Attrib Wikipedia | название статьи}} вместо этого {{Attrib Wikipedia raw | название статьи}} внизу (просто удалите "raw").
    Вы также можете:
  6. Переместите в раздел «Внешние ссылки» все шаблоны, связанные с проектами Викимедиа (например, {{Commons}}, {{Commons category}}, {{Wiktionary}} и т. Д.).
  7. Добавьте в статью более конкретный контент (связанный с темой Wikidwelling), вставьте видео с YouTube и т. Д.

Страницы с этим шаблоном.


Оригинальный товар находился в Автономном здании. Список авторов можно увидеть в истории этой страницы. Текст Википедии доступен по лицензии CC-BY-SA 3.0.

границ | Продвижение децентрализованных устойчивых энергетических систем в различных сценариях поставок: роль стремления к автаркии

1. Введение

На Всемирном климатическом саммите в Париже в декабре 2015 года международное сообщество согласилось сократить выбросы CO 2 , чтобы удерживать глобальную температуру ниже повышения на 2 ° (UNFCCC, 2015).Для достижения этой амбициозной цели широко признается необходимость трансформации нынешней энергетической системы, основанной на ископаемом топливе. Считается, что децентрализованные системы возобновляемых источников энергии играют важную роль в декарбонизации производства энергии во всем мире (IPCC, 2007, 2011). За последние два десятилетия доля возобновляемых источников энергии в производстве энергии и электроэнергии значительно увеличилась. В 2015 году мощности возобновляемых источников энергии составляли 30% от всех мощностей в мире (IRENA, 2016).Помимо уже существующих гидроэнергетических систем, многие страны мира предпочитают производить электроэнергию с помощью солнечных или ветряных систем (REN21, 2016).

Интеграция возобновляемых источников энергии в электроэнергетические системы ставит ряд проблем. Для энергетических систем, основанных на высокой доле возобновляемых децентрализованных технологий, согласование спроса и предложения труднее из-за сильных колебаний производства электроэнергии на фотоэлектрических и ветроэнергетических установках в течение дня и года.Напротив, производство электроэнергии на гидроэлектростанциях, геотермальной энергии и на основе биомассы может обеспечивать базовую нагрузочную способность и заменять централизованные варианты. Использование всего разнообразия децентрализованных технологий использования возобновляемых источников энергии - это первый шаг к обеспечению стабильности системы. Основная задача сетевого оператора - согласование спроса и предложения, что обеспечивается за счет интеграции децентрализованной вырабатываемой электроэнергии в «классические» централизованные энергосистемы. В частности, суточный пик солнечной энергии в летние дни должен быть скорректирован, чтобы поддерживать баланс сетевой инфраструктуры.Для распределения электроэнергии до конечных точек потребления необходимо дальнейшее расширение сети (Sims et al., 2011). Поскольку политический процесс строительства новых линий электропередачи сложен и поэтому часто требует много времени, все больший упор делается на развитие интеллектуальных сетей и зданий с интеллектуальным управлением на стороне спроса (Torriti, 2012). Распространение систем хранения электроэнергии является дополнительным средством повышения соответствия между спросом и предложением в децентрализованных энергетических системах.Крупные гидроэлектростанции с насосным питанием - самая дешевая технология хранения электроэнергии. Расположенный в горных регионах, потребность в транспортировке накопленной электроэнергии через энергосистему сохраняется. Технология преобразования энергии в газ, которая преобразует электроэнергию в транспортируемое газовое топливо путем разделения воды на кислород и водород, является еще одной возможностью использовать избыток электроэнергии от ветровой или солнечной генерации. Дополнительным вариантом хранения энергии является использование систем хранения энергии сжатым воздухом.Идея состоит в том, чтобы хранить сжатый воздух в больших подземных пещерах. Технологии производства энергии из газа и сжатого воздуха все еще находятся на стадии исследований и еще не готовы к выпуску на рынок (Lund and Salgi, 2009; Jülch, 2016). Ожидается, что наряду с этими технологиями, использование небольших электрохимических хранилищ, расположенных в частных домах, будет играть важную роль в поддержании стабильности сети (Denholm et al., 2010). В то время как в предыдущие годы системы электрохимического хранения были недоступны для среднего домовладельца, технический прогресс и увеличение отдачи от масштаба привели к снижению цен на системы.С 2014 года средняя цена на такие аккумуляторные системы хранения снизилась более чем на 30% (BSW-Solar, 2016).

Учитывая рост цен на электроэнергию, вскоре будет достигнут момент, когда частным домовладельцам станет более выгодно напрямую потреблять солнечную электроэнергию собственного производства вместо того, чтобы подавать ее в сеть (Weniger et al., 2015; Kairies et al., 2016 ; Цапф, 2017). Недавнее исследование Korcaj et al. (2015) показали, что намерение внедрить фотоэлектрические системы (частично) зависит от воспринимаемой выгоды от автаркии, предоставляемой системой.Они концептуализировали автаркию как индивидуальную возможность обезопасить и контролировать часть энергоснабжения и стать независимыми от поставщиков энергии (Korcaj et al., 2015). Использование систем хранения электроэнергии могло бы повысить степень автономии энергии домовладельцев, поскольку это позволяет им увеличить количество электроэнергии, производимой собственными силами, которую они могут использовать для себя. Мы ожидаем, что в дополнение к повышенной степени энергетической автаркии использование систем хранения электроэнергии дает несколько психологических преимуществ, которые выходят за рамки простого энергетического преимущества.Исследования показали, что отдельные потребители связывают с концепцией автаркии другие неэнергетические аспекты, такие как независимость, автономия, самодостаточность, надежность поставок и контроль (Fischer, 2004; Rae and Bradley, 2012; Valkering et al., 2014 ; Römer et al., 2015). При рассмотрении психологических аспектов мотивации человека важную роль, вероятно, будут играть вопросы самоопределения (Deci, Ryan, 1985, 1991) и контроля (White, 1959; Bandura, 2001). Поэтому мы ожидали, что стремление людей к автаркии станет решающим фактором для принятия энергетических систем с накоплением электроэнергии.

В настоящем исследовании (см. Рисунок 1) количественное онлайн-исследование (Исследование 1) было объединено с качественными проблемно-ориентированными интервью (Исследование 2), чтобы выявить психологические аспекты стремления к автаркии и их значимость для принятия решения о покупке инновационных энергетических систем. Выбранный нами подход к анализу в этой новой области исследований является многообещающим, поскольку обеспечивает следующие преимущества обеих методологических парадигм. Онлайн-опрос позволил нам количественно оценить готовность участников платить, их предполагаемую автаркию, осуществимость и желательность в различных сценариях поставок, обеспечивая 80% автаркии энергии.Хотя техническая конфигурация сценариев и, следовательно, степень автаркии были идентичными, диапазон автаркии варьировался в зависимости от сценария: энергетическая автаркия на (1) уровне домохозяйства, (2) районе и (3) уровне небольшого города. Целью проблемно-ориентированных интервью было более глубокое изучение множества психологических аспектов стремления к автаркии, указанных в исследовании 1. Примененная техника полуструктурированного интервью позволила нам задавать заранее определенные вопросы, а также узнать об отдельных аспектах помимо заранее определенных.Таким образом, респондентов сначала опросили об их восприятии трех сценариев поставки, а затем задали общие вопросы об их субъективном взгляде на самообеспечение электроэнергией и энергией. Методологический рабочий процесс представлен в схематическом виде на Рисунке 1.

Рисунок 1 . Схематический обзор методологического рабочего процесса.

2. Теоретические основы

2.1. Психологические аспекты стремления к автаркии

Способ организации личного энергоснабжения в значительной степени зависит от индивидуальных или субъективных соображений.В случае стремления к автаркии такие личные размышления о преимуществах и недостатках достижения высокой степени энергетической автаркии могут повлиять на принятие решений. Как и в случае с любой другой желаемой целью, стремление к автаркии определяется различными мотивами, личными ценностями, индивидуальными мнениями, привычками и социальными нормами. Предыдущие исследования децентрализованных устойчивых энергетических систем показали, что решения о покупке основываются не только на финансовых соображениях (Fischer, 2004; Jager, 2006; Korcaj et al., 2015; Römer et al., 2015). Решение вести себя экологически безопасным образом также сильно зависит от ценностей, мотивов и норм людей (Hansla et al., 2008; Lindenberg and Steg, 2013). Так, например, потребители предпочитают экологически чистые инновации, такие как электромобили, которые отражают их экологические ценности, а также их предполагаемый спрос в повседневной жизни (Hahnel et al., 2014a, b). Что касается решений о покупке фотоэлектрических систем (ФЭ), указывается, что стремление к автаркии служит дополнительным сильным предиктором отношения домовладельцев к системам, что, в свою очередь, влияет на намерения домовладельцев покупать (Korcaj et al., 2015). Желание генерировать энергию независимым, самоопределенным и самодостаточным способом, по-видимому, является решающим фактором в достижении принятия и приверженности. Автаркию концептуально связывают с различными психологическими конструкциями, такими как стремление индивидов к независимости (Jager, 2006; Leenheer et al., 2011; Müller et al., 2011; Schmidt et al., 2012; Valkering et al., 2014; Römer et al., 2015; Engelken et al., 2016), автономия (Fischer, 2004; Späth and Rohracher, 2010; Rae and Bradley, 2012), самодостаточность (Fischer, 2004; Späth and Rohracher, 2010; Leenheer et al. al., 2011; Мюллер и др., 2011; Рэй и Брэдли, 2012; Schmidt et al., 2012; Römer et al., 2015; Brosig и Waffenschmidt, 2016; Engelken et al., 2016), надежность поставок (Rae and Bradley, 2012; Römer et al., 2015) и сила контроля (Fischer, 2004; Valkering et al., 2014).

Römer et al. (2015) показали, что близость к автаркии и озабоченность потребителей безопасностью поставок являются сильными факторами, влияющими на намерение приобрести небольшие системы хранения электроэнергии.Их концепция автаркии состоит из независимости от коммунальных предприятий, возможности автономного выбора и возможности быть самодостаточным (Römer et al., 2015). Согласно Brosig и Waffenschmidt (2016), (некоторые) люди обладают личным желанием быть автаркиками. Они показали, что некоторые пользователи готовы повысить уровень своей самообеспеченности, отказавшись от использования бытовых электроприборов (Brosig and Waffenschmidt, 2016). Исследование приемлемости малых теплоэлектроцентралей показало, что наиболее важными мотивами для принятия этих систем были стремление к независимости, стремление к автономии, видение самодостаточных домашних систем и стремление к личному контролю. (Фишер, 2004).Кроме того, участие в проектах умных сетей частично зависит от предполагаемой доступности управляющих устройств и возможности стать более энергонезависимыми (Valkering et al., 2014). Желание стать независимым от поставщиков электроэнергии было определено как важный аспект покупки фотоэлектрической системы среди голландских домовладельцев (Jager, 2006). Опрос потребителей среди голландских домохозяйств был сфокусирован на анализе самого автаркического поведения и показал, что на намерение генерировать собственную энергию влияет забота потребителей об окружающей среде, их привязанность к технологиям и репутация электроэнергетических компаний (Leenheer et al., 2011). Идея энергетической автономии, самодостаточности и энергетической автономии может быть определена в тематическом исследовании австрийского альпийского района, в котором сильная сеть участников выработала общее видение для продвижения необходимых социально-технологических преобразований в направлении устойчивого минимума. -углеродная энергетическая система (Späth and Rohracher, 2010). Устойчивые сообщества часто связаны с энергетической автономией, которая характеризуется высокой степенью самоуправления, возможностью хранить и использовать энергию самостоятельно и способностью действовать независимо.Местные жители ценят получаемые выгоды от повышения надежности снабжения и возможность снижения затрат и выбросов углерода (Rae and Bradley, 2012). Несколько регионов в Германии, Швейцарии и Австрии продвигают идею региональной энергетической автаркии, которая концептуализируется как полностью полагающаяся на внутренние ресурсы для удовлетворения своих потребностей в энергии. Сравнение этих случаев показало, что сильным мотивом инициаторов было укрепление местной экономики и снижение зависимости от внешнего импорта ресурсов (Müller et al., 2011; Schmidt et al., 2012). Engelken et al. (2016) пришли к аналогичному выводу. Чтобы проанализировать, почему муниципалитеты стремятся к энергетической независимости, они провели опрос среди 109 крупных муниципалитетов Германии. Результаты подтвердили, что ожидаемые налоговые поступления, экологическая осведомленность и независимость от частных коммунальных компаний повлияли на стремление крупных компаний к самообеспечению энергией (Engelken et al., 2016).

Помимо индивидуальных аспектов, связанных с концепцией автаркии, необходимо учитывать также социальные аспекты.Децентрализованные системы возобновляемой энергии часто требуют высокого уровня коммуникации между участниками. Это предполагает налаженное сотрудничество между соседями, арендаторами или домовладельцами. Энергетические кооперативы, являющиеся многообещающим способом стимулирования распространения возобновляемых источников энергии на региональном уровне, могут рассматриваться как социальная сеть участников, приверженных достижению высоких показателей автаркии и самодостаточности (Yildiz, 2014; Yildiz et al., 2015 ). Аспекты участия, взаимодействия и доверия особенно важны для социальных отношений в организациях, таких как энергетические кооперативы (Yildiz et al., 2015). Например, проекты возобновляемых источников энергии, разработанные гражданами по восходящей линии, с большей вероятностью будут приняты общественностью, чем нисходящие проекты, разработанные крупными компаниями (Rogers et al., 2008). Участие финансовых граждан оказалось успешным в снижении сопротивления и повышении признания проектов в области возобновляемых источников энергии (Yildiz, 2014). Сравнение ветряной фермы, находящейся в собственности местного сообщества, и нескольких ветряных электростанций, разработанных и принадлежащих крупной компании в Шотландии, показало, что общественное отношение к развитию ветряных электростанций более позитивно в тех областях, где местное сообщество принимает непосредственное участие (Warren and McFadyen, 2010).Даже для таких крупных проектов, принадлежащих разработчикам, предоставление местным жителям таких общественных благ, как рабочие места или инвестиционные возможности, рассматривается как эффективная стратегия снижения сопротивления и повышения признания (Cass et al., 2010). Холстенкамп и Кахла (2016) провели опрос среди акционеров и членов общественных энергетических компаний, чтобы проанализировать их инвестиционные мотивы. Результаты показали, что для членов энергетических кооперативов экономические соображения относительно получения прибыли менее важны, чем для членов товариществ с ограниченной ответственностью (Holstenkamp and Kahla, 2016).Исследование инициатив в области возобновляемых источников энергии на уровне сообществ показало, что межличностное и социальное доверие между местными жителями и группами выгодно для реализации проектов, поскольку люди положительно относятся к участию и в процессе развития в целом (Walker et al., 2010 ). Идентификация с местным сообществом рассматривается как важный детерминант для активного участия граждан и поддержки кооперативного поведения (Stürmer et al., 2008).

Несмотря на разнообразие исследований, посвященных различным аспектам автаркии, эмпирическая концептуализация и определение концепции автаркии и ее аспектов все еще отсутствуют.Что касается технологий возобновляемых источников энергии, которые влияют на объективную автаркию, необходимо изучить различные психологические аспекты стремления к автаркии, чтобы дать более точные прогнозы решений домовладельцев о покупке и поддержать внедрение систем.

2.2. Психологические теории, объясняющие стремление к автаркии

Психологические теории позволяют лучше понять основные психологические механизмы стремления к автаркии. В частности, при изучении влияния стремления к автаркии на решения о покупке следует принимать во внимание аспекты человеческой мотивации, вопросы самоопределения и контроля.

2.2.1. Теории управления

Идея фундаментальной потребности в контроле над окружающей средой широко обсуждалась в психологических исследованиях (White, 1959; DeCharms, 1968; Seligman, 1975; Thompson, 1981; Bandura, 1996). Люди стремятся влиять на окружающие их ситуации, контролировать текущие процессы и предвидеть разворачивающиеся события (White, 1959). Уайт (1959) разработал и определил концепцию компетенции, которую можно определить как способность эффективно взаимодействовать с окружающей средой.Люди склонны считать себя причиной действий и изменения окружающей среды (DeCharms, 1968). Чтобы быть эффективным, не нужно осуществлять контроль. Вместо этого достаточно, если ситуация воспринимается как управляемая (Селигман, 1975; Томпсон, 1981). Согласно Бандуре (2001), «способность осуществлять контроль над природой и качеством своей жизни является сущностью человечности». (стр.1). Поэтому Бандура (1977, 1982, 1996) разработал концепцию самоэффективности, индивидуального восприятия или веры в свои способности выполнять запланированное поведение.В рамках теории запланированного поведения (Ajzen, 1985, 1991) концепция воспринимаемого поведенческого контроля совместима с конструкцией самоэффективности.

Когда эти аспекты контроля принимаются во внимание при эксплуатации энергетических систем, вполне вероятно, что внедрение и распространение технологических инноваций улучшится. Например, участие пользователей в процессах реализации показало, что восприятие пользователями контроля восстановлено, что облегчает принятие используемых технологий (Baronas and Louis, 1988).Контроль, концептуализированный внутренней самоэффективностью и внешними условиями содействия, оказался одним из основных определяющих факторов восприятия простоты использования новой внедренной технологии (Venkatesh, 2000).

2.2.2. Теория самоопределения

Теория самоопределения (Deci and Ryan, 1985, 1991) подчеркивает, что люди преследуют цели, чтобы удовлетворить три врожденные психологические потребности: автономию, компетентность и взаимосвязь. Автономия описывается как желание самоорганизоваться и инициировать собственное поведение, в то время как компетентность относится к желанию чувствовать себя эффективным во взаимодействии с окружающей средой и при выполнении действий.Родство, напротив, означает, что у людей есть желание чувствовать связь с другими и получать поддержку от важных окружающих (Ryan and Deci, 2000, 2006). Кроме того, Deci и Ryan (2000) провели различие между содержанием целей и регулятивными процессами, посредством которых эти цели достигаются. Люди осознают важность целей для себя в соответствии со своими личными устремлениями. Некоторые цели обеспечивают больший потенциал для удовлетворения трех психологических потребностей, чем другие.Помимо содержания целей, регулирующие процессы достижения цели определяют результаты целенаправленного поведения. Опытная автономия, компетентность и взаимосвязь во время выполнения действия приводят к повышению производительности и большей устойчивости поведенческих изменений (Deci and Ryan, 2000).

Принимая во внимание эти индивидуальные тенденции к самоопределению в процессе внедрения и эксплуатации энергетических систем, вероятно, что принятие технологических инноваций улучшится.Например, предыдущее исследование (Roca and Gagné, 2008; Yoo et al., 2012; Nikou and Economides, 2014) объединило теорию самоопределения с моделью принятия технологий (Davis, 1989), которая оказалась одной из основные модели в объяснении принятия технологий. Ожидается, что два фактора, воспринимаемая полезность и кажущаяся простота использования, будут основными определяющими факторами поведения пользователя. Первая, воспринимаемая полезность, относится к убеждению человека в том, что использование определенной технологии улучшает его / его производительность.Вторая, воспринимаемая простота использования, определяется как уверенность человека в том, что использование конкретной технологии не требует усилий (Davis, 1989). В случае средств электронного обучения на базе Интернета желание продолжать использовать информационные технологии возрастает, если пользователи воспринимают себя автономными и компетентными, а также когда они чувствуют связь и поддержку со стороны коллег (Roca and Gagné, 2008). У людей развивается более высокая мотивация использовать электронное обучение на рабочем месте, когда они независимо решают, следует ли демонстрировать определенное поведение и когда они могут действовать автономно (Yoo et al., 2012). Отношение к использованию мобильной оценки в значительной степени зависит от воспринимаемой автономии, компетентности и взаимосвязи (Nikou and Economides, 2014). Что касается поведения в окружающей среде, самоопределившиеся люди обычно недовольны состоянием окружающей среды и, как следствие, более охотно участвуют в поведении, защищающем его (Pelletier et al., 1998). Кроме того, было обнаружено, что автономные люди более последовательны в своих экологических установках и поведении во времени (Villacorta et al., 2003). Участники усвоили мотивацию в отношении самостоятельно выбранных экологических целей в большей степени, когда они воспринимают ситуацию как поддерживающую автономию и когда их право выбора соблюдается (Osbaldiston and Sheldon, 2003). В случае потребления энергии в домашних условиях автономная мотивация существенно влияет на энергосберегающее поведение потребителей (Webb et al., 2013).

2.2.3. Предположения

Мы предположили, что степень энергетической автаркии, которая определяется количеством энергии, генерируемой системой (ами) возобновляемой энергии данного человека, его района или его сообщества, является лишь одним из множества аспектов концепции психологической автаркии. актуально для оценки таких систем.В соответствии с этим предположением и представленными теориями самоопределения и контроля, неэнергетические аспекты стремлений к автаркии должны быть рассмотрены при изучении принятия технологических инноваций, влияющих на автаркию. Примерами таких неэнергетических аспектов являются стремление к независимости, автономии, самодостаточности, надежности снабжения и возможности контроля. Предполагаемые психологические компоненты представленных сценариев отражены в Таблице 1.

Таблица 1 .Предполагаемые психологические составляющие представленных сценариев.

В случае принятия решений о покупке децентрализованных устойчивых энергетических систем мы ожидали, что люди будут отдавать предпочтение технологическим системам, которые поддерживают их независимость, автономность, самодостаточность, надежность энергоснабжения и контроль над их энергоснабжением. Таким образом, на решения о покупке децентрализованных инноваций в области устойчивой энергетики должно влиять воспринимаемое домовладельцами стремление к автаркии и ее многочисленные аспекты, выходящие за рамки простой энергетической автаркии.

3. Исследование 1: Интернет-опрос

3.1. Метод

3.1.1. Участников

Всего онлайн-исследование завершили 168 участников (100 женщин). Средний возраст участников составлял 32,5 года (SD = 13,3). Стремясь получить удобную выборку, со знакомыми студентами и не студентами связывались по электронной почте, в социальных сетях или напрямую. Мы попросили участников переслать электронное письмо, содержащее ссылку на онлайн-опрос, дополнительным потенциальным участникам.Участники заполнили анкету онлайн и не получили компенсации. Все участники проживали в Германии. Участие заняло около 15 мин. Поскольку участники добровольно согласились заполнить онлайн-опрос, вполне вероятно, что наша выборка содержит систематическую ошибку самоотбора, что может привести к тому, что выборка не будет полностью репрезентативной для населения.

В соответствии с этическими стандартами, описанными Немецким научным фондом (DFG, 2016), психологические исследования на здоровых людях освобождаются от этического одобрения, если исследование не связано с личным риском, высоким физическим или эмоциональным стрессом и когда участники полностью осведомлены об этом. цели и процедуры исследования.Что касается нашего исследования, участники добровольно согласились заполнить анкету онлайн и имели возможность отказаться от участия в любой момент опроса. Участники были полностью проинформированы о целях и порядке проведения опроса. Информированное согласие было получено от всех участников перед началом исследования. Ответы были анонимными и закодированы таким образом, что невозможно было связать утверждения с конкретным предметом. Поскольку онлайн-опрос полностью соответствует этическим требованиям Немецкого научного фонда (DFG, 2016), одобрение этического комитета ответственным этическим комитетом не требуется.

3.1.2. Типовой проект дома

Исследование было основано на дизайне внутри субъектов с факторным сценарием (домохозяйство / район / небольшой город) и зависимыми переменными - готовностью платить, воспринимаемой автаркией, предполагаемой осуществимостью и предполагаемой желательностью.

3.1.3. Разработка и характеристика трех сценариев

Целью разработки сценария было варьировать различные предполагаемые психологические компоненты стремления к автаркии, сохраняя при этом постоянную энергетическую автаркию (см. Таблицу 1).Поскольку участники указали на свою готовность платить за реализацию описанных сценариев, было важно, чтобы сценарии были реалистичными и представляли возможные будущие условия. Сценарии включали широкий спектр децентрализованных систем возобновляемой энергии, таких как фотоэлектрические и солнечные тепловые модули, электрохимические хранилища и небольшие теплоэлектростанции (Schmidt et al., 2012). Во всех трех сценариях постулировалась степень автаркии энергии 80%, подразумевая, что 80% спроса на энергию покрывается за счет внутренних ресурсов.Кроме того, было подчеркнуто, что электроэнергия будет производиться из 100% возобновляемых ресурсов (Leukefeld and Prutti, 2014; Weniger et al., 2015; KfW, 2016). Основное различие между тремя изображенными сценариями заключалось в диапазоне автаркии: (1) домохозяйство, (2) район или (3) уровень маленького городка. Во всех трех сценариях участников просили представить, что они живут в собственном доме. Использование иллюстраций в экспериментальных исследованиях должно осуществляться с осторожностью, чтобы избежать искажающего воздействия на восприятие участников.Предыдущие исследования показали, что использование несовершенных иллюстраций может привести к неправильной интерпретации предполагаемого содержания (Feenstra, 2012). По этой причине мы объединили иллюстрации трех сценариев с соответствующими текстовыми материалами (L’Orange Seigo et al., 2013). Дизайн графиков (см. Рис. 2–4) и длина описаний были максимально похожи во всех трех сценариях, отличаясь только диапазоном автаркии. Различные ключевые слова использовались для запуска и обрамления представленных настроек и различного диапазона автаркии в разных сценариях.Мы предполагаем, что предполагаемые психологические аспекты стремления к автаркии, такие как независимость, автономия, самодостаточность, надежность поставок и контроль, будут различаться в трех сценариях. Таким образом, восприятие и оценка участниками каждого сценария должны отличаться в результате различного диапазона автаркии.

Рисунок 2 . Сценарий домохозяйства: энергетическая автаркия на уровне домохозяйства.

Рисунок 3 . Сценарий соседства: энергетическая автаркия на уровне микрорайона.

Рисунок 4 . Сценарий маленького городка: энергетическая автаркия на уровне маленького городка.

3.1.3.1. Сценарий домохозяйства

В сценарии домохозяйства участников просили представить, что они живут в собственном доме в небольшом городке в сельской местности. В этом сценарии фотоэлектрические и солнечные тепловые модули на крыше вырабатывают электричество и теплую воду. Небольшая теплоэлектроцентраль в подвале дома обеспечивает дополнительную электроэнергию и энергию.Электрохимическая система хранения хранит излишки электроэнергии, произведенные в доме, обеспечивая их в периоды низкого или полного отсутствия энергии, например, в ночное время или в пасмурную погоду. Производство и потребление в домашнем хозяйстве оптимизируется с помощью компьютерного менеджера энергопотребления (см. Рисунок 2).

3.1.3.2. Сценарий района

В сценарии соседства дом соединен с несколькими домами в ближайшем соседстве.Техническая конфигурация состоит из тех же технологий, что и в Домашнем сценарии. Единственное отличие состоит в том, что технологические системы используются совместно и коллективно участвующими домовладельцами по соседству. Опять же, на большинстве крыш есть фотоэлектрические и солнечные тепловые модули. В некоторых подвалах небольшие теплоэлектроцентрали обеспечивают район дополнительной мощностью и энергией, а батареи накапливают электроэнергию для последующего потребления энергии. Компьютерный энергоменеджер соединяет дома по соседству и оптимизирует производство и потребление энергии по соседству (см. Рисунок 3).

3.1.3.3. Сценарий маленького городка

В сценарии «Маленький город» дом соединен с несколькими другими домами, расположенными в пределах небольшого городка (то есть за пределами ближайшего района). Техническая конфигурация состоит из тех же технологий, что и в двух других сценариях. Основное отличие от сценария «Домохозяйство и микрорайон» состоит в том, что технологические системы, все еще находящиеся в каждом из частных домов, коллективно используются участвующими домовладельцами, расположенными в небольшом городке.Технологические устройства для выработки и хранения энергии идентичны первым двум сценариям. Компьютерные менеджеры по энергопотреблению соединяют дома в маленьком городке и оптимизируют производство и потребление энергии в маленьком городке (см. Рисунок 4).

3.1.4. Зависимые переменные

3.1.4.1. Готовность платить

Для оценки готовности платить за реализацию описанного сценария участникам было предложено представить, что дополнительные затраты будут добавлены к цене на электроэнергию.Мы использовали прямой подход (Le Gall-Ely, 2009; Miller et al., 2011), прося участников напрямую заявить о своей готовности платить за реализацию следующим пунктом: «Сколько вы готовы платить больше за реализация описанного сценария? » Для дополнительной иллюстрации была предоставлена ​​информация о том, что средняя цена на электроэнергию составляла около 28 процентов за кВтч (BDEW, 2016). С учетом потребления небольшой семьей 5000 кВтч в год годовой счет за электроэнергию составляет около 1400 евро.Кроме того, небольшая таблица проинформировала их, что повышение цены на 1/5/10 цента за кВтч приведет к дополнительным расходам в размере 50/250/500 евро в год. Участники сообщили о своей готовности платить по каждому сценарию, указав сумму, которую они были готовы добавить к фиксированной цене на электроэнергию в размере 28 процентов за кВтч. Нам хорошо известна методологическая неточность гипотетического запроса испытуемых о том, что они готовы платить за реализацию сценария. Мы явно оставили открытым вопрос, принадлежит ли используемая система или нет, избегая возможных затрудняющих воздействий на предоставленные ответы.Наша главная цель заключалась в оценке относительных межличностных различий в восприятии трех сценариев, а не в определении абсолютных значений.

3.1.4.2. Воспринимаемая автарки

Воспринимаемая автаркость сценариев оценивалась по одному пункту: «Как вы воспринимаете автаркию описанного сценария?» Участники указали свое восприятие по 6-балльной шкале Лайкерта. Участники указали свое восприятие по 6-балльной шкале Лайкерта в диапазоне от 1 ( определенно не автаркичный ) до 6 ( полностью автаркичный ).Шкала типа Лайкерта - один из наиболее часто используемых инструментов опроса для измерения отношения и мнения к определенному утверждению или вопросу (Likert, 1932; Carifio and Perla, 2007).

3.1.4.3. Предполагаемая осуществимость

Воспринимаемая осуществимость сценариев оценивалась по одному пункту: «Как вы оцениваете осуществимость описанного сценария?» Участники указали на свою предполагаемую осуществимость по 6-балльной шкале Лайкерта.Участники указали на свою предполагаемую осуществимость по 6-балльной шкале Лайкерта в диапазоне от 1 ( определенно невыполнимо, ) до 6 ( полностью выполнимо, ).

3.1.4.4. Воспринимаемая желательность

Воспринимаемая желательность сценариев оценивалась по одному пункту: «Как вы оцениваете желательность описанного сценария?» Участники указали свое восприятие по 6-балльной шкале Лайкерта. Участники указали свое восприятие по 6-балльной шкале Лайкерта в диапазоне от 1 ( определенно нежелательно, ) до 6 ( совершенно желательно ).

3.1.5. Процедура

Онлайн-исследование началось со вводной страницы, на которой упоминалась общая тема научного проекта. Перед тем, как были представлены три сценария автаркии, участники сообщили о своей демографии. Впоследствии каждый из трех сценариев автаркии был представлен в рандомизированном порядке. Участники сообщили о своей готовности платить, о своей предполагаемой автаркии, о своей предполагаемой осуществимости и о своей предполагаемой желательности для каждого сценария. Наконец, участники имели возможность сообщить общие комментарии, и их поблагодарили за участие.

3.2. Результатов

В нашем эксперименте каждого участника попросили оценить все три сценария. Этот план повторных измерений, сравнивающий различия внутри субъекта, казался наиболее подходящим для нашего статистического анализа (Field, 2014). Поскольку мы хотели измерить восприятие трех различных сценариев, а не определять оптимальный профиль продукта, мы решили не применять совместный анализ (Green et al., 2001). Для каждой из зависимых переменных был применен односторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (rmANOVA), чтобы проверить влияние факторного сценария.Когда тест Мочли показал, что предположение о сферичности было нарушено, степени свободы были скорректированы с использованием оценок Хьюна – Фельдта. Чтобы учесть накопление альфа-ошибок из-за многократного тестирования, мы применили поправку Бонферрони для каждого из проведенных анализов, изменив уровень значимости с p = 0,05 до 0,0125.

3.2.1. Готовность платить

Результаты показали, что факторный сценарий оказал значительное влияние на готовность платить, F (2, 334) = 8.97, p <0,001, ηp2 = 0,051; Huynh - Фельдт исправил ( ϵ = 0,94). Результаты апостериорных сравнений с использованием поправки Бонферрони подтвердили, что существуют также значительные различия между парами средних значений сценария. Среднее значение готовности платить в сценарии домохозяйства значительно отличалось от сценария района ( p = 0,003) и сценария маленького городка ( p = 0,002). Между сценариями района и маленького городка разница была статистически незначимой ( p = 1).Средние значения сценариев показаны на Рисунке 5.

Рисунок 5 . Средние значения в евроцентах за кВтч и евро в год для трех сценариев поставки; слева y - ось: доплата за кВтч; справа y - ось: в результате дополнительные расходы в год при годовом потреблении 5 000 кВтч. ANOVA с повторными измерениями выявил значимый основной эффект: F (2, 334) = 8,97, p, <0,001, ηp2 = 0,051. Парное сравнение показало, что готовность платить больше была выше в сценарии домохозяйства, чем в сценарии соседства ( p = 0.003) и чем в сценарии маленького городка ( p = 0,002), но разница между двумя последними сценариями не была значительной ( p = 1). Планки погрешностей отображают доверительные интервалы 95%. N = 168 (100 самок). * p ≤ 0,0125.

3.2.2. Воспринимаемая автарки

Результаты показали, что факторный сценарий оказал значительное влияние на воспринимаемую автаркию, F (2, 334) = 58,16, p <0,001, ηp2 = 0.258; Huynh - Фельдт исправил ( ϵ = 0,94). Результаты апостериорных сравнений с использованием поправки Бонферрони подтвердили, что существуют также значительные различия между парами средних значений сценария. Среднее значение воспринимаемой автаркии в сценарии домохозяйства значительно отличалось от сценария района ( p <0,001) и сценария маленького городка ( p <0,001). Между сценарием «Район» и «Маленький городок» разница была статистически незначимой ( p = 0.014). Средние значения сценариев показаны на рисунке 6.

Рисунок 6 . Средние значения воспринимаемой автаркии, предполагаемой осуществимости и предполагаемой желательности для трех сценариев предложения. Повторные измерения ANOVA выявили только значительный основной эффект для воспринимаемой автаркии, F (2, 334) = 58,16, p, <0,001, ηp2 = 0,258, и значительный основной эффект для воспринимаемой желательности, F (2 , 334) = 7,14, р <0.001, ηp2 = 0,041. Парное сравнение показало, что воспринимаемая автаркия была выше в сценарии домохозяйства, чем в сценарии соседства ( p <0,001) и чем в сценарии маленького городка ( p <0,001). Парное сравнение показало, что воспринимаемая желательность была выше в сценарии маленького городка, чем в сценарии домохозяйства ( p = 0,003) и чем в сценарии района ( p = 0,006). Планки погрешностей отображают доверительные интервалы 95%. N = 168 (100 самок). * p ≤ 0,0125.

3.2.3. Предполагаемая осуществимость

Результаты показали, что не было значительного влияния факторного сценария на воспринимаемую осуществимость, F (2, 334) = 2,84, p <0,062, ηp2 = 0,017; Huynh - Фельдт исправил ( ϵ = 0,96). Средние значения сценариев изображены на Рисунке 6.

3.2.4. Воспринимаемая желательность

Результаты показали, что факторный сценарий оказал значительное влияние на воспринимаемую желательность, F (2, 334) = 7.14, p <0,001, ηp2 = 0,041. Результаты апостериорных сравнений с использованием поправки Бонферрони подтвердили, что существуют также значительные различия между парами средних значений сценария. Среднее значение воспринимаемой желательности в сценарии маленького городка значительно отличалось от домашнего хозяйства ( p = 0,003) и сценария района ( p = 0,006). Между сценариями «Домохозяйство» и «Район» разница была статистически незначимой ( p = 1).Средние значения сценариев показаны на Рисунке 6.

3.3. Обсуждение

Результаты показали, что самая высокая готовность платить (см. Рисунок 5) была обнаружена для сценария домохозяйства. Сравнивая результаты с приведенной стоимостью электроэнергии (LCOE) фотоэлектрических систем (PV) в Германии (ISE, 2013), можно сделать интересное наблюдение. Согласно Fraunhofer ISE (2013), приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) фотоэлектрических (PV) электростанций в Германии в 2013 году составляла 7.8 и 14,2 цента за кВтч. С дополнительными затратами в размере 11 процентов за кВтч и, как следствие, дополнительными затратами в размере 550 евро в год, готовность платить (см. Рисунок 5) для сценария домохозяйства находится в пределах LCOE для фотоэлектрических электростанций. В будущем ожидается дальнейшее снижение затрат (ISE, 2013). Что касается воспринимаемой автаркии (см. Рисунок 6), результаты показали, что она также была самой высокой в ​​сценарии домохозяйства. Мы предполагаем, что на восприятие сценария домохозяйства, в частности, влияют психологические аспекты стремления к автаркии, в то время как для двух других сценариев эти аспекты, по-видимому, менее важны.Из-за того, что диапазон автаркии варьируется, количество вовлеченных людей отличается от сценария к сценарию, как и итоговые процессы общения и принятия решений. Сценарий домохозяйства характеризуется гипотетической ситуацией, когда испытуемые живут в своих собственных домах только с членами своей семьи. Они контролируют текущие процессы и не несут ответственности за других людей в процессе принятия решений. Вероятно, они убеждены, что они сами обеспечат себе энергоснабжение (Brosig and Waffenschmidt, 2016), не полагаясь на внешнюю поддержку.Как следствие, они могут считать себя автономными и самодостаточными субъектами (Fischer, 2004; Römer et al., 2015). В отличие от этого, количество вовлеченных лиц увеличивается в сценарии микрорайона и маленького городка. Испытуемые зависят от других и вынуждены отвечать не только членам своей семьи, но и людям в своем районе и своем маленьком городке. Некоторые решения необходимо принимать вместе, чтобы они были эффективными. Совместное использование технологий делает необходимым четкое и эффективное общение, в котором межличностное и социальное доверие является ключевым элементом (Walker et al., 2010; Йылдыз и др., 2015). Следовательно, субъекты могут считать себя менее самоопределенными и менее автономными в этих сценариях, чем в сценарии домохозяйства. Некоторые из них могут больше не быть убеждены в том, что они дёргают за ниточки и, следовательно, не могут влиять на текущие процессы. Интересно, что предполагаемая желательность (рис. 6) была самой высокой в ​​сценарии маленького городка, напротив. В отличие от готовности платить, мы предполагаем, что на восприятие желательности влияют скорее социальные и политические соображения, чем психологические аспекты стремления к автаркии.При реализованной степени энергетической автаркии 80% и поставке электроэнергии, состоящей на 100% из возобновляемых источников энергии в каждом сценарии, вполне вероятно, что субъекты воспринимают все сценарии как многообещающие для уменьшения зависимости от ископаемого топлива и стимулирования необходимого CO 2 - сокращение (Engelken et al., 2016). Тот факт, что в сценарии маленького городка больше домов и людей принимают участие в декарбонизации и устойчивом преобразовании энергии и производства электроэнергии, возможно, был причиной определенного предпочтения сценария маленького городка (Rae and Bradley, 2012).Что касается осуществимости, все сценарии были восприняты как вполне выполнимые (см. Рисунок 6). Похоже, что участники основывали свое решение в основном на технических конфигурациях, которые были идентичны во всех трех сценариях.

Подводя итог, мы предполагаем, что субъекты предпочитают сценарий, который позволяет им достичь независимости от поставщиков энергии и обеспечить их энергоснабжение, а также который позволяет им стать автономными, самодостаточными и контролировать текущие процессы.Наше предположение основано на конкретной конфигурации трех сценариев поставок и на том, как они были восприняты участвующими субъектами. Для надежной интерпретации выявленных результатов мы провели 13 полуструктурированных интервью в исследовании 2, чтобы укрепить наше предположение и более глубоко изучить многочисленные психологические аспекты стремления к автаркии, указанные в исследовании 1.

4. Исследование 2: полуструктурированные интервью

4.1. Метод

4.1.1. Участников

Всего осенью 2015 г. было опрошено 13 человек (6 женщин).Их средний возраст составлял 44 года, от 21 до 80 лет. Выборка состояла из 10 непрофессионалов и трех экспертов, работающих в области возобновляемых источников энергии. Эксперты были изготовителем фотоэлектрических модулей и солнечных батарей, инженером-консультантом и консультантом по вопросам энергетики, специализирующимся на децентрализованных решениях в области возобновляемых источников энергии для небольших сообществ, а также представителем регионального кооперативного союза, ответственным за проекты в области энергетики, принадлежащие гражданам (см. Таблицу 2) . Сочетание неспециалистов и экспертов обещает воспроизвести множество различных мыслимых точек зрения.Опрошенные были отобраны с использованием личных и профессиональных контактов с университетами. Два интервьюера проводили интервью отдельно. Продолжительность варьировалась от 25 до 60 мин. Все интервью были записаны на звук и проводились на немецком языке. Важно помнить, что мнение экспертов может пострадать от возможных эффектов самоуверенности, таких как переоценка собственных способностей или чрезмерная точность собственных убеждений (Moore and Healy, 2008).

Таблица 2 .Характеристики опрошенных неспециалистов и экспертов.

В соответствии с этическими стандартами, описанными Немецким научным фондом (DFG, 2016), психологические исследования на здоровых людях освобождаются от этического одобрения, если исследование не связано с личными рисками, высоким физическим или эмоциональным стрессом и когда участники полностью осознают цели и процедуры исследования. Что касается нашего исследования, респонденты добровольно согласились принять участие в интервью и имели возможность отказаться от участия на любом этапе интервью.Опрошенные были полностью проинформированы о целях и процедуре интервью. Перед началом интервью у всех опрошенных было получено устное информированное согласие. Ответы были анонимными и закодированы таким образом, что невозможно было связать утверждения с конкретным предметом. Поскольку проведенные интервью полностью соответствуют этическим требованиям Немецкого научного фонда (DFG, 2016), одобрение этического комитета ответственным этическим комитетом не требуется.

4.1.2. Разработка правила собеседования

Проблемно-центрированные интервью (PCI) следовали рекомендациям Witzel (1985, 2000). Предполагается, что содержащиеся вопросы стимулируют размышления респондентов, а не заставляют их придерживаться строгой схемы вопрос-ответ. Цель PCI - наладить открытый диалог. Предполагается, что собеседники разговаривают свободно. Задача интервьюера - вести беседу. Поэтому разработка рекомендаций по собеседованию имеет решающее значение.Руководство обеспечивает основу для ориентации, обеспечивающую сопоставимость интервью. Руководство было разделено на две части.

В первой части респондентов спросили об их гипотетической готовности платить и их восприятии относительно автаркии, осуществимости и желательности трех сценариев предложения (см. Рис. 2–4), разработанных в исследовании 1. После этого респондентов попросили объясните свои рейтинги. Презентация сценариев послужила стимулом для начала интервью и определения общей темы децентрализованных систем возобновляемой энергии.

Во второй части респондентов попросили высказать свое общее мнение по вопросам децентрализованных систем возобновляемой энергии и по многим аспектам стремления к автаркии. Мы попросили респондентов рассказать о своих отношениях со своими поставщиками энергии и электроэнергии. Кроме того, мы хотели знать, могут ли они представить себе генерирование собственной энергии индивидуально или совместно с другими людьми, прежде чем они должны сообщить о своих намерениях относительно автоматического или ручного управления технологической системой, а также о своем желании обладать технологией.Мы также попросили их описать аспекты самодостаточных систем снабжения, которые они считали отрицательными или положительными. Последний пункт касался личных мотивов производства собственной энергии и электричества.

Целью интервью было дать лучшее понимание основной аргументации, ведущей к результатам, наблюдаемым в исследовании 1, и выявить различные психологические аспекты стремления к автаркии. В то время как Исследование 1 показало, что степень энергетической автаркии является лишь одним из множества аспектов концепции психологической автаркии, имеющей отношение к оценке энергетических систем, интервью были направлены на углубленное изучение различных неэнергетических аспектов стремления к автаркии, таких как как стремление к независимости, автономии, самоопределению и контролю.

4.1.3. Процедура

Что касается методических вопросов и для ознакомления с подготовленным руководством, мы провели тестовый запуск. Тестовый прогон оценивался в команде, чтобы минимизировать влияние интервьюера, поскольку мы были двумя интервьюерами, проводившими интервью отдельно.

После краткого введения, в котором рассказывается об истории проекта научного исследования, интервьюер проинформировал собеседника о процедуре, транскрипции интервью и анонимном анализе упомянутых утверждений.Перед началом интервью была роздана небольшая бумажная анкета для контроля социально-демографических переменных. Первая часть, презентация трех сценариев предложения, сопровождалась плакатами, изображающими сценарии, примененные в исследовании 1. Респонденты указали на свою готовность платить и свои решения относительно восприятия различных аспектов на предоставленной диаграмме. Во второй части интервью испытуемые свободно высказывали свое мнение относительно децентрализованных энергетических систем и многочисленных психологических аспектов стремления к автаркии во второй части исследования.

4.1.4. Контент-анализ

Интервью записывались на магнитофон и расшифровывались ответственным интервьюером с помощью программного обеспечения MAXQDA . Качественный контент-анализ записанных интервью проводился по методике применения дедуктивной категории, разработанной Mayring (2000, 2015). Центральное место в этой процедуре занимает предварительная формулировка теоретических аспектов, которые служат определяющими категориями. Результирующие категории - это независимость, автономия, самодостаточность, надежность снабжения и власть контроля.Эти определения категорий служат основой схемы кодирования для анализа отрывков стенограммы. Содержание каждого интервью исследуется путем сканирования каждой стенограммы на предмет предполагаемых теоретических аспектов или определенных категорий, которые были упомянуты, и анализа того, каким образом они были упомянуты. Каждое интервью кодировалось двумя интервьюерами отдельно. Чтобы свести к минимуму влияние субъективности, результаты кодирования сравнивались и обсуждались для достижения общего согласия.

4.2. Результатов

4.2.1. Готовность платить больше за реализацию трех сценариев

Что касается готовности платить больше, непрофессионалы, поддерживающие сценарий домохозяйства, утверждали, что тогда они считают себя более автономными и самостоятельными. 8 опрошенных непрофессионалов упомянули преимущество владения домом, контролирующего установленные технологические системы, как мотив для большей готовности платить. Типичными утверждениями были «Для собственного дома я бы определенно потратил больше» (L03) или «Я чувствую себя в большей безопасности.Потому что, я думаю, мы меньше зависим от других ». (L10). В соответствии с этой аргументацией пять непрофессионалов объяснили свое решение платить больше за сценарий домохозяйства и меньше за сценарий маленького городка и микрорайона тем, что они рассматривают большее количество людей, участвующих в последних двух сценариях, как риск для процесс принятия решений. Один непрофессионал формулирует свой аргумент следующим образом: «С увеличением числа вовлеченных лиц становится все сложнее найти общую линию и разумно ее реализовать.»(L01). Один опрошенный неспециалист утверждал, что из-за общих инвестиций для реализации сценария с несколькими домохозяйствами индивидуальный вклад может быть меньше (L10). Другой неспециалист, готовый платить больше за сценарий «Район и маленький город», утверждал, что из-за его более высокого дохода и экономического статуса его вклад в реализацию такого коллективного сценария должен быть значительно выше (L05). Это согласуется с аргументацией другого непрофессионала, который утверждал, что, если больше людей желают внести свой вклад, ее личная доля также должна быть выше (L04).

На вопрос об их готовности платить больше, один из трех экспертов также поддержал сценарий домохозяйства. Он основывал свое решение в основном на вопросах контроля и самоопределения, что можно определить в его заявлении: «Тогда это мое. Так что я могу это контролировать - это мои собственные инвестиции…. Поэтому я готов тратить больше, когда решаю только я ». (E02, солнечный конструктор). Второй эксперт, напротив, отдавал предпочтение как сценарию домохозяйства, так и сценарию микрорайона, а не сценарию маленького городка.По его мнению, масштабные решения труднее реализовать, потому что вовлеченные лица не так близко друг к другу, как в мелкомасштабных решениях. Он рассуждает следующим образом: «Потому что я предпочитаю мелкомасштабные решения крупномасштабным…. Я бы предпочел поддержать такое маленькое, соседское или ежеквартально организованное сообщество, чем проект, в котором руководит действительно крупная фирма ». (E01, советник по энергетике). Третий эксперт не делал различий между сценариями. Он готов заплатить одинаковую сумму в каждом сценарии реализации энергетического перехода: «Еще 400 евро, это то, что я заплачу за энергетический переход.»(Е03, представитель регионального кооперативного союза).

4.2.2. Восприятие автаркии

Как и ожидалось, опрошенные неспециалисты различались в своем восприятии автаркии, несмотря на то, что степень энергетической автаркии оставалась постоянной во всех трех сценариях. При детальном рассмотрении названных причин становится очевидным, что обыватели ассоциируют разные аспекты с концепцией автаркии. Например, непрофессионалы, поддерживающие сценарий домохозяйства, подчеркнули, что они считают свою ситуацию в таком сценарии более независимой и самостоятельной.Типичные высказывания: «Автаркия для меня определенно заключается в том, что я всегда могу на нее повлиять». (L03), «Часть - это автаркия и самодостаточность. Что я частично отрезан от вещей вокруг себя и не настолько зависим ». (L01) или «Просто меньше зависит от произвольного повышения цен». (L04). Они предположили, что в сценарии микрорайона и маленького городка у них будет меньше возможностей вмешиваться и влиять на процесс принятия решений. Возможность принимать самостоятельные решения и нести ответственность была связана со сценарием домохозяйства.Например, один непрофессионал заявил, что «абсолютное преимущество состоит в том, что я могу определить, сколько и каким образом я производю и как я буду использовать это в конечном итоге». (L03). Она даже упомянула, что в рамках сценария «Район и маленький город» вполне вероятно, что ее собственная автаркизм может быть серьезно ограничен некоторыми элементами этого сценария: «Есть больше факторов, которые могут нарушить автаркию. Может нарушить мою автаркию! » (L03). Интересным наблюдением было то, что один неспециалист, который оценил сценарий домохозяйства более автаркичным, чем другие сценарии, не смог подробно объяснить свое решение.Его расплывчатое заявление было следующим: «Я не могу это точно объяснить. Это больше чувство ». (L10).

В отличие от обывателей, каждый эксперт рассматривал автаркию в основном с энергетической точки зрения. По их мнению, полная автаркия - это «абсолютная иллюзия» (E01, советник по вопросам энергетики), которая «невероятно труднодостижима и чрезвычайно затратна» (E02, солнечный конструктор). Чтобы добиться независимости и надежности снабжения, все они отдают предпочтение мелким и совместно организованным общинам.Эксперт, представляющий региональный кооперативный союз, сделал следующее заявление: «С реалистичной точки зрения имеет смысл объединить усилия и коллективно искать решения». (E03, представитель).

4.2.3. Восприятие осуществимости

Что касается осуществимости сценариев, непрофессионалы, считающие сценарий домохозяйства наиболее выполнимым, подчеркнули четкие обязанности, четко определенные процессы принятия решений и управляемое количество вовлеченных лиц.Типичные утверждения были такими: «Все это более управляемо, когда это делается в меньшем масштабе». (L01) или «Для меня такой масштаб маленького городка слишком велик». (L03) или «Это очень возможно, потому что я могу делать все, что хочу». (L05). Осуществимость сценария соседства, напротив, воспринималась ниже по сравнению с двумя другими сценариями. Причиной этого было увеличение числа вовлеченных лиц по сравнению со сценарием домохозяйства, который, как считалось, вызывал трудности с общением в группе.Один непрофессионал, например, заявил: «Я думаю, что в окрестностях это невозможно, потому что есть много людей, которые вынуждены объединяться и вместе решать свои проблемы». (L09). Интересно, что обыватели не упомянули этот аргумент при оценке сценария «Маленький город», в котором было еще больше людей. Опрошенные непрофессионалы ответили, что они считают сценарий маленького городка более осуществимым, потому что ожидают, что за процесс разработки будет отвечать местный орган власти или муниципалитет.Один из обывателей сформулировал свои мысли следующим образом: «Сценарий маленького городка более вероятен, потому что я могу представить, когда за ним стоит город или большая община, это возможно, несмотря на огромные усилия». (L02).

По поводу осуществимости мнения экспертов несколько разошлись. Эксперт, работая инженером-консультантом, не делал различий между реализуемостью сценариев. Он сослался на технологическую осуществимость, которую он считал высокой во всех трех сценариях, и сформулировал свои мысли следующим образом: «Да, это осуществимо.Все это возможно. Все это можно построить, если есть желание ». (E01). Эксперт, работающий строителем солнечных батарей, подчеркнул положительный эффект совместно организованных сценариев: «Я думаю, что в сообществе легче сделать следующий шаг». (E02). Поэтому он считал сценарий домохозяйства менее осуществимым, чем два других сценария. Напротив, третий эксперт, представляющий региональный кооперативный союз, счел сценарий «Маленький город» менее реализуемым, чем два других сценария.Он утверждал, что сценарии домохозяйства и микрорайона уже где-то реализуются аналогичным образом, в то время как он не смог найти эквивалента для сценария маленького городка: «Что касается маленького городка, я не знаю. Нет, я не думаю, что он существует сегодня ». (E03).

4.2.4. Восприятие желательности

Что касается желательности, опрошенные непрофессионалы, поддерживающие сценарий маленького городка, утверждали, что шанс внести существенный вклад в пользу окружающей среды выше, когда в проекте участвует больше домов или все сообщество.Один непрофессионал проиллюстрировал ее мысли следующим образом: «Я предпочитаю сценарий маленького городка, потому что я думаю, что существует больше возможностей для балансирования. Например, некоторые дома получают больше солнечного света, чем другие, и поэтому взаимодействие может быть более позитивным… »(L01). Напротив, непрофессионалы, оценившие сценарий домохозяйства как наиболее желательный, подчеркнули, что они, скорее всего, могли бы представить себя в нем, в то время как они считали реализацию двух других сценариев крайне неопределенной. «Считаю это крайне желательным для частного дома….Но в остальном я думаю, что это не обязательно конструктивно для меня ». (L03). Некоторые непрофессионалы, которые не делали различий между сценариями и оценивали их все как очень желательные, подчеркивали экологические соображения: «Все это очень желательно. Особенно с точки зрения окружающей среды »(L02) и необходимости изменить нынешний способ производства энергии и электричества:« Это единственный путь. В противном случае мы не сможем заставить энергетический переход работать ». (L05).

Глядя на мнение экспертов, можно выделить подобное разнообразие.Конструктор солнечных батарей предпочел сценарий маленького городка и аргументировал это следующим образом: «В маленьком городке с экологической точки зрения я могу сэкономить больше CO 2 , потому что с его помощью я могу привлечь больше людей». (E02). Эксперт, работающий инженером-консультантом, отдает предпочтение Сценарию соседства: «Ситуацию, в которой чувство общности и солидарности является наиболее сильным, я считаю наиболее желательной». (E01). В аналогичном направлении рассуждает эксперт, представляющий региональный кооперативный союз: «Я считаю такое объединение более разумным, будь оно по соседству или в городке…» (E03).

4.2.5. Восприятие многогранности стремления к автаркии

Вопрос независимости был очень заметен в заявлениях опрошенных неспециалистов. Возможность стать независимым от поставщика энергии и электроэнергии была твердым мотивом платить за энергию. Типичные утверждения были такими: «Ну, вы зависите от оператора сети…». И я бы с радостью это изменил »(L03) и« Да, больше не зависеть от крупных игроков ». (L07). Интересно, что обыватели выступали за независимость не только в своих отношениях со своими поставщиками энергии, но и в своих отношениях с другими людьми.Один непрофессионал сказал: «Вы все еще немного зависите от других, потому что они тоже вовлечены». (L02). Это недоверие к сценариям коллективно организованных поставок проистекает из того мнения, что взаимозависимость возрастает с увеличением числа вовлеченных лиц. Что касается заявлений опрошенных экспертов, вопрос независимости также появлялся в различных ответах: «Это очень старый аргумент: мы хотим быть независимыми» (E01) и «Возможность стать экономически независимыми от роста цен на электроэнергию.”(E02). Интересно, что они считают зависимость от поставщика электроэнергии и оператора сети не такой серьезной, как это делают обычные люди: «Зависимость от поставщика электроэнергии, сети или энергии не так уж плоха, потому что я убежден, что они нам нужны и срочно так. Рано или поздно так будет, сетка служит пуховкой, компенсирующей мерой…. И поэтому мне нужен оператор сетки ». (E02). Они подчеркнули, что подключение к сети будет иметь важное значение для продажи оператору сети, когда излишки электроэнергии больше не могут храниться или использоваться иным образом: «Когда они подключены к сети, я могу сделать излишки доступными для сообщество….Нам нужно сотрудничество. Нам необходимо производить столько же возобновляемой энергии на месте, но мы должны сделать излишки доступными и обеспечить остальные ». (E03).

Четверо опрошенных неспециалистов подчеркнули аспекты автономии и преимущества самостоятельного определения способа производства электроэнергии. Типичными были следующие утверждения: «Вы сами можете определить, откуда идет электричество» (L09) и «Абсолютные преимущества заключаются в том, что я могу полностью определить сам, сколько и каким образом я буду производить и как я собираюсь использовать его в конце.»(L03). Другой неспециалист подчеркнул преимущество неограниченной свободы выбора: «Я могу все решать сам». (L05). Кроме того, два эксперта считали автономию и самоопределение выгодным аспектом: «И поэтому я, конечно, готов тратить больше денег, когда я единственный, кто принимает решения» (E02) и «Дома в семье я я также более автаркичен в принятии решений, потому что могу быстрее адаптироваться ». (E03).

Почти все опрошенные непрофессионалы выразили желание контролировать условия производства электроэнергии: «Это то, что в конечном итоге все, что я могу контролировать это сам.»(L03). Возможность прямого воздействия и вмешательства рассматривается как одна из основных причин для установки частных автономных энергетических систем. Один непрофессионал выразил это словами: «И конечно, что у меня есть доступ к объекту» (L06). Четыре непрофессионала даже заявили, что хотели бы индивидуально настраивать и модифицировать небольшие части своей децентрализованной энергетической системы. Один мирянин выразил свое желание: «Чтобы вы могли немного регулировать это самостоятельно». (L10). Шесть опрошенных неспециалистов прямо подчеркнули, что они хотели бы владеть используемыми технологиями, чтобы быть уверенными, что сила контроля находится в их руках.«Когда системы принадлежат мне, тогда больше контроля. Меньше людей будет вмешиваться »(L06) - типичное утверждение. Также эксперт, работающий строителем солнечных батарей, выделил эти преимущества управления: «Тогда я хотел бы управлять системой. Я хотел бы улучшить ее, оптимизировать, разработать собственные идеи, какая система подходит для дома ». (E02).

Видение достижения частичной самодостаточности было упомянуто четырьмя опрошенными неспециалистами. Уверенность в том, что энергия, которую они используют, частично генерируется ими самими, наполняет их удовлетворением.Типичные утверждения были: «С комбинацией фотоэлектрических модулей и этого нагревательного элемента И батареи. Это потрясающая история… Когда я автаркик, я позабочусь о себе. Тогда мне ничего не нужно »(L03) и« То, что я способствую энергетическому переходу. Потому что, как только я буду использовать собственное электричество, мне больше не понадобится электричество, полученное из угля или ядерной энергии »(L04) и« Потому что я смогу использовать электроэнергию почти бесплатно и экономить ее с помощью сегодняшних технологий. и использовать его позже, когда мне это понадобится.»(L01). Эксперты отметили также преимущество самоокупаемости: «Я могу обеспечить свой дом бытовой электроэнергией. Я могу хранить энергию ». (E02).

Аспекты, касающиеся надежности поставок, были высказаны четырьмя опрошенными непрофессионалами. Один из них изложил свою точку зрения следующим образом: «На мой взгляд, это желательно провести, чтобы гарантировать безопасность ваших поставок». (L01). Другой неспециалист подчеркнул положительный эффект складских помещений: «Когда эти батареи действительно существуют.Тогда вы будете уверены в своих силах…. Для такой ситуации у вас есть этот аккумулятор, да? Что у вас есть определенный резерв ». (L03). В отличие от неспециалистов, два эксперта считают положительный эффект от получения безопасности иллюзией: «Автаркия, как вы думаете, что покупаете, - это абсолютная иллюзия. Когда где-то происходит BANG, мы все сидим в одной лодке. Хотя в моей батарее осталось несколько киловатт-часов ». (E01). По их мнению, стремление к автаркии может служить индивидуальному стремлению к безопасности, но с реалистичной точки зрения проживание в доме, который гарантирует вам электричество или даже ваше энергоснабжение, не уменьшит вашу зависимость от внешнего мира.На случай отключения электричества у вас может быть определенный резерв на пару дней, но тогда вы снова иждивенец. Идея полностью автаркичного дома может сработать в сельской местности, но в городах она неосуществима и экономически нецелесообразна. Вот почему они отдают предпочтение решениям на уровне сообществ: «Когда я думаю об этом, что автаркия должна обеспечивать безопасность и независимость, тогда я убежден, что вопрос не только в том, выходит ли электричество из розетки. Поэтому я ценю чувство общности.»(E01) или« Из соображений безопасности лучше реализовать такую ​​вещь в окрестностях или в маленьком городке, чем в одиночестве… ». Более разумно объединить усилия и психологически расширить это «мы заботимся о себе», чем «я забочусь о себе» »(E03).

4.3. Обсуждение

Исследование 2 предоставляет прямые доказательства различных предполагаемых психологических аспектов стремлений к автаркии и их влияния на восприятие децентрализованных систем энергоснабжения. Всеохватывающие психологические компоненты стремления к автаркии изображены на Рисунке 7.Сравнительный анализ восприятия респондентами трех сценариев предложения позволил глубже изучить психологические механизмы, лежащие в основе концепции автаркии. Почти все опрошенные непрофессионалы выделили аспекты независимости, автономии, самодостаточности, надежности поставок и контроля как положительные факторы, которые привели к явному предпочтению сценария домохозяйства (Jager, 2006; Leenheer et al., 2011). Владение используемыми технологиями рассматривается как адекватная мера для обеспечения управляемости (Fischer, 2004).В соответствии с этим наблюдением неудивительно, что кооперативно организованный сценарий соседства считается менее подходящим, поскольку количество вовлеченных людей часто воспринимается как неуправляемое. Тот факт, что «Сценарий маленького городка» не оценивается негативно, несмотря на еще большее количество вовлеченных людей, говорит о его особой позиции. Кажется, что испытуемые включают социальные и политические аспекты в свое восприятие сценария маленького городка (Rae and Bradley, 2012), но не при оценке двух других сценариев.Интересно, что каждый из трех экспертов делал упор на разработку небольших и совместно организованных решений. По их мнению, продвижение региональных энергетических кооперативов или общественных энергетических проектов, характеризующихся сильным чувством общности и солидарности, рассматривается как важный шаг на пути к успешной трансформации энергетической системы (Warren and McFadyen, 2010; Yildiz et al. др., 2015).

Рисунок 7 . Психологические компоненты стремления к автаркии.

5. Общие обсуждения

5.1. Вывод

Настоящее исследование предоставляет эмпирические доказательства того, что фактор автаркии оказывает сильное влияние на принятие децентрализованных систем возобновляемой энергии. Оба представленных здесь исследования подтвердили, что люди готовы платить больше за реализацию сценария, который гарантирует им более высокую независимость, автономию, самодостаточность, надежность поставок и контроль. Возможность производить собственную энергию рассматривается как стимул к покупке и подходящее решение для обеспечения независимости от поставщиков энергии или электричества.Оба исследования были направлены на анализ психологических концепций, лежащих в основе стремления к автаркии (см. Рисунок 7). Исследования свидетельствуют о том, что концепция автаркии включает в себя не только энергетический аспект автаркии. На основе дисперсионного анализа с повторными измерениями (rmANOVA) трех сценариев энергоснабжения была найдена сильная поддержка предпочтению сценария домохозяйства (см. Рисунок 6). В этом сценарии участники были готовы заплатить самую высокую дополнительную плату (см. Рисунок 5). Следуя мотивационному различию, проведенному Deci и Ryan (2000) между целями, связанными с содержанием, и регуляторными процессами, мы предполагаем аналогичную модель для концепции стремления к автаркии.Мы думаем, что различные аспекты автаркии могут быть сгруппированы либо в целях, связанных с содержанием, которые люди преследуют, когда они принимают связанные с автаркией инвестиционные решения, либо в процессах регулирования, содержащих аспекты, относящиеся к достижению желаемых целей. Таким образом, мы считаем, что на желание инвестировать в децентрализованные системы возобновляемой энергетики, с одной стороны, повлияли желаемые цели, такие как независимость, самодостаточность, надежность поставок и высокая доля возобновляемых источников энергии, а также с другой стороны, на него влияют регулирующие процессы, такие как автономия и контроль, ведущие к желаемым результатам.В то время как желаемая цель простой энергетической автономии была достигнута во всех трех сценариях, процессы регулирования, которые позволяют отдельным лицам достичь автономии и контроля, были в основном связаны со сценарием домохозяйства. Определенные аспекты автаркии, вероятно, будут играть важную роль, особенно при внедрении средств хранения энергии, таких как солнечные батареи. Чтобы способствовать внедрению систем возобновляемой энергии в инновационных сценариях энергоснабжения, выходящих за рамки классического сценария домашних хозяйств, необходимо рассмотреть аспекты психологической автаркии, выявленные в настоящих результатах.

5.2. Ограничения

Что касается возможных ограничений наших результатов, необходимо учитывать структуру выборки и план исследования обоих исследований. Демографические переменные обоих исследований показали, что структура выборки удобна, хотя доля студентов в исследовании 1 выше среднего, что может нарушить обобщаемость наших результатов. Возможным ограничением интерпретации результатов исследования 2 и интервью является небольшой размер выборки непрофессионалов и, в частности, экспертов.Несмотря на то, что результаты не подвергались статистическому анализу, они, тем не менее, дают полезную информацию на ранней стадии исследовательского процесса. Выявленные закономерности нельзя обобщить, но они могут служить для структурирования и планирования будущих исследований. Чтобы усилить выявленные результаты, будущие исследования должны особенно расширить свой охват и включать более широкий круг экспертов, которые представляют более крупные корпорации или выступают за централизованные решения. Дальнейшие ограничения с точки зрения самостоятельного отбора могут быть связаны с процессом набора через личные контакты и университетские контакты в связи с добровольным участием.Дополнительные ограничения можно вывести из того факта, что участники столкнулись с гипотетическими ситуациями принятия решений, в которых сложность представленных сценариев поставок сводилась к контролю за смешивающими переменными. Нам хорошо известно, что в реальных жизненных ситуациях люди подвергаются воздействию множества раздражителей, и невозможно представить их все в гипотетической обстановке. Тем не менее, ответы людей можно было рассматривать как приближение к реальности. Несколько опрошенных неспециалистов выразили обеспокоенность тем, что те, кто ими управляет, будут обязаны поддерживать децентрализованные системы.С одной стороны, они хотят контролировать свое энергоснабжение, но с другой стороны, их усилия должны быть управляемыми. Ключевым моментом является техническая надежность системы и ее компонентов. В противном случае компромисс между возросшими обязанностями и полученными выгодами неприемлем.

5.3. Значение для практики

Чтобы увеличить закупку децентрализованных систем возобновляемой энергии, последствия настоящих результатов могут заключаться в том, что при проектировании и разработке энергетических решений для частных домовладельцев необходимо учитывать мотивационные аспекты стремления к автаркии.Люди с большей вероятностью примут новые технологии, когда будут уважаться их индивидуальные потребности в независимости, автономии, самодостаточности, надежности поставок и контроле. В связи с тем, что энергетическая степень автаркии в сценариях поставки оставалась постоянной, мы рекомендуем провести дальнейшие исследования для анализа влияния различных объемов поставки на приемлемость.

Хотя идея достижения полной автаркии по объему предложения наиболее привлекательна, по крайней мере для непрофессионалов, реализация частичной автаркии только в некоторых областях также представляется целесообразной.Например, люди кажутся удовлетворенными, если по крайней мере их теплая вода и часть электроэнергии поступает с их собственных крыш, а остальная потребность в энергии по-прежнему поступает извне. Предпочтение индивида быть владельцем технологий, необходимых для производства собственной энергии, напоминает нам об эффекте наделения, то есть о том, что люди придают большую ценность объектам только потому, что они владеют ими (Thaler, 1980; Kahneman et al., 1991). В случае производства энергии или электричества было бы интересно проанализировать эту взаимосвязь с точки зрения добавленной стоимости для энергии или электричества, производимой собственными силами.

Каждый из трех сценариев будущих поставок представляет различные варианты перехода общества к существующим энергетическим системам. В то время как сценарий домохозяйства в основном подходит для домовладельцев в сельской местности, совместно организованные сценарии микрорайона или небольшого городка также предоставляют решения для арендаторов в более густонаселенных районах. Текущее исследование показало, что совместно организованные сценарии вызывают скептицизм. Непрофессионалы отдали предпочтение сценариям домохозяйства из-за их большей независимости, автономии, самодостаточности и контроля над текущими процессами.Чтобы уменьшить скептицизм, кооперативно организованные энергетические системы, возможно, должны учитывать различные психологические аспекты автаркии при разработке бизнес-моделей. Например, энергетические кооперативы, принадлежащие гражданам, уже предоставляют каждому члену возможность влиять на процесс принятия решений. Предоставление людям возможности самоопределения и контроля над их энергоснабжением даже в сложных организационных условиях таким образом, вероятно, увеличит их принятие и, следовательно, будет способствовать необходимому социальному переходу в целом.

Авторские взносы

FE является автором-корреспондентом. UH оказала помощь, а HS руководила исследованием.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарны Landesgraduiertenförderung Baden-Württemberg за финансовую поддержку нашего исследования.Мы хотели бы поблагодарить Терезу Хосп за ее ценный вклад и помощь в сборе данных в рамках Исследования 2. Кроме того, мы хотели бы поблагодарить Андреа Кизель и Подразделение познания, действий и устойчивости Департамента психологии за их всестороннюю поддержку. Наконец, мы благодарим всех добровольцев, принявших участие в исследованиях.

Финансирование

Плата за обработку статьи была профинансирована Немецким исследовательским фондом (DFG) и Университетом Фрайбурга в рамках программы финансирования Open Access Publishing.

Список литературы

Айзен И. (1985). «От намерений к действиям: теория запланированного поведения», в Action Control , ред. Дж. Кул и Дж. Бекманн (Берлин, Гейдельберг: Springer), 11–39.

Google Scholar

Айзен И. (1991). Теория запланированного поведения. Орган. Behav. Гм. Decis. Процесс 50, 179–211. DOI: 10.1016 / 0749-5978 (91)

-T

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бандура, А. (1977). Самоэффективность: к объединяющей теории изменения поведения. Psychol. Ред. 84, 191–215. DOI: 10.1037 / 0033-295X.84.2.191

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бандура, А. (1996). Самоэффективность: осуществление контроля . Нью-Йорк: Фриман.

Google Scholar

Бандура, А. (2001). Социальная когнитивная теория: агентская перспектива. Annu. Rev. Psychol. 52, 1–26. DOI: 10.1146 / annurev.psych.52.1.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Баронас, А.-М.К. и Луис М. Р. (1988). Восстановление чувства контроля во время реализации: как участие пользователя приводит к принятию системы. MIS Q. 12, 111–124. DOI: 10.2307 / 248811

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брозиг, К., Ваффеншмидт, Э. (2016). Энергетическая автономия домохозяйств по мерам достаточности. Energy Proc. 99, 194–203. DOI: 10.1016 / j.egypro.2016.10.110

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карифио Дж. И Перла Р.Дж. (2007). Десять распространенных заблуждений, заблуждений, устойчивых мифов и городских легенд о шкалах Лайкерта и форматах ответов Лайкерта и их противоядиях. J. Soc. Sci. 3, 106–116. DOI: 10.3844 / jssp.2007.106.116

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэсс, Н., Уокер, Г., Девайн-Райт, П. (2010). Хорошие соседи, связи с общественностью и взятки: политика и восприятие предоставления общественных благ при развитии возобновляемых источников энергии в Великобритании. Дж.Environ. План политики. 12, 255–275. DOI: 10.1080 / 1523908X.2010.509558

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвис, Ф. Д. (1989). Воспринимаемая полезность, воспринимаемая простота использования и принятие пользователями информационных технологий. MIS Q. 13, 319–340. DOI: 10.2307 / 249008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

ДеЧармс Р. (1968). Личная причинность: внутренние аффективные детерминанты поведения . Нью-Йорк: Academic Press.

Google Scholar

Деци, Э. Л., и Райан, Р. М. (1985). Внутренняя мотивация и самоопределение в поведении человека . Нью-Йорк: Пленум.

Google Scholar

Деци, Э. Л., и Райан, Р. М. (1991). «Мотивационный подход к себе: интеграция в личность», Nebraska Symposium on Motivation: Vol. 38. Перспективы мотивации , изд. Р. Динстбьер (Линкольн: Университет Небраски), 237–288.

Google Scholar

Деси, Э.Л. и Райан Р. М. (2000). «Что» и «Почему» преследования целей: потребности человека и самоопределение поведения. Psychol. Inq. 11, 227–268. DOI: 10.1207 / S15327965PLI1104_01

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Денхольм П., Эла Э., Кирби Б. и Миллиган М. (2010). Роль накопления энергии при производстве электроэнергии из возобновляемых источников: Технический отчет NREL / TP-6A2-47187 . Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

Google Scholar

Энгелькен, М., Ремер Б., Дрешер М. и Велпе И. (2016). Преобразование энергосистемы: почему муниципалитеты стремятся к самоокупаемости. Энергетическая политика 98, 365–377. DOI: 10.1016 / j.enpol.2016.07.049

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Филд, А. (2014). Обнаружение статистики с помощью IBM SPSS Statistics , 4-е изд. Лондон: Публикации SAGE.

Google Scholar

Фишер, К. (2004). «Пользователи как пионеры: трансформация в электроэнергетической системе, MicroCHP и роль пользователей» в документе Governance for Industrial Transformation.Труды Берлинской конференции 2003 г. по человеческому измерению глобального изменения окружающей среды , ред. К. Якоб, М. Биндер и А. Вичорек (Берлин: FU Berlin), 319–337.

Google Scholar

Грин П. Э., Кригер А. М. и Винд Ю. Дж. (2001). Тридцать лет совместного анализа: размышления и перспективы. Интерфейсы 31, 56–73. DOI: 10.1287 / inte.31.3s.56.9676

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ханель, У. Дж. Дж., Гёльц, С., и Спада, Х.(2014a). Как мне подходит зеленый? При принятии решений о экологически чистых покупках потребители мысленно сопоставляют воспринимаемые атрибуты продукта с мотивами своей предметной области. J. Consum. Behav. 13, 317–327. DOI: 10.1002 / cb.1471

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ханель, У. Дж. Дж., Ортманн, К., Корчай, Л., и Спада, Х. (2014b). Что для вас зеленый цвет? Активация экологических ценностей снижает чувствительность к ценам на электромобили. J. Environ. Psychol. 40, 306–319.DOI: 10.1016 / j.jenvp.2014.08.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hansla, A., Gamble, A., Juliusson, A., and Gärling, T. (2008). Психологические детерминанты отношения и готовности платить за зеленую электроэнергию. Энергетическая политика 36, 768–774. DOI: 10.1016 / j.enpol.2007.10.027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Holstenkamp, ​​L., и Kahla, F. (2016). Чего пытаются достичь общественные энергетические компании? Эмпирическое исследование инвестиционных мотивов в случае Германии. Энергетическая политика 97, 112–122. DOI: 10.1016 / j.enpol.2016.07.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

IPCC. (2011). Специальный отчет о возобновляемых источниках энергии и смягчении последствий изменения климата . Великобритания; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета.

Google Scholar

Ягер, В. (2006). Стимулирование распространения фотоэлектрических систем: поведенческая перспектива. Энергетическая политика 34, 1935–1943. DOI: 10.1016 / j.энпол.2004.12.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юльх В. (2016). Сравнение вариантов хранения электроэнергии с использованием метода нормированной стоимости хранения (LCOS). Заявл. Энергия 183, 1594–1606. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2016.08.165

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канеман Д., Кнетч Дж. И Талер Р. (1991). Аномалии: эффект эндаумента, неприятие потерь и предубеждение статус-кво. J. Econ. Перспектива. 5, 193–206. DOI: 10.1257 / jep.5.1.193

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kairies, K.-P., Haberschusz, D., Van Ouwerkerk, J., Strebel, J., Wessels, O., Magnor, D., et al. (2016). «Wissenschaftliches Mess- und Evaluierungsprogramm Solarstromspeicher», в Jahresbericht 2016 (ISEA. Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe der RWTH Aachen). Доступно на: http://www.speichermonitoring.de

Google Scholar

Корчай, Л., Ханель, У. Дж. Дж., И Спада, Х.(2015). Намерения внедрить фотоэлектрические системы зависят от ожидаемой личной выгоды домовладельцев и поведения сверстников. Обновить. Энергия 75, 407–415. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.10.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ле Галль-Эли, М. (2009). «Определение, измерение и факторы, определяющие готовность потребителя платить: критический синтез и возможности для дальнейших исследований», в Recherche et Applications en Marketing (English Edition) . Vol. 24, Issue 2, 91–112.

Google Scholar

Линхеер, Дж., Де Нойдж, М., и Шейх, О. (2011). Собственная сила: мотивы наличия электричества без энергокомпании. Энергетическая политика 39, 5621–5629. DOI: 10.1016 / j.enpol.2011.04.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лейкефельд, Т., и Прутти, К. (2014). «Alles dreht sich um die Sonne» в Energieeffizienz в Гебаудене. Ярбух 2014 , изд. Й. Пёшк (Берлин: VME - Verlag und Medienservice Energie), 109–118.

Google Scholar

Ликерт Р. (1932). Методика измерения отношения. Arch. Psychol. 140, 1–55.

Google Scholar

Линденберг, С., Стег, Л. (2013). «Теория постановки целей и поведение в окружающей среде, основанное на нормах», в Поощрение устойчивого поведения , изд. Х. ван Трайп (Нью-Йорк: Psychology Press), 37–54.

Google Scholar

L’Orange Seigo, S., Dohle, S., Diamond, L., и Siegrist, M.(2013). Влияние фигур в коммуникации CCS. Внутр. J. Контроль парниковых газов 16, 83–90. DOI: 10.1016 / j.ijggc.2013.03.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лунд, Х., Салги, Г. (2009). Роль сжатого воздуха для хранения энергии (CAES) в будущих устойчивых энергетических системах. Energy Convers. Manag. 50, 1172–1179. DOI: 10.1016 / j.enconman.2009.01.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мэйринг, П. (2015). Качественный анализ ингаляции: Grundlagen und Techniken , 12th überarbeitete Auflage Edn.Вайнхайм: Beltz.

Google Scholar

Миллер К. М., Хофштеттер Р., Кромер Х. и Чжан З. Дж. (2011). Как следует измерять готовность потребителей платить? Эмпирическое сравнение современных подходов. J. Рынок. Res. 48, 172–184. DOI: 10.1509 / jmkr.48.1.172

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мюллер М. О., Штемпфли А., Долд У. и Хаммер Т. (2011). Энергетическая автаркия: концептуальные основы устойчивого регионального развития. Энергетическая политика 39, 5800–5810. DOI: 10.1016 / j.enpol.2011.04.019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нику С. А., Экономидес А. А. (2014). «Принятие мобильной оценки с точки зрения теории мотивации самоопределения», в 2014 IEEE 14-я Международная конференция по передовым технологиям обучения . Афины, 454–58.

Google Scholar

Осбалдистон Р. и Шелдон К. М. (2003). Поощрение внутренней мотивации экологически ответственного поведения: перспективное исследование экологических целей. J. Environ. Psychol. 23, 349–357. DOI: 10.1016 / S0272-4944 (03) 00035-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пеллетье, Л. Г., Тусон, К. М., Грин-Демерс, И., и Ноэлс, К. (1998). Почему вы делаете что-то для окружающей среды? Мотивация к шкале окружающей среды (MTES). J. Appl. Soc. Psychol. 28, 437–468. DOI: 10.1111 / j.1559-1816.1998.tb01714.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэй К. и Брэдли Ф. (2012).Энергетическая автономия в устойчивых сообществах - обзор ключевых вопросов. Обновить. Поддерживать. Energ. Rev. 16, 6497–6506. DOI: 10.1016 / j.rser.2012.08.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рока, Дж. К., и Ганье, М. (2008). Понимание намерения продолжения электронного обучения на рабочем месте: перспектива теории самоопределения. Comput. Человеческое поведение. 24, 1585–1604. DOI: 10.1016 / j.chb.2007.06.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роджерс, Дж., Симмонс, Э., Конвери, И., Уизеролл, А. (2008). Общественное восприятие возможностей для проектов в области возобновляемых источников энергии на уровне сообществ. Энергетическая политика 36, 4217–4226. DOI: 10.1016 / j.enpol.2008.07.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ремер Б., Райххарт П. и Пико А. (2015). Интеллектуальная энергия для Робинзона Крузо: эмпирический анализ внедрения систем хранения электроэнергии с улучшенными ИБ. Электрон. Отметка. 25, 47–60. DOI: 10.1007 / s12525-014-0167-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райан, Р.М., и Деци, Э. Л. (2000). Теория самоопределения и содействие внутренней мотивации, социальному развитию и благополучию. Am. Psychol. 55, 68–78. DOI: 10.1037 / 0003-066X.55.1.68

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Райан, Р. М., и Деси, Э. Л. (2006). Саморегуляция и проблема автономии человека: нужен ли психологии выбор, самоопределение и воля? J. Pers. 74, 1557–1586. DOI: 10.1111 / j.1467-6494.2006.00420.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шмидт, Дж., Schönhart, M., Biberacher, M., Guggenberger, T., Hausl, S., Kalt, G., et al. (2012). Региональная энергетическая автаркия: возможности, затраты и последствия для австрийского региона. Энергетическая политика 47, 211–221. DOI: 10.1016 / j.enpol.2012.04.059

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Селигман, М. Э. (1975). Беспомощность: депрессия, развитие и смерть . Сан-Франциско: Фриман.

Google Scholar

Sims, R., Mercado, P., Krewitt, W., Bhuyan, G., Flynn, D., Holttinen, H., et al. (2011). «Интеграция возобновляемых источников энергии в настоящие и будущие энергетические системы», в специальном отчете МГЭИК по возобновляемым источникам энергии и смягчению последствий изменения климата , ред. О. Эденхофер, Р. Пичс-Мадруга, Ю. Сокона, К. Сейбот, П. Матшосс , С. Каднер и др. (Кембридж, Соединенное Королевство; Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Cambridge University Press), 609–706.

Google Scholar

Späth, P., and Rohracher, H. (2010). «Энергетические регионы»: преобразующая сила региональных дискурсов о социально-техническом будущем. Res. Политика 39, 449–458. DOI: 10.1016 / j.respol.2010.01.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Stürmer, S., Simon, B., and Loewy, M.I. (2008). Внутриорганизационное уважение и организационное участие: опосредующая роль коллективной идентичности. Групповой процесс. Intergroup Relat. , 11 (1), 5–20.

Google Scholar

Талер Р. (1980). К позитивной теории потребительского выбора. J. Econ. Behav. Орган. 1, 39–60.DOI: 10.1016 / 0167-2681 (80) -7

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томпсон, С. К. (1981). Будет ли больно меньше, если я смогу это контролировать? Сложный ответ на простой вопрос. Psychol. Пуля. 90, 89–101. DOI: 10.1037 / 0033-2909.90.1.89

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Торрити Дж. (2012). Управление спросом для европейской суперсети: разница в заполняемости европейских домохозяйств, состоящих из одного человека. Энергетическая политика 44, 199–206.DOI: 10.1016 / j.enpol.2012.01.039

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Валкеринг П., Лаес Э., Кессельс К., Уйтерлинде М., Стравер К., Саркади Л. и др. (2014). Как вовлечь конечных пользователей в разумное энергопотребление? Веб-конференция EPJ . 79: 04003. DOI: 10.1051 / epjconf / 20137

3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Венкатеш В. (2000). Детерминанты воспринимаемой простоты использования: интеграция контроля, внутренней мотивации и эмоций в модель принятия технологии. Информ. Syst. Res. 11, 342–365. DOI: 10.1287 / isre.11.4.342.11872

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Villacorta, M., Koestner, R., and Lekes, N. (2003). Дальнейшее подтверждение мотивации к шкале среды. Environ. Behav. 35, 486–505. DOI: 10.1177 / 0013

3035004003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уокер, Г., Девайн-Райт, П., Хантер, С., Хай, Х. и Эванс, Б. (2010). Доверие и сообщество: изучение значений, контекстов и динамики использования возобновляемых источников энергии в сообществе. Энергетическая политика 38, 2655–2663. DOI: 10.1016 / j.enpol.2009.05.055

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уоррен, К. Р., Макфадьен, М. (2010). Влияет ли общественная собственность на отношение общества к ветроэнергетике? Пример из юго-западной Шотландии. Политика землепользования 27, 204–213. DOI: 10.1016 / j.landusepol.2008.12.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уэбб Д., Сутар Г. Н., Маццарол Т. и Салдарис П. (2013). Теория самоопределения и изменение поведения потребителей: данные исследования поведения домашних хозяйств в области энергосбережения. J. Environ. Psychol. 35, 59–66. DOI: 10.1016 / j.jenvp.2013.04.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Венигер, Дж., Бергнер, Дж., Тьяден, Т., и Квашнинг, В. (2015). Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende . Технический отчет. Берлин: Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW.

Google Scholar

Витцель А. (1985). «Интервью Das problemzentrierte», в Qualitative Forschung in der Psychologie: Grundfragen, Verfahrensweisen, Anwendungsfelder , ed.Г. Юттеманн (Weinheim: Beltz), 227–255.

Google Scholar

Йылдыз, Ö (2014). Финансирование инфраструктуры возобновляемых источников энергии через финансовое участие граждан - пример Германии. Обновить. Energy 68, 677–685. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.02.038

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Yildiz, Ö, Rommel, J., Debor, S., Holstenkamp, ​​L., Mey, F., Müller, J. R., et al. (2015). Кооперативы по возобновляемым источникам энергии в качестве привратников или помощников? Последние разработки в Германии и программа междисциплинарных исследований. Energy Res. Soc. Sci. 6, 59–73. DOI: 10.1016 / j.erss.2014.12.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю, С. Дж., Хан, С.-Х. и Хуанг, В. (2012). Роли внутренних и внешних мотиваторов в продвижении электронного обучения на рабочем месте: пример из Южной Кореи. Comput. Гм. Behav. 28, 942–950. DOI: 10.1016 / j.chb.2011.12.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цапф, М. (2017). Stromspeicher und Power-to-Gas im deutschen Energiesystem.Rahmenbedingungen, Bedarf und Einsatzmöglichkeiten (Висбаден: Springer Vieweg).

Google Scholar

Автономный дом, Саутуэлл, Ноттингемшир

Wind & Sun спроектировала и установила первую фотоэлектрическую систему, подключенную к сети, в Великобритании в 1994 году.

  • Тип модуля: Solarex MSX 60. (36 x 60Wp)
  • Инвертор: 1 x SMA PV-WR1800 (1,8 кВт)
  • Модернизированный инвертор Апрель 2009 г .: 1 x SMA SB-2500 (2.5кВт)

27 июля 1994 года первая в Великобритании фотоэлектрическая система, подключенная к сети, начала подавать электроэнергию в сеть. Дом был спроектирован и построен Брендой и Робертом Вейл в соответствии с принципами, впервые изложенными в их книге «Автономный дом», впервые опубликованной в 1975 году.

Здание этого дома описано в недавней книге «Новый автономный дом». можно приобрести у Wind & Sun. Дом самодостаточен электроэнергией и водой:

  • Конструкция представляет собой хорошо изолированную твердую массу, которая устраняет необходимость в нагреве, обеспечивая долгосрочное хранение тепла.
  • Двухэтажный зимний сад обеспечивает пассивное солнечное отопление
  • Вода собирается с крыши и фильтруется для питья.
  • Сточные воды компостируются
  • Электроэнергия вырабатывается фотоэлектрической антенной мощностью 2,16 кВт.

Из-за ориентации дома фотоэлектрическая матрица была спроектирована для установки на отдельно стоящей беседке в саду. Фотоэлектрическая матрица 2,16kWp состоит из 36 модулей Solarex MSX-60 60Wp, соединенных последовательно цепочками по 6 модулей.Выходной сигнал подается на инвертор SMA PV WR-1800 1,8 кВА, а затем на бытовой потребительский блок. Сгенерированная энергия сначала подается в домовые нагрузки, а любые излишки экспортируются в сеть.

Ночью или когда потребляемая мощность превышает производимую мощность, электроэнергия в обычном порядке импортируется из местного DNO, Powergen. Учет производится двумя стандартными механическими счетчиками.

Проектирование и монтаж фотоэлектрической системы

выполнила компания Wind & Sun. Тщательное планирование означало, что установка заняла всего два дня, а ввод в эксплуатацию был немедленным.

Стоимость дома, включая фотоэлектрическую систему, была чуть менее 155 000 фунтов стерлингов, что типично для дома такого размера и качества. Дополнительные затраты на технические характеристики, используемые в доме, компенсируются за счет экономии в других местах, например. отсутствие оборудованной кухни, что свидетельствует о том, что экологически ответственное строительство и жизнь не должны стоить земли.

Автономный дом продолжает развиваться с момента его установки в 1994 году.

В апреле 2009 года Wind & Sun модернизировала предыдущий инвертор мощностью 1,8 кВт с помощью инвертора SMA Sunny Boy 2500 кВт.

В то время как коммунальные предприятия пытаются справиться со стремительным ростом МЭД, является ли автономия энергосистемы решением?

В течение десятилетия в распределительные системы может поступить больше распределенных энергоресурсов (DER), чем может управлять любая диспетчерская.

Автономная энергосистема (AEG) может оптимизировать эти высокие уровни DER в интересах энергосистем и владельцев DER, показывают исследования, разрабатываемые Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL).Но если эта революционная автономия системы окажется недостижимой, коммунальные предприятия могут столкнуться с колебаниями напряжения и частоты, потенциальными дисбалансами спроса и предложения или даже с отключениями, по мнению экспертов по распределительным системам.

«Наша концепция автономных энергетических сетей (AEG) заключается в управлении сотнями миллионов различных устройств в режиме реального времени на посекундной основе», - сказал Utility Dive директор центра разработки энергетических систем Министерства энергетики США Бенджамин Кропоски. «Со временем мы продемонстрируем новую парадигму того, как грид будущего может работать с грядущим массовым развертыванием устройств DER.«

Успешная концепция AEG потребует большей технической точности, чем автономное вождение и Интернет, как сообщили Utility Dive два наиболее сопоставимых примера с точки зрения управления данными, специалисты по анализу данных и руководители коммунальных систем.

Но ожидаемый массовый рост DER делает амбиции NREL необходимыми, по словам Кропоски.

Автономная сеть

Ожидается, что до 2050 года количество солнечных установок в жилых домах будет расти примерно на 8% в год, а количество размещаемых за счетчиком систем хранения данных достигнет почти 1.9 ГВт к 2024 году, и по текущим прогнозам к 2030 году на дорогах США будет около 18,7 млн ​​электромобилей.

Было бы разумно представить, что потребители электроэнергии через десять лет будут иметь до пяти устройств одновременно - солнечную систему на крыше, домашний аккумулятор, умный термостат, умный водонагреватель и зарядное устройство для электромобилей, - сказал Кропоски. Исходя из этих расчетов, 4 миллиона клиентов в районе залива Сан-Франциско могут оставить PG&E с 20 миллионами устройств для управления.

Коммунальные предприятия также увидят рост проникновения ветровой и солнечной генерации в оптовых системах, что создаст дисбаланс спроса и предложения, с которым традиционные центры управления не смогут справиться, просто увеличивая или уменьшая предложение, сказал он.Вместо этого потребуется управление спросом, которое может быть выполнено с помощью технологий DER. Но сам объем DER может превысить возможности утилиты по оптимизации.

Сравнимая задача - управление сотнями миллионов точек данных в Интернете, но энергосистема находится под большим давлением, чтобы поддерживать точный моментальный баланс спроса и предложения и избегать любых задержек, добавил он.


«Мы хотим свести к минимуму необходимость связи между центром управления и устройствами DER.«

Колтон Чинг

Старший вице-президент по планированию и технологиям, HECO


Базовым элементом теоретической архитектуры AEG NREL является оптимизация и управление «ячейкой», которая может быть системой управления энергопотреблением дома или здания и их управляемыми устройствами.

Кропоски описывает AEG как «распределенные ячейки с иерархической, масштабируемой, реконфигурируемой и самоорганизующейся структурой управления поверх них».

Следующим уровнем может быть распределительная цепь, а уровнем выше может быть подстанция, сказал Кропоски.«Ячейки каждого уровня имеют параметры и ограничения, такие как напряжение, ток или стоимость системы, которые они используют для самооптимизации. Смысл в том, чтобы минимизировать количество информации, передаваемой между уровнями, и максимизировать самооптимизацию на каждом уровне».

Исследователи создали алгоритмы, которые могут «оптимизировать и контролировать сотни миллионов распределенных технологий в реальном времени», - сказал он. Holy Cross Energy (HCE), сельский кооператив с 60 000 клиентов в Колорадо, станет первой полевой демонстрацией этих алгоритмов.

Раннее понимание потенциала автоматизации было получено во время работы NREL по интеграции высоких уровней бытовой солнечной энергии в распределительную систему Hawaiian Electric Companies (HECO). В поисках лучшего реагирования на условия сети от инверторов солнечных систем на крышах клиентов системные специалисты HECO и их консультанты NREL поняли, что строят их в автономном режиме.

Энергетические системы включают в себя множество источников энергии и могут образовывать клетки.

Коммунальные предприятия на первом месте

«При разработке первых интеллектуальных инверторов мы обнаружили, что они могут быть предварительно запрограммированы на определенные реакции, уменьшая потребность в сигналах диспетчерской», - сказал Utility Dive старший вице-президент по планированию и технологиям Колтон Чинг. «Мы не осознавали, что строим автономные возможности».

По мере развития планирования модернизации энергосистемы HECO, «мы поняли, что сеть связи для традиционного централизованного управления и контроля ожидаемого уровня DER будет чрезмерно затратной», - сказал Цзин.

350 000 клиентов HECO установили устройства с «примерно 250 000 инверторов», - сказал он. План коммунального предприятия по обеспечению 100% возобновляемых источников энергии на Гавайях к 2045 году включает утроение распределенной солнечной энергии. «Это будет около 750 000 инверторов, а с учетом аккумуляторных систем, электромобилей и других устройств DER это число быстро увеличивается».

HECO намеревается «максимально довести автономное управление до местного уровня», - сказал Цзин. «Мы хотим свести к минимуму необходимость связи между центром управления и устройствами DER.«

По его словам, полностью автономная электросеть сегодня недостижима из-за технологических ограничений. Но AEG NREL позволяет «приоритизировать средства управления и сосредоточиться на критических операциях, а не пытаться управлять отдельными устройствами», - добавил он. Сужение надзора до «критического подмножества операций» - это «единственный способ обеспечить эффективную и экономичную деятельность по распределению» в будущем с высоким значением DER.


[Т] диспетчерская "будет больше похожа на авиадиспетчерскую службу, направляя автономную деятельность ячеек, чтобы максимизировать их индивидуальную ценность.«

Брайан Ханнеган

Президент и генеральный директор HCE


HCE провела первые полевые испытания AEG, чтобы лучше понять, что возможно с автоматизацией, сказал Utility Dive президент и генеральный директор Брайан Ханнеган. Он добавляет от 10 до 15 солнечных систем на крышах в неделю, добавляет более 2 МВт солнечной энергии в год в течение нескольких лет и намерен добавлять 2 МВт в год к своей 150-мегаваттной системе пиковой мощности до 2030 года.

«Мы хотим понять, какие ценности DER может предоставить потребителям и энергосистеме», - сказал Ханнеган.Ценность устойчивости в способности клеток изолироваться и продолжать служить своим владельцам и системе стала особенно важной после того, как лесной пожар 2018 года на ее территории произошел «в одном горящем столбе от того, чтобы на неделю погрузиться в темноту Аспена».

HCE и NREL сотрудничают с другими местными группами, чтобы построить доступное жилье с нулевым потреблением энергии для местных учителей. Четыре дома на фидере HCE теперь заняты и оснащены «солнечными фотоэлектрическими батареями, аккумулятором, зарядным устройством уровня 2, водонагревателем с тепловым насосом и тепловым насосом с воздушным источником», - сказал Ханнеган.В каждом DER есть контроллер с автономными возможностями.

В недавно начатых полевых испытаниях моделируются характеристики DER под контролем энергосистемы и при работе в автономном режиме, добавил он. NREL рассмотрит характеристики четырех домов, функционирующих вместе как ячейка или фундаментальная автономная единица, и каждого отдельного дома, функционирующего индивидуально как автономная ячейка.

Каждая ячейка будет проверяться, когда она подключена и когда она не подключена к диспетчерской HCE, и проверяться, чтобы проверить, насколько автономно может функционировать отдельный дом, а также набор домов.

AEG не устраняет необходимость в распределительном предприятии «обслуживать полюса, провода, трансформаторы и переключатели, потому что они делают DER более ценным», - сказал Ханнеган. Но диспетчерская «будет больше похожа на диспетчерский пункт, управляя автономной деятельностью ячеек, чтобы максимизировать их индивидуальную ценность».


«С учетом необходимых стандартов и правил до этого легко останется 10 лет. Более трети коммунальных предприятий до сих пор не развернули расширенные измерения, а AEG далеко выходит за рамки этого.«

Том Биалек

Главный инженер, SDG & E


По словам Ханнегана, в открытом доступе нет результатов или выводов полевых испытаний. «Чистое воздействие проекта на данный момент заключается в том, чтобы вселить в нас уверенность в том, что мы можем управлять DER и контролировать его таким образом, который приносит пользу энергосистеме и потребителю из нашей системы диспетчерской или квазиавтономным способом».

Автоматизация будет иметь решающее значение для будущей сети, сказал Utility Dive главный инженер по газовой и электрической энергии Сан-Диего Том Биалек, который возглавляет группу технического обзора интеграции электрических систем NREL.Но «субсекундное управление системой с высоким проникновением МЭД из центра управления практически невозможно. Только так много можно сделать так быстро».

NREL сталкивается с двумя препятствиями, сказал Биалек. «Самая большая проблема - это технология. У коммунальных предприятий нет вычислительной мощности для запуска программного обеспечения, которое заставляет эту работу, и большинство устройств недостаточно сложны, чтобы работать с такой вычислительной мощностью».

Второй барьер - «отсутствие технических стандартов», - сказал он. «Коммунальные предприятия работают в строго регулируемой среде.С учетом необходимых стандартов и правил до этого легко добраться через 10 лет. Более трети коммунальных предприятий до сих пор не развернули расширенные измерения, и AEG далеко выходит за рамки этого ».

Как далеко может зайти автономия?

«Чем больше у автономных операций с данными, тем более точным является алгоритм», - сказал Utility Dive аналитик Интернета вещей Майкл Канеллос из OSISoft, специалист по аналитике.

«Завод, работающий на ископаемом топливе, генерирует около 10 000 потоков данных на МВт, но турбины ветряного проекта генерируют около 51 000 потоков данных на МВт, а панели и электроника солнечного проекта генерируют почти 436 000 потоков данных на МВт», - сказал Канеллос.

Он добавил, что операторы проектов по ветро- и солнечной энергии

используют преимущества новых операционных возможностей за счет более сложных алгоритмов, основанных на этих увеличенных данных, для повышения производительности и снижения затрат.

Arizona Public Service требует не более 10 технических специалистов для обслуживания более 170 МВт солнечной энергии, потому что потоки данных автономно определяют приоритеты и планируют техническое обслуживание. Сенсорная сеть Xcel Energy Colorado выполняет прогнозирование с 15-минутным интервалом, что дает информацию для автономного профилактического обслуживания, что позволило сэкономить 46 миллионов долларов в период с 2012 по 2017 год.

«Полная автоматизация никогда не произойдет, потому что люди более рассудительны, чем роботы», - сказал Канеллос. «Искусственный интеллект» трансформируется в «поддержку принятия решений», в которой алгоритм определяет возможности, но решение принимает человек. А грядущий поток данных сделает алгоритмы поддержки принятия решений намного лучше ».

California также работает над новаторской многоуровневой системной архитектурой, которая в некоторой степени сопоставима с архитектурой NREL.

NREL признает, что его AEG «имеет технические области, требующие гораздо большего исследования», - сказал Utility Dive консультант по системам электроснабжения Лоренцо Кристов, работающий над калифорнийским проектом.По его словам, многоуровневая архитектура находится в пределах нынешних возможностей системного оператора и направлена ​​на рост DER до тех пор, пока не будут решены технические проблемы AEG.

По его словам, многоуровневая архитектура

Кристова основана на «некоторой части той же математики оптимизации, что и AEG» для распределения операций по передаче данных ISO и операций распределения оператору системы распределения (DSO). «Но до AEG, вероятно, от 10 до 15 лет».

В плане Кристова, DER управляются на уровне дома или здания владельцами DER и домашними системами управления энергопотреблением.DSO управляет только кумулятивными системными воздействиями от общего DER, "доставленного на интерфейс, где дом или здание соединяются", - сказал он. «Устройства DER не нуждаются в контроле со стороны DSO, независимо от того, потребляют ли они генерацию или доставляют ее».


«Коммунальная система - это намного больше, чем вождение автомобиля, это все равно, что упорядочить каждую часть каждой машины на дороге».

Майкл Канеллос

Аналитик Интернета вещей, OSISoft


В интерфейсе передачи-распределения «ISO аналогично рассматривает каждый DSO как один ресурс», - добавил он.«Каждому слою не нужно видеть, что находится внутри нижних уровней, ему просто нужно координировать то, что находится на этих интерфейсах».

Существует мало разногласий по поводу нынешних пределов автономии, но есть разные мнения по поводу уровня автономии, который будет возможен в будущей энергосистеме.

«Поддержка принятия решений» - это «хороший способ описать иерархию NREL», - сказал Чинг из HECO. «Устройства могут работать автономно, но им может потребоваться центральный сигнал для вещей, которые влияют на всю систему.Чтобы сбалансировать спрос и предложение на местном уровне, сначала может потребоваться увидеть системные потребности ».

NREL сравнил AEG с автономным вождением, но «это не так», - сказал Канеллос. «Коммунальная система - это намного больше, чем вождение автомобиля, это похоже на организацию каждой части каждой машины на дороге. Алгоритм, достаточно сложный, чтобы гарантировать безопасность по многим параметрам, прямо сейчас недостижимо».

Надежность остается важным вопросом, но AEG «подобен автономным транспортным средствам, потому что оба они уже на улице, и их будет еще больше», - сказал Кропоски.«Мы будем развивать ум и устранять изгибы, чтобы улучшить автономное принятие решений, и в энергосистему будет встроено больше автоматизации безопасными и оптимальными способами».

Energy автономный электронный скин | npj Flexible Electronics

  • 1.

    Гарсия Нуньес, К., Наварадж, В. Т., Полат, Э. О. и Дахия, Р. Энергонезависимая, гибкая и прозрачная тактильная кожа. Adv. Функц. Матер. 27 , 1606287 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 2.

    Tee, B.C., Wang, C., Allen, R. & Bao, Z. Электрически и механически самовосстанавливающийся композит с чувствительностью к давлению и сгибанию для электронных кожных аппликаций. Nat. Нанотехнологии. 7 , 825–832 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 3.

    Бауэр, С. Гибкая электроника: сложная кожа. Nat. Матер. 12 , 871–872 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 4.

    Wang, C. et al. Интерактивный электронный скин для мгновенной визуализации давления. Nat. Матер. 12 , 899–904 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 5.

    Yogeswaran, N. et al. Новые материалы и достижения в создании электронной оболочки для интерактивных роботов. Adv. Робот. 29 , 1359–1373 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 6.

    Бенайт, С. Дж., Ван, К., Ток, Дж. Б. и Бао, З. Растягиваемые и самовосстанавливающиеся полимеры и устройства для электронной кожи. Прог. Polym. Sci. 38 , 1961–1977 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 7.

    Takei, K. et al. Схема активной матрицы на основе нанопроволоки для низковольтной искусственной кожи макромасштабного уровня. Nat. Матер. 9 , 821–826 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 8.

    Navaraj, W. T. et al. Нейронный элемент на основе Nanowire FET для тактильной чувствительной кожи робота. Фронт. Neurosci. 11 , 1–20 (2017).

    Google Scholar

  • 9.

    Dang, W. Растягиваемая беспроводная система для мониторинга pH пота. Biosens. Биоэлектрон. 107 , 192–202 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 10.

    Dang, W., Винчигерра, В., Лоренцелли, Л. и Дахия, Р. Печатные растягиваемые межсоединения. Flex. Распечатать. Электрон. 2 , 013003 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 11.

    Гупта С., Наварадж В. Т., Лоренцелли Л. и Дахия Р. Ультратонкие микросхемы для высокопроизводительной гибкой электроники. NPJ Flex. Электрон. 2 , 1–17 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 12.

    Kim, J. et al. Носимые интеллектуальные сенсорные системы, встроенные в мягкие контактные линзы для беспроводной диагностики глаза. Nat. Commun. 8 , 14997 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 13.

    Manjakkal, L., Sakthivel, B., Gopalakrishnan, N. & Dahiya, R. Печатные гибкие электрохимические датчики pH на основе наностержней CuO. Сенсорный привод B-Chem. 263 , 50–58 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 14.

    Гарсиа Нуньес, К., Лю, Ф., Сюй, С. и Дахия, Р. Методы интеграции для электроники большой площади на основе микро / наноструктур , Cambridge Elements (Cambridge University Press, Кембридж, 2018).

  • 15.

    Wang, T. et al. Гибкие прозрачные электронные датчики газа. Малый 12 , 3748–3756 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 16.

    Го, Х.и другие. Прозрачные, гибкие и растяжимые датчики влажности на основе WS 2 для электронной кожи. Наноразмер 9 , 6246–6253 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 17.

    Наварадж, В. Т., Гупта, С., Лоренцелли, Л. и Дахия, Р. Перенос ультратонких кремниевых чипов в масштабе пластин на гибкие подложки для высокопроизводительных изгибаемых систем. Adv. Электрон. Матер. 4 , 1700277 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 18.

    Секитани Т., Зшишанг У., Клаук Х. и Сомея Т. Гибкие органические транзисторы и схемы с исключительной стабильностью на изгиб. Nat. Матер. 9 , 1015 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 19.

    Kaltenbrunner, M. et al. Сверхлегкая конструкция для незаметной пластиковой электроники. Природа 499 , 458 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 20.

    Viventi, J. et al. Гибкий. складной. активно мультиплексируется. матрица электродов высокой плотности для картирования активности мозга in vivo. Nat. Neurosci. 14 , 1599 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 21.

    Xu, S. et al. Мягкие микрофлюидные сборки датчиков, схем и радиоприемников для кожи. Наука 344 , 70–74 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 22.

    Imani, S. et al. Носимая химико-электрофизиологическая гибридная биосенсорная система для мониторинга здоровья и физической формы в реальном времени. Nat. Commun. 7 , 11650 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 23.

    Takei, K., Honda, W., Harada, S., Ари, Т. и Акита, С. К гибким и носимым интерактивным устройствам для мониторинга здоровья человека. Adv. Здоровьеc. Матер. 4 , 487–500 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 24.

    Пател С., Парк Х., Бонато П., Чан Л. и Роджерс М. Обзор носимых датчиков и систем, применяемых в реабилитации. J. Neuroeng. Rehabil. 9 , 21 (2012).

    Артикул Google Scholar

  • 25.

    Fan, F. R. et al. Прозрачные трибоэлектрические наногенераторы и датчики давления с автономным питанием на основе пластиковых пленок с микрорельефом. Нано. Lett. 12 , 3109–3114 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 26.

    Арманд, М. и Тараскон, Дж. М. Создание лучших батарей. Природа 451 , 652 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 27.

    Ван, З. Л. и Ву, В. Сбор энергии с помощью нанотехнологий для микро- и наносистем с автономным питанием. Angew. Chem. Int. Эд. 51 , 11700–11721 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 28.

    Липоми, Д. Дж., Ти, Б. К. К., Фогеричиан, М. и Бао, З. Растягиваемые органические солнечные элементы. Adv. Матер. 23 , 1771–1775 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 29.

    Липоми, Д. Дж. И Бао, З. Растягивается. эластичные материалы и устройства для преобразования солнечной энергии. Energ. Environ. Sci. 4 , 3314–3328 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 30.

    Huang, L. et al. Бумажные электроды, покрытые частично расслоенным графитом и полипирролом для высокоэффективных гибких суперконденсаторов. Полимеры 10 , 135 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 31.

    Han, S. et al. Без батареи. беспроводные датчики для отображения давления и температуры всего тела. Sci. Пер. Med. 10 , 4950 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 32.

    Ringeisen, B.R. et al. Высокая удельная мощность от миниатюрного микробного топливного элемента с использованием Shewanella oneidensis DSP10. Environ. Sci. Technol. 40 , 2629–2634 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 33.

    Того, М., Такамура, А., Асаи, Т., Каджи, Х. и Нишизава, М. Микрожидкостный биотопливный элемент на основе ферментов, использующий опосредованное витамином К3 окисление глюкозы. Электрохим. Acta 52 , 4669–4674 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 34.

    Falk, M. et al. Биотопливный элемент как источник энергии для электронных контактных линз. Biosens. Биоэлектрон. 37 , 38–45 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 35.

    Kaltenbrunner, M. et al. Гибкие перовскитовые солнечные элементы с высокой удельной мощностью и контактами между оксидом хрома и металлом для повышения стабильности в воздухе. Nat. Матер. 14 , 1032 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 36.

    Khan, S., Dahiya, R. S. & Lorenzelli, L. In Proc. 44-й European Solid State Dev. Res. Конф. (ESSDERC) 86–89 (IEEE, Венеция, 2014 г.).

  • 37.

    Fan, F. R., Tian, ​​Z. Q. & Wang, Z. L. Гибкий трибоэлектрический генератор. Nano Energy 1 , 328–334 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 38.

    Manjakkal, L., García Núñez, C., Dang, W. & Dahiya, R. Гибкий самозарядный суперконденсатор на основе электродов из графен-Ag-3D пены графена. Nano Energy 51 , 604–612 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 39.

    Someya, T. et al. Большая площадь. гибкая матрица датчика давления с органическими полевыми транзисторами для искусственной кожи. Proc. Natl Acad. Sci. США 101 , 9966–9970 (2004).

    CAS Статья Google Scholar

  • 40.

    Hakim, M. M. A. et al. Недорогие кремниевые нанодатчики массового производства для обнаружения молекул в газовой фазе. SF J. Nanochem. Nanotechnol. 1 , 1006 (2018).

    Google Scholar

  • 41.

    Suarez, F., Nozariasbmarz, A., Vashaee, D. & Ozturk, M.C. Разработка термоэлектрических генераторов для носимой электроники с автономным питанием. Energ. Environ. Sci. 9 , 2099–2113 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 42.

    Ho, D. H. et al. Растягиваемая и мультимодальная полностью графеновая электронная кожа. Adv.Матер. 28 , 2601–2608 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 43.

    Бандодкар, А. Дж. И Ван, Дж. Неинвазивные носимые электрохимические датчики: обзор. Trends Biotechnol. 32 , 363–371 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 44.

    Bai, P. et al. Интегрированный многослойный трибоэлектрический наногенератор для сбора биомеханической энергии от движений человека. САУ Нано 7 , 3713–3719 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 45.

    Yang, Y. et al. Трибоэлектрический наногенератор для сбора энергии ветра и в качестве автономной системы датчиков вектора ветра. ACS Nano 7 , 9461–9468 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 46.

    Wang, Z. L. Трибоэлектрические наногенераторы как новая энергетическая технология для автономных систем и как активные механические и химические датчики. ACS Nano 7 , 9533–9557 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 47.

    Мин, Г., Маньяккал, Л., Малвихилл, Д. М. и Дахия, Р. Повышение производительности трибоэлектрического наногенератора за счет оптимизированной низкой диэлектрической проницаемости. В Proc. IEEE Sens. Conf. (IEEE, Дели, 2018).

  • 48.

    Shi, M. et al. Автономный аналог умной кожи. САУ Нано 10 , 4083–4091 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 49.

    Дахия, Р. Валле, М. Роботизированное тактильное зондирование (Springer Publishing, New York, 2013).

  • 50.

    Дахия, Р., Метта, Дж., Валле, М., Сандини, Дж. Тактильное восприятие - от людей к гуманоидам. IEEE Trans. Робот. 26 , 1–20 (2010).

    Артикул Google Scholar

  • 51.

    Дахия Р., Миттендорфер П., Валле М., Ченг Г. и Люмельски В. Дж. Направления эффективного использования тактильной кожи: обзор. Иэээ. Sens. J. 13 , 4121–4138 (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 52.

    Дахия Р., Наварадж В. Т., Хан С. и Полат Е. О. Развитие электронной кожи с осязанием. Info Disp. 31 , 6–10 (2015).

    Google Scholar

  • 53.

    Schmitz, A. et al. Методы и технологии реализации тактильных датчиков крупногабаритных роботов. IEEE Trans. Робот. 27 , 389–400 (2011).

    Артикул Google Scholar

  • 54.

    Леонов В. и Вуллерс Р. Дж. М. Носимая электроника с автономным питанием за счет использования тепла человеческого тела: современное состояние и перспективы. J. Renew. Поддерживать. Ener. 1 , 062701 (2009).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 55.

    Ян Р., Цинь Ю., Ли, К., Чжу, Г. и Ван, З. Л. Преобразование биомеханической энергии в электричество с помощью наногенератора, управляемого движением мышц. Нано. Lett. 9 , 1201–1205 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 56.

    Li, C. et al. Носимые энергосберегающие ленты для синхронного сбора и хранения энергии. Nat. Commun. 7 , 13319 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 57.

    Hammock, M. L., Chortos, A., Tee, B. C. K., Tok, J. B. H. & Bao, Z. Статья в честь 25-летия: эволюция электронной кожи ( e -skin): краткая история, соображения по дизайну и недавний прогресс. Adv. Матер. 25 , 5997–6038 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 58.

    Чортос, А., Лю, Дж. И Бао, З. Создание протезов электронной кожи. Nat. Матер. 15 , 937 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 59.

    Fraunhofer, I. Отчет по фотоэлектрической энергии (Fraunhofer ISE, Freiburg, 2016).

  • 60.

    Итикава, Ю., Йошида, Т., Хама, Т., Сакаи, Х. и Харашима, К. Технология производства гибких солнечных элементов на основе аморфного кремния. Sol. Energy Mater. Sol. Ячейки 66 , 107–115 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 61.

    Kaltenbrunner, M. et al. Ультратонкие и легкие органические солнечные элементы с высокой гибкостью. Nat. Commu. 3 , 770 (2012).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 62.

    Gu, X. et al. Полимерные солнечные элементы большой площади с рулонной печатью с эффективностью 5% на основе смеси сопряженных полимеров с низкой степенью кристалличности. Adv. Energy Mater. 7 , 1602742 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 63.

    Günes, S., Neugebauer, H. & Sariciftci, N. S. Органические солнечные элементы на основе сопряженных полимеров. Chem. Ред. 107 , 1324–1338 (2007).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 64.

    Шуберт М. Б. и Вернер Дж. Х. Гибкие солнечные элементы для одежды. Mater. Сегодня 9 , 42–50 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 65.

    Hu, X. et al. Носимый крупномасштабный перовскитовый источник солнечной энергии через наноячеистый каркас. Adv. Матер. 29 , 1703236 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 66.

    Грин, М. А., Эмери, К., Хисикава, Ю., Варта, В. и Данлоп, Е. Д. Таблицы эффективности солнечных элементов (версия 45). Прог. Фотовольт. Res. Прил. 23 , 1–9 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 67.

    Kayes, B.M. et al. Эффективность преобразования 27,6%, новый рекорд для однопереходных солнечных элементов при 1 солнечном освещении. В Proc. 37-й IEEE Photovolt. Спец. Конф. (PVSC) 000004-000008 (IEEE, Сиэтл, 2011 г.).

  • 68.

    Яблонович, Э., Гмиттер, Т., Харбисон, Дж. И Бхат, Р. Чрезвычайная селективность при отрыве эпитаксиальных пленок GaAs. Заявл. Phys. Lett. 51 , 2222–2224 (1987).

    CAS Статья Google Scholar

  • 69.

    Ореган, Б. и Гретцель, М. А по низким ценам. высокоэффективный солнечный элемент на основе сенсибилизированных красителем коллоидных пленок TiO 2 . Nature 353 , 737 (1991).

    CAS Статья Google Scholar

  • 70.

    Робертсон, Н. Оптимизация красителей для сенсибилизированных красителями солнечных элементов. Angew. Chem. Int. Эд. 45 , 2338–2345 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 71.

    Yu, J., Fan, J. & Lv, K. Anatase TiO 2 нанолистов с открытыми гранями (001): улучшенная эффективность фотоэлектрического преобразования в сенсибилизированных красителями солнечных элементах. Наноразмер 2 , 2144–2149 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 72.

    Xie, Y. et al. Сенсибилизация порфирином для фотоэлектрической эффективности 11,5%: рекорд для нерутениевых солнечных элементов на основе йодного электролита. J. Am. Chem. Soc. 137 , 14055–14058 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 73.

    Yella, A. et al. Сенсибилизированные порфирином солнечные элементы с окислительно-восстановительным электролитом на основе кобальта (II / III) превышают эффективность 12%. Наука 334 , 629–634 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 74.

    Сайто, М.& Фуджихара, С. Генерация большого фототока в солнечных элементах ZnO, сенсибилизированных красителем. Energ. Environ. Sci. 1 , 280–283 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 75.

    Li, L., Zhai, T., Bando, Y. & Golberg, D. Недавний прогресс одномерных ZnO наноструктурированных солнечных элементов. Nano Energy 1 , 91–106 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 76.

    Lu, J. et al. Хорошо выровненные массивы наностержней TiO 2 , полученные реактивным магнетронным распылением постоянного тока для гибких сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Mater. Lett. 188 , 323–326 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 77.

    Jiang, C. et al. Гибкий сенсибилизированный красителем солнечный элемент с высокой гибкостью и электродом из ZnO-нанопроволоки, модифицированного наночастицами. Заявл. Phys. Lett. 92 , 143101 (2008).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 78.

    Томпсон, Б. К. и Фреше, Дж. М. Дж. Полимер-фуллереновые композитные солнечные элементы. Angew. Chem. Int. Эд. 47 , 58–77 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 79.

    Tang, C. W. Двухслойный органический фотоэлектрический элемент. Заявл. Phys. Lett. 48 , 183–185 (1986).

    CAS Статья Google Scholar

  • 80.

    Brabec, C.J. et al. Солнечные элементы с объемным гетеропереходом полимер – фуллерен. Adv. Матер. 22 , 3839–3856 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 81.

    Гаспарини, Н. Физика акцепторов малых молекул для эффективных и стабильных объемных солнечных элементов с гетеропереходом. Adv. Energy Mater. 8 , 1703298 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 82.

    Shaheen, S.E. et al. Солнечные элементы из органического пластика с КПД 2,5%. Заявл. Phys. Lett. 78 , 841–843 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 83.

    Lee, J. Y., Connor, S. T., Cui, Y. & Peumans, P. Полупрозрачные органические фотоэлектрические элементы с ламинированным верхним электродом. Нано. Lett. 10 , 1276–1279 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 84.

    Bailie, C. D. et al. Полупрозрачные перовскитные солнечные элементы для тандемов с кремнием и CIGS. Energ. Environ. Sci. 8 , 956–963 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 85.

    Аливисатос А. П. Полупроводниковые кластеры, нанокристаллы и квантовые точки. Science 271 , 933–937 (1996).

    CAS Статья Google Scholar

  • 86.

    Сантра, П. К. и Камат, П. В. Сенсибилизированные квантовыми точками солнечные элементы, легированные марганцем: стратегия повышения эффективности более чем на 5%. J. Am. Chem. Soc. 134 , 2508–2511 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 87.

    Даял, С., Копидакис, Н., Олсон, Д. К., Джинли, Д. С. и Рамблс, Г. Фотоэлектрические устройства с полимером с малой шириной запрещенной зоны и наноструктурами CdSe, эффективность которых превышает 3%. Нано. Lett. 10 , 239–242 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 88.

    Deng, M. et al. Недорогой гибкий противоэлектрод из композитного наносульфида и углерода для солнечных элементов, сенсибилизированных квантовыми точками. Nanoscale Res. Lett. 5 , 986 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 89.

    Лю, Д. и Келли, Т. Л. Перовскитные солнечные элементы с планарной структурой гетероперехода, полученные с использованием методов обработки раствора при комнатной температуре. Nat. Фотон. 8 , 133 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 90.

    Xu, B. et al. Материалы для переноса дырок на основе карбазола для эффективных твердотельных сенсибилизированных красителями солнечных элементов и перовскитных солнечных элементов. Adv. Матер. 26 , 6629–6634 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 91.

    Юн, Х., Кан, С.М., Ли, Дж .-К. И Чой, М. Безгистерезисные низкотемпературные плоские солнечные элементы из перовскита с эффективностью 19,1%. Energ. Environ. Sci. 9 , 2262–2266 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 92.

    Luo, Q. et al. Долговечные гибкие солнечные элементы из перовскита на основе углеродных электродов. Adv. Функц. Матер. 28 , 1706777 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 93.

    Yang, D. et al. Высокоэффективные гибкие перовскитные солнечные элементы с подавлением гистерезиса, использующие твердотельные ионные жидкости для эффективного переноса электронов. Adv. Матер. 28 , 5206–5213 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 94.

    Roundy, S. et al. Повышение выходной мощности поглотителей энергии на основе вибрации. IEEE Pervas. Compu. 4 , 28–36 (2005).

    Артикул Google Scholar

  • 95.

    Али, С., Фрисвелл, М. и Адхикари, С. Анализ энергоуборочных комбайнов для автомобильных мостов. J. Intell. Матер. Syst. Struct. 22 , 1929–1938 (2011).

    Артикул Google Scholar

  • 96.

    Ахмад А., Хан З. А., Саад Алам М. и Хатиб С. Обзор методов зарядки электромобилей. стандарты. прогресс и развитие технологий электромобилей в Германии. Smart Sci. 6 , 36–53 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 97.

    Ван, Й., Ян, Й. и Ван, З. Л. Трибоэлектрические наногенераторы как гибкие источники питания. NPJ Flex. Электрон. 1 , 10 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 98.

    El-Hami, M. et al. Разработка и изготовление нового вибрационного электромеханического генератора энергии. Сенсорный привод A-Phys. 92 , 335–342 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 99.

    Глинн-Джонс, П. и Уайт, Н. М. Системы с автономным питанием: обзор источников энергии. Сенс.Ред. 21 , 91–98 (2001).

    Артикул Google Scholar

  • 100.

    Beeby, S.P. et al. Микро-электромагнитный генератор для сбора энергии вибрации. J. Micromech. Microeng. 17 , 1257 (2007).

    Артикул Google Scholar

  • 101.

    Ван З. Л. и Сонг Дж. Пьезоэлектрические наногенераторы на основе массивов нанопроволок оксида цинка. Наука 312 , 242–246 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 102.

    Гао, П. X., Сонг, Дж., Лю, Дж. И Ван, З. Л. Пьезоэлектрические наногенераторы на основе нанопроволоки на пластиковых подложках в качестве гибких источников питания для наноустройств. Adv. Матер. 19 , 67–72 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 103.

    Сюй, С.и другие. Устройства на основе нанопроволоки с автономным питанием. Nat. Нанотехнологии. 5 , 366 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 104.

    Shen, D. et al. Микрообработанный кантилевер из PZT на основе структуры SOI для сбора энергии низкочастотной вибрации. Сенсорный привод A-Phys. 154 , 103–108 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 105.

    Гао, Й. и Ван, З. Л. Электростатический потенциал в изогнутой пьезоэлектрической нанопроволоке. Фундаментальная теория наногенераторов и нанопьезотроники. Нано. Lett. 7 , 2499–2505 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 106.

    Gao, Z. et al. Влияние пьезоэлектрического потенциала на транспортные характеристики полевого транзистора металл-ZnO-нанопроволока-металл. J. Appl. Phys. 105 , 113707 (2009).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 107.

    Liu, J. et al. Плотность носителей заряда и барьер Шоттки на производительности наногенератора постоянного тока. Нано. Lett. 8 , 328–332 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 108.

    Хуанг, Ю. Логические вентили и вычисления из собранных строительных блоков нанопроволоки. Наука 294 , 1313–1317 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 109.

    Лин, Ю. Ф., Сонг, Дж., Динг, Ю., Лу, С. Ю. и Ван, З. Л. Пьезоэлектрический наногенератор с использованием нанопроволок CdS. Заявл. Phys. Lett. 92 , 022105 (2008).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 110.

    Huang, C. T. et al. Наногенератор Single-InN-нанопроволоки с выходным напряжением до 1 В. Adv.Матер. 22 , 4008–4013 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 111.

    Huang, C. T. et al. Массивы нанопроволок GaN для высокопроизводительных наногенераторов. J. Am. Chem. Soc. 132 , 4766–4771 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 112.

    Ван, Х., Сонг, Дж., Лю, Дж. И Ван, З. Л. Наногенератор постоянного тока, управляемый ультразвуковыми волнами. Наука 316 , 102–105 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 113.

    Xu, S., Wei, Y., Liu, J., Yang, R. & Wang, Z. L. Интегрированный многослойный наногенератор, изготовленный с использованием парных щеток из наноразмерных наконечников и нанопроволок. Нано. Lett. 8 , 4027–4032 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 114.

    Бай, С.и другие. Монокристаллический цирконат-титанат свинца (PZT), нано / микропроволочный УФ-датчик с автономным питанием. Nano Energy 1 , 789–795 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 115.

    Zhu, G., Yang, R., Wang, S. & Wang, Z. L. Гибкий высокопроизводительный наногенератор на основе массива латеральных нанопроволок ZnO. Нано. Lett. 10 , 3151–3155 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 116.

    Hu, Y., Zhang, Y., Xu, C., Zhu, G. & Wang, Z. L. Высокопроизводительный наногенератор на основе рациональной униполярной сборки конических нанопроволок и его применение для управления маленьким жидкокристаллическим дисплеем. Нано. Lett. 10 , 5025–5031 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 117.

    Ян, Р., Цинь, Й., Дай, Л. и Ван, З. Л. Генерация энергии с помощью тонких пьезоэлектрических проводов, расположенных сбоку. Nat.Нанотехнологии. 4 , 34 (2008).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 118.

    Li, Z., Zhu, G., Yang, R., Wang, A.C. & Wang, Z. L. Мышечный наногенератор in vivo. Adv. Матер. 22 , 2534–2537 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 119.

    Qin, Y., Wang, X. & Wang, Z. L. Гибридная структура микроволокна и нанопроволоки для поглощения энергии. Природа 451 , 809 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 120.

    Li, Z. & Wang, Z. L. Гибкие волоконные наногенераторы, управляемые давлением воздуха / жидкости и биением сердца, в качестве источника микро / нано энергии или диагностического датчика. Adv. Матер. 23 , 84–89 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 121.

    Ван, С., Лин, Л. и Ван, З. Л. Преобразование энергии с использованием наномасштабного трибоэлектрического эффекта для устойчивого питания портативной электроники. Нано. Lett. 12 , 6339–6346 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 122.

    Zhu, G. et al. К крупномасштабному сбору энергии с помощью трибоэлектрического наногенератора, усиленного наночастицами. Нано. Lett. 13 , 847–853 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 123.

    Ван, С. Скользящие трибоэлектрические наногенераторы на основе механизма разделения заряда в плоскости. Нано. Lett. 13 , 2226–2233 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 124.

    Zhang, X. S. et al. Мощный трибоэлектрический наногенератор с умножением частоты для устойчивого питания биомедицинских микросистем. Нано. Lett. 13 , 1168–1172 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 125.

    Zhu, G. et al. Линейно-решеточный трибоэлектрический генератор на основе скользящей электрификации. Нано. Lett. 13 , 2282–2289 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 126.

    Lin, L. et al. Дисковый трибоэлектрический наногенератор с сегментной структурой для сбора вращательной механической энергии. Нано. Lett. 13 , 2916–2923 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 127.

    Yang, Y. Одноэлектродный трибоэлектрический наногенератор как автономная система слежения. Adv. Матер. 25 , 6594–6601 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 128.

    Минних, А. Дж., Дрессельхаус, М. С., Рен, З. Ф. и Чен, Г. Объемные наноструктурированные термоэлектрические материалы: текущие исследования и перспективы на будущее. Energ. Environ. Sci. 2 , 466–479 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 129.

    Кухаренко Э. и др. На пути к термоэлектрическому наноструктурированному сборщику энергии для носимых устройств. J. Mater. Sci. Матер. Электрон. 29 , 3423–3436 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 130.

    Браун, С. Р., Каузларич, С. М., Газкойн, Ф. и Снайдер, Г. Дж. Иб 14 MnSb 11 : новый высокоэффективный термоэлектрический материал для производства электроэнергии. Chemi. Матер. 18 , 1873–1877 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 131.

    Tang, X., Zhang, Q., Chen, L., Goto, T. & Hirai, T. Синтез и термоэлектрические свойства скуттерудита с наполнителем p-типа и n-типа R y M x Co 4 − x Sb 12 (R: Ce, Ba, Y; M: Fe, Ni). J. Appl. Phys. 97 , 0

    (2005).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 132.

    Сарамат, А. и др. Большая термоэлектрическая добротность при высокой температуре в клатрате, выращенном Чохральским, Ba 8 Ga 16 Ge 30 . J. Appl. Phys. 99 , 023708 (2006).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 133.

    Венкатасубраманян, Р., Сиивола, Э., Колпиттс, Т. и О'Куинн, Б. Тонкопленочные термоэлектрические устройства с высокими показателями качества при комнатной температуре. Природа 413 , 597 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 134.

    Chung, D. Y. et al. CsBi 4 Te 6 : высокоэффективный термоэлектрический материал для низкотемпературных применений. Наука 287 , 1024–1027 (2000).

    CAS Статья Google Scholar

  • 135.

    Щек, Дж. Р., Хиггинс, Дж. М. и Джин, С. Повышение термоэлектрических свойств в наноразмерных и наноструктурированных материалах. J. Mater. Chem. 21 , 4037–4055 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 136.

    Лин Ю. М. и Дрессельхаус М. Термоэлектрические свойства сверхрешеточных нанопроволок. Phys., Ред. B 68 , 075304 (2003).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 137.

    Чжан, Г., Ю., Q., Ван, В., Ли, X. Наноструктуры для термоэлектрических приложений: синтез.механизм роста и исследования свойств. Adv. Матер. 22 , 1959–1962 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 138.

    Чжао, X. Б. Нанотрубки из теллурида висмута и влияние на термоэлектрические свойства нанокомпозитов, содержащих нанотрубки. Заявл. Phys. Lett. 86 , 062111 (2005).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 139.

    Альхавари М., Мохаммад Б., Салех Х. и Исмаил М. Сбор энергии для автономных носимых устройств . (Шпрингер, Берлин, Германия, 2018 г.).

  • 140.

    Маунт, Л. Т. in Тепловые потери от животных и человека 425–439 (Butterworth & Co, Лондон, 1974).

  • 141.

    Torfs, T. Пульсоксиметр, работающий от тепла человеческого тела. Сенсорные преобразователи J. 80 , 1230–1238 (2007).

    Google Scholar

  • 142.

    Su, J. et al. Сборщик термоэлектрической энергии производства Stepper. Microelectron. Англ. 87 , 1242–1244 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 143.

    Буллен, Р. А., Арно, Т., Лейкман, Дж. И Уолш, Ф. Биотопливные элементы и их развитие. Biosens. Биоэлектрон. 21 , 2015–2045 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 144.

    Бандодкар, А. Дж. Носимые биотопливные элементы: прошлое, настоящее и будущее. J. Electrochem. Soc. 164 , h4007 – h4014 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 145.

    Garcia, S. et al. Носимая сенсорная система с питанием от биотопливного элемента для определения уровня лактата в поте. ECS J. Solid State Sci. Technol. 5 , M3075 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 146.

    Xu, Z. et al. Плоский лактатный биотопливный элемент на ферментной основе, интегрированный с системой управления питанием: к долгосрочному источнику питания на месте для носимых датчиков. Заявл. Энергия 194 , 71–80 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 147.

    Yeknami, A. F. et al. Биодатчик глюкозы / лактата с питанием от биотопливных элементов 0,3 В, использующий пассивный δς АЦП с соотношением сигнал / шум 180 нВт 64 дБ и беспроводной передатчик 920 МГц.В Proc. Международная конференция по твердотельным схемам IEEE (ISSCC) 284–286 (IEEE, Сан-Франциско, 2018 г.).

  • 148.

    Минтир, С. Д., Лиау, Б. Ю. и Куни, М. Дж. Ферментные биотопливные клетки. Curr. Opin. Biotechnol. 18 , 228–234 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 149.

    Southcott, M. et al. Кардиостимулятор с питанием от имплантируемого биотопливного элемента, работающий в условиях, имитирующих систему кровообращения человека - батарея в комплект не входит. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 , 6278–6283 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 150.

    Sim, H. J. et al. Элемент биотоплива с растягивающимся волокном путем повторной упаковки листов из многослойных углеродных нанотрубок. Нано. Lett. 18 , 5272–5278 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 151.

    Джиа, В., Вальдес-Рамирес, Г., Бандодкар, А. Дж., Виндмиллер, Дж. Р. и Ван, Дж. Эпидермальные биотопливные клетки: сбор энергии из человеческого потоотделения. Angew. Chem. Int. Эд. 52 , 7233–7236 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 152.

    Jia, W. et al. Носимые текстильные биотопливные элементы для питания электроники. J. Mater. Chem. А 2 , 18184–18189 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 153.

    Fujimagari, Y. & Nishioka, Y. Растягиваемый элемент биотоплива глюкозы с проводкой из многослойных углеродных нанотрубок. J. Phys. Конф. Серии 660 , 012130 (2015).

  • 154.

    Bandodkar, A.J. et al. Мягкий. растяжимый. Электронные биотопливные элементы на основе кожи с высокой плотностью мощности для поглощения энергии человеческого пота. Energ. Environ. Sci. 10 , 1581–1589 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 155.

    Мияке Т., Ханеда К., Йошино С. и Нисидзава М. Гибкий. слоистые биотопливные элементы. Biosens. Биоэлектрон. 40 , 45–49 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 156.

    Джирапан, И., Семпионатто, Дж. Р., Павинатто, А., Ю, Дж. М. и Ван, Дж. Растягиваемые биотопливные элементы в качестве носимых текстильных датчиков с автономным питанием. J. Mater. Chem. А 4 , 18342–18353 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 157.

    Yu, P., Zhao, X., Huang, Z., Li, Y. & Zhang, Q. Отдельно стоящие трехмерные массивы графеновых и полианилиновых нанопроволок гибридных пен для получения высокоэффективных, гибких и легких суперконденсаторы. J. Mater. Chem. А 2 , 14413–14420 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 158.

    Го К., Ма, Й., Ли, Х. и Чжай, Т. Гибкие суперконденсаторы в форме проволоки в параллельной двойной спирали со стабильными электрохимическими свойствами при статическом / динамическом изгибе. Малый 12 , 1024–1033 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 159.

    Xiong, Z., Liao, C., Han, W. и Wang, X. Механически прочные иерархические пористые графеновые пленки большой площади для применения в высокоэффективных гибких суперконденсаторах. Adv. Матер. 27 , 4469–4475 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 160.

    Yu, C., Masarapu, C., Rong, J., Wei, B. & Jiang, H. Растягиваемые суперконденсаторы на основе изогнутых однослойных макропленок из углеродных нанотрубок. Adv. Матер. 21 , 4793–4797 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 161.

    Meng, C., Liu, C., Chen, L., Hu, C. & Fan, S. Очень гибкие твердотельные полимерные суперконденсаторы, похожие на бумагу. Nano Lett. 10 , 4025–4031 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 162.

    Pan, X. et al. Быстрые суперконденсаторы на основе графеновых мостиков V 2 O 3 / VOx наноструктурные электроды ядро-оболочка с удельной мощностью 1 МВт кг −1 . Adv.Матер. Интерфейсы 1 , 1400398 (2014).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 163.

    Bae, J. et al. Волоконные суперконденсаторы, изготовленные из гибридных структур на основе нанопроволоки и волокна для носимого / гибкого накопления энергии. Angew. Chem. Int. Эд. 50 , 1683–1687 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 164.

    Fu, Y. et al. Волоконно-суперконденсаторы, в которых используются чернила ручки для гибкого / носимого хранения энергии. Adv. Матер. 24 , 5713–5718 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 165.

    Рудола А., Гаджела С. Р. и Балая П. Батарея с натриевым покрытием высокой плотности энергии на месте с фольгой токосъемника в качестве анода. Electrochem. Commun. 86 , 157–160 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 166.

    Ли Ю.H. et al. Носимый текстильный аккумулятор, перезаряжаемый солнечной энергией. Нано. Lett. 13 , 5753–5761 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 167.

    Hu, L., Wu, H., La Mantia, F., Yang, Y. & Cui, Y. Тонкие гибкие вторичные литий-ионные бумажные батареи. ACS Nano 4 , 5843–5848 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 168.

    Jia, X. et al. Высокопроизводительные гибкие литий-ионные электроды на основе надежной сетевой архитектуры. Energ. Environ. Sci. 5 , 6845–6849 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 169.

    Bao, Y. et al. Отдельно стоящие и гибкие катоды LiMnTiO 4 / углеродные нанотрубки для высокопроизводительных литий-ионных батарей. J. Источники энергии 321 , 120–125 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 170.

    Lu, Y. et al. Гибкие и отдельно стоящие гибридные пленки из органических / углеродных нанотрубок в качестве катода для перезаряжаемых литий-ионных батарей. J. Phys. Chem. С. 121 , 14498–14506 (2017).

    CAS Статья Google Scholar

  • 171.

    Ren, J. et al. Эластичный и пригодный для носки литий-ионный аккумулятор проволочной формы с высокими электрохимическими характеристиками. Angew. Chem. 126 , 7998–8003 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 172.

    Fu, J. et al. Электрически перезаряжаемые воздушно-цинковые батареи: прогресс, проблемы и перспективы. Adv. Матер. 29 , 1604685 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 173.

    Li, Y. et al. Атомарно тонкий мезопористый Co 3 O 4 слоев, прочно связанных с нанолистами N-rGO, в качестве высокоэффективных бифункциональных катализаторов для одномерных связываемых цинковоздушных батарей. Adv. Матер. 30 , 1703657 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 174.

    Кальтенбруннер, М., Кеттлгрубер, Г., Сикет, К., Швёдиауер, Р. и Бауэр, С. Массивы сверхсовместимых электрохимических сухих гелевых ячеек для растягиваемой электроники. Adv. Матер. 22 , 2065–2067 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 175.

    Агбиня Дж.I. Wireless Power Transfer Vol. 45 (River Publishers, 2015).

  • 176.

    Ли, Л., Лю, Х., Чжан, Х. и Сюэ, В. Эффективная беспроводная система передачи энергии, интегрируемая с метаповерхностью для биологических приложений. IEEE Trans. Ind. Electron. 65 , 3230–3239 (2018).

    Артикул Google Scholar

  • 177.

    Джадидиан Дж. И Катаби Д. Беспроводная передача энергии. Патент США №9 800 076 (2017).

  • 178.

    Акевек П. и Барбоза Дж. Беспроводная система питания для зарядки суперконденсаторов в качестве источников питания для имплантируемых устройств. В Proc. IEEE PELS Workshop Emerging Technol. Беспроводное питание (WoW) 1–5 (IEEE, Daejeon, 2015).

  • 179.

    Хео, Э., Чой, К. Ю., Ким, Дж., Парк, Дж. Х. и Ли, Х. Носимая текстильная антенна для беспроводной передачи энергии с помощью магнитного резонанса. Текст. Res. J. 88 , 913–921 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 180.

    Sun, K. et al. Обзор метаматериалов и их достижений в беспроводной передаче энергии. J. Mater. Chem. С. 6 , 2925–2943 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 181.

    Strommer, E. et al. Беспроводная зарядка с поддержкой NFC. В Proc. IEEE 4th Внутр.Мастерская ближнего поля коммуны. (NFC) 36–41 (IEEE, Хельсинки, 2012 г.).

  • 182.

    Парк, Дж., Так, Ю., Ким, Ю., Ким, Ю. и Нам, С. Исследование методов адаптивного согласования для беспроводной передачи мощности в ближнем поле. IEEE Trans. Антенны Опора 59 , 1769–1773 (2011).

    Артикул Google Scholar

  • 183.

    Сюэ, Р. Ф., Ченг, К. В. и Дже, М. Высокоэффективная беспроводная передача энергии для биомедицинских имплантатов за счет оптимального резонансного преобразования нагрузки. IEEE Trans. Circ. Syst. 60 , 867–874 (2013).

    Google Scholar

  • 184.

    Li, S. & Mi, C. C. Беспроводная передача энергии для электромобилей. IEEE J. Em. Sel. Вершина. P. 3 , 4–17 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 185.

    Cao, Q. et al. Прозрачные тонкопленочные транзисторы с высокой степенью гибкости, в которых используются проводники на основе углеродных нанотрубок и полупроводники с эластомерными диэлектриками. Adv. Матер. 18 , 304–309 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 186.

    Сан, Ю. и Роджерс, Дж. А. Неорганические полупроводники для гибкой электроники. Adv. Матер. 19 , 1897–1916 (2007).

    CAS Статья Google Scholar

  • 187.

    Cao, Q. et al. Среднемасштабные тонкопленочные интегральные схемы из углеродных нанотрубок на гибких пластиковых подложках. Природа 454 , 495–500 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 188.

    Rogers, J. A. et al. Электронные дисплеи, похожие на бумагу: листы электроники с резиновым штампованием большой площади и микроинкапсулированные электрофоретические чернила. Proc. Natl Acad. Sci. США 98 , 4835–4840 (2001).

    CAS Статья Google Scholar

  • 189.

    Cao, Q. & Rogers, J. A. Ультратонкие пленки однослойных углеродных нанотрубок для электроники и сенсоров: обзор фундаментальных и прикладных аспектов. Adv. Матер. 21 , 29–53 (2009).

    CAS Статья Google Scholar

  • 190.

    Наварадж, В. Т., Гупта, С., Лоренцелли, Л. и Дахия, Р. Перенос ультратонких кремниевых чипов на гибкие подложки в масштабе пластин для высокопроизводительных изгибаемых систем. Adv. Электрон. Матер. 4 , 1700277 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 191.

    Schwartz, G. et al. Гибкие полимерные транзисторы с высокой чувствительностью к давлению для применения в электронном мониторинге кожи и здоровья. Nat. Commun. 4 , 1859 (2013).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 192.

    Рао Р.K. Электронный кожный пластырь для мониторинга сердечной деятельности в реальном времени и управления личным здоровьем. Патент США № 8,734,339 (2014).

  • 193.

    Wang, X., Gu, Y., Xiong, Z., Cui, Z. & Zhang, T. Гибкая, сверхчувствительная и высокостабильная электронная кожа, изготовленная из шелка, для мониторинга физиологических сигналов человека. Adv. Матер. 26 , 1336–1342 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 194.

    Mu, C. et al. Улучшенный пьезоемкостный эффект в CaCu 3 Ti 4 O 12 -полидиметилсилоксановая композитная губка для сверхчувствительного гибкого емкостного датчика. ACS Appl. Nano Mater. 1 , 274–283 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 195.

    Остфельд, А. Э., Гайквад, А. М., Хан, Ю. и Ариас, А. С. Высокоэффективная гибкая система хранения и сбора энергии для носимой электроники. Sci. Отчет 6 , 26122 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 196.

    Luo, J. et al. Интеграция микро-суперконденсаторов с трибоэлектрическими наногенераторами для гибкого самозарядного блока питания. Nano Res. 8 , 3934–3943 (2015).

    Артикул Google Scholar

  • 197.

    Xue, X. et al. Нанокомпозитный анод CuO / PVDF для пьезоэлектрической самозарядной литиевой батареи. Energ. Environ. Sci. 6 , 2615–2620 (2013).

    CAS Статья Google Scholar

  • 198.

    Yang, P. et al. Электрокинетический суперконденсатор для одновременного сбора и хранения механической энергии. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10 , 8010–8015 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 199.

    Юнг, С., Ли, Дж., Хён, Т., Ли, М. и Ким, Д. Х. Интегрированные энергетические устройства на основе ткани для носимых мониторов активности. Adv. Матер. 26 , 6329–6334 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 200.

    Ahn, J.H. et al. Гетерогенная трехмерная электроника с использованием печатных полупроводниковых наноматериалов. Наука 314 , 1754–1757 (2006).

    CAS Статья Google Scholar

  • 201.

    Strömmer, E. Hillukkala, M. & Ylisaukko-oja, A. в Wireless Sensors Actor Networks 131–142 (Springer, Boston, 2007).

  • 202.

    Chen, J. et al. Сети трибоэлектрических наногенераторов для сбора энергии водных волн: потенциальный подход к синей энергии. ACS Nano 9 , 3324–3331 (2015).

    CAS Статья Google Scholar

  • 203.

    Йогесваран Н. и др.Пьезоэлектрические датчики давления на полевых транзисторах с графеном для тактильного определения. Заявл. Phys. Lett. 113 , 014102 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 204.

    Лу, Н. и Ким, Д. Х. Гибкая и растяжимая электроника открывает путь для мягкой робототехники. Мягкий робот. 1 , 53–62 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 205.

    Hou, C., Wang, H., Zhang, Q., Li, Y. & Zhu, M. Высокопроводящая, гибкая и сжимаемая полностью графеновая пассивная электронная кожа для восприятия прикосновений человека. Adv. Матер. 26 , 5018–5024 (2014).

    CAS Статья Google Scholar

  • 206.

    Guo, L. & DeWeerth, S.P. Растяжимая электроника высокой плотности: к интегрированному многослойному композиту. Adv. Матер. 22 , 4030–4033 (2010).

    CAS Статья Google Scholar

  • 207.

    Сонг, Х. и Ли, М. Х. Расчесывание неэпитаксиально выращенных нанопроволок для электронных устройств большой площади. Нанотехнологии 24 , 285302 (2013).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 208.

    Гарсиа Нуньес, К., Наварадж, В. Т., Лю, Ф., Шакхивел, Д. и Дахия, Р. Самосборка больших площадей кремнеземных микросфер / наносфер путем нанесения покрытия окунанием при помощи температуры. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10 , 3058–3068 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 209.

    Na, S. I., Kim, S. S., Jo, J. & Kim, D. Y. Эффективные и гибкие органические солнечные элементы, не содержащие ITO, с использованием анодов из высокопроводящих полимеров. Adv. Матер. 20 , 4061–4067 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 210.

    Semonin, O.E. et al. Пиковая квантовая эффективность внешнего фототока, превышающая 100% через МЭГ в солнечном элементе с квантовыми точками. Наука 334 , 1530–1533 (2011).

    CAS Статья Google Scholar

  • 211.

    Дахия Р. Электронный скин. XVIII Ежегодная конференция AISEM. https://doi.org/10.1109/AISEM.2015.7066762 (2015).

  • 212.

    Fan, Z. et al. Сборка высокоупорядоченных массивов полупроводниковых нанопроволок в масштабе пластины с помощью контактной печати. Нано. Lett. 8 , 20–25 (2008).

    CAS Статья Google Scholar

  • 213.

    Хан, С., Лоренцелли, Л. и Дахия, Р. К гибким асимметричным структурам МСМ с использованием кремниевых микропроводов посредством контактной печати. Полуконд. Sci. Technol. 32 , 085013 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 214.

    Лю X., Лонг, Ю. З., Ляо, Л., Дуань, X. и Фан, З. Крупномасштабная интеграция полупроводниковых нанопроволок в высокопроизводительную гибкую электронику. ACS Nano 6 , 1888–1900 (2012).

    CAS Статья Google Scholar

  • 215.

    Йерушалми, Р., Якобсон, З. А., Хо, Дж. К., Фан, З. и Джави, А. Крупномасштабная, упорядоченная сборка параллельных массивов нанопроволок с помощью дифференциальной рулонной печати. Заявл. Phys.Lett. 91 , 203104 (2007).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 216.

    Шанкаран, В. А., Жибо, Дж. П., Латроп, Дж. А. и Белл, К. В. Вертикальная беспроводная система передачи энергии для зарядки электромобилей. Патент США № 9,931,954 (2018).

  • 217.

    Xu, S. et al. Эластичные аккумуляторы с самоподобными змеевидными межсоединениями и встроенными системами беспроводной подзарядки. Nat.Commun. 4 , 1543 (2013).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 218.

    García Núñez, C. et al. Гетерогенная интеграция полупроводниковых нанопроволок с контактной печатью для высокопроизводительных устройств на больших площадях. Микросист. Nanoeng. 4 , 22 (2018).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 219.

    Чо, С., Ким, Н., Сонг, К. и Ли, Дж. Бесклеевая трансферная печать ультратонких полупроводниковых материалов микромасштаба путем управления радиусом изгиба эластомерного штампа. Langmuir 32 , 7951–7957 (2016).

    CAS Статья Google Scholar

  • 220.

    Wang, B. et al. Адаптируемые кремний-углеродные нанокабели, зажатые между листами восстановленного оксида графена в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов. САУ Нано 7 , 1437–1445 (2013).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 221.

    He, J. et al. Водородзамещенный графдиин в качестве богатого углеродом гибкого электрода для литиевых и натрий-ионных батарей. Nat. Commun. 8 , 1172 (2017).

    Артикул CAS Google Scholar

  • 222.

    Li, H. et al. Повышенная производительность хранения лития благодаря трехмерным нанолистам MoS 2 / бумаге с углеродными нанотрубками. Chem. ЭлектроХим. 1 , 1118–1125 (2014).

    CAS Google Scholar

  • 223.

    Лу, Х., Чен, Дж. И Тиан, К. Носимые высокоэффективные суперконденсаторы на основе хлопчатобумажной ткани с никелевым покрытием и низкокристаллическими наночастицами двойного гидроксида Ni-Al. J. Colloid Interface Sci. 513 , 342–348 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 224.

    Guo, J. et al. Прямое выращивание нанолистов из нитрида ванадия на волокнах углеродных нанотрубок в качестве новых отрицательных электродов для носимых асимметричных суперконденсаторов в форме волокон с высокой плотностью энергии. J. Источники энергии 382 , 122–127 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 225.

    Wang, J. et al. Полиморфные суперконденсаторы, изготовленные из гибкой трехмерной углеродной сети / полианилина / композитного текстиля MnO 2 . ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10 , 10851–10859 (2018).

    CAS Статья Google Scholar

  • 226.

    Lin, Y. et al. Рост на месте высокопроизводительного твердотельного электрода для гибких суперконденсаторов на основе композита углеродная ткань / полианилин / графен.

  • Добавить комментарий