By Scott Gentleman
Website Exclusive – November, 2007
Nyolc éven át Tracey és én egy napelemes házban éltünk, és nyolc felhős télen keresztül minden héten egy kis Honda generátort üzemeltettünk, hogy feltöltsük az akkumulátorokat. Úgy tudtuk, hogy az otthonunk eredeti tulajdonosa egy kis vízerőművet működtetett a birtokon egész évben folyó patakból, de mi soha nem vizsgáltuk meg ezt a lehetőséget, mert a patak sűrű erdőn keresztül futott. Emellett egyszerűen meg tudtuk állapítani, hogy nem volt elegendő vízesés a folyása mentén.
Site Level
Végül úgy döntöttünk, hogy használjuk a Backwoods Solar Site Level-t csak azért, hogy megerősítsük, hogy a vízerőműnek nincs értelme. Legnagyobb meglepetésünkre az erdőn keresztüli átkelésünk egy potenciális turbina helyétől egy kényelmes felvételi helyig körülbelül 80′-es esést mutatott. Nem lehetséges, jelentettük ki, feltételezve, hogy a technikánk biztosan kudarcot vallott. Módszerünk kétszeres ellenőrzéséhez ugyanazt a Site Level-t használtuk, hogy megmérjük a vízgyűjtő tartályunktól a konyhai mosogatóig tartó esést. Tudtuk, hogy ez az esés 56 láb, mivel a gravitációs rendszer telepítésekor egy tranzitot használtunk a méréshez. A Site Level segítségével végzett felülvizsgálat körülbelül 60 lábat adott, és megerősítette, hogy tudjuk, hogyan kell használni a vízmértéket.
Voila, hidraulikus potenciál. Az év legszárazabb időszakában a patakunk körülbelül 3 láb széles és 3-4 hüvelyk mély, és egy öt gallonos vödör és egy stopperóra azt mutatta, hogy több mint 300 gpm áramlott el a szívóhelyünk mellett. Hűha, rengeteg lehetőség. 80 lábnyi eséssel a fúvókák áramlási diagramja szerint elméletileg 134 gpm-t tudnánk átvezetni egy Harris 4 fúvókás turbinán, amely 7/16″-es fúvókákkal van felszerelve. Ezután Don Harris Motorcraft generátorának watt teljesítménytáblázatához fordultunk. 134 gpm és 80 lábnyi esés mellett extrapoláltuk, hogy 725+/- wattot tudunk termelni. Ehhez azonban egy 1100 láb hosszú szivattyúcsövet kellett volna felszerelnünk. További diagramok. A súrlódási veszteségek csökkentése és a maximális teljesítménypotenciálhoz közeli szinten tartása érdekében megállapítottuk, hogy a 4″-es cső csak körülbelül 9 láb bruttó vízmagasságot áldozna fel, ha mind a négy fúvókát használnánk.
Flume Creek
Az ilyen mennyiségű energia előnyeinek gyors felmérése meggyőzött minket, hogy folytassuk a telepítést. Azonban 1999-et írtunk, és a Backwoods Solar hihetetlenül elfoglalt volt a sok Y2K hype kiszolgálásával, így Tracey-nek és nekem kevés időnk maradt a telepítésre. És abban az időben a hidraulikai szakértelmem nem volt éppen szakértelem. Ezért felkértük Lee Tavennert a Solar Plexus of Missoula, MT-től, hogy dolgozzon ki egy kulcsrakész rendszert, amely magában foglalja a telepítési munkáját. Lee kegyesen összeállította az alkatrészek listáját, bár megértette, hogy az alkatrészek többségét mi fogjuk biztosítani; megegyeztünk az árban; és talált időt a sűrű időbeosztásában egy szeptemberi hétvégén történő telepítésre.
A hétvégét megelőzően Tracey-nek és nekem ki kellett alakítanunk az erdőben, ahol a patak kanyargott, a nyomócső útvonalát. A legkisebb ellenállás útja régi és benőtt fakitermelői csúszóutakat, valamint sűrű erdőt követett. Felmérőszalaggal jelöltük ki az utat, és felbéreltünk egy szomszédot egy buldózerrel, hogy vágja ki és tisztítsa meg az utat. Egy másik szomszédot egy kotróval béreltünk fel, hogy kiássa a vízvételi tavat, a 4′ mély árkot, a turbina helyét és a patakba vezető elvezető csatornát.
Lee azt javasolta, hogy nagy sűrűségű polietilén csövet használjunk, mivel az ellenáll a töréssel szemben, és nem reped meg, amikor megfagy. Missoulai forgalmazója harminc 40 láb hosszú darabot szállított a 4″-es csőből a távoli lakóhelyünkre, de csak 1000 lábon belülre tudott eljutni az árok vonalától. Egy háromkerekű Honda egyszerre három darabot tudott 300 lábon belülre vontatni, Tracey és én pedig minden egyes darabot cipeltünk a távolság fennmaradó részében. Nem elviselhetetlen munka, de egy 40′-es csőben nagyszerű pattogó hullámok alakulhatnak ki, ha a kölcsönös tempótok nincs megfelelően szinkronizálva!
Hydro Intake
Ezeket a csőhosszokat össze kell olvasztani, nem pedig ragasztani, mint a PVC esetében. Lee ehhez az eljáráshoz kisgépet bérelne, és elhozná magával, amikor a szerelési hétvége elérkezik. A Honda 3500 wattos generátorunk táplálná az olvasztógépet.
A következőkben összegyűjtöttük és beszereltük a különböző áramellátó rendszerelemeket. Tekintettel arra, hogy a turbinától az akkumulátorbankunkig mért távolság 350 láb volt, úgy döntöttünk, hogy 24 voltos rendszert telepítünk. (Annak ellenére, hogy az otthonunkat tápláló PV-rendszer 12 voltos volt, és számos terhelésünk 12 voltos egyenáramú volt, tudtuk, hogy egy EQ12/24-20 lehetővé teszi számunkra, hogy fenntartsuk a 12 voltos egyenáramú áramköreinket, és biztosítsuk, hogy a 24 voltos akkumulátorbankunk egyensúlyban maradjon). A turbinától az akkumulátorokig terjedő 350 lábnyi távolság és a 700 wattos áramtermelő potenciálunk miatt 1/0-s, közvetlenül földbe fektetett rézkábelt választottunk az átviteli veszteségek minimalizálása érdekében.
Az egyéb megrendelt tételek a következők voltak:
A többi megrendelt tétel: egy 4 fúvókás Motorcraft turbina Don Harristől, amely a helyszínünk paramétereihez van méretezve; egy Trace SW4024 inverter; egy Backwoods Solar Powercenter készlet, amely a Trace DC250 leválasztó doboz és a Bogart Engineering Trimetric akkumulátor-mérője köré épült; egy Trace C40 digitális kijelzővel; két Enermax 900 wattos légterhelés, amelyet 24 voltos rendszerekhez terveztek; egy analóg inline ampermérő a vízáram mérésére a villanytelepen; négy Trojan L-16HC akkumulátor; és különféle kábelezés, biztosítékok stb.
Hidroturbina
Kényelmes módon úgy döntöttünk, hogy az új rendszerünk egy műhelyben lesz elhelyezve, 100 lábnyira az otthonunktól. A 12 voltos PV-rendszer az otthonunkra korlátozódott, a napelemmodulok a konyha tetején, az inverter, az akkumulátorok stb. pedig a nappalinkban voltak. Az áthelyezéssel eltávolítanánk az SW2512 inverter állandóan jelenlévő zümmögését a lakóterünkből, és jelentősen növelnénk a távolságot a fatüzelésű kályhánk és az akkumulátorok hidrogéngáza között. Azzal, hogy a 24v-os rendszerünket a műhelyben telepítettük, az egyetlen megszakítás az otthonunk elektromos szolgáltatásában akkor következett be, amikor az SW2512-t leválasztottuk a váltóáramú szolgáltató központunkról, és újra csatlakoztattuk hozzá az SW4024-et; és amikor leválasztottuk a 12v-os biztosítékos áramelosztó dobozunkat az otthoni Lineage akkumulátorainkról, és újra csatlakoztattuk a műhelyben lévő 24v-os Trojan akkumulátorbankunk 12v-os feléhez.
Lee egy péntek este érkezett és velünk maradt. Szombat reggel első dolgunk volt, hogy elkezdtük az 1200 lábnyi 4″-es HDPE cső összeolvasztását. Az olvasztás többnyire egyszemélyes munka, amit Lee vállalt. A cső két végét össze kell húzni, és be kell illeszteni a generátorral működő olvasztóberendezés házába. Miután behelyezték, a csővégek rögzülnek a helyükön, és egy kar irányítja a mozgásukat. A csővégek közé behelyeznek egy forgó vágószerkezetet, amelynek pengéi mindkét csővég felé néznek, és a kart mozgatva a darabokat behúzzák a pengék közé, amelyek négyzetesen egymáshoz illesztik őket. A négyszögelés után egy fűtőelem kerül a csővégek közé; a generátor megfelelő hőmérsékletre hozza a fűtőelemet; majd a csővégeket a karral egyidejűleg nekihúzzák. A forró elemnek hagyják, hogy mindkét csővégen kb. ¼” hosszan megpuhuljon; az elemet eltávolítják; és a kar összehúzza a darabokat, ahol azok összeolvadnak egymással. A varrat néhány percig hűl, és a következő elágazásra Lee menne. Kezdetben kételkedtem ennek a kötésnek az erősségében, de többszöri próbálkozás a frissen olvadt varrat felbontására nem járt sikerrel.
Míg Lee olvasztott, Tracey és én a cső egyes darabjait a megfelelő távolságban lévő olvasztási helyekre vittük. Ahogy Lee befejezett egy varratot, Tracey és én elhúztuk az egyre hosszabbodó csőszakaszt Lee-től, hogy ő ráolvaszthassa a következő darabot. Kezdetben Tracey és én 200 lábnyi összeolvasztott csövet tudtunk a következő állomáshely felé vonszolni, de a délután közepére már Lee segítségéért nyögtünk, miután az ötödik csődarabot csatlakoztattuk. Ezt a folyamatot súlyosbította az a tény, hogy az árok ide-oda vándorolt a megtisztított ösvényen, miközben elérte a legegyenesebb vonalat a szívótavaktól a turbina helyéig. Többször is át kellett kelnünk az árkon és a kiásott földhalmon, miközben a csöveket és a generátort szükség szerint áthelyeztük. Sötétedéskor már kimerültek voltunk, és még mindig volt 200′ cső, amit be kellett fejeznünk. Ha jobban tudtuk volna, és Lee időbeosztása lehetővé tette volna, úgy döntöttem volna, hogy az árok kiásása előtt olvasztom a teljes vezetékcsövet, és kihasználom a háromkerekű motor lóerejét, hogy a csöveket a négy láb mély árok és annak belseje nélkül húzzam.
Vízmű fészer
Vissza az árokba vasárnap reggel. Befejeztük az olvasztást; bedobtuk az elkészült csővezetéket az árokba; majd megpróbáltuk biztosítani, hogy a cső folyamatosan ereszkedjen a hosszában. Természetesen egy négy láb mély árok a gyakran puha, nedves talajban lötyög, számtalan magaslatot okozva, amelyeket kézi lapáttal fáradságosan leeresztettünk. Aztán a csövet kézzel puffereltük körülbelül 6″ földdel, mielőtt a buldózer betolta volna fölé a töltés nagy részét, és azzal fenyegetőzött, hogy minket is betakar, ha nem pufferelünk elég gyorsan.
Végre csatlakoztathattuk a turbinát a csőhöz. A turbinaháznál (azaz a földben lévő lyuknál) egy nyomásmérőt, egy 2″-es tisztítónyílást, egy zsilipet és egy kardáncsuklót szereltünk fel a turbina előtt egy sorban. Lee biztosított egy egyedi készítésű plexiüveg vízgyűjtő medencét 6″-es leeresztőcsatlakozóval, amelyre a turbinát szereltük. A turbinát a vízvezetékhez illesztettük; a medencéhez csatlakoztattunk egy 6″-os ürítőcsövet; a generátort az akkumulátorhoz (+) és (-) csatlakoztattuk; és közvetlenül a sörünk után kinyitottuk a zsilipet. A peltonkerék zúgott; a turbina vezérlőpanelén lévő indítógomb gyors megnyomása feszültség alá helyezte a generátor mezőjét; és az ampermérője működésbe lépett.
A boldog óránk azonban gyorsan megromlott. Ahogy felszedtük, a majdnem teljesen feltöltött Trojan L-16HC akkumulátorok gyorsan elérték az ömlesztett feszültség beállítási értékét, amelyet a C40-be programoztunk. Ahogy kellett volna, a C40 elkezdte volna elvezetni az áramot, de ismeretlenül számunkra, azonnal túláramos kikapcsolásba lépett. Szabályozatlanul az akkumulátor feszültsége tovább emelkedett. Végül betévedtünk a tápegységbe; hihetetlen hidrogénszagot észleltünk; hatalmas buborékokat hallottunk az akkumulátorokból; észrevettük, hogy a C40 narancssárga LED-je túláramot kiabál; és rohantunk, hogy leállítsuk a víz áramlását a turbinához.
Megfejtve, kétszeresen ellenőriztünk minden csatlakozást; megerősítettük a polaritást és a feszültséget; és úgy döntöttünk, hogy újraindítjuk, éppen amikor a szomszédság kezdett betévedni egy bemutatóra. A zsilip kinyílt; áram alakult ki; feszültség emelkedett; C40 figyelt; és ahogy a C40 elkezdett terelni, bumm, túláramos leállás. Még több hidrogén; még több buborék; újabb verseny a turbinához; nincs áram; és zavarodott tulajdonosok, telepítő és szomszédok. Még rosszabb, tudtuk, hogy Lee-nek Missoulába kell mennie. Már néhány órával elhalasztotta az indulását, hogy eljussunk idáig. Szerencsére az akkumulátoraink tele voltak; szükség esetén nálunk volt a Honda generátor; és telefonon keresztül meg tudtuk oldani a hibaelhárítást.
Hydro Powered Home
Végül Lee megoldotta a problémát. Rendeltünk egy egy ohmos 900 wattos Enermax airloadot. Ez a terhelés 30 volton nagyjából 30 ampert terelne el. Amikor azonban megmértük a beszerelt Enermax ohmjait, az csak 0,5 ohmot regisztrált. Fél ohm és 30 volt azonnali 60+ amper eltérítést eredményezett, ezért a C40 túláramos kikapcsolása (a korai C40-es modellünket úgy tervezték, hogy 62+/- amper felett kikapcsoljon). Kicseréltük a vétkest egy egyohmos változatra, és a rendszer azonnal úgy működött, ahogyan azt hirdették.
A két fúvóka néhány hetes üzemeltetése után rájöttünk, hogy bőséges energiánk van. A turbinánk négy fúvókával rendelkezett, és a patakunk szükség esetén mind a négyet el tudta volna látni, de napi szinten nem tudtuk felhasználni a két fúvókával létrehozott energiát. Ezért eladtuk a napelemeket; eladtuk a 8 köbméteres propán hűtőszekrényünket; lecseréltük egy 14 köbméteres Kenmore elektromos készülékre; hazahoztuk a 23 köbméteres fagyasztóládánkat, amely mindig is a szomszédnál élt hálózati energiával; leválasztottuk a 120 voltos váltóáramú kútszivattyúnkat a generátor áramköréről, és újra csatlakoztattuk az inverterünk váltóáramú terhelésközpontjához; és egy 120 voltos váltóáramú vízmelegítő elemet szereltünk a melegvíztartályunkba. Amikor túl meleg van a fával fűtött melegvízhez, kinyitunk egy harmadik fúvókát, és bekapcsoljuk a váltóáramú vízmelegítő elemet. Nem korlátlan melegvíz, de elegendő a zuhanyozáshoz, mosogatáshoz és mosáshoz kettőnk számára napi szinten, ha szükséges.
Mostanáig még nem kellett négy fúvókát működtetnünk. Nehéz elhinni, hogy a mi patakunk “ilyen kevés potenciállal” ilyen fényűzően működtetett alternatív tanyát és életmódot tesz lehetővé. Naponta örülünk és emlékeztetnek minket arra, hogy milyen szerencsések vagyunk, amikor olyan emberekkel beszélgetünk, akik küzdenek azért, hogy a villamos energiát a hálózaton kívüli költségvetésből fedezzék.
Scott és Tracey a Backwoods Solar társtulajdonosai, egy katalógus alapú vállalkozás, amely alternatív módon előállított villamos energiára specializálódott olyan távoli otthonok számára, ahol a közművezetékek nem állnak rendelkezésre vagy nem praktikusak. Az üzletet olyan alkalmazottak működtetik, akik a hálózaton kívüli otthonaikat teljes egészében az általuk értékesített termékekkel látják el energiával. Kattintson a fenti linkre a weboldaluk meglátogatásához.