di Scott Gentleman
Website Exclusive – Novembre, 2007
Per otto anni, Tracey ed io abbiamo vissuto in una casa alimentata ad energia solare e per otto inverni nuvolosi, abbiamo fatto funzionare un piccolo generatore Honda ogni settimana per ricaricare le nostre batterie. Abbiamo capito che il proprietario originale della nostra casa aveva fatto funzionare un piccolo sistema idroelettrico dal torrente della proprietà, ma non abbiamo mai indagato su questa opzione perché il torrente correva attraverso una fitta foresta. Inoltre, potevamo solo dire che non c’era una caduta sufficiente sul suo corso.
Site Level
Abbiamo infine deciso di utilizzare il Site Level di Backwoods Solar solo per confermare che l’idroelettrico non aveva senso. Con nostra grande sorpresa, la nostra traversata attraverso i boschi da un potenziale sito di turbina a una posizione di presa conveniente ha rivelato circa 80′ di dislivello. Non è possibile, abbiamo dichiarato, assumendo che la nostra tecnica deve aver fallito. Per ricontrollare il nostro metodo, abbiamo usato lo stesso Site Level per misurare il dislivello dalla nostra cisterna d’acqua al lavandino della cucina. Sapevamo che questo dislivello era pari a 56 piedi perché avevamo usato un transito per misurarlo quando questo sistema alimentato a gravità fu installato. La revisione con il Site Level ci ha dato circa 60 piedi e ha confermato che sapevamo come usare il livello.
Voila, potenziale idroelettrico. Nel periodo più secco dell’anno, il nostro torrente misura circa 3 piedi di larghezza per 3-4 pollici di profondità e un secchio da cinque galloni e un cronometro hanno suggerito che avevamo oltre 300 gpm che scorrevano oltre il nostro sito di presa. Wow, un sacco di potenziale. Con 80 piedi di dislivello, un diagramma di flusso degli ugelli indicava che potevamo teoricamente far passare 134 gpm attraverso una turbina Harris a 4 ugelli dotata di ugelli da 7/16″. Poi, ci siamo rivolti al grafico dei watt di uscita dell’alternatore Motorcraft di Don Harris. Con 134 gpm e 80 piedi di caduta, abbiamo estrapolato che potremmo generare 725+/- watt. Tuttavia avremmo una condotta forzata di 1100 piedi da installare. Altri grafici. Per ridurre la perdita di attrito e mantenere vicino al massimo potenziale di uscita, abbiamo determinato che un tubo da 4″ avrebbe sacrificato solo circa 9 piedi di altezza lorda se tutti e quattro gli ugelli fossero stati in uso.
Flume Creek
Una rapida valutazione dei benefici di questa quantità di energia ci ha convinto a procedere con un’installazione. Tuttavia, l’anno era il 1999 e la Backwoods Solar era incredibilmente occupata a soddisfare tutto il clamore dell’anno 2000, lasciando me e Tracey con poco tempo per un’installazione. E a quel tempo, la mia esperienza nel campo dell’idroelettrico non era esattamente un’esperienza. Così abbiamo chiamato Lee Tavenner di Solar Plexus di Missoula, MT per sviluppare un sistema chiavi in mano che avrebbe incluso il suo lavoro di installazione. Lee ha gentilmente messo insieme la lista dei componenti, anche se ha capito che noi avremmo fornito la maggior parte dei componenti; abbiamo concordato un prezzo; e ha trovato il tempo nella sua fitta agenda per un’installazione durante un fine settimana di settembre.
Prima di quel fine settimana, Tracey ed io abbiamo dovuto sviluppare il percorso della condotta forzata attraverso il bosco in cui serpeggiava il torrente. Il percorso di minor resistenza seguiva vecchie e incolte strade di scorrimento del legname e una fitta foresta. Abbiamo usato un nastro per segnare il percorso e abbiamo assunto un vicino con un bulldozer per tagliare e liberare il percorso. Un altro vicino con una ruspa è stato assunto per scavare il laghetto di aspirazione, la trincea profonda 4′, il sito della turbina e il canale di scarico verso il torrente.
Lee ci ha raccomandato di usare il tubo di polietilene ad alta densità data la sua resistenza allo schiacciamento e il fatto che non si rompe quando è congelato. Il suo distributore di Missoula ha consegnato trenta pezzi da 40 piedi del tubo da 4″ al nostro sito remoto, ma poteva arrivare solo entro 1000 piedi dalla nostra linea di scavo. Una Honda a tre ruote poteva trascinare tre pezzi alla volta fino a 300 piedi e Tracey ed io portavamo ogni pezzo per il resto della distanza. Non è un lavoro insopportabile, ma un tubo di 40′ può sviluppare delle grandi onde rimbalzanti se il vostro passo reciproco non è sincronizzato correttamente!
Hydro Intake
Queste lunghezze di tubo devono essere fuse insieme piuttosto che incollate come nel PVC. Lee affittava il piccolo macchinario per questa procedura e lo portava con sé quando arrivava il fine settimana dell’installazione. Il nostro generatore Honda da 3500 watt avrebbe alimentato la macchina per la fusione.
Poi, abbiamo raccolto e installato i vari componenti del sistema di alimentazione. Dato che la distanza dalla turbina al nostro banco batterie misurava 350 piedi, abbiamo scelto di installare un sistema a 24 volt. (Anche se il sistema fotovoltaico che alimenta la nostra casa era a 12 volt e molti dei nostri carichi erano a 12 volt DC, sapevamo che un EQ12/24-20 ci avrebbe permesso di mantenere i nostri circuiti 12v DC e assicurare che il nostro banco batterie 24v rimanesse bilanciato). La distanza di 350 piedi dalla turbina alle batterie e il nostro potenziale di generazione di 700 watt ci ha portato a scegliere un cavo di rame 1/0 a interramento diretto per minimizzare le perdite di trasmissione.
Altri articoli ordinati includevano: una turbina Motorcraft a 4 ugelli di Don Harris dimensionata per i parametri del nostro sito; un inverter Trace SW4024; un kit Backwoods Solar Powercenter costruito intorno alla scatola di disconnessione Trace DC250 e al misuratore di batterie Trimetric di Bogart Engineering; un Trace C40 con display digitale; due Enermax 900 watt airloads progettati per sistemi a 24 volt; un amperometro analogico in linea per misurare la corrente idro alla rimessa; quattro batterie Trojan L-16HC; e vari cavi, fusibili, ecc.
Turbina idroelettrica
Convenientemente, abbiamo deciso che il nostro nuovo sistema sarebbe stato situato in un’officina a 30 metri dalla nostra casa. Il sistema fotovoltaico a 12 volt era confinato nella nostra casa con moduli solari sul tetto della cucina, e inverter, batterie, ecc nel nostro soggiorno. Trasferendoci, avremmo rimosso il ronzio sempre presente di quell’inverter SW2512 dal nostro spazio vitale e avremmo aumentato significativamente la distanza tra la nostra stufa a legna e il gas idrogeno delle batterie. Installando il nostro sistema a 24v nell’officina, l’unica interruzione del servizio elettrico per la nostra casa si è verificata quando abbiamo scollegato l’SW2512 dal nostro centro servizi AC e ricollegato l’SW4024 ad esso; e quando abbiamo scollegato la nostra scatola di distribuzione di energia a 12v dalle batterie Lineage della nostra casa e l’abbiamo ricollegata alla metà 12v del nostro banco batterie 24v Trojan nell’officina.
Lee è arrivato il venerdì sera ed è rimasto con noi. Per prima cosa sabato mattina, abbiamo iniziato il processo di fusione dei 1200 piedi di tubo HDPE da 4″. La fusione è per lo più un lavoro per una sola persona, che Lee ha intrapreso. Consiste nel mettere insieme due estremità di tubo e inserirle nell’alloggiamento dell’apparecchio di fusione alimentato da un generatore. Una volta inserite, le estremità del tubo vengono bloccate in posizione e una leva ne controlla il movimento. Un dispositivo di taglio rotante con lame rivolte verso ogni estremità del tubo viene inserito tra le estremità del tubo e la leva viene mossa, tirando i pezzi nelle lame che li squadrano l’uno con l’altro. Una volta squadrati, un elemento riscaldante viene posizionato tra le estremità; il generatore porta l’elemento riscaldante alla giusta temperatura, e poi le estremità del tubo vengono tirate simultaneamente contro di esso con la leva. L’elemento caldo viene lasciato ammorbidire circa ¼” di ogni estremità del tubo; l’elemento viene rimosso e la leva tira i pezzi insieme dove si fondono l’uno con l’altro. La cucitura si raffredda per qualche minuto e sulla prossima giunzione Lee andrebbe. Inizialmente, ho dubitato della forza di questa giunzione, ma ripetuti tentativi di rompere la cucitura appena fusa sono falliti.
Mentre Lee fondeva, Tracey ed io spostavamo i singoli pezzi di tubo in aree di fusione opportunamente distanziate. Quando Lee finiva una cucitura, Tracey ed io trascinavamo la sezione di tubo sempre più lunga lontano da Lee in modo che lui potesse fondere il pezzo successivo. Inizialmente, Tracey ed io potevamo trascinare 200 piedi di tubo fuso verso l’area di sosta successiva, ma a metà pomeriggio gemevamo per l’assistenza di Lee dopo che il quinto pezzo di tubo era stato attaccato. Questo processo è stato esacerbato dal fatto che la trincea vagava da un lato all’altro del sentiero sgombro mentre raggiungeva la linea più dritta dal laghetto di aspirazione al sito della turbina. Abbiamo dovuto ripetutamente attraversare la trincea e il suo cumulo di terra scavata mentre spostavamo i tubi e il generatore, come richiesto. Al calar della sera, eravamo esausti e avevamo ancora 200′ di tubo da finire di fondere. Se avessimo saputo meglio e se il programma di Lee l’avesse permesso, avrei scelto di fondere l’intera condotta forzata prima di scavare la trincea e utilizzare la potenza del tre ruote per tirare il tubo senza l’ostacolo della trincea profonda quattro piedi e le sue viscere.
Capannone idroelettrico
Di nuovo in trincea domenica mattina. Abbiamo finito di fondere; abbiamo gettato la conduttura completata nella trincea; e poi abbiamo cercato di assicurarci che il tubo scendesse continuamente per tutta la sua lunghezza. Naturalmente, una trincea profonda quattro piedi in un terreno spesso morbido e umido sbatte, causando innumerevoli punti alti che abbiamo faticosamente abbassato con la pala a mano. E poi abbiamo tamponato il tubo a mano con circa 6″ di terra prima che il bulldozer spingesse la maggior parte del materiale sopra di esso, e minacciasse di coprire anche noi se non avessimo tamponato abbastanza velocemente.
Finalmente, abbiamo potuto collegare la turbina al tubo. All’alloggiamento della turbina (cioè un buco nel terreno), abbiamo installato un manometro, 2″ clean out, una valvola a saracinesca e un giunto universale, in linea prima della turbina. Lee ha fornito un bacino di raccolta su misura in plexiglas con un giunto di scarico da 6″ su cui è stata montata la turbina. Abbiamo montato la turbina sull’impianto idraulico; attaccato un tubo di scarico da 6″ al bacino; collegato l’alternatore alla batteria (+) e (-); e aperto la valvola a saracinesca subito dopo la nostra birra. La ruota pelton ha ronzato; una rapida pressione del pulsante di avvio sul pannello di controllo della turbina ha eccitato il campo dell’alternatore; e il suo amperometro è entrato in azione.
Tuttavia, la nostra happy hour si è rapidamente deteriorata. Come abbiamo raccolto, le batterie Trojan L-16HC quasi completamente cariche hanno raggiunto rapidamente il setpoint di tensione di massa, che avevamo programmato nel C40. Come dovrebbe, il C40 avrebbe iniziato a deviare l’alimentazione, ma, a nostra insaputa, è andato immediatamente in arresto per sovracorrente. Non regolata, la tensione della batteria ha continuato a salire. Alla fine, siamo entrati nella rimessa; abbiamo sentito un incredibile odore di idrogeno; abbiamo sentito un tremendo gorgogliare dalle batterie; abbiamo notato il LED arancione del C40 che urlava sovracorrente; e siamo corsi a chiudere il flusso d’acqua alla turbina.
Mistificati, abbiamo ricontrollato tutte le connessioni; confermato polarità e tensioni; e abbiamo deciso di riavviarlo proprio quando il quartiere ha iniziato a vagare per una dimostrazione. La valvola a saracinesca si è aperta; la corrente si è sviluppata; la tensione è aumentata; il C40 è stato osservato; e come il C40 ha cominciato a deviare, boom, spegnimento per sovracorrente. Più idrogeno; più bolle; un’altra corsa alla turbina; niente corrente; e proprietari, installatore e vicini confusi. Ancora peggio, sapevamo che Lee doveva partire per Missoula. Aveva già ritardato la sua partenza di un paio d’ore per portarci a questo punto. Fortunatamente le nostre batterie erano piene; avevamo il generatore Honda se necessario; e potevamo risolvere i problemi per telefono.
Hydro Powered Home
E infine Lee ha risolto il problema. Avevamo ordinato un carico d’aria Enermax da un ohm e 900 watt. A 30 volt, questo carico dovrebbe deviare circa 30 ampere. Tuttavia, quando abbiamo misurato gli ohm dell’Enermax installato, ha registrato solo 0,5 ohm. Mezzo ohm e 30 volt risultavano in una deviazione istantanea di oltre 60 ampere, da cui lo spegnimento per sovracorrente del C40 (il nostro primo modello C40 era progettato per spegnersi oltre i 62+/- ampere). Abbiamo scambiato il colpevole con una versione da un ohm e il sistema ha funzionato immediatamente come pubblicizzato.
Dopo un paio di settimane di funzionamento di due ugelli, ci siamo resi conto che avevamo un’abbondanza di energia. La nostra turbina aveva quattro ugelli e il nostro torrente poteva sostenerli tutti e quattro se necessario, ma su base giornaliera, non potevamo usare l’energia creata da due ugelli. Così abbiamo venduto i nostri pannelli solari; abbiamo venduto il nostro frigorifero a propano da 8 cuft; l’abbiamo sostituito con un’unità elettrica Kenmore da 14 cuft; abbiamo portato a casa il nostro congelatore da 23 cuft che ha sempre vissuto da un vicino con la corrente di rete; abbiamo scollegato la nostra pompa del pozzo a 120v AC dal circuito del generatore e l’abbiamo ricollegata al centro di carico AC del nostro inverter; e abbiamo installato un elemento di riscaldamento dell’acqua a 120v AC nel nostro serbatoio di acqua calda. Quando fa troppo caldo per l’acqua calda riscaldata a legna, apriamo un terzo ugello e accendiamo l’elemento di riscaldamento dell’acqua AC. Non acqua calda illimitata, ma abbastanza per la doccia, i piatti e il bucato per noi due su base giornaliera, se necessario.
Fino ad oggi, non abbiamo dovuto usare quattro ugelli. Difficile credere che il nostro torrente con “così poco potenziale” permetta una fattoria e uno stile di vita alternativo così lussuosamente alimentato. Siamo felici e ci viene ricordato ogni giorno quanto siamo fortunati quando parliamo con persone che lottano per far quadrare i conti elettrici con un budget off-grid.
Scott e Tracey sono co-proprietari di Backwoods Solar, un’azienda basata su un catalogo che è specializzata in elettricità generata in modo alternativo per case remote dove le linee di servizio non sono disponibili o pratiche. Il business è gestito da dipendenti che alimentano le loro case off-grid interamente con i prodotti che vendono. Clicca sul link qui sopra per visitare il loro sito web.