By Scott Gentleman
Website Exclusive – November, 2007
8 年間、Tracey と私はソーラー発電の家に住んでいましたが、冬は 8 日間曇りで、バッテリを充電するために小さなホンダ発電機が毎週のように稼動していました。 私たちは、この家の元の所有者が、敷地内の小川から年間を通じて小さな水力システムを運営していたことを理解していましたが、小川は密林の中を流れていたため、このオプションを調査することはありませんでした。
Site Level
私たちは最終的に、Backwoods Solarのサイトレベルを使用して、水力が意味をなさないことを確認することにしました。 驚いたことに、タービン候補地から便利な取水場所まで森を横断したところ、約 80 分の 1 の落差があることがわかりました。 私たちは「ありえない」と断言し、私たちの技術が失敗したに違いないと考えました。 そこで、同じ水準器を使って、貯水槽から台所の流し台までの落差を測定し、その方法を再確認しました。 この水位が56フィートであることは、この重力式給水システムを設置したときにトランシットで測定していたので知っていました。 サイトレベルで確認したところ、約60フィートとなり、レベルの使い方を知っていることが確認できました。 一年のうち最も乾燥した時期に、私たちの小川は約3フィートの幅と3-4インチの深さを測定し、5ガロンのバケツとストップウォッチで、私たちの取水地点を通過する300gpm以上の流量があることを示唆しました。 すごい、可能性だ。 80フィートの落差があるので、ノズルフロー図によると、7/16″ノズルを装備したハリス社の4ノズルタービンで理論上134gpmを流すことができることがわかりました。 次に、Don Harris氏のモータークラフトオルタネーターワット出力表に目を向けました。 134gpmと80フィートの落差で、725+/-ワットを発生させることができると推定されました。 しかし、1100フィートのペンストックを設置しなければなりません。 その他のチャート 摩擦損失を減らし、最大出力の可能性に近い状態を維持するために、4 つのノズルがすべて使用されている場合、4 つのパイプは総揚程の約 9 フィートを犠牲にするだけだと判断しました。 しかし、その年は1999年で、Backwoods SolarはY2K騒ぎに対応するために非常に忙しく、Traceyと私は設置のための時間をほとんどとれませんでした。 そして、当時、私の水力発電の専門知識は正確には専門知識ではありませんでした。 そこで私たちは、MT州MissoulaのSolar PlexusのLee Tavennerに、彼の設置作業を含むターンキーシステムを開発するよう依頼しました。 Lee は、私たちが部品の大部分を提供することを理解していたにもかかわらず、快く部品リストをまとめてくれました。私たちは価格に合意し、彼は忙しいスケジュールの中、9 月のある週末に設置する時間を見つけてくれました。 最も抵抗の少ない道は、古い、生い茂った伐採用のスキッド道や、鬱蒼とした森を通るものでした。 測量用のリボンで道を示し、ブルドーザーを持った近所の人を雇って道を切り開き、整地してもらいました。 6520>
リーは、破砕に強く、凍結しても割れない高密度ポリエチレンパイプを使うことを勧めました。 彼のミズーラの代理店は、40フィートの4″パイプを30本、私たちの遠隔地に届けてくれましたが、私たちのトレンチラインから1000フィート以内までしか届きませんでした。 ホンダの3輪車で一度に3つのピースを300フィート以内まで引っ張り、残りの距離はトレーシーと私がそれぞれのピースを運びました。 耐えられないほどの労働ではありませんが、お互いのペースが正しく同期していないと、40本のパイプが大きく波打つことがあります！
Hydro Intake
これらのパイプの長さはPVCのように接着するのではなく、一緒に溶かさなければなりません。 Leeはこの手順を行うための小型の機械をレンタルし、週末にインストールを行う際に持ってくることにしました。
次に、さまざまな電力システムのコンポーネントを集め、設置しました。 タービンからバッテリーバンクまでの距離が350フィートであったため、24ボルトのシステムを設置することにしました。 (私たちの家にあるPVシステムは12ボルトで、私たちの負荷の多くは12ボルトDCでした。) EQ12/24-20は、私たちの12ボルトDC回路を維持し、24ボルトバッテリーバンクのバランスを維持することができることを知っていたからです。 タービンからバッテリーまでの距離が350フィート（約12m）あり、700ワットの発電能力があるため、送電ロスを最小限にするために1/0の直接埋設銅ケーブルを選択しました。
その他に注文したものは以下の通りです。 Don Harris の 4 ノズル Motorcraft タービン、Trace SW4024 インバーター、Trace DC250 ディスコネクト ボックスと Bogart Engineering の Trimetric バッテリー メーターを中心に組み立てられた Backwoods Solar Powercenter キット、デジタル ディスプレイ付き Trace C40、24V システム用の Enermax 900 ワット エアロード 2 台、電力小屋で水流計測用のインライン アナログ アンプメーター、Trojan L-16HC バッテリー 4 台、その他のケーブル、ヒューズ、などです。
水力タービン
都合よく、新しいシステムは自宅から100フィート離れたワークショップに設置することにしました。 12 ボルトの太陽光発電システムは、キッチンの屋根にある太陽電池モジュールと、リビング ルームのインバーター、バッテリーなど、家の中に閉じこめられていました。 移転することで、SW2512インバーターが常に発し続けている騒音がリビングから消え、薪ストーブとバッテリーの水素ガスとの距離が大幅に延びることになるのです。 ワークショップに24Vシステムを設置することで、我が家への電気サービスの中断は、SW2512をACサービスセンターから外し、SW4024をそれに再接続したときと、12Vヒューズ付き配電ボックスを我が家のリネージ・バッテリーから外し、ワークショップの24Vトロージャン・バッテリーの12Vハーフに再接続したときだけになりました
Lee が金曜日の夜に到着し私たちと滞在しています。 土曜日の朝一番に、私たちは1200フィートの4″HDPEパイプを溶かす作業を開始しました。 溶断は、ほとんど一人で行う作業で、リーが引き受けた。 パイプの両端を引き寄せ、発電機で動く溶断機のハウジングにはめ込みます。 パイプをはめ込むと固定され、レバーでその動きを制御します。 パイプの端に刃がついた回転式の切断装置をパイプの間に挿入し、レバーを動かしてパイプを刃に引き寄せ、パイプ同士を正方形にする。 四角くなったところで発熱体を挟み、発電機で発熱体を適温にした後、レバーでパイプの端を同時に発熱体に引き寄せます。 発熱体がパイプの端の1/4インチほど柔らかくなったところで発熱体を取り除き、レバーでパイプ同士を引っ張り、融合させる。 その後、数分間冷やすと、Leeは次の接合部に進みます。 当初、私はこの接合部の強度を疑っていましたが、融合したばかりの継ぎ目を壊そうと何度も試みましたが、失敗に終わりました。
Lee が融合する間、Tracey と私は個々のパイプを適切な間隔の融合エリアに移動しました。 Lee が継ぎ目を終えると、Tracey と私は、どんどん長くなるパイプの部分を Lee から引き離し、次の部分をそれに融合できるようにしました。 最初のうちは、私とトレーシーで200フィート（約12m）のパイプを次のステージングエリアまで引っ張ることができましたが、昼過ぎには5本目のパイプを取り付けると、リーの助けを求めてうなり声をあげました。 この作業は、取水池からタービンサイトまで最短距離で直線になるように整地した道をトレンチが左右にうろうろすることで悪化した。 パイプや発電機を移動させるために、トレンチと掘削土の山を何度も横切らなければならない。 日暮れには疲れ果て、まだ200本のパイプの溶断を終えなければならなかった。 もし私たちがよく知っていて、Leeのスケジュールが許せば、溝が掘られる前にペンストック全体を融解することを選び、深さ4フィートの溝とその内臓という障害なしにパイプを引くために3輪車の馬力を利用したことでしょう。 私たちは溶断を終え、完成したパイプラインをトレンチに投げ入れ、パイプがその長さにわたって継続的に下降することを確認しようと試みました。 もちろん、柔らかくて湿った土の中に4フィートの深さの溝を作ると、無数の高い場所ができ、それをハンドシャベルで丹念に下ろしていきました。 そして、ドーザーがパイプの上に盛土の大部分を押し込む前に、約6cmの土を手で入れて緩衝し、もし緩衝が十分でなければ、私たちも覆われてしまうと脅しました。 タービンハウジング（地面に開けた穴）に、圧力計、2″クリーンアウト、ゲートバルブ、ユニバーサルジョイントを設置し、タービンの手前で一列に並べました。 Lee氏は、タービンを取り付ける6″排出カップリング付きの特注のプレキシガラス製受け皿を提供した。 タービンを配管に取り付け、6インチパイプを洗面器に取り付け、オルタネーターをバッテリー（+）と（-）に接続し、ビールの直後にゲートバルブを開けました。 ペルトンホイールが音を立て、タービンのコントロールパネルのスタートボタンを押すと、オルタネーターのフィールドに通電し、電流計が作動しました。 しかし、私たちの幸せな時間は急速に悪化していきました。私たちは、ほぼ完全に充電されたトロージャンL-16HCバッテリーを、C40にプログラムしておいたバルク電圧の設定値にすぐに到達させました。 本来であれば、C40は電力を迂回させるはずなのだが、私たちの知らないところで、すぐに過電流シャットダウンを起こしてしまった。 その結果、バッテリーの電圧は上昇し続けることになった。 C40 のオレンジ色の LED が過電流を警告していることに気づき、急いでタービンへの水の流れを止めました。
解明した私たちは、すべての接続を再確認し、極性と電圧を確認し、ちょうど近所の人がデモンストレーションに来始めたので、再び起動させることにしました。 ゲートバルブが開き、電流が流れ、電圧が上昇し、C40が観察され、C40が迂回し始めると、ドーンと過電流シャットダウンが起こりました。 さらに水素が増え、泡が立ち、タービンと競争し、電源が入らず、所有者、設置者、近隣住民は混乱しました。 さらに悪いことに、私たちはリーがミズーラに発たなければならないことを知っていた。 彼はすでに出発を2時間遅らせて、私たちをここまで導いてくれたのだ。 幸いなことに、私たちのバッテリーは満タンで、必要であればホンダの発電機があり、電話でトラブルシューティングを行うことができました。 私たちは1オームの900ワットEnermaxエアロードを注文していたのです。 30 ボルトで、この負荷はおよそ 30 アンペアを流用することになります。 しかし、取り付けたEnermaxのオームを測定したところ、わずか0.5オームしか記録されていませんでした。 半オームと30ボルトでは、瞬間的に60アンペア以上の電流が流れたことになり、C40の過電流シャットダウンにつながった（我々の初期モデルのC40は、62アンペア以上でシャットダウンするように設計されていた）。 私たちはその原因を1Ωのものと交換し、システムはすぐに宣伝どおり機能しました。
2つのノズルを数週間稼働させた後、私たちはエネルギーが豊富にあることに気づきました。 私たちのタービンには4つのノズルがあり、小川は必要であれば4つすべてを支えることができましたが、日常的には2つのノズルが作り出すエネルギーを使うことはできませんでした。 そこで、ソーラー・パネルを売り、8立方メートルのプロパン冷蔵庫を売り、14立方メートルのケンモアの電気製品に取り替え、近所の系統電源で暮らしていた23立方メートルのチェスト冷凍庫を持ち帰り、120V AC井戸ポンプを発電回路から外してインバータのAC負荷センターに再接続し、120V AC水加熱装置を温水タンクに取り付けました。 薪で沸かしたお湯では暑すぎるときは、3つ目のノズルを開けてAC温水器のスイッチを入れています。 無制限にお湯が出るわけではありませんが、必要であれば、毎日2人でシャワー、食器洗い、洗濯をするには十分です。
現在までに、4つのノズルを使う必要はありませんでした。 可能性の低い」私たちの小川が、これほどまでに贅沢な代替住宅とライフスタイルを可能にするとは、信じがたいことです。
Scott と Tracey は、Backwoods Solar の共同経営者で、電線が利用できない、あるいは実用的ではない遠隔地の家庭のための代替発電を専門とするカタログベースのビジネスを行っています。 このビジネスは、従業員によって運営され、彼らが販売する製品によって、オフグリッドの家に電力を供給しています。 上のリンクをクリックすると、同社のウェブサイトをご覧いただけます。