By Scott Gentleman
Website Exclusive – November, 2007
Przez osiem lat, Tracey i ja mieszkaliśmy w domu zasilanym energią słoneczną i przez osiem pochmurnych zim, co tydzień uruchamialiśmy mały generator Hondy, aby naładować nasze akumulatory. Rozumieliśmy, że pierwotny właściciel naszego domu działał mały system wodny z nieruchomości przez cały rok potoku, ale nigdy nie badaliśmy tej opcji, ponieważ potok biegł przez gęsty las. Poza tym, mogliśmy stwierdzić, że nie ma wystarczającego spadku na jego przebiegu.
Site Level
W końcu zdecydowaliśmy się użyć programu Site Level firmy Backwoods Solar, aby potwierdzić, że hydro nie ma sensu. Ku naszemu zdziwieniu, nasz trawers przez las od potencjalnej lokalizacji turbiny do dogodnego miejsca poboru ujawnił około 80′ spadku. Niemożliwe, oświadczyliśmy, zakładając, że nasza technika musiała zawieść. Aby dwukrotnie sprawdzić naszą metodę, użyliśmy tego samego Poziomu Miejsca do pomiaru spadku od naszej cysterny do zlewu kuchennego. Wiedzieliśmy, że ten spadek wynosił 56 stóp, ponieważ użyliśmy tranzytu do jego pomiaru, kiedy ten grawitacyjny system został zainstalowany. Przegląd z poziomem witryny dał nam około 60 stóp i potwierdził, że wiedzieliśmy, jak korzystać z poziomu.
Voila, potencjał hydro. W najbardziej suchej porze roku, nasz potok mierzy około 3 stóp szerokości na 3-4 cale głębokości, a pięciogalonowe wiadro i stoper sugerowały, że mamy ponad 300 gpm płynących obok naszego miejsca wlotu. Wow, duży potencjał. Przy 80 stopach spadku, wykres przepływu dysz wskazał, że teoretycznie moglibyśmy przepuścić 134 gpm przez 4-dyszową turbinę Harrisa wyposażoną w dysze 7/16″. Następnie, zwróciliśmy się do wykresu mocy wyjściowej w watach alternatora Motorcraft Dona Harrisa. Z 134 gpm i 80 stóp kropli, ekstrapolowaliśmy, że możemy generować 725 +/- watów. Jednak mielibyśmy 1100 stóp penstock do zainstalowania. Więcej wykresów. Aby zredukować straty wynikające z tarcia i utrzymać blisko maksymalnego potencjału wyjściowego, ustaliliśmy, że 4″ rura poświęciłaby tylko około 9 stóp wysokości brutto, gdyby wszystkie cztery dysze były w użyciu.
Flume Creek
Szybka ocena korzyści płynących z tej ilości energii przekonała nas do kontynuowania instalacji. Jednak był rok 1999 i firma Backwoods Solar była bardzo zajęta obsługą szumu związanego z Y2K, pozostawiając Tracey i mnie niewiele czasu na instalację. A w tamtym czasie moja wiedza na temat energii wodnej nie była zbyt dobra. Zwróciliśmy się więc do Lee Tavennera z Solar Plexus z Missoula, MT, aby opracował system pod klucz, który obejmowałby jego robociznę instalacyjną. Lee łaskawie połączył listę komponentów, mimo że rozumiał, iż to my dostarczymy większość z nich; uzgodniliśmy cenę; a on znalazł czas w swoim napiętym grafiku na instalację w jeden weekend września.
Przed tym weekendem Tracey i ja musieliśmy opracować trasę dla rurociągu przez las, przez który przepływał potok. Ścieżka najmniejszego oporu wiodła starymi i zarośniętymi drogami zrywkowymi, a także przez gęsty las. Użyliśmy taśmy mierniczej do wyznaczenia ścieżki i zatrudniliśmy sąsiada z buldożerem, aby ją wyciął i oczyścił. Inny sąsiad z koparką został zatrudniony do wykopania stawu wlotowego, rowu o głębokości 4′, miejsca na turbinę i kanału odprowadzającego do potoku.
Lee zalecił nam użycie rury z polietylenu o wysokiej gęstości, biorąc pod uwagę jej odporność na zgniatanie i fakt, że nie pęka, gdy jest zamrożona. Jego dystrybutor Missoula dostarczył trzydzieści 40 stóp kawałków rury 4″ do naszego odległego miejsca zamieszkania, ale mógł dostać się tylko do 1000 stóp od naszej linii rowu. Honda trzy wheeler mógł przeciągnąć trzy kawałki na raz w ciągu 300 stóp i Tracey i niosłem każdy kawałek równowagi odległości. Nie jest to praca nie do zniesienia, ale rura 40′ może rozwinąć kilka wielkich fal odbijania w nim, jeśli wzajemne tempo nie jest zsynchronizowane prawidłowo!
Hydro Intake
Te długości rur muszą być połączone razem, a nie klejone, jak w przypadku PVC. Lee wypożyczyłby małe maszyny do tej procedury i przywiózłby je ze sobą, gdy nadszedł weekend instalacyjny. Nasz generator Honda 3500 W zasiliłby maszynę do fuzji.
Następnie zebraliśmy i zainstalowaliśmy różne elementy systemu zasilania. Biorąc pod uwagę, że odległość od turbiny do naszego banku akumulatorów wynosiła 350 stóp, zdecydowaliśmy się zainstalować system 24-woltowy. (Mimo, że system PV zasilający nasz dom był 12 V, a wiele naszych obciążeń było 12 V DC, wiedzieliśmy, że EQ12/24-20 pozwoli nam utrzymać nasze obwody 12 V DC i zapewni, że nasz bank akumulatorów 24 V pozostanie zrównoważony). Odległość 350 stóp od turbiny do akumulatorów oraz nasz potencjał generowania 700 Watt skłoniły nas do wyboru kabla miedzianego 1/0 do bezpośredniego zakopania w ziemi w celu zminimalizowania strat przesyłowych.
Inne zamówione elementy zawierały: 4-dyszową turbinę Motorcraft od Dona Harrisa dostosowaną do parametrów naszej lokalizacji; falownik Trace SW4024; zestaw Backwoods Solar Powercenter zbudowany wokół skrzynki rozłączeniowej Trace DC250 i miernika akumulatorów Trimetric firmy Bogart Engineering; Trace C40 z cyfrowym wyświetlaczem; dwa obciążniki powietrzne Enermax 900 W zaprojektowane do systemów 24 V; analogowy amperomierz inline do pomiaru prądu wodnego w powershed; cztery akumulatory Trojan L-16HC; oraz różne okablowanie, bezpieczniki itp.
Turbina wodna
Wygodnie, zdecydowaliśmy, że nasz nowy system będzie zlokalizowany w warsztacie 100 stóp od naszego domu. 12 woltowy system PV był ograniczony do naszego domu z modułami słonecznymi na dachu kuchni, oraz inwerterem, akumulatorami, itp. w naszym salonie. Przenosząc się, usunęlibyśmy wszechobecny szum falownika SW2512 z naszej przestrzeni życiowej i znacznie zwiększylibyśmy odległość między naszym piecem na drewno a gazem wodorowym z akumulatorów. Dzięki zainstalowaniu naszego systemu 24V w warsztacie, jedyna przerwa w dostawie energii elektrycznej do naszego domu nastąpiła, gdy odłączyliśmy SW2512 od naszego centrum serwisowego AC i ponownie podłączyliśmy do niego SW4024; oraz gdy odłączyliśmy naszą 12V skrzynkę rozdzielczą z bezpiecznikami od naszych domowych akumulatorów Lineage i ponownie podłączyliśmy ją do 12V połowy naszego 24V banku akumulatorów Trojan w warsztacie.
Lee przyjechał w piątek wieczorem i został z nami. Z samego rana w sobotę, rozpoczęliśmy proces klejenia 1200 stóp 4″ rury HDPE. Klejenie jest w większości przypadków zadaniem dla jednej osoby, którego podjął się Lee. Polega ona na wyciągnięciu razem dwóch końców rur i włożeniu ich do obudowy urządzenia do klejenia zasilanego z generatora. Po włożeniu, końce rur zostają zablokowane na miejscu, a dźwignia steruje ich ruchem. Obracające się urządzenie tnące z ostrzami skierowanymi w stronę każdego końca rury jest wkładane pomiędzy końce rur, a dźwignia jest przesuwana, wciągając kawałki do ostrzy, które wyrównują je do siebie. Po wyrównaniu, element grzejny jest umieszczany między końcami; generator doprowadza element grzejny do odpowiedniej temperatury, a następnie końce rur są jednocześnie ciągnięte do niego za pomocą dźwigni. Gorący element jest dozwolone zmiękczyć około ¼” każdego końca rury, element jest usuwany, a dźwignia ciągnie kawałki razem, gdzie fuse do siebie. Szew stygnie przez kilka minut i na następnym skrzyżowaniu Lee poszedłby. Początkowo wątpiłem w wytrzymałość tego połączenia, ale wielokrotne próby przerwania świeżo scalonego szwu nie powiodły się.
Podczas gdy Lee scalał, Tracey i ja przenosiliśmy poszczególne kawałki rur do odpowiednio rozmieszczonych obszarów scalania. Gdy Lee kończył łączenie, ja i Tracey odciągaliśmy coraz dłuższy odcinek rury od Lee, aby mógł on połączyć z nim następny kawałek. Początkowo mogliśmy z Tracey i ja przeciągnąć 200 stóp zespolonej rury w kierunku następnego miejsca postoju, ale w połowie popołudnia jęczeliśmy o pomoc Lee po przymocowaniu piątego kawałka rury. Proces ten był utrudniony przez fakt, że wykop błądził z boku na bok po oczyszczonej ścieżce, w miarę jak osiągał najprostszą linię od stawu wlotowego do miejsca instalacji turbiny. Wielokrotnie musieliśmy przecinać rów i jego kopiec z wykopanej ziemi, gdy przenosiliśmy rury i generator, w zależności od potrzeb. Do zmroku byliśmy wyczerpani, a wciąż mieliśmy 200′ rury do zakończenia klejenia. Gdybyśmy wiedzieli lepiej i gdyby harmonogram Lee na to pozwalał, zdecydowałbym się zespolić cały penstock przed wykopaniem rowu i wykorzystać moc koni mechanicznych trójkołowca do ciągnięcia rury bez przeszkód w postaci głębokiego na cztery stopy rowu i jego wnętrzności.
Hydro Shed
Powrót do wykopów w niedzielę rano. Skończyliśmy klejenie, wrzuciliśmy ukończony rurociąg do wykopu, a następnie staraliśmy się zapewnić ciągłe opadanie rury na całej jej długości. Oczywiście, głęboki na cztery stopy wykop w często miękkiej, wilgotnej glebie rozmywa się, powodując niezliczoną ilość wysokich punktów, które mozolnie opuszczaliśmy ręczną łopatą. Następnie ręcznie odgrodziliśmy rurę około 6″ warstwą ziemi, zanim spychacz wepchnął nad nią większość wypełnienia i zagroził, że nas również przykryje, jeśli nie odgrodzimy jej wystarczająco szybko.
W końcu mogliśmy podłączyć turbinę do rury. Przy obudowie turbiny (tzn. dziurze w ziemi), zainstalowaliśmy manometr, 2″ wyczystkę, zasuwę i uniwersalny przegub, w linii przed turbiną. Lee dostarczył wykonany na zamówienie zbiornik z pleksi z 6″ króćcem spustowym, na którym zamontowaliśmy turbinę. Dopasowaliśmy turbinę do pionu; podłączyliśmy 6″ rurę spustową do basenu; podłączyliśmy alternator do baterii (+) i (-); i otworzyliśmy zasuwę tuż za naszym piwem. Koło peltonowe zabrzęczało; szybkie naciśnięcie przycisku start na panelu sterowania turbiny spowodowało włączenie pola alternatora; a jego amperomierz wskoczył do akcji.
Jednakże nasza szczęśliwa godzina szybko się pogorszyła. Gdy podnieśliśmy się, prawie w pełni naładowane akumulatory Trojan L-16HC szybko osiągnęły wartość zadaną napięcia masowego, którą zaprogramowaliśmy w C40. Tak jak powinien, C40 zacząłby przekierowywać zasilanie, ale nieznany nam, natychmiast przeszedł w stan wyłączenia nadprądowego. Nieregulowane napięcie akumulatora nadal rosło. W końcu zawędrowaliśmy do powershed; wykryliśmy niesamowity zapach wodoru; usłyszeliśmy ogromne bulgotanie z akumulatorów; zauważyliśmy pomarańczową diodę C40 krzyczącą nadprądowo; i pognaliśmy zamknąć przepływ wody do turbiny.
Zorientowani, dwukrotnie sprawdziliśmy wszystkie połączenia; potwierdziliśmy polaryzacje i napięcia; i zdecydowaliśmy się uruchomić go ponownie, zaraz po tym, jak okolica zaczęła wędrować na demonstrację. Zasuwa otworzyła się; prąd się rozwinął; napięcie wzrosło; C40 zaobserwował; i jak C40 zaczął zmieniać kierunek, bum, wyłączenie nadprądowe. Więcej wodoru; więcej bulgotania; kolejny wyścig do turbiny; brak zasilania; zdezorientowani właściciele, instalator i sąsiedzi. Co gorsza, wiedzieliśmy, że Lee musi wyjechać do Missouli. Opóźnił już swój wyjazd o kilka godzin, aby doprowadzić nas do tego punktu. Na szczęście nasze baterie były pełne; mieliśmy generator Honda w razie potrzeby; i mogliśmy rozwiązywać problemy przez telefon.
Hydro Powered Home
W końcu Lee rozwiązał problem. Zamówiliśmy jednoomowe obciążenie powietrzne Enermaxa o mocy 900 watów. Przy 30 voltach, to obciążenie będzie odwracać około 30 amperów. Jednakże, kiedy zmierzyliśmy omy zainstalowanego Enermaxa, zarejestrował on tylko 0,5 oma. Pół oma i 30 V spowodowało natychmiastowe przekierowanie 60+ amperów, stąd wyłączenie nadprądowe C40 (nasz wczesny model C40 został zaprojektowany tak, aby wyłączać się powyżej 62+/- amperów). Wymieniliśmy winowajcę na wersję jednoomową i system natychmiast zadziałał jak w reklamie.
Po kilku tygodniach pracy z dwoma dyszami, zdaliśmy sobie sprawę, że mamy nadmiar energii. Nasza turbina miała cztery dysze i nasz potok mógł obsłużyć wszystkie cztery w razie potrzeby, ale na co dzień nie mogliśmy wykorzystać energii, którą wytworzyły dwie dysze. Więc sprzedaliśmy nasze panele słoneczne; sprzedaliśmy naszą propanową lodówkę o pojemności 8 cali; zastąpiliśmy ją elektryczną jednostką Kenmore o pojemności 14 cali; przywieźliśmy do domu naszą zamrażarkę skrzyniową o pojemności 23 cali, która zawsze mieszkała u sąsiada z zasilaniem sieciowym; odłączyliśmy naszą 120v pompę studzienną od obwodu generatora i ponownie podłączyliśmy ją do centrum obciążenia AC naszego falownika; i zainstalowaliśmy 120v element do podgrzewania wody w naszym zbiorniku z gorącą wodą. Kiedy jest zbyt ciepło na ciepłą wodę ogrzewaną drewnem, otwieramy trzecią dyszę i włączamy element ogrzewający wodę prądem zmiennym. Nie nieograniczona gorąca woda ale dosyć dla pryszniców, naczyń, i pralni dla dwa my na codziennej podstawie, jeżeli potrzebujący.
Do dnia dzisiejszego, my no musieć biegać cztery dysze. Trudno uwierzyć, że nasz potok z „tak małym potencjałem” umożliwia tak luksusowo zasilaną alternatywną zagrodę i styl życia. Jesteśmy zachwyceni i codziennie przypominamy sobie, jakie mamy szczęście, kiedy rozmawiamy z ludźmi, którzy walczą, aby związać koniec z końcem z elektrycznością w ramach budżetu off-grid.
Scott i Tracey są współwłaścicielami Backwoods Solar, firmy opartej na katalogu, która specjalizuje się w alternatywnie generowanej energii elektrycznej dla odległych domów, gdzie linie energetyczne nie są dostępne lub praktyczne. Firma jest obsługiwana przez pracowników, którzy zasilają swoje domy poza siecią całkowicie przez produkty, które sprzedają. Kliknij na powyższy link, aby odwiedzić ich stronę internetową.