Vivere fuori dalla rete elettrica è un sogno per alcuni e un incubo per altri. Il solo pensiero di dover monitorare il proprio consumo energetico è sufficiente a scoraggiare la maggior parte delle persone. Sì, quando abbiamo a disposizione una miriade di comodità moderne che consumano energia giorno e notte, vivere fuori dalla rete elettrica non è un’impresa facile, ma è sicuramente molto gratificante.
Le persone scelgono di vivere fuori dalla rete elettrica per una serie di motivi: per essere autosufficienti, per allontanarsi dalla società, per ridurre il proprio impatto ambientale… o, naturalmente, per prepararsi all’imminente apocalisse zombie!
Ma vivere fuori dalla rete non significa solo realizzare i propri ideali: in una località remota, potrebbe essere più conveniente installare un sistema elettrico autonomo fuori dalla rete invece di collegarsi alla rete elettrica, che può costare dai 10 ai 30.000 dollari per chilometro di linea o, in molti casi, anche di più.
Che il vostro sogno sia completamente verde (100% rinnovabile) o meno (100% alimentato da un generatore a gas) o un’opzione ibrida che si colloca a metà strada, potete trovare una soluzione di energia off grid adatta a voi. In questa guida ci concentriamo sui sistemi di energia rinnovabile e sulle fonti energetiche, in modo che possiate avere un quadro chiaro di come fornire in modo sostenibile sia l’elettricità che il calore alla vostra casa. Da lì potrete confrontare i sistemi per trovare la configurazione più adatta a voi.
Parti di un sistema di alimentazione off-grid
In primo luogo, daremo un’occhiata alle diverse parti di un sistema off-grid in modo che possiate vedere come funziona nel suo insieme. Un sistema di alimentazione off-grid (noto anche come sistema di alimentazione autonomo) funziona indipendentemente dalla rete elettrica principale per fornire energia. Comprende diversi componenti che generano, immagazzinano, regolano e distribuiscono l’elettricità.
Fonte di energia – Tutto inizia dalla fonte. Sole, acqua, vento, biomasse, rifiuti: queste fonti di energia rinnovabile sono come il cibo che nutri il tuo corpo. Senza di esse non potremmo vivere. Senza una fonte di energia, i nostri sistemi di alimentazione off grid non funzionerebbero.
Sistema energetico – Che si tratti di pannelli solari fotovoltaici, turbine eoliche o microturbine idrauliche, queste fonti di energia rinnovabile raccolgono l’energia dall’ambiente e la convertono in elettricità.
Inverter – I sistemi di alimentazione off-grid generano elettricità a corrente continua (CC). Poiché la maggior parte degli elettrodomestici e dei dispositivi della nostra casa utilizzano corrente alternata (CA), c’è un’incompatibilità. Entra in gioco l’inverter. Proprio come un traduttore ascolta una conversazione in spagnolo e la traduce in inglese, l’inverter converte l’elettricità CC in CA in modo che tutti i tuoi elettrodomestici possano funzionare.
Sistema di distribuzione – Si tratta del cuore del sistema: il cablaggio, gli interruttori e i disgiuntori necessari per distribuire l’elettricità dalla fonte di energia, dalle batterie o dal generatore per alimentare la vostra casa e i vostri elettrodomestici.
Monitoraggio e controllo – Il cervello del sistema. Svolgono un ruolo importante in quanto gestiscono il funzionamento del sistema e, in background, monitorano anche la produzione e il consumo di energia, gestiscono la ricarica delle batterie e regolano le impostazioni per un funzionamento più efficiente dal punto di vista energetico. Se siete collegati alla rete elettrica, avrete anche bisogno di un contatore per misurare l’elettricità che consumate dalla vostra fonte di energia rispetto a quella della rete. Inoltre, se condividete l’energia in eccesso con la rete, un contatore speciale vi consentirà di misurare la quantità prelevata dalla rete rispetto alla quantità di energia che consumate dalla rete, a fini di bilanciamento.
Componenti di sicurezza – Queste apparecchiature proteggono il sistema, la casa, i dispositivi e l’utente stesso. Le apparecchiature di messa a terra collegano letteralmente il sistema alla terra, fungendo da “via di fuga” per l’elettricità in eccesso quando il sistema è sovraccarico (ad esempio durante un picco di corrente causato da un fulmine). Si pensi a un palloncino: ha una capacità limitata e se si cerca di soffiare aria in eccesso nel palloncino, questo esploderà. Aggiungendo un piccolo foro al palloncino, l’aria in eccesso può fuoriuscire senza che il palloncino esploda, e questo è più o meno il funzionamento dei dispositivi di messa a terra.
Regolatore di carica – Poiché i sistemi off-grid necessitano di un’alimentazione di riserva quando non c’è vento o non c’è il sole, un regolatore di carica è un componente necessario (a meno che, ovviamente, non si scelga di non avere energia per lunghi periodi della giornata). Questo dispositivo regola la tensione e la corrente che fluisce tra la fonte di energia (ad esempio i pannelli solari) e le batterie, impedendo che queste ultime si sovraccarichino e garantendo una ricarica efficiente.
Banca di batterie – Un altro ingrediente essenziale per i sistemi di alimentazione off-grid, poiché immagazzina l’elettricità per un uso successivo o per i momenti in cui la fonte di energia funziona ma la domanda è superiore all’offerta. La banca di batterie è dimensionata per fornire energia sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico. È generalmente la parte più costosa del sistema.
Generatore di riserva – Alcune soluzioni di alimentazione off-grid incorporano un generatore di riserva, altre no. Sono generalmente utilizzati in luoghi con risorse energetiche limitate o per superare un periodo di produzione energetica ridotta prolungata. Oltre a fornire direttamente energia di riserva, possono anche essere utilizzati per ricaricare le batterie. Se la batteria è abbastanza grande non è necessario, ma d’altra parte lo stoccaggio delle batterie è costoso.
7 soluzioni di alimentazione off-grid
Questo elenco presenta 7 soluzioni per alimentare la tua casa off grid. Presenta tre dei sistemi di alimentazione off grid più comuni che forniscono elettricità. Più avanti presentiamo soluzioni energetiche off grid che forniscono calore e, infine, un’altra opzione che le persone trovano utile se hanno bisogno solo di una piccola quantità di elettricità.
Sistemi di alimentazione off grid per l’elettricità
1. Energia solare
Il solare fotovoltaico (noto anche come energia solare fotovoltaica o pannelli solari) genera energia dalla luce del sole. Quando la luce solare colpisce il pannello solare, le celle fotovoltaiche all’interno del pannello catturano la luce e la convertono in elettricità. Questa elettricità può essere immagazzinata in batterie per un uso successivo. In alternativa, è possibile trasformare i pannelli in una fonte di guadagno condividendo l’energia in eccesso con la rete, se si è collegati ad essa.
I pannelli solari sono la forma più comune e facilmente disponibile di energia rinnovabile per i proprietari di case non collegate alla rete elettrica. Possono essere costosi da installare, ma con la diffusione dello stile di vita ecologico, molti governi offrono sconti e incentivi per sistemi di energia solare come questi.
Per quanto riguarda la scelta di un’alimentazione elettrica off-grid, il solare fotovoltaico è in cima alla lista della maggior parte delle persone. È un’ottima opzione, ma ha i suoi limiti. In primo luogo, è una fonte di energia intermittente che fornisce energia solo durante il giorno. Inoltre, se vivete in una zona come la costa occidentale, dove il cielo è solitamente nuvoloso, o in una foresta ombrosa, non potrete generare molta elettricità. Il solare fornisce solo elettricità, quindi non è una soluzione completa se desiderate riscaldare gli ambienti.
Con la rapida crescita della produzione di energia solare fotovoltaica negli ultimi anni, i costi sono diminuiti, rendendola un’opzione molto più conveniente. Ci sono molte opzioni tra cui scegliere, compresi i kit solari off-grid su piccola scala. Ora ci sono diversi modi per condividere l’elettricità se non volete tenerla per voi nel vostro banco di batterie. Potete rivenderla alla rete o distribuirla attraverso la condivisione peer-to-peer tramite una micro-rete comunitaria: Sonnen è uno dei maggiori esempi in questo senso.
Un impianto fotovoltaico non è l’unico modo per sfruttare l’energia solare. Anche i riscaldatori solari dell’acqua (talvolta denominati sistemi solari per acqua calda sanitaria) utilizzano l’energia del sole per riscaldare l’acqua della vostra casa. Sono disponibili in molte configurazioni diverse e alcuni possono essere più efficaci di altri, a seconda di dove si trova la vostra casa. In ogni caso, vivere fuori dalla rete non significa necessariamente bollire l’acqua per fare un bel bagno caldo!
Infine, un fornello solare è un modo interessante e divertente per cucinare. Questi dispositivi concentrano il calore del sole in un materiale riflettente, riscaldando il cibo a temperature sicure.
2. Energia eolica
Una turbina eolica utilizza delle pale che catturano il vento e fanno girare un rotore, che alimenta un generatore e produce elettricità. L’energia eolica ha una lunga storia, che ne dimostra l’efficacia: i primi mulini a vento sono apparsi oltre 1.000 anni fa e la prima turbina utilizzata per generare elettricità risale al lontano 1887.
Le turbine eoliche moderne possono essere di tipo ad asse orizzontale (HAWT), che sono quelle che vediamo più comunemente, o di tipo ad asse verticale (VAWT), che spesso assomigliano a frullini per uova. Quest’ultimo tipo è molto meno comune perché non è efficiente come quello HAWT e, dato che non è molto diffuso, la scelta è molto più limitata. Tuttavia, ha il vantaggio di essere omnidirezionale, quindi può catturare il vento da tutte le direzioni. Il loro design è anche migliore per le basse velocità del vento.
Lo svantaggio principale dell’energia eolica è che il vento non è affidabile. Varia a seconda di dove si vive e anche nello stesso luogo cambia di giorno in giorno a seconda delle condizioni meteorologiche. Sebbene sia possibile immagazzinare quantità limitate di energia eolica in batterie per un uso successivo, è importante avere un piano di emergenza se si dipende dall’elettricità prodotta da una turbina eolica.
Per le abitazioni collegate alla rete elettrica, esistono programmi governativi che offrono incentivi per l’utilizzo di fonti di energia verde e potrebbero esserci opportunità di ottenere sconti se si condivide l’energia eolica con la rete.
3. Micro-energia idroelettrica
Proprio come le turbine eoliche, le pale delle turbine idrauliche catturano l’acqua in movimento, che fa girare il rotore della turbina e alimenta un generatore. L’esempio più comune è una diga idroelettrica che fa cadere l’acqua su enormi turbine e genera energia idroelettrica per intere comunità.
Le turbine idrauliche per le case non collegate alla rete elettrica sono ovviamente più piccole e, purtroppo, sono limitate alle case che si trovano vicino a corsi d’acqua. L’acqua è più affidabile del vento, ma per far girare le turbine è necessaria una certa quantità di forza cinetica ed è difficile trovare acqua in movimento sufficiente a creare tale forza nella maggior parte dei luoghi. Di conseguenza, l’energia idroelettrica off-grid è un’opzione meno comune rispetto all’energia solare o eolica.
Fonti di energia off-grid per il riscaldamento
4. Pompe di calore (geotermiche e ad aria)
Le pompe di calore stanno diventando un modo popolare per riscaldare e raffreddare la casa grazie alla loro efficienza. Funzionano secondo lo stesso principio di un condizionatore d’aria o di un frigorifero, ma invece di raffreddare, possono anche riscaldare un ambiente e fornire l’acqua calda necessaria. I due tipi più comuni di pompe di calore sono le pompe di calore ad aria (di gran lunga le più comuni) e le pompe di calore geotermiche (note anche come geotermiche).
Le pompe di calore ad aria funzionano estraendo il calore dall’esterno e trasferendolo a un fluido termovettore (refrigerante o acqua), per poi rilasciarlo all’interno dell’abitazione. In estate, invece, prelevano il calore dall’interno e lo rilasciano all’esterno.
Le pompe di calore geotermiche fanno la stessa cosa, ma prelevano il calore dal sottosuolo, che è più efficiente poiché la terra, al di sotto della linea di gelo, ha una temperatura costante e affidabile di 10 gradi Celsius (50 gradi Fahrenheit). Sebbene siano più efficienti delle pompe di calore ad aria, i sistemi geotermici hanno un costo iniziale maggiore. Tuttavia, a lungo termine, il risparmio ripagherà l’investimento.
Le pompe di calore sono più efficienti di altri sistemi di riscaldamento: con un rapporto di efficienza di circa 3:1, producono circa tre volte più energia di quella che consumano. Possono essere così efficienti perché utilizzano il calore già presente nell’ambiente invece di produrlo attraverso la combustione (ad esempio bruciando gas naturale o petrolio).
Le pompe di calore utilizzano elettricità. Molta elettricità. Quindi, per un impianto rinnovabile off-grid, sarebbe necessario disporre di un impianto fotovoltaico per alimentare la pompa di calore. Supponendo che il vostro impianto solare sia sufficientemente potente, avreste tutta l’elettricità, il riscaldamento/raffreddamento degli ambienti e l’acqua calda forniti da questi due sistemi.
Esistono altri tipi di sistemi di riscaldamento che funzionano con l’elettricità, ma qui abbiamo evidenziato le pompe di calore per la loro elevata efficienza.
5. Biomassa / Biogas
Le caldaie a biomassa utilizzano la combustione di materiali organici come trucioli di legno, pellet, legna, paglia (e altri prodotti agricoli) e rifiuti solidi urbani per generare calore, elettricità o entrambi.
Il biogas, invece, utilizza materiali organici umidi come letame animale, rifiuti alimentari o rifiuti agricoli e li scompone con microrganismi in un ambiente anaerobico (assenza di ossigeno) per produrre biogas (una miscela di metano e anidride carbonica) che può essere bruciato per produrre calore o convertito in elettricità.
È considerata una fonte di energia rinnovabile poiché i materiali organici immessi nel sistema vengono reintegrati naturalmente. Tuttavia, l’impatto ambientale dipende da una serie di fattori quali il tipo di biomassa utilizzata, le modalità di raccolta e l’efficienza del processo di conversione. Ad esempio, le foreste gestite in modo sostenibile possono fungere da fonte di combustibile da biomassa senza esaurire le risorse naturali, mentre l’utilizzo di residui agricoli o rifiuti organici può contribuire a ridurre i rifiuti destinati alle discariche e le emissioni di metano.
Le caldaie a biomassa funzionano con un’efficienza di circa il 90%, pari a quella delle caldaie a gas ad alta efficienza attualmente in commercio. Per i proprietari di case che desiderano un sistema di riscaldamento semplice e affidabile, una stufa a pellet o un’altra caldaia a biomassa può essere una buona scelta, soprattutto se dispongono di una fonte di combustibile locale proveniente da foreste gestite in modo responsabile, e ancora di più se è possibile ricavare il combustibile dalla propria terra.
Tuttavia, la combustione del legno presenta alcuni svantaggi. Il primo è la quantità di sostanze inquinanti che immette nell’aria. Questo è un problema soprattutto se si vive in città o nelle vicinanze (anche se la maggior parte dei proprietari di case off-grid non lo fa), poiché sostanze inquinanti come il PM e i COV sono più problematiche in città. Sebbene sia possibile piantare nuovi alberi come nuovi pozzi di assorbimento del carbonio per sostituire quelli abbattuti, quando si brucia legna si accelera il tasso di immissione di CO2 nell’atmosfera. Inoltre, se si taglia la legna da soli, il lavoro è molto impegnativo, anche se chi vive in una fattoria non è certo estraneo al lavoro fisico e può essere un buon modo per fare esercizio.
C’è un dibattito sull’impatto dell’utilizzo della legna rispetto a quello dei combustibili fossili. Dipende da fattori come la distanza di trasporto, la raffinazione del combustibile, l’efficienza del sistema di riscaldamento, ecc. Da un lato, se si raccoglie legna morta dal proprio terreno e si vive lontano dalla civiltà, l’impatto sull’ambiente sarà molto diverso rispetto a quello di un cittadino che brucia legna proveniente da altre zone. Allo stesso modo, si possono fare diversi confronti tra l’utilizzo dei combustibili fossili e quello della legna.
Esistono tipi di biomassa e sistemi a biogas in grado di fornire sia calore che elettricità, che sembrerebbero perfetti per chi vive fuori dalla rete elettrica, ma in realtà sono costosi e di difficile manutenzione.
6. Il fuoco
Il fuoco è stata la prima fonte di energia dell’umanità e ancora oggi è incredibilmente utile. Può essere utilizzato per il riscaldamento, la cottura, l’illuminazione, lo sgombero dei terreni, l’incenerimento dei rifiuti e molti altri usi, rendendolo una fonte di energia molto importante per chi vive fuori dalla rete elettrica.
Sebbene la legna possa essere bruciata nelle caldaie a biomassa con il fuoco, menzioniamo questa opzione separatamente per le sue numerose applicazioni e per la sua semplicità. Il fuoco può essere utilizzato per generare calore, cucinare, ecc. Tutto ciò che serve è legna e un fiammifero. Non c’è niente di più semplice e affidabile per chi vive fuori dalla rete elettrica, dato che molto probabilmente nella vostra proprietà crescono alberi che potete sempre utilizzare come combustibile.
Una stufa a legna è un elemento centrale per uno stile di vita fuori dalla rete elettrica. Efficace fonte di calore, particolarmente adatta alle case di piccole dimensioni, mantiene la casa calda durante le stagioni più fredde. Può anche sostituire un fornello elettrico o a gas quando è necessario cucinare o bollire l’acqua in un bollitore.
Il calore radiante di una stufa a legna può anche asciugare i vestiti appesi in casa nei giorni freddi o umidi.
Alcune forme di fuoco controllato all’aperto, come il barbecue a carbonella, il braciere o il forno interrato (talvolta chiamato forno a terra) sono anche alternative efficaci alla stufa elettrica o a gas. Questi sono particolarmente utili nella stagione calda, quando accendere una stufa a legna all’interno renderebbe la casa troppo calda.
Queste forme di fuoco offrono anche opportunità di intrattenimento o di socializzazione: c’è qualcosa di speciale nel riunirsi intorno al fuoco con dei marshmallow o nel ritrovarsi tutti insieme per un barbecue davanti a un forno interrato.
Infine, ma non meno importante, le candele e le lanterne possono fornire luce quando non c’è elettricità per qualsiasi motivo.
Sistema di alimentazione off-grid su piccola scala
7. Inverter di potenza per ricaricare piccoli dispositivi
Se avete semplificato la vostra configurazione off-grid a una stufa a legna per cucinare e riscaldare, avete capito come funziona la vita off-grid! Tuttavia, nel XXI secolo è diventato difficile vivere senza elettricità a causa della nostra dipendenza da Internet. E a seconda di dove vivete, è difficile vivere senza un’auto. Fortunatamente, esiste una soluzione che combina entrambe queste dipendenze: l’inverter di potenza.
I proprietari di case di campagna utilizzano gli inverter di potenza nelle loro auto per ricaricare piccoli dispositivi (come telefoni cellulari, laptop e tablet) mentre sbrigano le commissioni. Si tratta di un modo estremamente efficiente per sfruttare un veicolo. Le auto sono una sorta di grandi generatori, poiché ricaricano la batteria mentre sono in funzione, quindi è possibile sfruttare questa caratteristica utilizzando contemporaneamente la batteria come fonte di alimentazione per i piccoli dispositivi.
Se sei un proprietario di una casa di campagna, probabilmente non utilizzerai i tuoi dispositivi molto spesso, poiché sarai impegnato nella cura dei raccolti o degli animali, nello svuotamento della toilette compostante, nella cucina, nelle pulizie e in altre attività. Quindi l’umile inverter di potenza potrebbe essere l’unico sistema di alimentazione off-grid di cui avrai mai bisogno!
