Odłączenie się od sieci energetycznej to dla niektórych marzenie, a dla innych koszmar. Sama myśl o konieczności monitorowania zużycia energii jest wystarczająca, by zniechęcić większość ludzi. Tak, gdy mamy mnóstwo nowoczesnych udogodnień, które wysysają energię przez cały dzień i noc, życie poza siecią nie jest łatwym zadaniem, ale jest bardzo satysfakcjonujące.
Ludzie decydują się na życie poza siecią z różnych powodów: aby być samowystarczalnym, aby być bardziej odsuniętym od społeczeństwa, aby zmniejszyć swój wpływ na środowisko… lub, oczywiście, aby przygotować się na nadchodzącą apokalipsę zombie!
Ale odejście od sieci to nie tylko życie zgodnie ze swoimi ideałami – w odległej lokalizacji bardziej opłacalne może być zainstalowanie autonomicznego systemu elektrycznego zamiast prowadzenia linii energetycznych w celu podłączenia do sieci, co może kosztować 10-30 tysięcy dolarów za kilometr linii lub w wielu przypadkach nawet więcej.
Niezależnie od tego, czy twoje marzenie jest w pełni ekologiczne (w 100% odnawialne), czy nie (w 100% zasilane generatorem gazowym), czy też jest to opcja hybrydowa, która leży gdzieś pomiędzy, możesz znaleźć rozwiązanie zasilania off grid, które będzie dla Ciebie odpowiednie. W tym przewodniku skupiamy się na odnawialnych systemach zasilania i źródłach energii, abyś mógł uzyskać dobry obraz tego, jak w zrównoważony sposób dostarczać zarówno energię elektryczną, jak i ciepło do domu. Stamtąd możesz porównać systemy, aby znaleźć konfigurację najbardziej odpowiednią dla siebie.
Części systemu zasilania off grid
Najpierw przyjrzymy się wielu częściom systemu off grid, aby zobaczyć, jak to wszystko się łączy. System zasilania poza siecią (inaczej autonomiczny system zasilania) działa niezależnie od głównej sieci elektrycznej w celu dostarczania energii. Obejmuje on kilka komponentów, które generują, przechowują, regulują i dystrybuują energię elektryczną.
Źródło energii – wszystko zaczyna się od źródła. Słońce, woda, wiatr, biomasa, odpady – te odnawialne źródła energii są jak pożywienie dla naszego organizmu. Bez nich nie żyjemy. Bez źródła energii nasze systemy zasilania poza siecią nie będą działać.
System energetyczny – Niezależnie od tego, czy jest to fotowoltaika, turbiny wiatrowe czy mikroturbiny wodne, te odnawialne źródła energii zbierają energię ze środowiska i przekształcają ją w energię elektryczną.
Falownik – systemy zasilania poza siecią generują prąd stały (DC). Ponieważ większość urządzeń w naszych domach wykorzystuje prąd przemienny (AC), istnieje pewna niezgodność. Z pomocą przychodzi falownik. Podobnie jak tłumacz słucha rozmowy w języku hiszpańskim i tłumaczy ją na język angielski, inwerter konwertuje prąd stały na prąd przemienny, aby wszystkie urządzenia mogły działać.
System dystrybucji – są to wnętrzności systemu – okablowanie, przełączniki i wyłączniki obwodów wymagane do dystrybucji energii elektrycznej ze źródła energii, akumulatorów lub generatora w celu zasilania domu i urządzeń.
Monitorowanie i kontrola – mózgi systemu. Odgrywają ważną rolę, ponieważ sterują funkcjonowaniem systemu, a w tle monitorują również produkcję i zużycie energii, zarządzają ładowaniem akumulatorów i dostrajają ustawienia w celu bardziej energooszczędnego działania. Jeśli jesteś podłączony do sieci, będziesz również potrzebował licznika do pomiaru energii elektrycznej zużywanej z własnego źródła energii w porównaniu z energią z sieci. Dodatkowo, jeśli dzielisz się nadmiarem energii z siecią, specjalny licznik pozwoli ci zmierzyć ilość pobraną przez sieć w stosunku do ilości energii zużywanej z sieci, w celu zbilansowania.
Elementy bezpieczeństwa – to wyposażenie chroni system, dom, urządzenia i użytkownika. Sprzęt uziemiający dosłownie łączy system z ziemią, jako „droga ucieczki” dla dodatkowej energii elektrycznej, gdy system zostanie przeciążony (np. podczas skoku napięcia spowodowanego uderzeniem pioruna). Pomyśl o balonie: ma on ograniczoną pojemność i jeśli spróbujemy nadmuchać do niego dodatkowe powietrze, po prostu eksploduje. Dodanie małego otworu do balonu pozwala na wydostanie się nadmiaru powietrza bez eksplozji balonu i tak właśnie działa sprzęt uziemiający.
Kontroler ładowania – ponieważ systemy off grid wymagają zapasowego zasilania, gdy wiatr nie wieje lub słońce nie świeci, kontroler ładowania jest niezbędnym elementem (chyba że, oczywiście, zdecydujesz się nie mieć zasilania przez dłuższy czas w ciągu dnia). Urządzenie to reguluje napięcie i natężenie prądu przepływającego między źródłem energii (np. panelami słonecznymi) a akumulatorami, zapobiegając ich przeładowaniu i zapewniając wydajne ładowanie.
Bateria akumulatorów – kolejny niezbędny składnik systemów zasilania poza siecią, ponieważ przechowuje energię elektryczną do późniejszego wykorzystania lub w czasach, gdy źródło energii może działać, ale zapotrzebowanie jest większe niż podaż. Bateria akumulatorów jest tak dobrana, aby zapewnić wystarczającą ilość energii do zaspokojenia potrzeb energetycznych. Jest to zazwyczaj najdroższa część systemu.
Generator zapas owy – niektóre rozwiązania zasilania poza siecią zawierają generator zapasowy, inne nie. Są one zwykle używane w lokalizacjach o ograniczonych zasobach energii lub w celu przetrwania okresu przedłużającej się niskiej produkcji energii. Oprócz bezpośredniego zapewniania zasilania awaryjnego, mogą być również używane do ładowania akumulatorów. Jeśli bateria jest wystarczająco duża, nie jest to potrzebne, ale z drugiej strony przechowywanie baterii jest kosztowne.
7 rozwiązań zasilania poza siecią
Ta lista zawiera 7 rozwiązań do zasilania domu poza siecią. Przedstawia ona trzy najpopularniejsze systemy zasilania off grid, które dostarczają energię elektryczną. W dalszej części przedstawiamy rozwiązania energetyczne off grid, które zapewniają ciepło, a na koniec kolejną opcję, którą ludzie uważają za przydatną, jeśli potrzebują tylko niewielkiej dawki energii elektrycznej.
Systemy zasilania off grid zapewniające energię elektryczną
1. Energia słoneczna
Energia słoneczna (inaczej fotowoltaika lub panele słoneczne) generuje energię ze światła słonecznego. Gdy światło słoneczne pada na panel słoneczny, ogniwa fotowoltaiczne wewnątrz panelu wychwytują światło i przekształcają je w energię elektryczną. Energia ta może być przechowywana w akumulatorach do późniejszego wykorzystania. W przeciwnym razie możesz zamienić swoje panele w źródło pieniędzy, dzieląc się nadmiarem energii z siecią, jeśli jesteś do niej podłączony.
Panele słoneczne są najbardziej powszechnymi i łatwo dostępnymi formami energii odnawialnej dla właścicieli domów poza siecią. Ich instalacja może być kosztowna, ale wraz z rosnącą popularnością ekologicznego stylu życia, wiele rządów oferuje rabaty i zachęty dla systemów energii słonecznej, takich jak te.
Jeśli chodzi o wybór źródła zasilania poza siecią, fotowoltaika znajduje się na szczycie listy większości ludzi. Jest to świetna opcja, ale ma swoje ograniczenia. Po pierwsze, jest to nieregularne źródło zasilania, które zapewnia energię tylko w ciągu dnia. A jeśli mieszkasz gdzieś na zachodnim wybrzeżu, gdzie niebo jest zwykle zachmurzone lub jeśli mieszkasz w zacienionym lesie, nie będziesz generować zbyt dużej ilości energii elektrycznej. Energia słoneczna dostarcza również tylko energię elektryczną, więc nie jest to rozwiązanie typu „wszystko w jednym”, jeśli chcesz mieć ogrzewanie pomieszczeń.
Wraz z gwałtownym wzrostem produkcji fotowoltaiki w ostatnich latach, koszty zostały obniżone, co czyni je znacznie bardziej przystępną cenowo opcją. Istnieje wiele opcji do wyboru, w tym małe zestawy do zasilania energią słoneczną poza siecią. Obecnie istnieje wiele sposobów na dzielenie się energią elektryczną, jeśli nie chcesz zatrzymywać jej dla siebie w banku akumulatorów. Możesz sprzedać ją z powrotem do sieci lub dystrybuować ją poprzez współdzielenie peer-to-peer za pośrednictwem mikrosieci społecznościowej – Sonnen jest jednym z największych tego przykładów.
System fotowoltaiczny nie jest jedynym sposobem na wykorzystanie energii słonecznej. Słoneczne podgrzewacze wody (czasami określane jako słoneczne systemy ciepłej wody użytkowej) również wykorzystują energię słoneczną do podgrzewania wody w domu. Są one dostępne w wielu różnych konfiguracjach, a niektóre mogą być bardziej skuteczne niż inne, w zależności od lokalizacji domu. Niezależnie od tego, życie poza siecią nie musi oznaczać gotowania wody, aby mieć ciepłą kąpiel!
Wreszcie, kuchenka słoneczna to fajny i interesujący sposób na gotowanie żywności. Koncentrują one ciepło słoneczne w swoim odblaskowym materiale, podgrzewając żywność do bezpiecznych temperatur.
2. Energia wiatru
Turbina wiatrowa wykorzystuje łopaty, które łapią wiatr i obracają wirnik, który zasila generator i wytwarza energię elektryczną. Energia wiatrowa ma długą historię, co dowodzi jej skuteczności – ponad 1000 lat temu pojawiły się pierwsze wiatraki, a pierwsza turbina użyta do wytworzenia energii elektrycznej miała miejsce w 1887 roku.
Nowoczesne turbiny wiatrowe mogą być typu poziomego (HAWT), które zazwyczaj widzimy, lub typu pionowego (VAWT), które często wyglądają jak ubijaczki do jajek. Ten drugi typ jest znacznie mniej powszechny, ponieważ nie jest tak wydajny jak HAWT, a ponieważ nie jest tak powszechny, nie ma prawie takiego wyboru. Mają one jednak tę zaletę, że są wielokierunkowe, dzięki czemu mogą wychwytywać wiatr ze wszystkich kierunków. Ich konstrukcja jest również lepsza w przypadku niskich prędkości wiatru.
Główną wadą energii wiatrowej jest to, że wiatr nie jest niezawodny. Zmienia się w zależności od miejsca zamieszkania, a nawet w tym samym miejscu zmienia się z dnia na dzień w zależności od wzorców pogodowych. Chociaż ograniczone ilości energii wiatrowej można przechowywać w akumulatorach do późniejszego wykorzystania, ważne jest, aby mieć plan awaryjny, jeśli polegasz na energii elektrycznej z turbiny wiatrowej.
W przypadku domów, które są podłączone do sieci, istnieją programy rządowe, które zapewniają zachęty do korzystania z zielonych źródeł energii i mogą istnieć możliwości uzyskania rabatów, jeśli dzielisz się swoją energią wiatrową z siecią.
3. Mikro-hydroenergetyka
Podobnie jak turbiny wiatrowe, łopatki turbin wodnych chwytają poruszającą się wodę, która następnie obraca wirnik turbiny i zasila generator. Najczęstszym tego przykładem jest zapora wodna, która zrzuca wodę na masywne turbiny i generuje energię wodną dla całych społeczności.
Turbiny wodne dla domów poza siecią są oczywiście mniejsze i niestety ograniczają się do domów znajdujących się w pobliżu ruchomych zbiorników wodnych. Woda jest bardziej niezawodna niż wiatr, ale do obracania turbin wymagana jest pewna siła kinetyczna, a w większości lokalizacji trudno jest znaleźć wystarczającą ilość poruszającej się wody, aby wytworzyć taką siłę. W rezultacie energia wodna poza siecią energetyczną jest mniej powszechną opcją niż energia słoneczna lub wiatrowa.
Źródła energii cieplnej poza siecią
4. Pompy ciepła (gruntowe i powietrzne)
Pompy ciepła stają się popularnym sposobem ogrzewania i chłodzenia domu dzięki swojej wydajności. Działają one na tej samej zasadzie co klimatyzator lub lodówka, z tą różnicą, że zamiast chłodzić, mogą również ogrzewać pomieszczenie i zaspokajać zapotrzebowanie na ciepłą wodę. Dwa najpopularniejsze rodzaje pomp ciepła to powietrzne pompy ciepła (zdecydowanie najbardziej powszechne) i gruntowe pompy ciepła (znane również jako geotermalne).
Powietrzne pompy ciepła działają poprzez pobieranie ciepła z zewnątrz i przenoszenie go do płynu wymiany ciepła (czynnika chłodniczego lub wody), a następnie odprowadzanie tego ciepła do wnętrza domu. Latem pobierają ciepło z wnętrza i odprowadzają je na zewnątrz.
Gruntowe pompy ciepła robią to samo, z tym wyjątkiem, że pobierają ciepło spod ziemi, co jest bardziej wydajne, ponieważ ziemia, poniżej linii zamarzania, ma stałą i niezawodną temperaturę 10 stopni Celsjusza (50 stopni Fahrenheita). Chociaż są one bardziej wydajne niż powietrzne pompy ciepła, systemy geotermalne wiążą się z wyższymi kosztami początkowymi. Jednak w dłuższej perspektywie oszczędności się zwrócą.
Pompy ciepła są bardziej wydajne niż inne systemy grzewcze – mają współczynnik wydajności około 3:1, wytwarzają około trzy razy więcej energii niż zużywają. Mogą być tak wydajne, ponieważ wykorzystują już istniejące ciepło w środowisku, zamiast wytwarzać je poprzez spalanie (np. spalanie gazu ziemnego lub oleju).
Pompy ciepła zużywają energię elektryczną. Bardzo dużo. Tak więc w przypadku instalacji odnawialnej poza siecią należałoby mieć system fotowoltaiczny do zasilania pompy ciepła. Zakładając, że system fotowoltaiczny jest wystarczająco wydajny, wszystkie źródła energii elektrycznej, ogrzewania/chłodzenia pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej pochodzą z tych dwóch systemów.
Istnieją inne rodzaje systemów grzewczych, które mogą być zasilane energią elektryczną, ale podkreśliliśmy tutaj pompy ciepła ze względu na ich wysoką wydajność.
5. Biomasa / Biogaz
Kotły na biomasę wykorzystują spalanie materiałów organicznych, takich jak zrębki drzewne, pelety, kłody, słoma (i inne produkty rolne) oraz stałe odpady komunalne do wytwarzania ciepła, energii elektrycznej lub obu.
Z drugiej strony, biogaz wykorzystuje mokre materiały organiczne, takie jak obornik zwierzęcy, odpady żywnościowe lub odpady rolnicze i rozkłada je za pomocą mikroorganizmów w środowisku beztlenowym (brak tlenu) w celu wytworzenia biogazu (mieszaniny metanu i dwutlenku węgla), który można spalić w celu uzyskania ciepła lub przekształcić w energię elektryczną.
Jest on uważany za odnawialne źródło energii, ponieważ materiały organiczne wprowadzane do systemu są uzupełniane w sposób naturalny. Wpływ na środowisko zależy jednak od szeregu czynników, takich jak rodzaj wykorzystywanej biomasy, sposób jej pozyskiwania i wydajność procesu konwersji. Na przykład lasy zarządzane w sposób zrównoważony mogą służyć jako źródło paliwa z biomasy bez wyczerpywania zasobów naturalnych, podczas gdy wykorzystanie pozostałości rolniczych lub odpadów organicznych może pomóc w ograniczeniu ilości odpadów składowanych na wysypiskach i emisji metanu.
Kotły na biomasę działają z około 90-procentową sprawnością, która jest na równi z wysokowydajnymi piecami gazowymi sprzedawanymi obecnie. Dla domowników, którzy chcą prostego, niezawodnego systemu grzewczego, piec na pellet lub inny kocioł na biomasę może być dobrym wyborem, szczególnie jeśli mają lokalnie zaopatrzenie w paliwo z odpowiedzialnie zarządzanych lasów – a tym bardziej, jeśli można pozyskać to paliwo ze swojej ziemi.
Spalanie drewna ma jednak pewne wady. Pierwszym z nich jest ilość zanieczyszczeń emitowanych do powietrza. Jest to szczególnie problematyczne, jeśli mieszkasz w mieście lub w jego pobliżu (choć większość właścicieli domów poza siecią nie mieszka), ponieważ zanieczyszczenia takie jak PM i LZO są większym problemem w mieście. Chociaż drzewa mogą być sadzone jako nowe pochłaniacze dwutlenku węgla, aby zastąpić te, które zostały ścięte, podczas spalania drewna przyspieszasz tempo, w jakim te emisjeCO2 dostają się do atmosfery. Ponadto, jeśli rąbiesz własne drewno, wiąże się to z dużym nakładem pracy, choć zagrodnicy nie są obcy pracy i może to być dobry sposób na trening.
Istnieje pewna debata na temat tego, jak złe jest spalanie drewna w porównaniu do spalania paliw kopalnych. Zależy to od czynników takich jak odległość transportu, rafinacja paliwa, wydajność systemu grzewczego itp. Z jednej strony, jeśli zbierasz martwe drewno z własnej ziemi i jesteś daleko od cywilizacji, twój wpływ na środowisko będzie znacznie inny niż w przypadku mieszkańca miasta spalającego nielokalne drewno. Podobnie, można dokonać różnych porównań między spalaniem paliw kopalnych i drewna.
Istnieją rodzaje systemów wykorzystujących biomasę i biogaz, które mogą dostarczać zarówno ciepło, jak i energię elektryczną, co wydaje się być idealnym rozwiązaniem dla osób korzystających z sieci, ale w rzeczywistości są one drogie i kosztowne w utrzymaniu.
6. Ogień
Ogień był pierwszym źródłem energii ludzkości i do dziś jest niezwykle przydatny. Może być wykorzystywany do ogrzewania, gotowania, oświetlania, oczyszczania terenu, spalania odpadów i wielu innych zastosowań, co czyni go bardzo ważnym źródłem energii dla tych, którzy żyją poza siecią.
Chociaż drewno może być spalane w kotłach na biomasę z ogniem, wspominamy o tej opcji osobno ze względu na jej wiele zastosowań i prostotę. Ogień może być używany do generowania ciepła, gotowania itp. wszystko czego potrzebujesz to drewno i zapałki. Nie ma nic prostszego ani bardziej niezawodnego dla życia poza siecią, ponieważ na twojej posesji najprawdopodobniej rosną drzewa, które zawsze możesz wykorzystać jako paliwo.
Piec opalany drewnem jest głównym elementem stylu życia poza siecią. Skuteczne źródło ciepła, szczególnie odpowiednie dla małych domów, utrzyma ciepło w domu w chłodniejszych porach roku. Może również zastąpić kuchenkę elektryczną lub gazową, gdy trzeba gotować lub zagotować wodę w czajniku.
Ciepło promieniujące z pieca opalanego drewnem może również suszyć ubrania rozwieszone wewnątrz w zimne lub mokre dni.
Niektóre formy kontrolowanego ognia na zewnątrz, takie jak grill na węgiel drzewny, palenisko lub podziemny piec (czasami nazywany metodą pieca ziemnego) są również skuteczną alternatywą dla kuchenki elektrycznej lub gazowej. Są one szczególnie przydatne w cieplejsze dni, gdy rozpalenie pieca opalanego drewnem w środku sprawiłoby, że w domu byłoby zbyt gorąco.
Te formy ognia zapewniają również możliwość rozrywki lub nawiązywania kontaktów – jest coś wyjątkowego w gromadzeniu się przy ognisku z piankami marshmallows lub wspólnym grillowaniu przed podziemnym piecem.
Wreszcie, świece i latarnie mogą zapewnić ci światło oparte na ogniu, gdy z jakiegokolwiek powodu nie masz prądu.
Mały system zasilania poza siecią
7. Falowniki do ładowania małych urządzeń
Jeśli uprościłeś swoją konfigurację poza siecią do pieca opalanego drewnem do gotowania i ogrzewania, to masz życie poza siecią! Jednak w XXI wieku trudno jest żyć bez elektryczności dzięki naszemu uzależnieniu od Internetu. A w zależności od miejsca zamieszkania trudno jest żyć bez samochodu. Na szczęście istnieje rozwiązanie zasilania, które łączy obie te zależności: falownik.
Homesteaderzy używają falowników w swoich samochodach do ładowania małych urządzeń (takich jak telefony komórkowe, laptopy i tablety) podczas załatwiania spraw. Jest to bardzo wydajny sposób na wykorzystanie pojazdu. Samochody są czymś w rodzaju dużych generatorów, ponieważ ładują akumulator podczas jazdy, więc można to wykorzystać, jednocześnie wykorzystując akumulator jako źródło zasilania dla małych urządzeń.
Jeśli prowadzisz gospodarstwo domowe, prawdopodobnie nie będziesz zbyt często korzystać ze swoich urządzeń, ponieważ będziesz zajęty utrzymywaniem upraw lub zwierząt, opróżnianiem toalety kompostowej, gotowaniem, sprzątaniem i innymi zadaniami. Tak więc skromny falownik może być jedynym systemem zasilania poza siecią, jakiego kiedykolwiek będziesz potrzebować!
