Danes večina med nami razume dostop do električne energije kot osnovno življenjsko dobrino. Kljub vsemu pa se zgodi, da te možnosti nimamo vedno »na dosegu roke«. Razlogi so lahko različni, na primer to, da na določenih mestih dostop elektroenergetskega omrežja preprosto ni mogoč. V mislih imam različne odročne lokacije, kjer elektro energetskega omrežja ni. Drug pogost razlog pa je, da smo žrtve krajšega ali daljšega izpada energije, ki se kaže v obliki energijskega mrka. V preteklosti smo že bili priča nekaterim velikim mrkom v svetu, če pa je verjeti določenim strokovnjakom oziroma pesimistom (ali tistim z več informacijami?), bodo zaradi najrazličnejših vzrokov v prihodnosti tovrstne težave še pogostejše. Kakorkoli že, razmere glede zanesljivosti dobave se tudi od lokacije do lokacije precej razlikujejo. Če sem imel pred selitvijo iz »hribovske« vasice praktično ves čas brezhibno dobavo, imam zdaj v predmestju glavnega mesta, ko naj ne bi bil na vasi, bolj ali manj pogoste izpade. To je bil tudi razlog, da sem se odločil za (vsaj omejeno) energijsko samostojnost. Da je moje razmišljanje pravilno, je potrdil mrk, ki so ga imeli nekateri prebivalci okolice Ljubljane pred kratkim. Idej je po tovrstnih dogodkih precej, a se marsikatera po poskusu praktične izvedbe pokaže kot neustrezna. Pa si poglejmo, kakšne so stvari v praksi.
RAZMISLEK O NAMENU
Dober premislek lahko tudi pri reševanju vprašanja energije prihrani precej denarja in dela. Najprej si mora uporabnik odgovoriti na vprašanje, kaj želi s svojim dejanjem doseči. Potrebuje rešitev na eni ali več lokacijah, želi imeti svojo rešitev ves čas v obratovanju ali le kot rezervno rešitev v primeru izpada? Kakšna je potrebna količina energije, ki jo moramo zagotavljati in koliko časa? Tu so lahko še morebitne omejitve glede hrupa, prostora in še česa. Seznam seveda še ni končan, dejstvo pa je;: več je okoliščin, ki jih bomo upoštevali, večja je možnost, da bo rešitev optimalna.
Čeprav sem doma pogosto v vlogi »tirana«, ki poskuša varčevati z električno energijo, moram biti pošten do te mere in priznati, da je električna energija, ki jo dobimo iz vtičnice, poceni. To seveda ne pomeni, da je prepoceni glede na moje dohodke oziroma račun za električno energijo, temveč poceni glede na alternative njenega pridobivanja. V mislih imam potencialno dejstvo, da pred hišo nimate potoka, na katerem bi lahko postavili malo hidrocentralo in bi morebitne presežke lahko pošiljali (seveda za plačilo) v energetsko omrežje. Govorim o možnih alternativah, ki si jih lahko zagotovi vsak glede na svoje potrebe.
MANJŠI IN VEČJI APETITI
Zelo kratke izpade ob ne prevelikih energetskih apetitih lahko brez težav prebrodimo s sistemom brezprekinitvenega napajanja (Uninterruptible Power Supply − UPS). Pred nakupom tovrstne naprave moramo vedeti oziroma oceniti, kakšno porabo želimo pokriti, previdni pa moramo biti glede moči. Upoštevati moramo tudi morebitne konice ob zagonu določenih vrst naprav. Skupna ocenjena moč mora biti nižja, kot je moč sistema brezprekinitvenega napajanja. Pri izbiri modela moramo biti previdni, saj proizvajalci pri modelih navajajo vrednosti v voltamperih (VA), ki označujejo navidezno moč, za naprave pa potrebujemo delovno moč v vatih (W). Delovna moč pa je manjša od navidezne. Poleg podatka o navidezni moči navajajo proizvajalci podatek o času avtonomije (npr. 15 minut), ki je odvisna od obremenitve. Večja je obremenitev, krajši je čas avtonomije. Razlog je omejena količina shranjene energije v UPS-ovih akumulatorjih, ki se v času izpada pretvarja v izmenično napetost.
Sistemi brezprekinitvenega napajanja so zato lahko, kot vidimo, uporabni le za krajši čas napajanja naprav, niso pa primerni kot vir energije za daljše časovno obdobje. Cene najcenejših UPS-sistemov se gibljejo že od dobrih 50 evrov navzgor, njihova cena pa je običajno sorazmerna z možnostmi, ki jih ponujajo, in njihovo »kapaciteto«.
UPS-sistemi v času, ko je električna energija na voljo, to shranjujejo v akumulatorju, in jo oddajo napravam, ko je ni. Druga možnost je ta, da električno energijo proizvajamo sami.
DOMAČI AGREGAT
Najpreprostejši primer je poganjanje električnega generatorja z mehansko silo. Vsem znan predstavnik je dinamo na kolesu. Tovrstna proizvodnja je seveda preskromna, zato namesto svoje moči uporabimo druge vire mehanske energije – najpogosteje različne vrste motorjev.
Električne generatorje v pogovornem jeziku imenujemo kar agregati. Agregate majhnih dimenzij pogosto poganjajo dvotaktni motorji in lahko dajejo konstantno moč okrog 600 do 1000 W. Njihovi največji prednosti sta razmeroma majhna teža in nizka cena (cca 100 evrov za 600 W). Seveda proizvajalci tudi tu navajajo podatke z višjimi vrednostmi, ki pomenijo kratkotrajno moč, ki jo agregat še prenese.
V praksi se tovrstni agregat ob realnih pričakovanjih odlično obnese. Ko smo ga ob nedavnem izpadu elektrike priključili na hišno inštalacijo, je na trenutke »pokašljal«. Po seštevanju moči priključenih uporabnikov se mi je zdelo, da bi moralo vse skupaj delovati brez težav. Sprehod po sobah v stanovanju in pogled na stopnišče pa je pokazal pravo stanje. Poleg nekaj luči in plinske peči je pognal (in vzdržal delovanje) v »ilegali« še strežnik in telekomunikacijsko opremo na stopnišču ter namizni računalnik z LCD-zaslonom. Skratka mali agregat je kot nalašč, če potrebujemo konstanten vir energije za računalnik na terenu oziroma polnjenje baterij notesnika. Še največji slabosti sta neprijeten vonj izpušnih plinov (mešanica) in ropot motorja. Jasno je, da je cena potrošenega goriva kljub razmeroma majhni porabi bistveno večja, kot bi bila cena iz omrežja dobljene kilovatne ure (kW/h).
Nekoliko dražji (od približno 200 evrov navzgor) so agregati z večjimi močmi. Njihova cena in teža raste sorazmerno z močjo, ki jo lahko zagotavljajo. Pri nakupu moramo biti pazljivi, saj zviti proizvajalci navajajo več podatkov. Ni redko, da izpostavijo največjo – to je moč motorja z notranjim izgorevanjem. Sledi ji nekoliko nižja, to je največja moč (običajno oznaka v tipu generatorja), ki jo generator še prenese, najnižja pa je moč, ki jo lahko generator zagotavlja ves čas. Vsekakor pa lahko z nekaj kW zagotovimo tudi delovanje večjih energetskih požeruhov ali večje število »običajnih« naprav (tudi računalnikov). Za priklop računalniške strojne opreme nam tovrstne naprave več kot zadoščajo. Zato nakup zmogljivejšega agregata, ki omogoča tudi priklop trofaznih uporabnikov (380 V) v tem primeru ni najbolj smotrn.
Če posežemo še nekoliko globlje v denarnico (cca 1000 evrov), lahko dobimo agregat, ki deluje na dizelsko gorivo in ima možnost električnega zagona (namesto vlečenja zagonske vrvice). To možnost bodo cenile predvsem pripadnice nežnejšega spola.
Kakršenkoli agregat že izberemo, treba se je zavedati, da gre za rešitev, za ki (z redkimi izjemami) ni najprimernejša za 24-urno delovanje (cena goriva na vloženo kWh, problematika izpuhov, ropot, vzdrževanje, ustrezen prostor ...). Na koncu še opozorilo. Pri priklopu agregata na hišno inštalacijo moramo paziti, da je energetsko omrežje izključeno, ko je agregat priključen. V nasprotnem primeru boste imeli domači ognjemet brez pomoči pirotehničnih sredstev.
OH, TA VETER
Dileme o vetrnih elektrarnah na Primorskem so odprle najrazličnejša vprašanja glede uporabe vetra za potrebe proizvodnje električne energije. Pri morebitnem razmišljanju o uporabi vetrne energije se je treba zavedati dejstva, da Slovenija v povprečju ne sodi med države, ki bi bile optimalne za tovrstno pridobivanje. Seveda povprečje samo še nič ne pomeni. Prav vaša mikrolokacija (na srečo tudi moja) lahko sodi med nadpovprečne in je zato primerna. Ugodno povprečje tudi ne pomeni, da boste veter lahko izkoristili sebi v prid, saj se pri premajhnem vetru vetrnica ne bo zavrtela, pri premočnem pa se bo zaradi varnosti ustavila – torej ugodno povprečje, a slab izplen. Eden od ključnih parametrov je pravilna izbira tipa vetrne turbine. V splošnem se vetrne turbine delijo na dva tipa. Prvo skupino sestavljajo turbine, ki se vrtijo okrog vodoravne osi (horizontal axis wind turbines − HAWT), drugo pa vetrne turbine, ki se vrtijo okrog navpične osi (vertical-axis wind turbines − VAWT). Za lažje razumevanje: turbine HAWT se vrtijo kot otroške vetrnice, turbine VAWT pa kot vrtiljak. Prednost turbin VAWT je, da za svoje vrtenje potrebujejo šibkejši veter, prednost turbin HAWT pa je v splošnem boljši izkoristek. Več o posameznih tipih lahko najdemo na spletni strani http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine. Okvirne izračune za oba tipa vetrnih turbin lahko naredimo tudi prek strani http://www.slog.net/vts/.
Še največja slabost vetrnih turbin, primernih za domačo rabo, je, da so vsaj po mojem mnenju usmerjena na področje navtike in imajo temu primerno (beri: visoko) ceno. Tako je treba na našem trgu za vetrni generator Rutland FM910-3 odšteti dobrih 800 evrov. To seveda še niso vsi stroški, saj potrebujemo ustrezen regulator ter akumulatorje, v katere bomo shranili proizvedeno energijo. Če neposredna uporaba 12, 24 ali 48 V napetosti ne pride v poštev, potrebujemo še ustrezno vezje, ki bo poskrbelo za pretvorbo enosmerne napetosti v izmenično (220 V). Druga elegantnejša in cenejša možnost pa je samogradnja vetrne turbine (več o tem morda v eni od prihodnjih številk). Le tako se lahko glede na »odkupno« ceno vetrne energije v razumnem roku naložba splača.
Nasveti in zanimivosti
• Časi poceni elektrike so verjetno mimo. Elektrika se bo dražila, vprašanje časa pa je, ali bo tudi preskrba z njo vse manj zanesljiva.
• Osnovno oceno »na prste« lahko naredimo tako, da pomnožimo nazivno napetost in tok naprave. Še lažje je, če ima naprava naveden podatek o moči. Poraba računalniške strojne opreme je odvisna od komponent (pred časom smo že objavili tipične porabe posameznih komponent). V nasprotnem primeru lahko na različne načine bolj ali manj natančno izmerimo (posebna vtičnica s števcem, univerzalni merilni inštrument, tokovne klešče ...)
• Pri priklopu lastnega energijskega vira na hišno inštalacijo moramo biti previdni. Da se izognemo napakam, je najlažja vezava prek stikala, ko priklop lastnega vira pomeni izklop zunanje omrežne napetosti
• Dnevno se vozim okrog čudovite vetrnice, ki pa večji del časa stoji. Napačen tip, neustrezno dimenzioniranje ali le preprosto dejstvo, da lokacija ni dovolj vetrovna. Preprost preizkus glede smotrnosti uporabe vetra, lahko opravimo tudi z lastnimi meritvami v daljšem časovnem obdobju.
• Pot od akumulatorske baterije do izmenične napetosti ni pretirano težavna. Zavedati pa se moramo, da vsak razsmernik ni primeren za vse vrste naprav.
• Dizelski agregati kar kličejo po uporabi poceni/doma narejenega goriva iz odpadnega olja. Treba pa se je zavedati, da to brez ustrezne obdelave nima potrebnih mazalnih sposobnosti in je bližnjica do uničenja generatorja
• Fotovoltaični moduli ali manjše vetrne turbine, so lahko kot nalašč za stalno postavljene naprave, ki imajo ustrezno majhno porabo. Skupaj z ustreznimi regulatorji polnjenja in akumulatorjem lahko na optimalno točko postavimo naprave, ki jih potrebujemo (npr. dostopne točke) in zagotovimo njihovo nemoteno delovanje.
• Doma lahko naredimo preprost sončni polnilec, ki se v praksi odlično obnese. Vse kar potrebujemo je določen čas in seveda sonce
Na spletnih straneh lahko najdemo načrte in namige za različne tipe vetrnih turbin. Ne spreglejte pa dejstva, da je treba večino turbin HAWT zaradi vrtincev, ki se pojavljajo ob tleh, postaviti na višini vsaj nekaj metrov in je zato treba zagotoviti tudi ustrezno mehansko stabilnost konstrukcije. Zaradi nepredvidljivega vremena (in vetra) je uporaba vetrne energije primerna v omejenem obsegu (manjše naprave, na primer dostopne točke), ko lahko zagotavljamo pokrivanje povprečno potrebne energije iz akumulatorjev, ki jih polni vetrna turbina. Za občasno uporabo notesnika na vikendu pa bo zadoščala že manjša »vetrnica«, ki se bo vrtela kolikor toliko konstantno in bo shranjevala energijo v akumulatorju. Za slednje je nadvse priporočljivo, da so takšnega tipa, ki omogočajo veliko število polnilnih ciklov.
SONČEK JE …
V zadnjih letih se začenja pravi razcvet področja fotovoltaike. Sončne celice za proizvodnjo energije so že dolgo vrsto let na trgu, v zadnjih letih smo priča hitremu razvoju. Posledica je počasno, a vztrajno nižanje cen tovrstnih elementov in boljši izkoristek slednjih. Iz tega sledi tudi dejstvo, da pridobimo več energije (moči) pri isti površini. Cena fotovoltaičnih modulov je glede na proizvedeno moč bolj ali manj konstanta, s povečevanjem kapacitet pa se povečuje smiselnost namestitve modulov na sisteme sledenja, ki povečujejo izkoristek. Novejši materiali omogočajo tudi oblike celic, primernih za mobilno rabo (zvijanje celic v rolo po končani uporabi).
Nekateri ciniki trdijo, da je v proizvodnjo fotovoltaičnih modulov vložene več energije, kot jo moduli proizvedejo v svoji življenjski dobi. Dejstvo pa je, da države (tudi Slovenija) razvoj in uporabo fotovoltaike spodbujajo na različne načine, kot so oblike nepovratnih sredstev za gospodinjstva, višja odkupna cena v primeru prodaje ... Že z manjšim številom modulov lahko pokrijemo manjše in občasne energetske potrebe. Problematika proizvodnje je podobna kot pri vetrnih turbinah. Proizvodnja je odvisna od vremena, pridobljena energija pa je enosmerna in jo je treba shraniti in/ali pretvoriti v omrežno napetost.
Zaradi boljšega razumevanja problematike, povezane s področjem fotovoltaike, si oglejmo še praktičen primer. Pri podjetju Conrad (www.conrad.si) smo kupili nekaj sončnih modulov. Začeli smo z dvema mini sončnima celicama (št. izdelka: 194760), od katerih je vsaka deklarirana z napetostjo 3 V in tokom 80 mA. Praktični preizkus je pokazal, da se lahko v sončnem dnevu pod optimalnim kotom vrednosti gibljejo tudi višje (čez 4 V in preko 100 mA). Res pa je, da so lahko vrednosti tudi bistveno nižje, če je vreme oblačno ali (še nižje) če sončne celice postavimo pod močnejšo svetilko.
Drugi preizkus smo naredili s tremi celicami podobnih dimenzij, le da imajo te deklarirano napetost 0,45 V in tok 700mA. Hitro se je izkazalo, da je moč glede na površino bolj ali manj konstantna. Tovrstne elemente lahko preprosto povezujemo med seboj in dosegamo višjo napetost (zaporedna vezava) oziroma tok (vzporedna vezava). S pomočjo tovrstnih modulov hitro naredimo preprost polnilnik za mobilni telefona ali dlančnik, ko na »izhodu« dodamo preprosto vezje z napetostnim regulatorjem.
Ob načrtovanju fotovoltaičnega sistema se moramo odločiti, kakšen sistem bomo naredili. Energijsko bomo samostojni s sistemom, ki ne bo priključen v omrežje, slabost pa je, da se glede na trenutne prodajne cene v svoji življenjski dobi najverjetneje ne bo amortiziral. Druga možnost je zanimivejša, saj proizvedeno energijo oddajamo v omrežje. Lahko pa se zgodi, da pri izpadu električnega omrežja kljub lastni sončni elektrarni ob sončnem vremenu ostanemo brez energije tudi sami.
OD IDEJE DO IDEJE
Ko začnemo resno razmišljati o temi energije se pred nami odpre kopica možnosti. Gre za razpon, ki lahko pokrije majhne in velike potrebe. Za manjše uporabnike lahko izberemo tudi peltiejev element. Gre za element, ki se po priklopu napetosti na eni strani ogreva, na drugi pa ohlaja. Uporablja se za različne namene (gretje, hlajenje), mehanizem pa je soroden mehanizmu toplotnih črpalk. Posebne izvedbe tega elementa lahko uporabimo tudi drugače – eno stran segrevamo, drugo pa ohlajamo. Posledica tega je, da na priključnih sponkah dobimo določeno napetost (generator, torej). Težava je pravzaprav vse; od zagotavljanja obeh temperaturnih razlik do visoke cene elementa.
Druga skrajnost je možnost uporabe turbine, ki deluje po načelu »vložena moč je enaka proizvedeni energiji + toploti«. Gre torej za soproizvodnjo energije doma, ko uporabnik toploto (ki je v smislu pridobivanja električne energije odpadek) uporabimo za ogrevanje, a to je že druga zgodba. Vsekakor pa se vsa energetska znanost hitro sprevrže v premetavanje komponent U (napetost), I (tok) in P (moč) pa naj bodo v igri črno zlato, sonce ali veter ...
Marko Koblar
