Amikor a Villanyóra Visszafelé Forog!

Az előbbi bejegyzésben a fotovoltaikus napelemekről írtam rövid ismertetőt, ahol az általuk szolgáltatott ingyenes áram mellett, felmerültek a hátrányok is, amikor a mindennapi energiaigényeink kielégítésére szeretnénk használni napelemes rendszereket. Ilyen hátrány az áramforrás időszakos kiesése, a borús, ködös időjárás ideje alatt, és persze az éjszakák alatt is. Utóbbi télen okozhat komoly gondot, mert a napos időszak még kedvező időjárás mellett is nagyon rövid. Legjobb esetben sem több mint 8 óra földrajzi szélességünk alatt, s az alacsony nappálya miatt az érkező energia is számottevően lecsökken a légköri elnyelődés miatt. Ezen a hátrányon elvileg a napelemek felületének a növelésével lehetne javítani, de a költségek miatt ez egyelőre nem lenne gazdaságos, és számos más lehetőség is számbavehető a gondok orvoslására.

A napelemek mellett egy másik, méltatlanul mellőzött energiaforrás a légköri mozgás kinetikai energiáját hasznosító szélkerék. Évszázadokon keresztül volt az emberiség legfontosabb erőgépe, amit sajnos az ipari forradalom kiszorított szerepéből a gőzgépek, majd a villamos meghajtású motorok javára. Csak elvétve, és mint érdekesség tengődtek tovább, s ha megnézzük a történetüket, csak egy országban maradtak fent, Hollandiában, ahol mindvégig szerepet kaptak rendeltetésüknek megfelelően. Az utóbbi évek egyre növekvő energiagondjainak nyomására, egyre gyakrabban lehet látni a modernizált változatukat, és ma már nem ritkák a hegyek-völgyek oldalain betelepített szélkerekek valóságos erdőinek a látványa.

Működésükhöz nem kell egyéb, mint hogy a szél fújjon, és máris forog a kerék, és áramot termel, vizet szivattyúzik, szerszámgépeket hoz mozgásba, malomkövet forgat, fújtatókat működtet. Itt is az a gond, hogy bárhol nem lehet gazdaságosan használni, mert néhány sajátos földrajzi adottsággal rendelkező vidék kivételével, a széljárás csak időleges és akkor is szeszélyesen ide, vagy oda fújdogál, vagy éppen száguldozik, de a legtöbbször egyáltalán nincs. Mégis van gyakorlati hasznosítási potenciál benne, mert ha időlegesen is, de az általa szolgáltatott energiamennyiség egyáltalán nem lebecsülendő teljesítmény, és ha már egyszer működik, elképesztően nagy munkavégzési képessége van. Számtalan kivitelezési formája van, és a méretek is a néhány centis átmérőtől, a több tíz méteres szárnyú óriásokig terjednek. Gyakorlati szempontok alapján két osztályba sorolják őket. Az első a sebességérzékeny típus, amikor a szél bizonyos viszonylagos sebessége mellett lépik működésbe a kerék és termel energiát, miközben a lapátjai is gyors forgással igyekeznek a széllel „szinkronban” forogni. Kivitelezési formájuk alapján a repülők légcsavarjára hasonlítanak, és a működési elvük is azonos, csak itt fordítva történik a dolog. A szél forgatja a légcsavart, és halad tovább, míg a rögzített talapzatú légcsavar körforgással igyekszik kitérni a légnyomás elől, és eközben hasznos munkát végez. Kettő, maximum három szárnylapáttal rendelkezik, és közepes erősségű szélben félelmetesen gyorsan pörögnek. Működésük sajátosságai az áramgenerátorok meghajtására teszik leginkább alkalmassá.

Másik csoport, ahol a kerekek a levegő mozgásának a nyomására lépnek működésbe, ezért nyomásérzékeny szélkerekeknek is nevezik. Viszonylag kis sebességű szélben is képesek beindulni és az első kategóriához viszonyítva, nagy az erőnyomatékuk. Ezért inkább nagy erőt igénylő gépek működtetésére használják, mint például szivattyúk, darálók, szecskák meghajtása, ahol a nyers erő a követelmény. Kivitelezésük rendkívül változatos, és a klasszikus propellerre néha nem is hasonlítanak. Van köztük doboz, és csigafúróra hasonlító változat is. A legjellegzetesebb változata talán az amerikai filmekben látható, toronyra szerelt soklapátú szélkerék, amelyiknek legfontosabb alkalmazási területe, a mély kutakból a víz kiemelése, dugattyús kivitelezésű szivattyúval.

Elképesztő mennyiségű vizet képes egy ilyen kerék kiemelni. Harminc méter mélyből(!), átlagos légmozgás mellett, egy három méter átmérőjű kerék 300 liter vizet képes kiemelni egy óra alatt. Folyamatos működés esetében ez napi 6-8 köbméter vizet jelent, ami egyáltalán nem kis teljesítmény. Kisebb mélységből és erőteljes szél esetében ez a teljesítmény nagyságrendekkel nagyobb, és csak annak van fogalma arról, hogy ez mit jelent, aki az állatait, a farmját kell ellássa naponta ivóvízzel. Ez csak egyetlen kerék teljesítménye, mert több hasonló erőgép esetében csak egy igazán bővizű forrás kell legyen a mélyben, ami képes akadálymentesen biztosítani a mezőgazdasági területek öntözésre is használható vízmennyiséget.
Van egy harmadik kategóriai is, amit átmenetnek is tekinthetünk a két főcsoport közt. Ezeknek a kerekeknek a sajátossága az, hogy mindkét típus előnyeit igyekszik hasznosítani. Kialakításuk alapelve az, hogy igyekeznek megtartani a sebességérzékenységet, miközben több szárnyat szerelnek a rotorra, hogy a nyomatékot növelve, alacsonyabb szélmozgás esetében is lehessen hasznosítani. Ideálisnak tűnik ez a változat nagyobb teljesítményű áramgenerátor meghajtására ott, ahol a szélviszonyok nem éppen kedvezőek.

A termelt áramot a napelemes rendszerekhez hasonlóan lehet tárolni és felhasználni, mert itt még inkább jelentkezik az energiatermelés diszkontinuitása. Leggyakrabban a két rendszert szokták ötvözni, egymás kiegészítőjeként, mert ha nem süt a nap, akkor fúj a szél, ha mindkettő megvan, akkor még jobb, de ha egyik se jön be, akkor még mindig nagyobb az esélye annak, hogy a tartalékok felhasználása előtt, egyike a rendszernek termelni fog. Ezeket a rendszereket nevezik hibrid rendszereknek.

A nagyobb teljesítményű rendszerek esetében, és amikor invertereket is használunk, akkor fennállhat az az állapot, hogy néha sokkal több energiát termelünk, mint amennyire szükségünk lehet pillanatnyilag. Ezért kidolgoztak egy olyan rendszert, ami képes a szabványos villamos hálózat felé a plusz villamos energiát küldeni. Ezt úgy valósítják meg, hogy sajátos invertert szerelnek be, ami képes a hálózati feszültség 50 Hz–es 220 voltos váltóáramú rendszerével szinkronban generálni áramot, és azt azzal tökéletesen csereszabatossá tenni. Ez lehetővé teszi, hogy a saját fogyasztásmérőnkön keresztül, visszafelé küldünk áramot, és a fogyasztásmérő ennek megfelelően visszafelé forog. Országonként változnak az ilyenfajta szabályozások, de Magyarországon már nagyon rég érvényben vannak a rendelkezések, melyek részben kötelezik a szolgáltatót, hogy a műszakilag megfelelően előállított, és a minőségi követelményeket teljesítő termelés esetében, a termelt áramot köteles átvenni, és utólagosan azt elszámlázni, mint különbözetet. Romániában ez még gyerekcipőben jár, de tudtommal már van hasonló keretek közt működő rendszer Udvarhelyen és Gyergyóban is. Ez a rendszer már komoly előnyöket jelenthet, mert egy olyan villában, vagy családi házban, ahol csak hétvégeken van mozgás, és élet, ott a hétköznapok csak tiszta hasznot hajthatnak, mert ha nem is fizet a hálózati szolgáltató, de fizetni sem kell neki, és a rossz napokon jól jöhet a megelőlegezett számla. Ilyen alapokon kivitelezve a borús és szélmentes napok sem okozhatnak már gondot. Persze ez a rendszer sokkal többe kerül, és számolgatni kell, hogy mennyire éri meg és mikorra térül meg a befektetés de a növekvő energiaárak ezt az időt nagyon lerövidíthetik. Persze, a szigetüzemű telepeken ez nem jelenthet mindig számbavehető megoldást, mert ott esetenként éppen a hálózati rendszer hiánya jelentheti a gondot.

Különböző gyártók és cégek széles választékkal állnak rendelkezésre, és hasznos tanácsadással is, ha valaki komolyan szándékszik ilyen alternatív rendszerekbe pénzt fektetni. Vigyázni kell, mert a kereskedők termékeiket akarják eladni, és néha ezt nem éppen tisztességesen teszik. Bármit akarsz venni, érdemes nagyon alaposan átgondolni, hogy mit és menyit érdemes, mert tapasztalataim vannak, hogy a felszerelt rendszer nem mindig hozta el a remélt boldogságot. Néha a termékek minősége volt a gond, de a legtöbbször a kereskedő rábeszélő képességei érvényesültek, az eredmények rovására. Van, amit otthon is meg lehet építeni. Barkácsolni szerető és tudó egyének sokszor ötletesebben hoznak össze dolgokat, mint azt bármilyen tapasztalt tervező képes volna elhinni. Azonban vannak esetek, mikor nem lehet, és nem érdemes bajlódni házilag, mert az eredmények siralmasak lesznek, kedvét szegik a lelkesedésnek, és őszintén mondom, igazán kár lenne!

Fotovoltaikus napelemet nem lehet házilag gyártani, ezt nem kell vitatni. A hozzávaló töltésszabályzót már házilag is meg lehet építeni. Persze annak, akinek van gyakorlata és a kellő alapismerete is az ilyenfajta barkácsoláshoz. Végső soron egy stabilizált áramforrásra hasonlít, de a klasszikus tranzisztorokkal megvalósított töltésszabályzó nem eléggé hatásos, és néha többet ront, mint használ. Első sorban jobban melegedik, tehát hatásfoka rosszabb, másodszor a bemenő feszültségtől függetlenül, a töltőáram nem sokat változik, a termelt energia túltermelése esetében. Kísérleteztem egy hasonló megoldással és rájöttem, hogy az ipari cucc, esetemben egy STECA töltő, a bemeneti töltőfeszültség növekedése során, a kimeneten 13.8 Volt mellett, a töltőáram arányosan nőtt a bemenő feszültséggel. 28 V bemenő feszültség mellett, majdnem kétszer akkora volt a töltőáram, mint a nominális bemenő 17.5 Volt esetében. Mindezt úgy, hogy kézzel tapogatva egyáltalán nem tapasztaltam még langyos melegedést sem a töltőn. Egyébként nincs is rajta látható hűtőborda. Ezt nehéz barkácsolt cuccal elérni, habár nem lehetetlen, de nem érdemes. Tirisztoros vezérélésű, teljesen integrált IC-vel oldották meg gyárilag, rövidzár és beázásvédelemmel ellátva. Ugyanez érvényes az inverterekre is, mert itt is a csúcstechnológia van alkalmazva, jobbat, biztonságosabbat olcsóbban nem lehet összeeszkabálni. Itt jelentkezhetik az a gond is, hogy ha a hálózati rendszerbe akarunk visszatáplálni energiát, akkor azt csak műszakilag engedélyeztetett berendezéssel tehetjük, és házi gyártmányú cuccal nem lesz esélyünk rá.

Szélkerekekre szerelt áramtermelőkkel is kísérleteztem hosszú időn keresztül, és végig próbáltam kiváltani azt, mindenféle mással. Egy 2.5 méteres átmérőjű szélkereket építettem, dúralumínium vázra, üvegrostos lapátokkal, 120 fokban elhelyezett három szárnnyal. Nem éppen egy tökéletes termék lett, mert a szárnyak geometriáját, háromdimenziós metszeteit nem tudtam tökéletesen kialakítani a házi műhely kereti közt. Tény az, hogy ködös időben, mikor a légmozgást nem lehetett másképpen észlelni, sokszor indult el, és percenként húsz-harminc fordulattal állt be a huzat irányába. Mágneses önindítót, gépkocsi alternátort, de még a bicikli dinamóját is felszereltem rá, hogy lemérjem a lehetőségeket. Elmondhatom, hogy a körbeforgó, ide-oda csapongó csapágyazott rotort tartó szerkezetről csak nagyon elmés megoldásokkal lehetett a villanyáramot levezetni. A termelt áram sem volt valami nagy, és egészében véve, pocsék hatásfokkal működött, ha néha fújt is a szél.

Aztán szerencsém volt, mert testközelbe kerültem egy gyári generátorral felszerelt igazi szélkerékhez, és azonnal lemondtam mindenfajta bütyköléses hóbortról. Ott minden a helyén volt, maximális hatásfokkal működő átalakítókkal felszerelve, induktív fékrendszerrel a túlpörgés megelőzésére, viharos szélben automatikusan kiakadó lapátokkal, a szélből kiforduló elmés megoldással.

Hát nincs mit mást mondani, ezzel sem érdemes babrálni, mert ilyent nem lehet fabrikálni házilag és még nem is beszéltem a tekercselés és kivitelezés minőségéről, az időjárás viszontagságai elleni körültekintő védelemről. Amit nem érdemes megvenni, de nagyon ajánlják, az a speciális kábelek tömege, mert azok így megy úgy vezetik szebben és jobban a villamos áramot, az elosztó dobozok, különféle állványok, tartóoszlopok vagy például az ilyen-olyan alapon javasolt akkumulátorok számtalan fajtája. Akkumulátortelepek kialakításakor fontos, hogy közepes nagyságú akkukat érdemes beszerezni, a lehetőségek szerint. A kezelésmentes, gépkocsikba szerelhetőek tökéletesen megfelelnek. Előnyösebb több kisebb kapacitású akkut használni, mint kevesebbet de nagy kapacitásúakat, mert ha valamelyik akku cellája elszáll, akkor csak azt az egy akkut kell cserélni, míg a nagyobbak esetében az egészet kell kidobni. Kevesebb számú, de jó akkuval is boldogulhatunk még egy darabig, de zárlatos cellájú, tönkrement akkuval már nem lehet semmit sem kezdeni. Egyébként a nagy kapacitású akkuk ára exponenciálisan nő, a kisebbekhez viszonyítva és ezt is figyelembe kell venni a megvásárlásuk alkalmával! Ne sajnáljuk a nagy keresztmetszetű csatlakozókábeleket, mert alacsony feszültségen minden töredéknyi ellenállás számít, és számottevő vesztességeket okoz. Vigyázzunk a bekötőkábelek biztonságos szigeteléseire is, mert néhány akkumulátor összekapcsolva félelmetesen nagy áramot képes termelni. Rövidzárlat esetében, egy néhány centiméter átmérőjű rézhuzal is pillanatok alatt megolvad és robbanással veti szét magát. A nagy áram hirtelen felhevülést okoz az akkukban is, ami könnyen robbanáshoz vezethet, aminek során a forró kénsavat is szétveti, borzalmas égési sebeket és rombolást okozva. Vigyázni kell, hogy az akkukat tároló helyiségben ne tároljunk semmiféle mást, eszközt vagy fémtárgyat. A savas kigőzölgések hamar megtámadnak mindent. Ugyanott gondoskodjunk a megfelelő szellőztetésről is, mert a töltés során nagy mennyiségű hidrogén és oxigén is keletkezhetik, a savoldatban lévő víz elektrolízises elbomlása során. Félelmetes robbanóelegy keletkezik és egy apró szikra is elég ahhoz, hogy berobbanjon. A kezelésmentes akku nem azt jelenti, hogy egyáltalán nem kell törődni vele. Időnként ellenőrizzük az elektrolit szintjét a cellákban, főleg nyáron, és félévenként mérjük le az akkukat egyenként. Ha feltöltött állapotban alig van meg a 12 Volt, akkor valamelyik cella kikészülőben van. Ellenőrizzük folyamatosan a töltés feszültségét is, ami ideálisan savas akku esetében 13.8 Volt, de intenzív töltés alatt, időlegesen valamivel nagyobb lehet. Így garantáltan hosszú életűek lesznek és átlagos kiaknázás mellett akár tíz évig is eltarthatnak. Ne használjuk az akkutelepeket kimerült állapotot jelző szint mellett, mert a savas akkuk nem bírják a mélykisütést maradandó károsodás nélkül. Ha mégis a felhasználás üzemmódja ezt kívánná meg, akkor ajánlatos áttérni NiCa alapanyagú akkukra, de akkor az egész töltésrendszert és feszültségszintet ennek megfelelően kell módosítani. A NiCa akkuk jóval robusztusabbak, nincsenek savas kigőzölgések sem, jobban bírják a mélykisütéses állapotot is, de ennek többletára van, mert valamivel többe is kerülnek.

Alternatív fűtéstechnikákról és egyéb erőforrásokról a további bejegyzésekben lesz szó, addig is néhány hasznos link, ahol a témához kapcsolódó és kereskedelemben kapható termékekről lehet infókat találni.

http://bolthely.hu/energiacentrum/oldal/fooldal
http://www.napelemek.hu/
http://www.nyirokowatt.hu/gyik.htm