Roheline tehnika asi

Taastuvenergiat kasutava süsteemi disainimiseks tuleb kõik põhilised osad: energi kogumine, salvestamine ja kasutamine ükshaaval läbi vaadata, mõelda ja arvutada. Kõik need elemendid peavad olema tasakaalus ja kooskõlas eelarve, oskuste ja vajadusega.

Energia kasutamine

Veidi tagurpidise lähenemisena alustan sellest kuhu energia kulub. Siin tuleb korralikult läbi mõelda, mis tarbijad on, kui palju nad voolu võtavad ja kui tihti nad seda teevad.

Näiteks: Mina tahan kasutada valgustust, arvutit ja kõlareid. LED valgusti võtab 20W energiat 8h päevas, arvuti kasutab 30W energiat 16h päevas ja kõlarid 2W 16h päevas. Kokku teeb see maksimaalselt 52W energiatarbimist korraga ja 160 Wh + 480 Wh + 32 Wh = 672 Wh elektrienergiat ööpäevas.

Peale võimsuste on tegelikult ka väga tähtis, mis kujul energiat kasutatakse. Võimalikud on kolm suunda: otse akude 12V, 220V inverterist(akupinge -> 230 V vahelduvvooluks) või võrguga seotud inverter. Väiksed süsteemid (välikaamerad, paadid, autod) kasutavad 12V võimalust. Väiksemates kodusüsteemides võib mõistlik olla ka lihtsalt inverteri kasutamine. Suursüsteemide puhul on mõistlik juba võrguinverter ja energiafirmaga lepingu tegemine, mis on Eestis teatud energiamonopolide survel suhteliselt tüütu protsess. Lisaks peab kasutama lubatud nimekirjas olevat võrguinverterit. Võrguinverterite kasutamine on kasulik, sest sellisel juhul ei ole vaja üle jäävat energiat koha peal salvestada.

Näiteks: Minu väikene kodusüsteem tarbib korraga maksimaalselt 52W energiat. Kuna kõik tarbijad töötavad ka 12V sisendiga ei ole minu süsteemi üldse inverterit vaja. Kui ma kindlasti tahan 220V kasutada siis hinna poolest on nii hiinast pärit 100W (10€) kui ka 300W (15€) inverterid suhteliselt tasuta võrreldes kogu ülejäänud süsteemiga, niiet valin 300W inverteri.

Salvestamine

Kui tegemist ei ole võrguga seotud süsteemiga, või on soovi tagada tagavara energiallikat, siis on vaja elektrienergiat salvestada. Akude mahutavust arvutades peab mõtlema kui kaua sa soovid, et süsteem ilma energiaallikata edasi töötaks. Näiteks Eesti tingimustes võib juhtuda, et nädal aega ei paista päike või paar päeva on tuulevaikne.

Idee: Lisaks kõigele muule tahan ju ka teed teha. Veekeedukannu võimsus on 2kW, teevesi keeb 3 minutit. Üks tassitäis teed võtab siis voolu 100Wh. See 100Wh on 10% ühe aku mahutavusest.

Salvestamiseks on sobivad pliiakud. Üks 84Ah pliiaku salvestab umbes 1kWh energiat ja ei ole soovitatav üle 50% tühjaks laadida. Soovitatakse kasutada spetsiaalseid akusid, mis maksavad umbes 100€ aku eest ja peavad vastu vist kuni 5 aastat, või kuni 10, oleneb firmast. Teine, lõbusam variant on osta vanu ja peaaegu läbi autoakusid kokku plii kilohinna eest, aasta aega kasutada ja siis välja vahetada ja enda vanad plii kilohinna eest maha müüa. Vajab veidi rohkem tõmblemist, aga rahalisest vaatest vä odavam.

Näiteks: Minu süsteem tarbib 672 Wh energiat ööpäevas, ma tahan, et süsteem peaks ilma energiata vastu kaks ööpäeva. Arvestades, et üle 50% laadida ei tasu on mul vaja 2,7 kWh salvestada. Ehk siis süsteem peaks sisaldama umbes kolme suurt akut. Kasutades esimesi netist leitud akusid lähevad need kõik maksma 350€ ringis.

Akude süsteemile mõeldes peab mõtlema ka mitme voldi süsteemi teha. Väiksemad süsteemid on 12V, mis on väga mugav sest 12V seadmeid on palju. Võrguga seotud või lihtsalt suuremad süsteemid kasutavad ka suuremat toitepinget, näiteks 24V, 36V või 48V. Vastavalt sellele kui palju võimsust vaja on. Kõige lihtsam on keskmise ja suurema suurusega süsteemide tööpinge valida soovitud võimsusega inverteri tööpinge järgi.

Tekitamine:

Taastuvenergia süsteemis energia tekitamiseks oleks vaja päikesepaneele või tuulegeneraatorit. Nii päikesepaneelide kui tuulegeneraatoriga on seadetel olemas nimivõimsus. Reaalne võimsus, mis Eesti tingimustes keskmiselt välja tuleb on umbes nimivõimsus/10 iga tunni kohta ööpäevas. Ehk siis 1kW tuulegeneraator toodab ööpäevas umbes 2.4kW/h energiat.

Näide: Minu süsteem tarbib ööpäevas 672 Wh energiat, selleks et sellist süsteemi üleval pidada on mul vaja umbes 300W jagu päikesepaneele ja tuulegeneraatoreid. Kuna lambi valgel arvuti taga tahaks rohkem istuda talvel, kui päike ei paista, peaks investeerima rohkem tuulegeneraatoritesse.

Energia tekitamiseks tuleb osta päiksepaneele. Võimalik on seda teha hiinast või Eestist.  Hinnad tunduvad suht võrdsed, aga ilmselt suuremat kogust tellides on hiina odavam, samas kõiksugu jebimist tolli ja kehva kaubaga on Eestis tellides vähem, oleneb maitsest.

Teine variant on ise elementidest paneelid kokku laduda, aga selleks on veidi rohkem pealehakkamist ja vaeva vaja. Ehk siis otseselt ei soovita, aga kui on tahtmist tegelema hakata siis tahan kindlasti kuulda kuidas läks.

Lisaks soovitan ka osta mõni tuulegeneraator, kiire otsing näitas, et Eestis algavad mõne KW võimsusega generaatorite hinnad 5k€ juurest. Hiinast leidsin 1kW generaatori umbes 700€ eest.

Kui veidi rohkem pealehakkamist on siis võib tuulegeneraatori ka ise teha. Selle kohta on hunnik ingliskeelseid õpetusi ja hinna ja kvaliteedi koha pealt tuleb kindlasti palju parem kui poeasjad. Samas oma aega läheb hunnik. Kõige levinumad disainid kasutavad auto piduriketast ja kõvakettamagneteid generaatori tegemiseks ning plasttoru ribasid labade jaoks.

Töökorras toiteplokk, kuvamas akupinget

Lõpuks sai koolis kiire aeg läbi. Suutsin oma labori toiteplokile ekraani ja vajalikud protsessorid ära kinnitada. Ekraaniks kasutasin kahte 7 segmendilist LED ekraani, mida juhin läbi 7447 loogikakivide Atmega88ga. Ekraanile saab kuvada aku, päiksepaneeli ja väljundpinget ning väljundi ja päiksepaneeli voolutugevust.

Vahepeal olen ka avastasnud, et mu seni kasutatud autoaku on praeguseks kogu oma mahtuvusest vabanenud. Praegu on mahtuvust umbes 0.02Ah jagu järel. Põhjuseks on ilmselt liiga kõrge pingega laadimine, kuna mul polnud seni mitte mingit laadimisregulaatorit. Selle probleemi lahenduseks olen ka juba plaaninud paar laadimisregulaatorit, aega neid valmis ehitada pole veel jõudnud. Idee on selline et seni kuni aku pinge on väiksem kui 14.5V on päiksepaneel ja aku ühenduses, kui pinge selleni jõuab ühendatakse paneel relleega lahti. Ilusam ja odavam oleks küll kasutada MOSFETi, aga mul vedeleb karbis hunnik väikesi relleesid ja ma mõtlesin neid siis ära kasutada.

Eelmise aku hävimise tõttu hankisin ka uue aku. Proovimise mõttes sebisin endale UPSi aku. Tegemist on siis 12V 4Ah pliiakuga. Koos akuga sain ka 300W UPSi, mida on tulevikus plaanis inverterina kasutama hakata. Kahjuks praegusel talvisel ajal annab päiksepaneel voolu milliamprites, mis muudab kasutuks ka inverteri olemas olu.

Voolu puudumise tõttu olen hakanud lugema tuulegeneraatorite kohta. Hetkel on silma jäänud vertikaalse teljega generaatorid. Nende puhul on küll efektiivsus madalam, aga samas on neid tuhandeid kordi lihtsam teha, sest ma ei pea õppima igavaid tiivikute valmistamise tehnoloogiaid ja hankima varustust. Esimene idee on toru neljast kohast katki lõigata ja see kuullaagri otsa toppida. Kui mõni vastav toru näppu jääb siis testin ja kirjutan.

Kuna mu 30W päikesepaneel on ilmselgelt liiga nõrk, et midagigi ära toita siis hakkasin otsima alternatiivseid energiaallikaid. Päikesepaneelide kohta ma juba tean, kust saab ja kui palju maksavad jne, selleks, et midagi uut teada saada pean jällegi raha raiskama. Niisiis hakkasin tuulegeneraatorite kohta uurima.

Esiteks leidsin kohe, et eBayst saab umbes 5000.- eest endale mõnesajavatise geneka. Tundub hea lahendus, aga nagu mulle kohane pean enne katsetama liiga odavaid variante.

Tuulegeneka ehitamine

Suvalisele mikromootorile tiivik otsa panna on mõttetu. Olen proovinud akudrelliga keerutada ja saanud väljundpingeks kuni 1V. Ehk siis liiga vähe, et üldse midagi teha. Teine idee oli kasutada auto generaatorit. Neid peaks vabalt saada olema ja need on mõeldud akude laadimiseks. Veidi uurimist ja ma avastasin, et genekat peab liiga kiiresti ringi ajama, et see kasulik oleks. Terve nett oli hoopis täis õpetusi kuidas auto piduritrummlist ise generaatorit ehitada. Stiilis: keri traadipoolid ja liimi magnetid.

Teine probleem, mis tuulegeneraatoritega tekib on tuule puudumine. Selleks, et tuult kätte saada pean ma kas a) elama rannikul või b) panema generaatori metsapiirist kõrgema torni otsa. Selline torn peaks olema umbes 30m kõrge. Kuna mul aga lähinädalatel sellist torni kuskilt võtta pole jääb tuulegeneraatorite ehitamine praegu ainult mõtteks. Kui nädalavahetusel aega saan proovin mõnest väikesest mootorist.

Kolmandaks probleemiks on pinge reguleerimine – generaatorid annavad erinevatel kiirustel välja väga erinevaid pingeid, aga mul on vaja ühtlast väljundpinget. Selle vastu otsisin mingeid linke ja skeeme, paistab, et väga võimatu polegi.