Ενέργεια για Preppers 2: Ολοκληρωμένο Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας

Στο άρθρο αυτό θα περιγράψουμε τον σχεδιασμό και την δομή ενός συστήματος ηλεκτρικού ρεύματος που περιλαμβάνει όλες τις δυνατότητες παραγωγής, αποθήκευσης και κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας.

Η περιγραφή όμως θα είναι επιγραμματική καθώς θα ακολουθήσουν λεπτομερείς αναλύσεις των επιμέρους στοιχείων σε μελλοντικά άρθρα.

Έτσι λοιπόν, ένα Ολοκληρωμένο Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας έχει αυτή την μορφή:

Στο 1ο επίπεδο έχουμε την Παραγωγή Ηλεκτρισμού.

Οι επιμέρους περιπτώσεις είναι:

Α. Η Παροχή Ρεύματος από το Δίκτυο ή η Παραγωγή Ρεύματος από Γεννήτρια.

Στις περιπτώσεις αυτές το ρεύμα ή οδηγείται κατευθείαν στην κατανάλωση ή αποθηκεύεται σε μπαταρία. Στη δεύτερη περίπτωση μεσολαβεί όμως ένα φορτιστής που παίρνει εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και δίνει συνεχές ρεύμα (DC) 12Volt στην μπαταρία, φροντίζοντας ταυτόχρονα για την σωστή φόρτιση και διατήρησης της.

Β. Παραγωγή ρεύματος από Φωτοβολταϊκά Πάνελ (ή άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας).

Εδώ το ρεύμα των φωτοβολταϊκών πάνελ (DC 15-18V)  φορτίζει την μπαταρία μέσω ενός ειδικού φορτιστή. Ο φορτιστής αυτός έχει την δυνατότητα να δίνει και κατευθείαν ρεύμα 12V για κατανάλωση. Καλό επίσης θα είναι να έχει την δυνατότητα σύνδεσης με ένα φορτίο κατανάλωσης (dump/diversion load) για τις περιπτώσεις που έχουμε περισσευούμενη παραγωγή ενέργειας.

Γ. Παραγωγή Ρεύματος από το Αυτοκίνητο

Στην ουσία μιλάμε για το ηλεκτρικό σύστημα των τροχοβίλων και των σκαφών, όπου το δυναμό της μηχανής φορτίζει μια ξεχωριστή μπαταρία που με την σειρά της τροφοδοτεί τις ηλεκτρικές συσκευές στην τροχοβίλα. Φυσικά και απαιτείται ειδικός φορτιστής για την μπαταρία, ενώ μπορεί το σύστημα να εξελιχθεί ώστε η δεύτερη μπαταρία να μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την εκκίνηση του αυτοκινήτου σε περίπτωση ανάγκης.

Μια παραλλαγή της ιδέας μπορούμε να εφαρμόσουμε με έναν φορτιστή ηλιακών συστημάτων (κατάλληλων προδιαγραφών) με τον οποίο θα φορτίσουμε την μπαταρία αποθήκευσης μας παίρνοντας ρεύμα από το δυναμό (μπαταρία) του αυτοκινήτου μας.

Τέλος δεν θα πρέπει να ξεχάσουμε την δυνατότητα σύνδεσης ενός inverter στην μπαταρία του αυτοκίνητου μας, αλλά η επιλογή αυτή προσφέρει μικρές δυνατότητες κατανάλωσης.

Στο 2ο επίπεδο έχουμε την Αποθήκευση της Ηλεκτρικής Ενέργειας.

Για τον σκοπό αυτό κατάλληλες είναι οι μπαταρίες βαθιάς αποφόρτισης (deep discharge/cycle) που έχουν χαρακτηριστικά αντίθετα αυτών ενός αυτοκινήτου. Δεν μπορούν να δώσουν στιγμιαία το μεγάλο ρεύμα εκκίνησης όπως κάνουν οι μπαταρίες αυτοκινήτου, αλλά μπορούν να δίνουν λιγότερο ρεύμα σε συνεχή κατανάλωση.

Αλλά για την μακροζωία και την ασφαλή χρήση των μπαταριών μας θα πρέπει να υπάρχει και μια σειρά συσκευών ελέγχου. Αυτές μπορούν να είναι ξεχωριστές ή ενσωματωμένες στο φορτιστή της μπαταρίας μας. Επιγραμματικά είναι:

- Desulfator (αποθειωτής), μια συσκευή που με ειδικό κύκλο φόρτισης διαλύει τα άλατα του θειου που επικάθονται πάνω στις πλάκες τις μπαταρίας μας.

- Battery Monitor, μια συσκευή που παρακολουθεί στοιχεία όπως το βολτάζ και την κατανάλωση του ρεύματος. Μας δίνει έτσι μια καλή εικόνα της κατάστασης της μπαατρίας μας.

- Προστασία Αποφόρτισης (Low Volatge Disconnect), μια συσκευή που φροντίζει η μπαταρία μας να μην πέσει κάτω από ένα βολτάζ. Ειδικά για τις μπαταρίες μολύβδου η αποφόρτιση τους κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο μειώνει δραστικά την ζωή και των αριθμό φορτίσεων της μπαταρίας μας.

Στο 3ο επίπεδο έχουμε την Κατανάλωση της Ηλεκτρικής Ενέργειας.

Εδώ πι επιλογές μας είναι δύο:

Α. να μετατρέψουμε τα 12V της μπαταρίας μας σε 220V μέσω ενός μετασχηματιστή (Inverter). Αλλά ακόμα και τα μέσου μεγέθους συστήματα δεν μπορούν να υποστηρίξουν ενεργοβόρες καταναλώσεις και επίσης όσο μεγαλώνει ένα σύστημα τόσο το κόστος του ς γίνεται μεγαλύτερο έως απαγορευτικό.

Β. Κατανάλωση με συσκευές 12V.

Για τις  ανάγκες των τροχοβίλων και των σκαφών υπάρχουν ήδη ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν στα 12V, ακόμα και μικρά ψυγεία. Το πιο πρόσφορο μέσο όμως είναι ο φωτισμός, και ας μην ξεχνάμε ότι στα σπίτια μας υπάρχουν αρκετές φορές ήδη εγκαταστάσεις των 12V, τα φωτιστικά του σαλονιού π.χ.

Και αυτό μας φέρνει σε μια σημαντική παράμετρο σχεδιασμού του συστήματος μας.

Τις διαδοχικές απώλειες ενέργειας από τις ενδιάμεσες συσκευές όπως oι φορτιστές, τα inverter και τα μεγάλα μήκη καλωδίων των 12V.

Για παράδειγμα είναι εντελώς παράλογο να ξεκινάμε με τα 12V των φωτοβολταικών, να χάνουμε ενέργεια στην κατανάλωση του φορτιστή της μπαταρίας, να ξαναχάνουμε ενέργεια στο inverter για να κάνουμε τα 12V 220V και στη συνέχεια να τροφοδοτούμε τον ηλεκτρικό πίνακα του σπιτιού μας όπου βρίσκεται ένας ακόμα μετασχηματιστής –με την δικιά του κατανάλωση- που μετατρέπει τα 220V  σε 12V  για τα φωτιστικά μας.
Ή να χρησιμοποιούμε το τροφοδοτικό των 220V του laptop μας όταν είναι διαθέσιμα αντίστοιχα των 12V.

Τέλος για τις συσκευές που απαιτούν σταθερό βολτάζ (όπως πχ οι ασύρματοι) καλό είναι να υπάρχει και ένας Σταθεροποιητής Τάσης (DC-DC Voltage Regulator) που δίνει σταθερό βολτάζ ασχέτως της κατάστασης φόρτισης της μπαταρίας μας.

 
Αυτά λοιπόν προς τα παρόν, στο μέλλον θα επεκταθούμε σε κάποια επιμέρους συστήματα αναλυτικά.