OFF-GRID PRAXE: Elektrifikace domu na samotě1

Dům na samotě bez možnosti připojení k elektrorozvodné síti a požadavek na přiměřeně komfortní bydlení. Takové bylo zadání pro energetického poradce. Sledujte s námi postupnou tvorbu off-grid domu pro stálé bydlení.

Energetickým poradcům se nestává často, že by museli řešit problémy týkající se domů, které nejsou připojeny k rozvodné síti. Pokud k takovému domu ani nevede silnice, není tam tekoucí voda, není tepelně izolován, topí se jen ve sporáku na dřevo v kuchyni a obyvatelé zatím mají jen malý příjem, pak je to energetického poradce opravdová výzva, které se nedá odolat.

Současně jde ale také o velkou příležitost k tomu vyzkoušet některá nová řešení, která se pak možná dají uplatnit i v domech připojených k elektrické síti. V současné době se bude měnit energetický zákon a s tím i možnosti využití fotovoltaiky na domech, poplatky za obnovitelné zdroje se budou platit podle velikosti hlavního jističe a pokud půjdou ještě dolů ceny fotovoltaických panelů, tak je zde prostor pro inovativní řešení. Pokusím se tedy s vámi podělit o některé poznatky a zajímavosti s tím spojené. V této chvíli je celá akce teprve na začátku, je hotov základní koncepce a začínám dávat dohromady ceny potřebných komponent a shánět nabídky od firem.

Reklama

Na co všechno elektřinu potřebuji?

Možná se to zdá překvapující, ale u ostrovních systémů je někdy nejtěžší si ujasnit, na co všechno je elektřina opravdu nezbytná a kde se bez ní můžeme obejít. Také je třeba vysvětlit klientům, že některé věci prostě nejsou možné. Teoreticky je sice reálné navrhnout systém, který vám zajistí stejné možnosti jako síťová přípojka 230 V 3x 25A, ale to si málokdo může dovolit. Celková cena za kWh (odpisy investice + provozní náklady) se může dostat na úroveň desítek korun, a to se málokomu chce platit. Důležité je tedy zjistit, bez čeho se lze obejít a čím to případně nahradit. Zde se projevilo jako velká výhoda, že ti lidé už v domě bez elektřiny prožili několik zim, a tak se vlastně nemusí ničeho vzdávat a mohou jen získat.

Za kvalitní akumulátory je nutné zaplatit. Jeden LiFePO4 článek 3,2 V 40 Ah stojí přibližně 1400 Kč. Tento druh akumulátoru ale má dlouhou životnost a další výhody.  (Foto: GWL Power)

Zde je tedy zadání, které jsme s jistým úsilím zformulovali takto:

• Zajistit napájení domácí vodárny, aby byla k dispozici tlaková voda pro kuchyň a koupelnu
• Osvětlení do čtyř obytných a několika technických místností Napájení notebooku, nabíjení telefonů a dobíjení akumulátorů přenosných svítilen
• Připojení k internetu (Wi-Fi)
• Napájení audiosystému s reproduktory pro kvalitní poslech hudby
• Zajistit ohřev vody v boileru (pomocí výměníku v krbové vložce nebo kuchyňském sporáku a 12V oběhového čerpadla)
• Udělat ústřední topení do místností, kde nebude lokální zdroj vytápění
• Realizovat tepelnou izolaci domu, aby se snížila pracnost topení, množství spotřebovaného dřeva a elektřiny na pohon oběhového čerpadla. Bonusem pak bude i lepší obytný komfort.
• Udělat přívod elektřiny do karavanu, který bude sloužit k ubytování občasných návštěv či turistů.
• Je požadováno, aby maximum věcí šlo řešit svépomocí a aby celkové náklady na pořízení a provoz byly co nejmenší.

Možná řešení – zdroje elektřiny

Na místě jsou k dispozici (alespoň teoreticky) následující zdroje pro výrobu elektřiny:

• Energie Slunce využitelná pomocí fotovoltaických panelů instalovaných na střechu domu případně i přímo na stojany na terénu na osluněná místa před domem
• Energie větru z malé větrné elektrárny umístěné na stožáru na rozumně větrném místě poblíž domu
• Tepelná energie z krbové vložky, z níž lze vyrobit elektřinu pomocí termoelektrických článků
• Benzínový generátor (elektrocentrála), který bude sloužit jako zdroj proudu pro některé spotřebiče a jako nouzový zdroj pro dobití akumulátorů v době, kdy kapacita ostatní zdrojů nebude stačit.
• Teoreticky lze uvažovat ještě o dalších zdrojích, jako jsou například malé bioplynové stanice (jde o malou farmu) a mikrokogenerační jednotka pro výrobu elektřiny a tepla nebo o použití kotle na dřevo se Stirlingovým motorem a elektrickým generátorem. To ale  nejsou v současné době ekonomicky návratné investice.

Dům bez připojení k elektrické síti se většinou neobejde bez záložního zdroje energie – benzinového generátoru. (Foto: archiv autora)

Podrobněji budou jednotlivé možnosti probrány dále, v této chvíli to ale vypadá, že hlavní podíl elektřiny zajistí solární fotovoltaické panely a v zimě vypomůže elektrocentrála. Vzhledem k tomu, že velká část spotřebičů může pracovat na stejnosměrné napětí 12 V bude vhodné udělat dvojí rozvod t.j. 12 V DC a běžný 230 V střídavý.

Akumulace elektřiny

Žádný z výše uvedených zdrojů nezaručuje trvalou dodávku energie. Je tedy nezbytně nutné mít dostatečně dimenzované akumulátory pro uchování vyrobené elektřiny na dobu její potřeby. Výběr a dimenzování akumulátorů je velmi důležitá část řešení; na kapacitě a životnosti baterie bude záviset dobrá funkce celého systému.

Akumulátory by měly mít rozumně velkou kapacitu (na několik dnů bez slunečního svitu) a pokud možno dlouhou životnost (8 až 10 let provozu). Musí snášet hluboké vybíjení a několikadenní stav částečného vybití. Dodavatelé fotovoltaických systémů tyto akumulátory často označují jako „solární“. Vyhovující vlastnosti mají i takzvané „trakční“ nebo „staniční“ akumulátory. V úvahu přichází následující typy:

1. Olověné akumulátory

Akumulátor gelový (bezúdržbový)- jejich výhodou je, že u nich neprobíhá tak rychle sulfatace, a tudíž snesou i delší setrvání ve vybitém stavu a jsou bezúdržbové.

Akumulátor s elektrolytem vázaným ve skelném rouně (velmi podobný a také bezúdržbový)

Akumulátor s tekutým elektrolytem – vyžaduje dolévání vody, nicméně s použitím rekombinace plynů (např. systém AquaGen) lze údržbu výrazně minimalizovat).

Baterie sestavené z jednotlivých 2V článků s tekutým elektrolytem (např. Hoppecke 4 OpzS). Jejich výhodou je robustní konstrukce, dlouhá životnost, stupeň nabití lze zjišťovat hustoměrem, dají se dobře chladit při počátečním rychlém nabíjení a vadné články lze snadno vyměnit. Nevýhodou je vyšší pořizovací cena. Pokud ale spočítáme celkové náklady za dobu životnosti fotovoltaického systému, pak naopak vychází nejlevněji.

2. Lithium-železo-fosfátové (LiFePO) akumulátory

Jde o poměrně nový typ akumulátorů. LiFePO baterie mají výborné vlastnosti, ale vysokou cenu. Jejich výhody oproti olověným jsou následující:

• Širší rozsah pracovních teplot – kapacita a životnost není zdaleka tak závislá na teplotách. Možnost instalace v zámrzném prostoru.
• Vysoká cyklická životnost. Každou baterii vybíjení poškozuje. Čím je vybití hlubší, tím méně těchto cyklů baterie vydrží. Běžné olověné baterie se doporučuje vybíjet maximálně na 50 % jejich celkové kapacity, hlubší vybití výrazně zkracuje živost baterie a hrozí její trvalé poškození. Naproti tomu LiFePO baterie je mimořádně odolná a běžně se může vybíjet na 20 % její celkové kapacity (80% vybití), aniž by to mělo výraznější vliv na její životnost. Kvalitní olověná trakční baterie vybíjená na 50 % její kapacity má životnost cca 1500 cyklů, LiFePO baterie zvládne neuvěřitelných 5000 cyklů!
• Vysoká hustota energie. Baterie jsou lehké a na kilogram jejich hmotnosti připadá relativně velké množství energie.
• Vysoká účinnost. Nabíjením a vybíjením baterie se část energie ztrácí. U olověných baterií je průměrná účinnost 80 %, LiFePO baterie dosahují účinnosti 92 %.
• Nemusí být plně dobíjeny, postačuje částečné dobíjení, což je jejich hlavní výhoda oproti bateriím olověným.
• Dají se nabíjet většími proudy než olověné akumulátory. Například LiFePO baterie 12 V 200 Ah má doporučený nabíjecí proud pod 100 A a maximální až 500 A.

LifePO baterie ale mají i své nevýhody. Tou hlavní je vyšší cena (ta je částečně kompenzována vyšší energetickou účinností, menší potřebnou kapacitou a delší životností). LiFePO akumulátory navíc potřebují speciální nabíječku a takzvané balancéry, které se zjednodušeně řečeno starají o to, aby byly všechny články baterie nabíjeny a vybíjeny optimálně.

V dalším pokračování článku si přiblížíme spotřebiče v domě a jejich energetické požadavky a také první zkušenosti s fotovoltaikou…