Yer Altı Evinde Elektrik: Toprağın Altına Enerjiyi Getirmek

Modern bir evde elektrik olmadan neredeyse hiçbir şey çalışmaz: ışıklar, buzdolabı, su pompası, havalandırma fanları, telefon, bilgisayar. Serinin önceki yazılarında bahsettiğimiz pompaların, cihazların ve fanların hepsi bir enerji kaynağına muhtaç. Çoğu yer altı evi kırsalda ve şebekeden bağımsız (off-grid) kurulduğu için, bu elektriği kendi üretmek ve depolamak zorundadır. Ama iyi haber şu: toprağın altındaki bir ev, zaten çok az enerji harcadığı için, kendi elektriğini üretmek hiç de düşünüldüğü kadar zor değildir.

Bu yazıda, yayınlanmış gerçek off-grid ev projelerinden derlediğimiz bilgilerle elektriği ele alıyoruz: güneş panelleriyle enerji üretmek, şarj kontrol cihazı, akülerde enerji depolamak, inverter ile ev cihazlarını beslemek, rüzgar ve mikro hidro gibi ek kaynaklar, yakıt jeneratörünün yedek rolü, ve en önemlisi enerjiyi verimli kullanmak. Serinin ısıtma ve su yazılarında güneş enerjisinden söz etmiştik; şimdi o enerjiyi elektriğe çeviren tüm sistemi bir araya getiriyoruz.

Yazının içine, off-grid elektrik sistemlerini gösteren kaynağı belirtilmiş görseller ve gerçek off-grid güneş sistemlerini gezdiren iki video yerleştirdik.

İçindekiler

• Az enerji, kolay bağımsızlık
• Güneş panelleri: ana kaynak
• Şarj kontrol cihazı
• Akü bankası: enerjiyi depolamak
• İnverter: DC’yi AC’ye çevirmek
• Rüzgar ve mikro hidro
• Yakıt jeneratörü: yedek güç
• Enerjiyi verimli kullanmak
• Uygulamadan izleyelim
• Gerçek projelerden dersler
• Merak edilenler
• Kaynaklar

Az enerji, kolay bağımsızlık

Off-grid elektriğe geçmeden önce, yer altı evinin bir avantajını hatırlayalım. Serinin ısıtma ve soğutma yazılarında anlattığımız gibi, yer altı evi toprağın koruması ve pasif tasarım sayesinde ısıtmaya ve soğutmaya çok az enerji harcar. Oysa normal bir evde elektrik faturasının büyük kısmını ısıtma-soğutma yer.

Bu ne demek? Yer altı evinin elektrik ihtiyacı, normal bir eve göre çok daha küçük olabilir demek. Isıtma-soğutma yükü düşünce, geriye kalan (aydınlatma, buzdolabı, pompalar, elektronik) nispeten az bir enerjidir. Bu da, off-grid bir elektrik sistemi kurmayı hem daha ucuz hem daha kolay kılar; küçük bir güneş sistemi bile koca bir yer altı evini idare edebilir.

Yani yer altı evinde elektrik bağımsızlığının ilk adımı, bir sistem kurmadan önce atılır: az enerji harcayan bir ev tasarlamak. Sonraki başlıklarda o az enerjiyi nasıl üreteceğimizi (güneş, rüzgar, su), nasıl depolayacağımızı (akü) ve nasıl kullanacağımızı (inverter) göreceğiz.

Güneş panelleri: ana kaynak

Off-grid elektriğin bugün en yaygın ve en pratik kaynağı güneş panelleridir (fotovoltaik). Güneş ışığını doğrudan elektriğe çeviren bu paneller, çatıya, güney cepheye ya da arazide güneş gören bir alana yerleştirilir. Isıtma yazısında pasif güneşi konuşmuştuk; burada güneşin ışığını ısıya değil, doğrudan elektriğe çeviriyoruz.

Off-grid güneş rehberlerinin belirttiği gibi, bir güneş sistemi birkaç temel parçadan oluşur: paneller (üretim), şarj kontrol cihazı (yönetim), aküler (depolama) ve inverter (kullanıma çevirme). Panellerin ürettiği elektrik gün boyu değişir; en çok öğle saatlerinde, güneş dikken üretim zirve yapar. Bu yüzden panel sayısı, evin ihtiyacına ve bölgenin güneş alma durumuna göre hesaplanır.

Güneş panellerinin en büyük avantajları: hareketli parçası yoktur, sessizdir, bakımı azdır ve on yıllarca çalışır. Yer altı evinin düşük enerji ihtiyacıyla birleşince, mütevazı bir panel dizisi bile evi rahatça besler. Üstelik güneş, su temini yazısında anlattığımız pompayı, ısıtma yazısındaki ısı pompasını ve bu yazıdaki tüm cihazları tek bir bedava kaynaktan besleyebilir. Ama güneş sadece gündüz üretir; gece ve bulutlu günler için depolama şarttır ki o da akülerdir.

Şarj kontrol cihazı

Panellerle aküler arasında küçük ama kritik bir cihaz durur: şarj kontrol cihazı (charge controller). Görevi, panellerden gelen elektriği akülere doğru ve güvenli şekilde aktarmaktır. Bu cihaz olmadan, paneller aküleri aşırı şarj edip zarar verebilir.

Şarj kontrol cihazı, akünün doluluğunu izler: akü dolduğunda şarjı keser ya da azaltır, boşaldığında yeniden şarja izin verir. Böylece aküyü hem aşırı şarjdan hem de zararlı derin boşalmalardan korur; akünün ömrünü uzatır. Modern MPPT tipi kontrol cihazları, panellerden mümkün olan en fazla enerjiyi çekerek verimi de artırır.

Küçük ama akıllı bir bileşen olan şarj kontrol cihazı, sistemin sağlığını korur. Aküler off-grid bir sistemin en pahalı parçası olduğu için, onları koruyan bu cihaz, uzun vadede kendini fazlasıyla amorti eder. Panellerden gelen ham enerjiyi düzenleyip aküye güvenle teslim eder; sistemin sessiz bekçisidir.

Akü bankası: enerjiyi depolamak

Güneş sadece gündüz üretir; ama elektriğe gece de, bulutlu günde de ihtiyaç var. İşte bu boşluğu akü bankası (batarya) doldurur. Gündüz panellerin ürettiği fazla elektrik akülerde depolanır; gece ve güneşsiz zamanlarda ev bu depodan beslenir. Akü, off-grid sistemin kalbidir; enerjiyi zamanda taşır.

Off-grid rehberlerinin belirttiği gibi, akü kapasitesi sistemin ne kadar dayanacağını belirler: birkaç günlük bulutlu havayı çıkarabilmek için yeterli depolama gerekir. Eskiden kurşun-asit aküler yaygındı; bugün ise lityum aküler (daha uzun ömürlü, daha hafif, daha derin boşalabilen) giderek daha çok tercih ediliyor. Yer altı evinin bir avantajı burada da var: aküler serin ve sabit sıcaklıkta daha iyi çalışır ve daha uzun ömürlü olur; toprağın altındaki serin ortam, aküler için de idealdir.

Akü bankasının doğru boyutlanması, off-grid yaşamın konforunu belirler: az akü, sık sık elektriksiz kalmak demektir; gereğinden çok akü ise boşa masraf. Bu yüzden evin gerçek tüketimi hesaplanıp, birkaç günlük yedekle birlikte doğru kapasite seçilir. İyi bakılan bir akü bankası, yer altı evine gece gündüz kesintisiz elektrik sağlar.

İnverter: DC’yi AC’ye çevirmek

Paneller ve aküler “doğru akım” (DC) elektrik üretir ve depolar. Oysa evdeki çoğu cihaz (buzdolabı, çamaşır makinesi, priz) “alternatif akım” (AC) ile çalışır. İşte bu iki dünyayı birbirine bağlayan cihaz inverterdir (evirici): akülerdeki DC elektriği, ev aletlerinin kullandığı AC elektriğe çevirir.

İnverter, off-grid sistemin evle konuştuğu noktadır. Kalitesi önemlidir: “tam sinüs” (pure sine wave) inverterler, şehir şebekesine eş kalitede elektrik verir; hassas elektronik cihazlar (bilgisayar, bazı motorlar) için bu gerekir. İnverterin gücü de, aynı anda çalıştırmak istediğiniz cihazların toplam yüküne göre seçilir.

Bazı sistemlerde şarj kontrol cihazı, inverter ve şarj cihazı tek bir kutuda birleşir (inverter/charger); bu, kurulumu sadeleştirir. Sonuçta inverter, güneşten gelip aküde depolanan enerjiyi, prizden çektiğiniz sıradan elektriğe dönüştürür. Onun sayesinde, toprağın altındaki bir evde, şehirdekiyle aynı cihazları çalıştırabilirsiniz.

Rüzgar ve mikro hidro

Güneş ana kaynak olsa da, tek kaynağa bağlı kalmak risklidir; özellikle uzun bulutlu dönemlerde. İşte burada ek kaynaklar devreye girer. Su temini yazısında olduğu gibi, elektrikte de “çeşitlilik” güvenlik demektir. İki yaygın ek kaynak: rüzgar ve mikro hidro.

Küçük rüzgar türbinleri, rüzgarın gücünü elektriğe çevirir. Rüzgarlı bölgelerde, özellikle kışın (güneşin az olduğu ama rüzgarın çok olduğu dönemde) güneşi güzel tamamlarlar; gece de üretebilirler. Primal Survivor gibi rehberlerin öne çıkardığı gibi, güneş-rüzgar hibrit sistemleri, iki kaynağın birbirinin açığını kapatması sayesinde çok daha istikrarlı bir üretim sağlar.

Mikro hidroelektrik ise, arazisinde akan bir dere ya da yeterli debili su olan şanslı evler için adeta bir hazinedir: su 24 saat aktığı için, küçük bir hidro türbin gece gündüz kesintisiz elektrik üretir. Off-grid kaynaklar içinde en istikrarlısı budur; ama tabii herkesin arazisinde akarsu olmaz. Hangi ek kaynağın uygun olduğu tamamen araziye bağlıdır; ama mümkünse güneşe ikinci bir kaynak eklemek, off-grid elektriği çok daha güvenli kılar.

Yakıt jeneratörü: yedek güç

Bütün yenilenebilir kaynaklara rağmen, uzun ve zorlu bir kış, arka arkaya bulutlu günler ya da olağanüstü bir yük, aküleri boşaltabilir. İşte bu “en kötü senaryo” için birçok off-grid ev, bir yakıt jeneratörü (dizel, benzin ya da tüp gaz) bulundurur. Jeneratör, güneş ve rüzgarın yetmediği anda devreye girip aküleri şarj eder.

Jeneratör bir ana kaynak değil, bir sigortadır: normalde çalışmaz, sadece acil durumda birkaç saat çalışıp aküleri toparlar. Bu yüzden çoğu zaman küçük ve ekonomik bir model yeterlidir. Yakıt gerektirdiği ve gürültülü olduğu için sürekli değil, nadiren kullanılır; ama var olması, off-grid yaşamda büyük bir gönül rahatlığı sağlar.

Serinin havalandırma ve atık su yazılarında da vurguladığımız gibi, yakıt yakan her cihaz gibi jeneratör de yeterli havalandırma ve güvenli bir yerde çalıştırılmalıdır; kesinlikle kapalı, havasız bir mekana konmaz (egzoz gazı tehlikelidir). Doğru yerleştirilmiş bir yedek jeneratör, güneşin ve rüzgarın küstüğü o birkaç günde evi karanlıkta bırakmayan son güvencedir.

Enerjiyi verimli kullanmak

Off-grid elektrikte en ucuz enerji, hiç üretmek zorunda kalmadığınız enerjidir. Yani üretim kadar, hatta ondan önce, tüketimi azaltmak gelir. Ne kadar az harcarsanız, o kadar küçük (ve ucuz) bir sistem yeter. Bu yüzden off-grid evler, verimliliğe büyük önem verir.

Pratikte bu şöyle olur: LED aydınlatma (bir sonraki yazının konusu) klasik ampullerin çok azıyla aynı ışığı verir; enerji verimli (A sınıfı) buzdolabı ve cihazlar seçilir; bekleme (standby) tüketen cihazlar kapatılır; ısıtma-soğutma zaten pasif tasarımla en aza indirilmiştir. Küçük alışkanlıklar bile büyük fark yaratır: gündüz işleri güneş bolken yapmak, ağır cihazları üretim zirvesindeyken çalıştırmak gibi.

Bir başka akıllı yaklaşım, bazı işleri elektriksiz çözmektir: ısıtma yazısındaki güneş kolektörüyle sıcak su, pasif güneşle ısınma, su temini yazısındaki yerçekimiyle su basıncı. Her elektriksiz çözüm, akü bankasının yükünü hafifletir. Yer altı evinde elektrik bağımsızlığı, aslında büyük bir santral kurmak değil; az harcayan bir evi, mütevazı ama güvenilir bir sistemle beslemektir.

Uygulamadan izleyelim

Off-grid elektrik sistemlerini yazıyla anlatmak bir yana, gerçek bir evde panellerin, akülerin ve inverterin nasıl bir araya geldiğini görmek çok daha anlaşılırdır. Aşağıdaki iki video gerçek projelerden: ilkinde bir off-grid güneş sisteminin turunu ve maliyetini, ikincisinde küçük bir kulübenin basit güneş kurulumunu göreceksiniz. Anlatım İngilizce ama sistemin parçaları ve mantığı görüntüden net anlaşılıyor.

Gerçek projelerden dersler

Yayınlanmış off-grid projelerinden derlediğimiz elektrik dersleri şöyle özetlenebilir. Birincisi, önce tüketimi azalt; yer altı evinin düşük enerji ihtiyacı, küçük ve ucuz bir sistemi mümkün kılar. İkincisi, güneş panelleri bugün en pratik ana kaynaktır; sessiz, bakımsız ve uzun ömürlüdür.

Üçüncüsü, şarj kontrol cihazıyla aküleri koru; aküler en pahalı parçadır. Dördüncüsü, akü bankasını birkaç günlük yedekle doğru boyutlandır; serin ortamda (yer altı) aküler daha uzun ömürlüdür. Beşincisi, inverterle DC’yi eve uygun AC’ye çevir; tam sinüs kalite önemlidir. Altıncısı, mümkünse güneşe rüzgar ya da mikro hidro ekle; çeşitlilik güvenliktir. Yedincisi, en kötü güne karşı bir yedek jeneratör bulundur; ana kaynak değil, sigortadır.

Bütün bu derslerin ortak fikri şu: off-grid bir yer altı evinde elektrik, büyük bir mühendislik değil, dengeli bir sistem kurmaktır. Az harcayan bir ev, doğru boyutlanmış paneller, sağlam bir akü bankası ve akıllı bir yedekleme bir araya geldiğinde, toprağın altındaki bir ev şebekeye hiç bağlı olmadan, gece gündüz kesintisiz elektriğe kavuşuyor. İyi kurulmuş bir sistem tam bir özgürlük veriyor; ihmal edilen ya da yanlış boyutlanmış bir sistem ise sürekli elektrik derdi demek.

Merak edilenler

Yer altı evinde güneş sistemi yeter mi?

Genellikle evet. Yer altı evi pasif tasarım sayesinde ısıtma-soğutmaya çok az enerji harcadığı için, elektrik ihtiyacı düşüktür; doğru boyutlanmış bir güneş sistemi çoğu zaman yeter. Uzun bulutlu dönemler için akü kapasitesi, rüzgar/mikro hidro gibi ek kaynak ya da yedek jeneratör eklenir.

Aküler ne kadar dayanır?

Türüne ve bakımına bağlı. Lityum aküler kurşun-asitten çok daha uzun ömürlüdür ve daha derin boşalabilir. Şarj kontrol cihazıyla aşırı şarj ve derin boşalmadan korumak, akü ömrünü ciddi biçimde uzatır. Yer altı evinin serin, sabit sıcaklıktaki ortamı da aküler için idealdir.

İnverter ne işe yarar?

Panellerin ve akülerin ürettiği doğru akımı (DC), ev aletlerinin kullandığı alternatif akıma (AC) çevirir. Onun sayesinde off-grid bir evde de sıradan priz cihazlarını çalıştırabilirsiniz. Hassas elektronik için “tam sinüs” (pure sine wave) tipi inverter tercih edilir.

Rüzgar türbini şart mı?

Şart değil, ama faydalı bir tamamlayıcıdır. Rüzgarlı bölgelerde, özellikle güneşin az olduğu kış aylarında ve gece üretim yaparak güneşi dengeler. Güneş-rüzgar hibrit sistemi daha istikrarlı üretim verir; ama uygunluğu tamamen arazinin rüzgar durumuna bağlıdır.

Elektrik biterse ne olur?

İyi tasarlanmış bir sistemde nadiren olur; akü bankası birkaç günlük yedek sağlar. Yine de uzun ve güneşsiz dönemler için yedek jeneratör aküleri şarj eder. Ayrıca sıcak su, ısınma ve su basıncı gibi bazı ihtiyaçlar elektriksiz (güneş kolektörü, pasif güneş, yerçekimi) çözülerek sisteme yük binmesi azaltılır.

Off-grid bir yer altı evinde elektrik, aslında toprağın sağladığı düşük enerji ihtiyacını, güneşin bedava gücüyle buluşturma sanatıdır: paneller üretir, şarj kontrol cihazı yönetir, aküler depolar, inverter eve verir, rüzgar ve mikro hidro destekler, jeneratör en kötü güne karşı bekler. Az harcayan bir evle birleştiğinde, mütevazı bir sistem bile toprağın altındaki bir eve tam bir enerji bağımsızlığı sağlıyor. Elektriği getirdik; peki bu elektrikle toprağın altındaki bir evi nasıl aydınlatacağız, güneş ışığını yerin altına nasıl indireceğiz? Bir sonraki yazımızda, yer altı evinde aydınlatma konusuna, hem doğal hem yapay ışığın yollarına bakacağız.

Kaynaklar

Bu yazıdaki bilgiler aşağıdaki yayınlanmış kaynaklardan derlenmiştir:

• Clean Energy Reviews — Best Off-Grid Solar Systems (panel, akü, inverter): cleanenergyreviews.info
• Primal Survivor — Wind and Solar Hybrid Systems For Off Grid Power: primalsurvivor.net
• Homestead Living — Off-Grid Solar, Wind, Hydro & Power Guide: homesteadliving.com

Görsel kaynakları: Wikimedia Commons (dosya lisansları ve fotoğrafçı adları görsel açıklamalarında belirtilmiştir).