Atvejo analizės: trys ežerai, trys energijos/vandens strategijos

Įvadas

Savęs išlaikymo stovyklos ar namelio prie atokaus ežero projektavimas reikalauja prisitaikyti prie vietinio klimato. Snieguota Alpių vietovė, drėgnas šiaurinis miško ežeras ir dulkėtas dykumos rezervuaras – kiekvienas reikalauja iš esmės skirtingų energijos ir vandens sistemų. Šiose atvejo analizėse pateikiame holistinius savarankiškų sistemų planus kiekvienam scenarijui – nurodydami generavimo pajėgumą, saugojimą, vandens valymą ir kasdienį naudojimą – su realiais skaičiais. Taip pat pabrėžiame galimas gedimų vietas (apledėjusios plokštės, uodų pernešama tarša, dulkių kaupimasis ir kt.) ir atsargines strategijas. Tikslas yra parodyti, kaip aplinka lemia sistemos projektavimą ir pateikti daugkartinio naudojimo šabloną kitoms atokioms vietoms.

Atvejo analizė 1: Aukštikalnių Alpių ežeras

Aplinka

Mažas namelis prie ežero ~3 000 m aukštyje Uoliniuose kalnuose. Žiemą ilgos, didžiąją metų dalį sniego danga. Vasaros dienos trumpos subarktinėse platumose. Kai šviečia, saulė intensyvi (dėl reto oro su mažesniais atmosferos nuostoliais (www.moserbaersolar.com)) bet dažnai būna žemai horizonte arba užblokuota kalnų. Pavasariai ir upeliai, maitinami sniego tirpsmo, užtikrina patikimą vandens srautą ištisus metus. Temperatūra naktimis, net vasarą, gali nukristi gerokai žemiau nulio.

Energijos planas

Saulės PV: Dėl trumpų, giedrų vasaros dienų ir retesnės atmosferos (kuri leidžia daugiau tiesioginės saulės šviesos (www.moserbaersolar.com)), pietų kryptimi pakreipta saulės baterijų sistema vis dar naudinga. Galėtume įrengti 5 300 W plokštes (1,5 kW), kurios gerą vasaros vidurio dieną pagamintų maždaug 6–7 kWh, o žiemos viduryje – gal tik 1–2 kWh. Pasvirimas >45° padeda sniegui nuslysti. Plokštes reikia saugoti nuo sniego; net keli milimetrai šerkšno ar sniego drastiškai sumažina išeigą.
Vėjas: Aukšti kalnagūbriai gali būti labai vėjuoti. Maža 400 W vėjo turbina ant 6–9 m stiebo galėtų pagaminti kelis kWh per dieną vėjuotomis sąlygomis, ypač žiemą, kai PV yra silpniausia. Jos išeiga labai kintama, todėl ji daugiausia palaiko baterijas įkrautas audrų metu.
Hidro: Išnaudokite sniego tirpsmo maitinamą upelį su mikro hidro turbina (pvz., 12 V, 500 W Peltono ratu). Net 100–200 W nuolatinės galios gali pridėti ~2–5 kWh per dieną. Įkasta įsiurbimo vamzdis palaiko vandens tekėjimą žiemą (vamzdžiai turėtų būti ištuštinti arba izoliuoti, kad neužšaltų). Srautas ir slėgis skirsis sezoniškai (didesnis pavasarį, mažesnis vėlyvą vasarą).
Baterijų bankas: Šaltis mažina baterijos talpą (švino-rūgštinės baterijos praranda ~50% talpos esant 0 °F (widetempbatteries.com)), todėl naudokite didelį, šalčiui atsparų banką. Šeimai, sunaudojančiai ~5–10 kWh per dieną, planuokite ~30 kWh naudingos talpos (pvz., 48 V, 600 Ah LiFePO₄), kad 15 kWh per dieną suvartojimas reikalautų tik ~50% iškrovimo gylio. Baterijų dėžė gali būti izoliuota arba šildoma (pvz., išmetamąja šiluma), kad temperatūra būtų virš 0 °C; priešingu atveju talpa ir įkrovimo galimybė smarkiai sumažėja (widetempbatteries.com) (pluginhighway.ca).
Atsarginis generatorius: Propano arba dyzelino generatorius (~3–5 kW) užtikrina avarinę energiją, kai atsinaujinančių energijos šaltinių išeiga sumažėja (pvz., kelių dienų audra ar žiema). Vieta turi būti aprūpinta pakankamu kuro kiekiu bent savaitei pertraukiamo naudojimo. Rankinis įkrovimo įtaisas (12 V baterijos įkroviklis) taip pat gali lėtai įkrauti bateriją iš generatoriaus 12 V išvesties, jei reikia.

Apibendrinant, energijos sistema galėtų būti: 1,5 kW saulės PV + 0,4 kW vėjo + 0,5 kW mikro hidro, tiekianti energiją į 48 V 30 kWh baterijų banką, su 3 kW generatoriaus atsarga. Ši konfigūracija gali pagaminti ~15–20 kWh giedrą vasaros dieną, pakankamai kritiniams poreikiams (šviesos, siurblys, mažas šaldytuvas), ir galbūt tik 2–5 kWh per dieną gilią žiemą.

Vandens valymo sistema

Šaltinis: Vanduo gravitacijos būdu tiekiamas iš nepaliesto Alpių ežero/upelio į šildomą rezervuarą namelio viduje, kad neužšaltų. Mažas 12 V siurblys (200–400 W) kelia ežero vandenį per filtrus į 50–100 cm gylio cisterną (200–400 L) išvalyto vandens. Žiemą vandens paėmimo vieta turi būti žemiau ledo lygio; siurblį izoliuojame arba pastatome į šildomą duobę.
Filtravimas: Daugiapakopis valymas yra labai svarbus paviršiniam ežero vandeniui (offgridcollective.co). Rekomenduojame bent jau:

• 5–10 mikronų nuosėdų filtrą, skirtą smėliui, dumblui ir didesnėms organinėms šiukšlėms pašalinti.
• 0,1–0,2 mikronų ultrafiltracijos (UF) membraną arba keraminį filtrą bakterijoms ir pirmuonims (kriptosporidijoms, giardijoms) pašalinti.
• UV sterilizatorių gale, maitinamą 12 V sistema, virusams ir visiems likusiems patogenams inaktyvuoti. Su švariais pirminiais filtrais, 12 V UV lempa (<20 W) gali saugiai apdoroti kasdienį 100–200 L/dienos suvartojimą (atitinkantį PSO kriterijus) (offgridcollective.co). Energijos suvartojimas yra minimalus (pvz., 5–10 W nuolat siurbiant).
  Pasirinktinai, nedidelis baliklio arba jodo dozatorius gali suteikti papildomą saugumą žiemą, jei UV yra išjungtas (propileno kraujavimas gali pažeisti vamzdžius, jei paliekamas per ilgai, todėl naudokite taupiai).
  Saugojimas: 200–400 L nerūdijančio plieno arba maistinio polimero talpa izoliuotame namelyje saugo apdorotą vandenį slėgiu (~2 barai). Vamzdžiai iki čiaupų turi būti kuo trumpesni, kad neužšaltų. Vandentiekis turėtų būti vidaus naudojimo vamzdžių arba giliai užkastas/izoliuotas.

Pilkojo vandens strategija

Šalinimas: Virtuvės kriauklės ir dušo nuotekos (be tualeto atliekų) gali būti naudojamos pakartotinai sezoniškai. Vasarą pilkasis vanduo nukreipiamas į lauko drenažo lauką arba apaugusią išsipūtimo vietą žemiau namo. Alpių miško dirvožemis yra akmenuotas, bet galėtų sugerti ribotą pilkojo vandens kiekį; mulčio baseinas (sekli duobė, užpildyta mulčiu ir žvyru), apsodintas krūmais, gali jį filtruoti ir išgarinti. Žiemą, kai dirvožemis užšalęs, perskirkite vožtuvus, kad pilkasis vanduo būtų nukreiptas į vidaus talpą (pvz., 100 L statinę) vėlesniam išpylimui pavasarį. Tai apsaugo nuo vamzdžių užšalimo.
Pakartotinis naudojimas: Pilkajame vandenyje yra maisto likučių ir ploviklių, todėl naudokite tik švelnius muilus ir biologiškai skaidžius valiklius (washwild.com.au). Mes primygtinai rekomenduojame 100% biologiškai skaidžius, pilkajam vandeniui saugius muilus ir ploviklius (be baliklių, fosfatų, amoniako) (washwild.com.au), kad nuotekos galėtų laistyti nevalgomus augalus be žalos. Jei žiemos rezervuaro naudojimas yra būtinas, tas pilkasis vanduo galėtų būti naudojamas tualetui nuleisti (su baliklio granuliu bakterijoms naikinti). Sausais sezonais jis galėtų drėkinti mažą šiltnamį ar medžius (atsargiai).
Talpa: Planuokite ~100 L/dieną pilkojo vandens (šeimos suvartojimas ~2 žmonės sunaudoja ~150 L/dieną; dalis pakartotinai naudojama tualetui arba drėkinimui). 1000 L pralaidi duobė arba drėkinimo sluoksnis (plotas ~2×5 m) yra pakankamai – miško dirvožemis gerai nuteka. Duobę atskirkite žvyru ir geotekstile.

Dienos rutina

• Rytas: Visi šeimos nariai pabunda su saule. Iškart jie paima ~5 L iš karšto vandens talpos (gravitacinio saulės vandens šildytuvo arba propano šildytuvo) dušams ir arbatinukui. 12 V siurblys veikia ~30 min., kad papildytų geriamojo vandens cisterną (suplanuota prieš nukrintant baterijos gyliui). Saulės PV yra silpnas, tačiau vėjo ar hidro energija gali įkrauti bateriją po nakties įkrovimo, jei debesuota.
• Popietė: Maksimaliai išnaudokite užduotis, kurioms reikia elektros. Vidurdienį saulės šviesa pasiekia piką, todėl naudokite elektrinius virimo prietaisus (jei naudojami) ir skalbkite; saulės kolektoriai ir mikro hidro generatorius stipriai įkrauna bateriją. UV filtras veikia, kai tik reikia vandens. Esant geresnei vidurdienio energijai, prietaisus, tokius kaip nešiojamieji kompiuteriai ar skaitymo šviestuvai, galima naudoti neiškraunant baterijų.
• Vakaras: Apkrova mažėja saulei leidžiantis. Šviesos (LED) įjungiamos tik kritinėse patalpose, maitinamos iš baterijos. Vakarienė gaminama (pageidautina ant propano viryklės arba medienos krosnelės su elektriniu uždegimu). Siurblys gali veikti dar šiek tiek, kad papildytų vandens, sunaudoto maistui gaminti. Šeimos prausiasi duše (naudodami šilumą iš malkomis kūrenamos krosnelės arba saulės šilumos sistemos). Pilkasis vanduo (iš plovimo ir maudynių) nukreipiamas į pagalbinę talpą patalpose, jei artėja užšalimas, arba į mulčio sluoksnį. Iki 22 val. visos pagrindinės apkrovos išjungiamos; baterija paprastai yra 80–90% pilna.
• Naktis: Naktį dažniausiai naudojamos šviesos ir niekas svarbaus neįkraunama. Generatorius lieka išjungtas, nebent baterija buvo kritiškai išsikrovusi. Saulės PV gali dar trumpai įkrauti bateriją po sutemų didesniame aukštyje.

Numatomi gedimai ir nenumatytų atvejų planai

• Saulės energijos trūkumas: Stiprios audros ar žiemos debesys gali sumažinti PV išeigą iki beveik nulio. Nenumatytų atvejų planas: Pasikliaukite mikro hidro ir vėjo energija (jei veikia), plius dideliu baterijos rezervu. Laikykite generatorių užpildytą kuru kaip kraštutinę priemonę.
• Su šalčiu susijęs baterijos praradimas: Žemiau maždaug 0 °C baterijos išeiga smarkiai sumažėja (widetempbatteries.com). Nenumatytų atvejų planas: Izoliuokite/šildykite bateriją. Jei baterijos užšąla (žemiau –20 °C), gali atsirasti elementų pažeidimų arba elektrolito užšalimas (pluginhighway.ca), todėl visada atjunkite įkrovimo valdiklį, jei per šalta, arba šildykite baterijų banką (net ir nedidelėmis šildymo juostomis).
• Siurblio/ledo užsikimšimas: Įleidimo angos arba vamzdžiai gali užšalti. Nenumatytų atvejų planas: Greitai išjunkite siurblį, perjunkite įleidimą į šildomą šulinį arba rankiniu būdu ištirpinkite ledą. Laikykite atsarginį rankinį siurblį arba kibirus kaip absoliučią atsargą vandeniui paimti.
• Vandens užteršimas: Jei filtrai užsikimš ar UV lempa suges, bakterijos (nuo paukščių) gali užteršti vandenį. Nenumatytų atvejų planas: Virinkite vandenį arba pridėkite 1–2 ppm chloro baliklio kaip avarinį dezinfekavimo priemonę. Turėkite atsarginių filtrų kasečių ir UV lempučių. Kai įmanoma, reguliariai tikrinkite vandenį.
• Užšalę pilkojo vandens vamzdžiai: Jei užšalimo-atšilimo ciklai sunaikina vamzdžius ar nuotekų duobę, atsarginės priemonės apima pilkojo vandens sistemos išjungimą (viską nukreipkite į laikymo talpą).
• Generatoriaus gedimas: Visada turėkite atsarginių generatoriaus dalių arba antrą mažą „avilio“ stiliaus generatorių (12 V generatoriaus tipo) įkrovimui kritiniu atveju.

Atvejo analizė 2: Miškingas šiaurinis ežeras

Aplinka

Miškingas ežeras borealiniame klimate (pvz., šiaurės Minesota). Pušų ir eglių laja užstoja stogus; vasarą beveik kasdien lyja ir yra uodų; žiemos šaltos, bet trumpesnės nei Alpių regione. Yra daug vandens (lietaus statinės dažnai prisipildo), tačiau intensyvūs vabzdžiai ir miško šiukšlės yra dideli nepatogumai.

Energijos planas

Saulės PV: Šviesa, filtruojama per medžius, reiškia mažą insoliaciją – galbūt 2–3 saulės valandos vasarą. Įrengiame 10 300 W plokščių (3 kW) miško proskynoje arba ant stogo (periodiškai genint šakas). Vasarą tai gali duoti ~10–12 kWh per dieną; žiemą galbūt 3–4 kWh. Plokštės turėtų būti apsaugotos tinkleliu arba dangomis, kad lėčiau kauptųsi samanos/lapai, tačiau po audrų būtinas rankinis valymas.
Vėjas: Miško vėjas yra slopinamas, tačiau atvirose ežerų vietovėse reguliariai gali pūsti 4–5 m/s vėjas. 1 kW ant bokšto montuojama turbina (10 m aukščio) gali pagaminti kelis kWh vėjuotomis dienomis, ypač rudenį/žiemą, kai praeina audros. Tai papildo saulės energiją ir įkrauna baterijas, nenaudojamas saulės energijos neįprastais laikais.
Hidro: Jei ežere yra ištekantis upelis, maža 0,5–1 kW hidro turbina gauna nuolatinę energiją (~12–24 kWh per dieną, jei srautas stabilus). Lyjant, upelio srautas yra gausus; net ^1⁄2 m aukščio skirtumas gali varyti turbiną. Kadangi vandens yra gausu, pagrindinis rūpestis yra įleidimo angos užsikimšimas lapais – įrenkite šiurkščių šiukšlių ekraną.
Baterijų bankas: Kai aktyviai gyvena ~4 žmonės, kasdienis suvartojimas gali siekti 15–20 kWh (šviesos, siurblys, šaldytuvas, virtuvė). Pasirenkame 48 V 400 Ah (≈19 kWh) LiFePO₄ banką, siekdami ~9 kWh naudingos energijos (50% DoD). Greitai veikiančioms viršįtampio apkrovoms (pvz., skalbimo mašinai) turėtų būti numatytas keitiklis, galintis padvigubinti 5–10 kW. Didesnis bankas (arba papildomas mažas bankas) užtikrina, kad lietingos savaitės nesugadins energijos.
Atsarginis generatorius: Mažas dyzelinis arba propano generatorius (apie 5 kW) džiovykloms ar krosniai. Tai taip pat gali šildyti vandens talpą per šilumokaitį, naudojant bet kokį perteklių baterijoms šildyti. Kuras turi būti laikomas mėnesiui, nes audros gali būti dažnos.

Vandens valymo sistema

Šaltiniai: Keičiamai naudojami du šaltiniai: stogo nuotekų surinkimas (lietaus) ir ežeras. Nuožulnus metalinis stogas (su tinkliniais latakų apsaugos elementais) pildo 5×200 L statines pavasario/vasaros lietų metu. Taip pat nukreipiame ežero/upelio vandenį į nusodinimo rezervuarą atstumu (~50 m į kalną esantis siurblys).
Filtravimas: Kadangi miško ežeruose gali veistis dumbliai, bakterijos ir organinės rūgštys, naudojame daugiabarjerinę sistemą (offgridcollective.co). Tipinė sistema:

• Nuosėdų pirminis filtras (50 μm) – sulaiko pušų spyglius ir smulkias daleles.
• Aktyvuotos anglies filtras – pašalina organines medžiagas ir pagerina skonį. (Tai naudinga taninams iš pūvančios miško paklotės vandenyje.)
• Mikrofiltras (0,2 μm UF) – bakterijoms/pirmuonims.
• UV sterilizatorius – gerai apšviestoje vietoje, naikinantis virusus ir visus likusius mikrobus (offgridcollective.co).
  Lietaus vanduo gali būti šiek tiek rūgštus, todėl tikriname pH; jei reikia, kalkių dozavimas padidina pH. Abu šaltiniai pereina tuos pačius filtrus, prieš patekdami į pagrindinį 1000 L rezervuarą. Plūdinis vožtuvas apsaugo nuo atgalinio srauto.
  Saugojimas ir siurbliai: Viena 1000 L talpa tiekia vandenį 12 V siurbliui. Dažnas siurbimas (2–3 kartus per dieną) palaiko slėgį. Taip pat pritvirtiname nedidelį saulės elementą, kad talpos vanduo neužšaltų žiemą (ir naikintų legioneles). Talpų dangčiai yra apsaugoti nuo uodų (su tinkleliais ventiliacijos angose ir sandariais dangčiais), kad būtų išvengta jų veisimosi (content.ces.ncsu.edu) (content.ces.ncsu.edu).

Pilkojo vandens strategija

Perdirbimas: Šiame drėgname klimate siekiame pakartotinai panaudoti kuo daugiau pilkojo vandens. Dušo, skalbimo ir virtuvės pilkasis vanduo (be jokių baliklių) vamzdžiais nukreipiamas į įrengtą melionų lysvę lauke. Lysvė yra sekli tranšė švelniame šlaite, užpildyta mulčiu ir atspariais augalais, tokiais kaip viksvos ar gluosnių auginiai, kurie sugeria vandenį. Tipinis srautas (100–150 L/dieną) laimingai susigeria lietingais sezonais.
Laisvai apribotas: Geotekstile apvyniotas žvyro sluoksnis (4×4 m) veikia kaip „biofiltras“. Vanduo lėtai prasisunkia; šaknys ir mikrobai skaido muilą. Kartą per metus jis išdžiūsta/aeruojasi.
Saugūs muilai: Naudojame tik pilkajam vandeniui saugius muilus ir šampūnus (be baliklių ar amoniako, be aštrių dažiklių) (washwild.com.au). Pavyzdžiui, skalbimui naudojami biologiškai skaidūs milteliai, dušui – švelnus skystas muilas. Tai užtikrina, kad augalai ir dirvožemis nebus pažeisti ploviklių (washwild.com.au).
Perpildymas: Jei įtekėjimas viršija lovos talpą (stiprios liūtys), perteklius nukreipiamas į nedidelį laikymo tvenkinį, aptvertą nuo laukinės gamtos. Tvenkinys išklotas durpėmis, kad būtų išvengta gruntinio vandens užteršimo, ir kas mėnesį nusausinamas su drenažo lauku.

Dienos rutina

• Rytas: Lengvas apšvietimo/žibintų naudojimas. Vaikai paima 10–20 L sukaupto vandens iš talpų (su automatiniu siurblio išjungimu prie ~2 barų). Saulės kolektoriai ir hidro energija pradeda veikti; įjungiame 12 V siurblį, kad papildytų karštą vandenį (šildomą propanu) dušams ir ryto arbatai.
• Vidurdienis: Namai veikia pilnu pajėgumu. Virtuvė naudoja saulės energiją – elektrinis šaldytuvas, bet kokia viryklė ir nešiojamasis kompiuteris (valandomis). Skalbiame po pietų – skalbimo mašina (12 V keitiklis) ir džiovyklė (propanu arba mediena) naudoja sukauptą saulės energiją. Tuomet įkrauname įrenginius ir vykdome projektus, kai saulės/vėjo energija yra stipriausia.
• Popietė/vakaras: Po 16 val., saulės PV energija silpnėja. Įkuriame malkinę krosnį šildymui. Keičiame naudojimą: šviesos ribojamos, šaldytuvas veikia ekonominiu režimu. Vakarienė ruošiama ant propano arba malkinės viryklės. Pilkasis vanduo iš virtuvės ir vonios patenka į filtrų sluoksnį. Vėlyvi vakaro pasirodymai galbūt veikia generatoriumi (jei baterija išsikrovusi, jis tyliai įkrauna banką ir šildo vandenį).
• Naktis: Šviesos įjungiamos tik trumpam skaitymui ar užduotims. Dauguma prietaisų yra išjungti. Baterija (įkrauta saulės/vėjo/hidro energija dieną) aprūpina minimalias apkrovas per naktį.

Numatomi gedimai ir nenumatytų atvejų planai

• Debesuotos savaitės: Esant nuolatiniam lietui, saulės energija gali nukristi iki <1 kWh/dienai. Sprendimas: Pasikliaukite mikro hidro (užtvankos vanduo užtikrina srautą) ir didelėmis baterijomis. Išjunkite nekritines apkrovas (pvz., vandens šildymą generatoriumi tik tada, kai reikia). Visada turėkite paruoštą propano generatorių.
• Gausus laukinių gyvūnų/šiukšlių kiekis vandenyje: Dumblių žydėjimas arba bebrų veikla gali užteršti įleidimo angą. Sprendimas: Greito sujungimo apėjimas leidžia paimti vandenį iš alternatyvaus įleidimo angos arba lietaus talpų. Turi būti atsarginių filtrų. Avariniu atveju virinkite vandenį.
• Siurblio/baterijų banko senėjimas: Nuolatinis ciklų kartojimas pažeidžia baterijas ir siurblio sandariklius. Sprendimas: Laikykite atsarginį 12 V siurblio variklį namelyje. Baterijų elementus keiskite kas 8–10 metų.
• Uodai: Atviras vanduo skatina veisimąsi. Sprendimas: Talpų ventiliacijos angos ir siurblių korpusai yra sandariai uždengti tinkleliais arba naudojamos stalčių tipo lervicidų tabletės (content.ces.ncsu.edu). Vasarą naudojami galvos tinkleliai ir vidaus tinkleliai. Po lietaus išleiskite visą stovintį vandenį.
• Filtrų priežiūra: Anglies ir UF filtrai greičiau užsikimš organinėmis medžiagomis. Sprendimas: Keiskite filtrus du kartus per metus ir atvirkštiniu srautu plaukite UF kas savaitę. Turėkite porą galonų talpos avarinio vandens (virinto arba chloruoto), skirto valymo laikotarpiams.

Atvejo analizė 3: Sausas rezervuaras

Aplinka

Atokioje akmeninėje pastogėje prie dykumos rezervuaro (kaip oazės miestas). Saulė intensyvi beveik ištisus metus (~6–7 saulės valandos per dieną). Lietaus beveik nėra (galbūt audra kartą per metus). Pasitaiko smėlio ir dulkių audrų, apipilančių viską. Naktys gali būti vėsios, bet vasaros dienomis temperatūra artėja prie 40–45 °C. Vanduo gaunamas iš rezervuaro (šviežias, bet šiltas ir dumblinas po vėjo audrų).

Energijos planas

Saulės PV: Šios vietovės geriausias šaltinis yra saulės energija. Montuojame 20 didelio efektyvumo 400 W plokščių (8 kW) ant stogo ir netoliese esančių antžeminių stovų, optimizuotų žiemos/vasaros saulės kampui. Esant 6 saulės valandoms, 8 kW duoda ~48 kWh per dieną – gerokai daugiau nei 10–20 kWh per dieną, reikalingų (šviesos, šaldytuvas, ventiliatoriai, siurblys). Perteklių naudosime elektromobiliui įkrauti arba didelėms apkrovoms. Plokštės turi būti valomos nuo dulkių kas savaitę, kad būtų išvengta ~20–30% nuostolių; apsvarstykite automatinį valytuvą arba periodinę purškimo sistemą.
Vėjas: Dykumos vėjai yra nepastovūs (daugiausia vidurdienio/audrų metu, plius vėsios naktys). 300 W didelio patvarumo turbina gali pridėti kelis kWh vėjuotomis dienomis (tai padeda sumažinti baterijos naudojimą vakarais). Tačiau vėjas taip pat gali pakelti dulkes į mechanizmus – užtikrinkite, kad turbinos elektronika būtų sandari.
Baterijų bankas: Kad atlaikytume smėlio audras ar dulkių savaitę, įrengiame 48 V 800 Ah (≈38 kWh LiFePO₄). To užtenka ~3 dienų vartojimui. LiFePO₄ pasirinkta dėl saugumo (terminio stabilumo); tačiau intensyvus kasdienis įkrovimas-iškrovimas karštyje juos sendins greičiau. Įrengiame baterijos ventiliacijos/AC arba fazės keitimo vėsinimo dėžę, nes dienos metu plokščių srovės ir aplinkos šiluma gali pakelti baterijos temperatūrą virš 50 °C; ilgalaikė >45 °C temperatūra pagreitina nuolatinį talpos praradimą (www.clodesun.com). Baterijos aušinimas (žemiau ~40 °C) žymiai prailgins jos tarnavimo laiką.
Atsarginis generatorius: Nors saulės yra gausu, turėkite 10 kW dyzelinį generatorių blogiausiam atvejui (pvz., RV aušinimo skysčio siurbliui, arba jei reikalinga evakuacija). Dyzelinas gerai laikosi ir gali maitinti garinimo aušintuvą arba oro kondicionierių avariniu atveju.

Vandens valymo sistema

Šaltinis ir įleidimas: Rezervuaro atviras įleidimas yra apsaugotas nuo žuvų ir šiukšlių. Vanduo pumpuojamas 24/7 mažu greičiu (pvz., 10–20 L/min) į požeminę cisterną. Stambus 100 μm nuosėdų filtras sulaiko smulkias daleles. Smėlio/purvo nusodinimo baseinas (didelė nusodinimo talpa) pašalina sunkų smėlį/daleles lėtinant srautą.
Filtravimas: Po nusodinimo vanduo teka per:

• Dvigubo filtro terpę (smėlis/aktyvuota anglis) (10 μm) – pašalina smulkias nuosėdas ir organines medžiagas. (Anglis adsorbuoja bet kokius naftos produktus ar organines medžiagas.)
• Ultrafiltracijos membraną (0,05 μm) – bakterijoms ir mikroplastikui. (Rezervuaruose dažnai yra dumblių ir kartais nuotekų teršalų.)
• UV sterilizatorių (320 W didelės galios) – apdoroti ~5 m³/dieną 1 mL/s greičiu, naikinant patogenus. Arba, jei UV sistema sugenda, galima naudoti chloravimą; klimatas (daug saulės) gali greitai suardyti chlorą, todėl UV yra pageidautina geriamam vandeniui. Visas apdorotas vanduo patenka į 5 000 L slėginę cisterną (izoliuotą, kad apribotų dumblių augimą). Šiltą vandenį recirkuliuojame į prijungtą saulės vandens šildytuvą, pagerindami šildymą. Maža cisternos ventiliacijos anga apsaugota nuo vabzdžių (dulkės taip pat užblokuojamos 5 mm tinkleliu (content.ces.ncsu.edu)).
  Paskirstymas: Aukštos kokybės siurblys (1–2 kW, 48 V) siurbia vandenį iš cisternos namų reikmėms. 5 m aukščio skirtumas iki virtuvės ir dušo užtikrina vandens slėgį; minimalus vandentiekis apsaugo nuo oro kamščių. Vonios ir virtuvės čiaupai gali būti aprūpinti ypač smulkiais pirminiais filtrais (50 μm) kaip galutiniu saugumo tinklu.

Pilkojo vandens strategija

Pakartotinis naudojimas: Dykumoje vanduo yra brangus. Pilkasis vanduo (dušo, kriauklės, skalbimo – bet ne tualeto vanduo) yra visiškai pakartotinai naudojamas nevalgomiems apželdinimams. Mes jį nukreipiame į kiemo lysvę, kuri apsodinta vietiniais kserofitiniais krūmais (meskitu, alijošiumi, agava), kurie toleruoja muilus. Naudodami pilkąjį vandenį beveik išimtinai, sumažiname geriamojo vandens suvartojimą maždaug 40%.
Paskirstymas: Vamzdžiai nukreipia pilkąjį vandenį į grotelėmis dengtą tranšėją (20×1 m), užpildytą žvyro mulčiu išilgai daubos. Jis lėtai pasiskirsto dirvožemyje. Mes dvigubai iškluojame tai, kad išvengtume prasisunkimo į gruntinius vandenis, nukreipdami jį po medžių šaknų zona. Pilkojo vandens pH yra ~7,5–8 dėl muilo, todėl dirvožemis nepažeidžiamas.
Saugūs muilai: Visi buitiniai valikliai turi būti ypač švelnūs. Reikalaujame naudoti pilkajam vandeniui saugius produktus (washwild.com.au) (be baliklių, su minimaliu paviršinio aktyvumo medžiagų kiekiu). Pavyzdžiui, naudojame natūralų muilą su eteriniais aliejais – bet kokia šiurkšti cheminė medžiaga sunaikintų mūsų dykumos augalus.
Tualetai: Įrengiame kompostuojamąjį tualetą, kad pašalintume juodąjį vandenį. (Išmetamosios atliekos surenkamos paslaugų įmonės.) Bet koks atsitiktinis tualeto nuleidimo vanduo yra minimalus; kitu atveju, mes pasikliaujame surinktu pilkuoju vandeniu.

Dienos rutina

• Aušra: Saulės kolektorių sistema greitai įsijungia. Ryto darbai (indų plovimas, kiemo laistymas praėjusios nakties pilkuoju vandeniu, šaltų pusryčių ruošimas) atliekami tuo metu, kai kolektoriai maitina vandens šildytuvą ir viryklės degiklį. Rezervuaro siurblys veikia automatiniu režimu, papildydamas cisterną dėl nakties paklausos.
• Rytas: Iki 9 val. ryto baterija yra visiškai įkrauta. Dabar atliekame didelio elektros energijos poreikio darbus (skalbimas, nešiojamųjų kompiuterių įkrovimas, ventiliatorių/vėdinimo įrenginių naudojimas). Langai užbarikaduojami nuo karščio, tačiau ryto vėjelis leidžia vėjo turbinai prisidėti nedideliu įkrovimu.
• Vidurdienis: Vengiame karščio. Veikla sulėtėja. Šeima ilsisi viduje (storos sienos padeda vėsesnėmis dienomis). Plokštės greitai nuvalomos nuo dulkių iki vidurdienio (jei sąlygos leidžia trumpai nuplauti ar nušveisti), kad būtų išlaikyta didelė išeiga. Indų plovimas ar augalų laistymas tuomet atliekamas naudojant saulės energiją.
• Vakaras: Saulei leidžiantis, darbus perkeliame į lauką (paukščių stebėjimas su judesio davikliais, arba sukaupto šalto vandens naudojimas dušams). Generatorius įjungiamas, jei reikia oro kondicionavimui arba maisto ruošimo reikmėms po tamsos. Pilkasis vanduo nukreipiamas į kiemo lysvę; naktį garavimas lėtas, tačiau žvyro sluoksnis vis tiek jį surenka.
• Naktis: Naudojamas tik būtinas apšvietimas (LED šviestuvai, saulės žibintai). Baterija lengvai juos maitina. Kai šeima užmiega apie 22 val., sistema veikia tuščiąja eiga – baterija daugiausia yra pilna nuo karštos dienos saulės.

Numatomi gedimai ir nenumatytų atvejų planai

• Dulkės ant plokščių: Pusės colio storio dulkių sluoksnis gali sumažinti išeigą iki 30% (large.stanford.edu). Sprendimas: Įdiekite automatinius valytuvus arba suplanuokite rankinį valymą po audrų. Turėkite po ranka slėginį plovimo įrenginį. Antrinis masyvo pakreipimas, purtant sniegą, taip pat pašalina dulkes.
• Baterijos perkaitimas: Baterijos dėžė vidurdienį gali pasiekti >60 °C, jei nėra vėdinama. Sprendimas: Naudokite fazės keitimo aušinimo paketus arba mažą oro kondicionieriaus ventiliacijos angą. Visada laikykite baterijas pavėsyje; niekada nekraukite/iškraukite virš 45 °C, kitaip prarasite talpą (www.clodesun.com). Jei įvyksta perkaitimas, išjunkite įkrovimą ir pasikliaukite atsarginiu generatoriumi/propanu.
• Siurblio gedimas: Smulkus smėlis gali nudėvėti siurblio sandariklius. Sprendimas: Įdiekite pirminę smėlio gaudyklę (nusodinimo baseiną), kuri valoma kas mėnesį. Turėkite rankinį siurblį, kad galėtumėte semti vandenį iš cisternos, jei elektrinis siurblys sugenda.
• Sterilizatoriaus gedimas: UV lempos perdega. Sprendimas: Turėkite atsarginių lempučių. Jei UV sistema neprisijungusi, pridėkite buitinio baliklio (natrio hipochlorito) po 1 ml litrui kaip laikiną dezinfekavimo priemonę (vandens skaidrumas turi būti didelis, kad UV būtų veiksmingas).
• Ekstremalus karščio poveikis: Jei oro kondicionierius sugenda, turėkite šešėliavimo audinių ir purškiamųjų ventiliatorių. Generatorius gali maitinti garinimo aušintuvą kaip avarinę priemonę (nors jie sunaudoja daug vandens).

Lyginamosios pamokos ir pritaikomas šablonas

Pamokos: Kiekvienas klimatas reikalauja skirtingo išteklių derinio. Alpių atveju patikimumas buvo svarbesnis už gausą – mes stipriai pasikliovėme vėju ir mikro-hidro energija, kad kompensuotume trumpas žiemos dienas, ir izoliuotomis sistemomis nuo užšalimo. Lietingame miške vandens buvo gausu, bet saulės – ne, todėl kiekvieną lašą panaudojome du kartus ir pridėjome vėjo/hidro atsargą. Dykumoje saulės energija dominavo, tačiau dulkės ir karštis sukūrė savo priežiūros darbus. Tačiau visais trimis atvejais išryškėjo bendri principai:

• Subalansuokite pasiūlą ir paklausą: Perdimensuokite generavimo pajėgumus, kad padengtumėte blogiausias dienas; pavyzdžiui, siekite įkrauti baterijų banką per vieną saulėtą dieną (www.anernstore.com).
• Kaupti taupiems laikams: Baterijos ir vandens talpos turi užtikrinti 2–3+ dienų naudojimą, nes orai yra nenuspėjami. (Saulės energija pagrįstuose kaimuose dažnai palaikomas 3 dienų autonomiškumas net prieš įrengiant generatorių.)
• Daugiapakopis vandens valymas: Visada įtraukite nuosėdų pirminius filtrus, smulkius filtrus/UF ir dezinfekavimą ežero/upelio vandeniui (offgridcollective.co). Vienas etapas nepakanka.
• Pakartotinai naudokite pilkąjį vandenį: Drėgname klimate tai yra nepatogumas, sausame klimate – gyvybės šaltinis – bet bet kuriuo atveju jis privalo būti be toksiškų cheminių medžiagų (washwild.com.au). Iš anksto suprojektuoti augalų lysves ar infiltracijos laukus yra labai svarbu.
• Tikėkitės gedimų ir juos šalinkite: Kiekviena aplinka turėjo akivaizdžių silpnųjų vietų (užšalę vamzdžiai, uodai, dulkės, druskos purškimas, gyvūnai). Numatysite vietinę problemą ir įdiekite perteklinį pajėgumą (pvz., atsargines filtrų kasetes, sandarias talpas, tinklelius, saulės baterijas ant spyruoklinių vyrių, kad nukratytumėte sniegą/dulkes).

Pritaikomas dizaino šablonas: Skaitytojai, planuojantys savo atokią pakrantės sistemą, gali vadovautis nuoseklia sistema:

1. Įvertinkite klimatą ir išteklius: Atkreipkite dėmesį į saulės valandas, vėjo modelius, vandens prieinamumą, floros/faunos problemas.
2. Įvertinkite apkrovas: Apskaičiuokite dienos kWh ir vandens suvartojimą vienam asmeniui (pvz., ~150–250 L/diena/asmeniui, įskaitant pagrindinius namų ūkio poreikius (sunpumps.com)). Įtraukite bet kokį sodininkavimą ar gyvulininkystę.
3. Pasirinkite generavimo derinį: Paskirstykite saulės (PV) pajėgumus, naudodami vietinius saulės duomenis, taip pat apsvarstykite vėjo ar hidro energiją, jei yra. Užtikrinkite, kad PV galėtų įkrauti baterijas nuo tuščios per vieną vidutinę saulėtą dieną (www.anernstore.com).
4. Nustatykite saugojimo talpą: Suplanuokite baterijas bent 2–3 dienų autonomijai (pvz., dydis = Apkrova × Dienos / Iškrovimo gylis) ir vandens talpas panašiai (dažnai 3–7 dienų vandens tiekimas). Naudokite izoliaciją arba šildymą, jei šaltis yra problema (widetempbatteries.com), arba aušinimo ventiliaciją, jei yra ekstremalus karštis (www.clodesun.com).
5. Suprojektuokite vandens valymą: Naudokite pakopinį filtravimą. Ežerų/upelių vandeniui įtraukite nuosėdų (50–100 μm), anglies filtrus, mikrofiltraciją/UF (0,1–0,2 μm) ir UV arba cheminį dezinfekavimą (offgridcollective.co). Visada uždenkite talpas, kad apsaugotumėte nuo vabzdžių ir šiukšlių (content.ces.ncsu.edu) (content.ces.ncsu.edu).
6. Suplanuokite pilkojo vandens pakartotinį naudojimą: Nuspręskite, ar drėkinsite augalus, ar naudosite nuotekų duobes. Sukurkite tinkamas lysves ar smėlio padėklus prieš apsigyvendami ten. Naudokite tik biologiškai skaidžius, pilkajam vandeniui saugius muilus (washwild.com.au).
7. Rutina ir perteklinumas: Nustatykite kasdienę rutiną, kuri maksimaliai padidina energijos gamybą (pvz., skalbkite, kai šviečia saulė). Nustatykite vienintelius gedimo taškus (pvz., tik vienas siurblys) ir pridėkite atsargines sistemas (papildomas siurblys, atsarginės plokštės, rankinis generavimas). Apmokykite gyventojus stebėti sistemos būklę (pvz., baterijos įtampą, vandens skaidrumą).
8. Apsaugos nuo gedimų protokolai: Turėkite avarines procedūras: kaip virinti/apdoroti vandenį, jei filtrai sugenda, kaip naudoti atsarginį generatorių, jei išsikrauna baterijos, kaip pašalinti gyvūnus, jei jie kelia grėsmę sistemai. Turėkite avarinę vandens butelių, kuro ir dalių atsargą.

Sistemingai atliekant šiuos veiksmus – kaip iliustruoja mūsų trys ežerų scenarijai – bet kuris savarankiškas ežero pakrantės projektas gali būti suprojektuotas taip, kad būtų patikimas, atitinkantis klimatą ir ilgaamžis.