"Mid-tech" DIY 3-fas elverk för garage och off-grid hushåll

[JohnA]

I flera år har tanken om att leva off-grid lockat mig, men ett tämligen normalt familjeliv har hållit min motivation på ganska låg nivå. Med barnen på väg uppåt i tonåren och ett hus som blir onödigt stort inom en överskådlig framtid lockar det alternativa livet lite mer. Om det sedan blir verklighet beror på flera faktorer, inte minst på mitt mod att våga satsa på något så annorlunda som livsstil. Det är absolut inte något "back to basic" torparliv jag är ute efter, det handlar mer om den sköna känslan av oberoende och frihet från diverse avtal, och inte minst de spännande praktiska och tekniska utmaningar det skulle innebära för att uppnå ett ändå förhållandevis modernt liv.

Eftersom bilar och elektronik definierar hela mitt liv så starkt vill jag inte avstå från detta. Därför är det avgörande att ha fungerande verkstadsutrymme året runt, men el som räcker för diverse verktyg och inte minst svetsning. Vardagliga bekvämligheter som tvättmaskin, torktumlare, mikrovågsugn m.m. ingår också i mina minimumkrav. Ett lite större trefas elverk baserat på en personbilsdiesel och traktorelverk (eller kanske en konverterad släpringad asynkronmotor) borde räcka fint när de större energibehoven kallar. Med lite planering kan man samköra vissa av apparaterna så att drifttiden för elverket minimeras. Under vinterhalvåret tillvaratar man naturligtvis spillvärmen från motorn via värmeväxlare och vattenmagasin för uppvärmning av bostad/garage. Dieselmotorn kan dessutom driva en AC-kompressor som används som värmepump, för att kyla ventilationsluft och avgaser. Jag tänker att systemet vintertid kan fungera som alternativ till en oljepanna, som dessutom ger elektricitet. Även om den producerade elen blir betydligt dyrare per kWh än "Två hål i väggen" kommer den mesta av elen resultera i uppvärmning inomhus under vinterhalvåret. Under sommarhalvåret kan spillvärmen lagras till tappvarmvatten så man slipper elda för detta. Med värmepumpstekniken bör bränslekostnaden minska en god bit närmare den för "köpe-el".

Matlagning går på vedspis vintertid och gasol under sommarhalvåret, samt vid behov ugn, mikro m.m. då elverket är igång. Som alternativ eller komplement till en stor välisolerad ackumulatortank sommartid för tappvarmvatten kan jag tänka mig en gasoldriven genomströmningsberedare. Gasol är dyrare än diesel (biodiesel, SVO) så motorkylvatten boostad med remdriven värmepump borde i slutänden ge billigare tappvarmvatten ihop med en bra ackumulatortank, även sommartid.

För de lättare elbehoven tänker jag ett parallellt system med blyackar/bilbatterier och inverterteknik för att driva mindre apparater som vill ha 230 volt när inte det stora elverket är igång. Det är då främst belysning, vattenpumpar, dator, mobilladdare m.m.

De kanske knepigaste behoven av hushållsel jag kommer på är kyl och frys. Dessa behöver kunna starta och stoppa helt på egen hand vid behov, dygnet runt, energibehovet relativt stort samt att den induktiva belastningen och startströmmen ställer stora krav på en inverter 12V/24V till 230 V. Kyl och frys bör placeras så svalt som möjligt i huset, sommar såväl som vintertid, för även om de under vinterhalvåret faktiskt tillför huset värme är det en förhållandevis dyr och besvärlig värme. Det finns förvisso gasoldrivna kylskåp, men dessa är dyra och har direkt usel verkningsgrad, till råga på allt med ett dyrt fossilbränsle. För riktig djupfrysning funkar vad jag vet inte heller den tillgängliga tekniken (absorption), utan där krävs kompressorkyla.

Finns någon lagringsteknik med fasomvandling som verkar vid något 20-tal minusgrader? Någon saltlösning t.ex? Jag tänker att man kanske kan komplettera en befintlig frysbox med energilagring så den klarar att hålla djupfrys-temp en längre tid, mellan de kortare stunder man kör elverket. I praktiken är det kanske inte svårare än att ha en välisolerad frys som alltid är välfylld med mat och isklumpar?

[JohnA]

Innan någon skriker "FGI!" till mig kan jag erkänna att jag skrev det inledande inlägget först, och sedan började läsa gamla trådar.  Något jag förstår är klokt om man sätter sig i en så pass sårbar situation som att försöka leva modernt fast man är off-grid är att inte lägga alla ägg i en korg. Som ingenjör, elektronik- och maskinmicklare tror jag mig ha en ganska bra kunskapsgrund för att både bygga upp och sköta ett off-grid elsystem.

Det centrala i min idé är det halvstora elverket kring en personbilsdiesel, men jag inser att elförsörjningen bör kompletteras med både solceller och kanske ett mindre vindkraftverk. Dessa komplement är inte minst värdefulla för att kunna hålla igång kyl och frys året runt. Jag antar för övrigt att det bästa är att i högsta möjliga grad producera elen samtidigt som man behöver den, för att slippa stora dyra ackumulatorer, vilka i sig har en verkningsgrad. (jag läste nyss att NiFe/NiCd vid laddning behöver ett energiöverskott på hela 40%, och även andra ackumulatortekniker har förstås sina värmeförluster vid laddning) Att under sommarhalvårets soliga dagar "gratis" få den el som behövs för kyl och frys just när den behövs som bäst är knappast fel, och på det ett litet överskott så man klarar belysning och annat smått under dygnens mörkare timmar. Under vinterhalvåret lär elverket vara igång betydligt mer, men i gengäld minskar energibehoven i kyl & frys ganska mycket om de är smart placerade.

[JohnA]

Om ett halvstort elverk behöver köras någon timme eller två per dygn vintertid för att driva tvättmaskin, "verkstadsel/hobbyel", pumpa vatten m.m. och spillvärmen från motorn tas tillvara effektivt med en värmepump tänker jag att värmelagrande elradiatorer samtidigt borde kunna drivas hyfsat ekonomiskt för att få värme i utrymmen som är svåra att nå med vattenburen värme, t.ex. ett torrdass, vilket man kanske inte vill ha allt för nära bostaden. Sådan "värme-el" kan ju alstras tämligen oreglerat till både spänning och frekvens. Det skulle t.ex. kunna vara en elpatron i botten på en vattentunna, eftersom vatten är en billig och effektiv värmeackumulator.

Även solceller och vindkraftverk skulle kunna användas specifikt för denna typ av uppvärmning, helt utan batterier och reglerelektronik. Om det blåser eller solen skiner blir det varmt, och det man får på detta vis "gratis" slipper man betala för i elverket.

En annan gammal idé jag lekt med om uppvärmning/energihushållning är att ta med sig en del av bilens spillvärme hem i en ackumulatortank. Ni snackar vi 100-tals liter, och det blir förstås tungt och skrymmande, men med smart bilkörning behöver inte ens 400kg extravikt innebära så mycket dyrare bränslenota. Det har förresten provats motorvärmesystem med fasomvandling i något slags saltlösning, så att man får "gratis" motorvärme av spillvärme från senaste bilkörningen. Kör man mycket bil borde detta gå att skala upp, kanske i sådan grad att man kan koppla två slangar mellan bilen och huset vid hemkomsten för överskottet? Med rent vatten i bilens ackumulatortank kan man åka hemifrån med tanken tom (=mindre dödvikt att släpa på) och sedan fylla upp innan man ger sig hemåt igen, och på så vis få med sig färdigvärmt tappvarmvatten av drickbar kvalitet. (kan vara praktiskt om man inte har egen vattentäkt, något som också det är spännande att fantisera om)

[JohnA]

(jag skriver minst lika mycket som ett slags anteckningsbok till mig själv som för att ha en diskussion med andra  )

På tal om att inte lägga alla ägg i samma korg hittade jag nu ett inlägg från torbjörn beträffande elverk, där han påpekade fördelen med bensinmotorer i att de kan göras på gengas. Fördelen med stationära installationer är ju att de kan få vara skrymmande och tunga, så jag tänker att man faktiskt kan ha både en dieselmotor OCH en bensinmotor, och sedan välja hur elverket olika generatorer samt värmepumpkompressor (-erna) ska drivas just för stunden. På annat håll har också påpekats bensinmotorns större startvillighet i stark kyla, så behöver man en större mängd el ganska snabbt kör man igång på diesel, och krånglar dieselmotorn vevar man igång den med bensinmotorn. Om sedan driften är tänkt att pågå en längre tid kan det vara värt besväret att elda igång gengasgrytan, och spillvärmen från denna kan förstås vintertid komma huset till nytta för uppvärmning som om den vore en vedpanna. (man får förstås noga se upp med koloxidrisken)

Eftersom en dieselmotors bränsleförbrukning är bättre än bensinmotorn på att följa effektbehovet gör det kanske inte så mycket om dieselmotorn är en ganska stor personbilsmotor, medan bensinmotorn kan vara en betydligt mindre maskin för att bättre matcha de faktiska effektbehoven från elverket. Jag tänker att tvättmaskin och en del garageutrustning, inte minst trefas elsvets är de "tyngsta" prylarna men att man vet ganska väl när de behövs och kan planera elverksdriften därefter. När man bara ska ladda batterier, driva kyl&frys, datorer, arbetsbelysningar m.m. borde en "kolvlobotomerad" småbilsmotor duga utmärkt. (endast en eller två kolvar kvar i motorn för att höja belastning/verkningsgrad)

[ensamhet]

Om du tar en äldre dieselmotor från en mindre lastbil eller en traktor, så har de bra vridmoment och orkar driva på låga varv.
Bra för bränsleförbrukning och ljudnivån.

Startproblem är inget att bry sig i.
Om du ändå ska ta tillvara värmen från kylvattnet, så gör du tvärt om och skickar ut värme från acktanken/vedpanna till motorn för att värma upp den innan start.

Bättre för miljön och bränsleförbrukningen att starta varmt.
Tar du en motor från en lastbil med tryckluftsbromsar, så har du kompressor och kan pumpa upp tankar i verkstaden, medan motorn ändå går.
Låter du växellåda med kraftuttag sitta kvar på motorn, så kan du ha en hydraulpump för att driva något också.
En lastbilsmotor har lättare att gå på diesel utblandat med olika oljor. Har själv kört på olivolja, matolja, rapsolja och oljan från tonfisk i leverolja mm.

[lichiplommon]

Hur det med en stirlingmotor kopplat till generator och värme? Kanske en sån här: http://www.inresol.se/products/inresol-v2-6-x

[torbjorn]

Stirlingmotorer ligger i en helt annan prisklass, finns praktiskt taget inte att tillgå begagnade och är inte alls tilltalande för den som är ute efter låg- eller nollbudgetlösningar.
Inresols verk är säkert utmärkta för den som vill ha en vedbaserad egen elproduktion, har obegränsad tillgång på pengar men även en ansenlig klase centraltummar som hindrar eget arbete. Men de har ingenting att göra med denna tråds projektanda.

För att slippa problemet med höga startströmmar hos kylkompressorer kan det vara värt att kosta på sig någotsånär moderna kyl- och frysskåp med inverterstyrd kompressor. De har mjukstart och fungerar således utmärkt även ihop med ett svagt elnät. Tekniken har funnits i åtminstone 10 år, så det borde börja dyka upp kostnadsfria begagnade sådana skåp vid det här laget.

[JohnA]

@Torbjörn & Ensamhet: Ni har helt klart fattat mitt synsätt.   Tror jag kaaanske nämnde något inledningsvis, eller att min tagline säger något om detta också. 

Mina funderingar drivs av en längtan att bli fri från en hel del kontrakt, avtal och abonnemang, men också av att det lite rebelliska oberoendet lockar, hur barnsligt det än kan låta i en del människors öron. Jag tänker att om människan klarat sig utan el i 150.000 år så ska det väl inte vara hela världen att erkänna att man är bortskämd och sedan skala ner sig från saker som kanske mest bara stressar. Att skala ner bostadens storlek och standard till att omfatta en liten lägenhet ovanpå garage/hobbyverkstad ihop med ett större kallförråd sparar energi och hjälper till att fokusera positiv energi på roliga hobbies. Jag ser en möjlighet att bli helt fri från banklån och elabonnemang, och kanske även från slamtömning (avlopp) och sophämtning. Det sistnämnda blir kanske svårast att slingra sig ifrån, men om boendet inte är registrerat som bostad kan det kanske gå, och inget hindrar ju att man officiellt bor i en husvagn/husbil permanent. Tyvärr innebär det att man måste registrera sig som hemlös i samma kategori som uteliggarna, men efter att ha pratat med pensionärer som sålt villan, bosatt sig i husbilen och reser runt i hela Europa efter årstidernas växlingar har jag fått för mig att det inte behöver vara något större problem så länge man inte har småbarn. Grannen där jag bodde tidigare hade officiellt en näringsfastighet med endast garage och "kontor", vilket aldrig varit något problem för honom. Vill man gardera sig är det kanske smart att komplettera boendet med en gammal husvagn utanför. :-)

Jag tänker att egen elproduktion baserad på "skrotmaskiner" säkert ger ganska dyra kilowattimmar, men att det ändå kan löna sig ekonomiskt när man slipper nätavgifter m.m. och dessutom tvingar sig att dra ner på elbehovet ganska radikalt. Att det blir dyrt när man drar igång elverk och värmepannor på fullt ös för några timmar i garaget mitt i vintern kanske det ändå kan bli bra marginaler att klara i ett längre perspektiv.

Jag tänker mig att huset har ett värme- och ljudisolerat "maskinrum" för att effektivt kunna återvinna motorernas värmeförluster vintertid. Ventilation via värmeväxlare/värmepump så man slipper maskinrumslukten i bostaden. Maskinrummet kan förstås vara ett hörn av garaget, vars betonggolv har vattenburen golvvärme som kan kopplas in på motorernas kylsystem vintertid. Visst kommer det brumma, men man väljer ju själv när maskinerna ska köras, och det sker ju oftast när man har andra "stökiga" aktiviteter på gång.

[Landet]

Spontant känns det som mycket jobb för att ta tillvara spillvärme i ett elaggregat som ev går någon timme per dygn.
Men ett vedsystem med acktank där du kan värmeväxla in det överskott du önskar?
Sedan som ensamheten skriver kan du köra ett dieseaggregat på frityrolja från närmsta hamburgerbar.
Sedan förvärmer du en ev dieselmotor med gasollåga el dyl när det är en massa minusgrader så det är eg inget bekymmer.

Vet inte om du skrev det men solceller? Och nyttja det du kan dvs kylutrymme nere i backen eller jordkällare. Varmvatten på vinden och solfångare.

Skickat från min AGM X1 via Tapatalk

[JohnA]

Det är inget "skarpt läge" för mig, mer att jag tycker det är kul att fundera på hur man SKULLE KUNNA göra om möjlighet/kris uppstod. Naturligtvis utgår jag från det som står mig närmast, och jag leker då med tanken att mitt eget garage/förråd skulle kunna bli off-grid med året runt-boende ovanpå garaget. Kanske kommer det inom loppet av några år faktiskt kunna bli ett seriöst projekt.

Byggnaden är från 1940-talet med ett oisolerat garage delvis i markplan, halvt "under jord" i bakkant, och en förrådsbyggnad ovanpå. Garaget med plats för två längre personbilar har väggar av ganska usel betong som är på väg att kollapsa av tidigare marktryck från sidorna. Till råga på allt tränger grundvatten fram i garagets inre ände. Detta hindrar mig dock inte från att fantisera...  Det har gått så långt nu som till att rita en byggplan för hur huset ovan jord skulle kunna bli en schysst bostad på ett 50-tal kvadratmeter, en inbyggd vedbod och ett stort kallgarage/förråd. Suterränggaraget kan renoveras och få vattenburen golvvärme, och med plats för mer än två bilar kan det inrymma elverk, pumpar, avloppstank m.m. och samtidigt vara ett fint hobbygarage för vilda byggprojekt.

Jag tänker att det absolut viktigaste att ha konstant elförsörjning till är kyl, frys och cirkulationspumpar för ackumulatorvarmvatten. Att kunna ladda mobiltelefonen och driva en dator är förstås inte hellre fel. Att därför åtminstone i inledningsskedet fuska och "låna" max några ampère 230V enfas växelström från intilliggande bostadshus via en separat elmätare för självkostnadspris vore inte helt galet, men en stor trygghet.

Det är väl rimligen så med ackumulatorer (bly-syra, litium-jon, nickel-metallhydrid) att verkningsgraden sjunker med ökande laddningsström? -Att det därför blir ytterligare en fördel om man kan ladda batterierna från solceller dagtid än att göra det på kort tid från ett bränsledrivet elverk?

På våren och hösten finns det en hel del vatten i en närliggande bäck, och den har dessutom riktigt schysst fallhöjd. Varje källa till gratis energi betyder mindre behov av diesel eller biobränslen, och det vore kul att även involvera vattenkraft, om det så bara går att plocka ut några 100-tal Watt ur den lilla bäcken. Sett ur en helhet kan varje litet bidrag från olika energikällor bli värdefulla, i synnerhet om man kan ta tillvara på energin utan att behöva inverstera stora pengar i nytillverkade prylar.

[JohnA]

Nu snurrar jag ju i två närbesläktade forumtrådar samtidigt, men så som tankarna går tycks det eventuella projektet dela upp sig väldigt tydligt i två helt olika system: Ett kanhända gengasdrivet elverk med en kontinuerlig uteffekt på max någon kW och ett betydligt större dieseldrivet trefas elverk som kan driva elverktyg, pumpar, svets m.m. Denna tråd får i fortsättningen handla enbart om det större elverket.

Dieselmotor med växellåda har jag redan, frågan är hur man billigast ordnar en trefas generator som klarar de tyngre maskinerna? Är ett traktorelverk enda lösningen? Jag antar att spänningsregleringen inte behöver vara på topp, men att frekvens och vågform inte bör avvika allt för mycket från 50Hz sinus för att transformatorer, motorer och elektronik inte ska få spader eller dålig verkningsgrad.

Egentligen är det nog bara den stora MIG-svetsen som behöver trefasström, och då har jag funderat på om man kan ersätta dess transformator med en gammaldags likströms svetsomformare, alltså de där blytunga maskinerna med roterande omformare. Motordelen i en sådan omformare är väl förvisso en trefas asynkronmotor, men den kanske går att driva direkt från dieselmotorn i stället och sedan på något fiffigt sätt magnetiseras med lik- eller växelström från batterier, inverter eller ett mindre enfas elverk? Att få tag på en sådan svetsomformare nuförtiden är kanske inte det lättaste, men det borde bli billigare än bensindriva svetsaggregat. Eller för all del, en modern enfas "pinnsvets" med inverterteknik borde väl funka till att ersätta trefastransformatorn i en MIG-svets?

[ensamhet]

Jag kanske har kvar en stor 3-fas generator, från ett sorteringsverk som jag skrota för länge sen och dieselmotorn togs till en grävare.
Men den kanske är för stor?

[torbjorn]

Här finns en släpringad trefasmotor till övers, jag tror den är på ca 10-20 kW. Sådana brukar kunna fungera som synkrongenerator om man använder rotorlindningen som fältlindning och tillför likström till den.

[JohnA]

Främst är jag rädd för kostnader, här råder i princip nollbudget tills vidare för intressante "leksaksprojekt". Så länge barnen bor hemma lär jag nog fortsätta leva svenssonliv vad gäller el, värme, vatten och avlopp, men om några år kanske läget är ett annat. Till dess funderar jag på att ha garaget/förrådet som ett slags experimentverkstad, för jag ÄR verkligen nyfiken på detta! Om sedan "forskningen" kan vara till nytta eller mig själv så småningom, är det ju inte bortkastad tid. Hobbies måste man ju ha! 

När jag flyttade dit jag bor nu för åtta år sedan slängde jag två släpringade asynkronmotorer, vilket just nu känns väldigt surt. Jag räddade dessa från skroten just för att testa att köra dem som trefasgeneratorer. Om jag fattat rätt får man problem av att rotorn inte blir symmetriskt magnetiserad, men om det innebär distorsion på sinusvågen, besvärlig fasförskjutning, värmeförluster eller annat knas klarar jag inte av att gissa på egen hand. Om problemet bara är en hög magnetiseringsström och relativt låg uteffekt i förhållande till fysisk storlek är det saker som går att leva med och sannolikt inte heller ger problem i en trefas svetstransformator.

Ensamhet, är det en jättegenerator du har, och är det större pengar du vill ha för den? Jag finns i Vallentuna mellan Stockholm, Uppsala och Norrtälje. Är det en metallklump som kan göra jobbet åt mig är jag beredd att åka en bit med släpkärran, men det kostar tyvärr det också. Samma fråga går till Torbjörn.

[ensamhet]

Har ingen aning om hur vilken effekt den har, men den drev flera motorer på en 200 hästar totalt, kanske mer.
Med lite balkar, kablar och elskåp, väger den ca 2 ton

[JohnA]

Har ingen aning om hur vilken effekt den har, men den drev flera motorer på en 200 hästar totalt, kanske mer.
Med lite balkar, kablar och elskåp, väger den ca 2 ton

Ohshitt! Det låter som en hel del overkill för det jag siktar på, och blotta skrotvärdet är nog utom räckhåll för mig så här på "leknivå".

OT-gnäll: Mina idéer som sakta övergått till inte bara drömmar utan en verklig strävan och en plan har dessvärre fått grus i maskineriet av Lantmäteriet. -Ett garage/förråd är en s.k. Komplementbyggnad, och en sådan kan inte bilda ny fastighet utan en tydlig och unik funktion som kan bestå flera generationer framåt i tiden. Att konvertera byggnaden till ett bostadshus tycks vara enda vettiga möjligheten, men då blir det "hela baletten" med dyra fakturor även vid avslag och krav på el, vatten och inte minst avlopp. Detta är okänd mark för mig men jag ska kolla runt på forumet nu om jag hittar en bättre avdelning för sådana saker så vi kan hålla denna "maskintråd" ON topic.
 EDIT: Det fick bli en ny tråd under Bygga & bo - Övrigt: https://www.alternativ.nu/index.php?topic=190545.0