Η χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί σήμερα αναπόσπαστο κομμάτι της ζωής μας. Οι περισσότεροι από εμάς δεν γνωρίζουμε πως θα μπορούσαμε να ζήσουμε χωρίς αυτήν έστω και για λίγες ημέρες. Τα κύρια οφέλη της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η εύκολη μεταφορά της μέσω αγωγών και η απευθείας μετατροπή της σε άλλες μορφές όπως η κινητική και η θερμική. Τα μειονεκτήματά της θα μπορούσε να πει κανείς πως είναι η αδυναμία αποθήκευσης σε μεγάλη κλίμακα και η επικινδυνότητά της για τον άνθρωπο. Η ηλεκτρική ενέργεια, όπως και οι άλλες μορφές ενέργειας που γνωρίζουμε, δεν παράγεται αλλά μετατρέπεται από άλλες μορφές. Μερικά παραδείγματα μετατροπής είναι από αιολική, ηλιακή, θερμική, κινητική και χημική σε ηλεκτρική. Σημαντικό είναι να πούμε εδώ πως η ηλεκτρική ενέργεια υπάρχει στην φύση σε διάφορες μορφές διαφορετικές ως προς αυτές που έχει επιλέξει ο άνθρωπος να χρησιμοποιεί. Η δυο κύριες μορφές του ηλεκτρισμού που γνωρίζουμε είναι το συνεχές ρεύμα και το εναλλασσόμενο ρεύμα. Συνεχές είναι το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει πάντα προς μια κατεύθυνση σε έναν αγωγό ενώ εναλλασσόμενο εκείνο που αλλάζει η φορά του συνεχώς. Σε όλα τα ηλεκτρικά δίκτυα παγκοσμίως χρησιμοποιείται το εναλλασσόμενο ρεύμα λόγω κυρίως της ιδιότητάς του να μετασχηματίζεται ώστε να καθίσταται η μεταφορά του σε μεγάλες αποστάσεις εφικτή με μικρές απώλειες. Το συνεχές ρεύμα υπάρχει στις γνωστές μας μπαταρίες κάθε τύπου και μορφής. Τα ηλεκτροφόρα σύννεφα των καταιγίδων, και η διαφορά δυναμικού μεταξύ ιονόσφαιρας και εδάφους είναι δυο παραδείγματα ηλεκτρικών φορτίων που περιέχουν τεράστια ποσά ηλεκτρικής ενέργειας που ο άνθρωπος δεν έχει καταφέρει ακόμη να ‘δαμάσει’ , ώστε να τα μετατρέψει σε μορφή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα υπάρχοντα ηλεκτρικά δίκτυα. Τα κύρια χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η τάση, το ρεύμα και η ισχύς. Στο εναλλασσόμενο ρεύμα πέραν αυτών υπάρχει και η συχνότητα εναλλαγής που τυπικά η κάθε χώρα όρισε στους 50 ή 60 κύκλους (Hertz) ανά δευτερόλεπτο.
Σε ένα μέσο νοικοκυριό υπάρχουν πάρα πολλές και διαφορετικές συσκευές που λειτουργούν με ηλεκτρική ενέργεια. Η ισχύς τους διαφέρει και είναι ένα ουσιαστικό κριτήριο για την ηλεκτρική αυτονόμηση ενός σπιτιού. Οι πιο ενεργοβόρες (που απαιτούνε και την μεγαλύτερη ισχύ) συσκευές, είναι κυρίως αυτές που την μετατρέπουν σε θερμότητα όπως ο ηλεκτρικός θερμοσίφωνας, η ηλεκτρική κουζίνα, το αερόθερμο, ηλεκτρικό σώμα καλοριφέρ, πιστολάκι μαλλιών, πλυντήρια πιάτων – ρούχων (εφόσον ρυθμίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες πλύσης) κλπ. Το ηλεκτρικό δίκτυο παρέχει στον κάθε καταναλωτή ένα σημαντικό πλεονέκτημα έναντι όλων των άλλων αυτόνομων συστημάτων: Μπορεί να δώσει μεγάλη παροχή ισχύος για μεγάλο χρονικό διάστημα πχ. Μπορούμε ταυτόχρονα να μαγειρεύουμε και να λειτουργούμε το πλυντήριο και τον ηλεκτρικό θερμοσίφωνα ή να χρησιμοποιούμε για θέρμανση σε όλο το σπίτι ηλεκτρικά σώματα. Σε αυτόνομα συστήματα αυτό αποτελεί πρακτικά κάτι το ακατόρθωτο. 
Αυτό που μπορούμε να επιτύχουμε χωρίς πολύ μεγάλο κόστος σε ένα αυτόνομο σύστημα είναι ο φωτισμός, η χρήση ηλεκτρονικών συσκευών (Η/Υ, ραδιόφωνο, τηλεόραση, φορτιστές), ψυγείο, μικρής ισχύος κλιματιστικό και γενικότερα κάθε συσκευή που η ισχύς της δεν ξεπερνά τα 400 με 500 watt.
Η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική επιτυγχάνεται χάρη στους φωτοβολταικούς συλλέκτες. Ο κάθε συλλέκτης (πάνελ) αποτελείται από μια συστοιχία κυψελών που η κάθε μία αποδίδει περίπου 0.6..0.7V συνεχές ρεύμα όταν εκτίθεται στο ηλιακό φως. Οι κυψέλες κατασκευάζονται κυρίως από λεπτές πλάκες καθαρού πυριτίου και είναι πολύ εύθραυστες γι’ αυτό ενσωματώνονται σε γυάλινη επιφάνεια ώστε να αποκτήσουν μηχανική αντοχή καθώς και προσβασιμότητα στο ηλιακό φως.
Αυτή η μέθοδος μετατροπής κερδίζει σημαντικό μερίδιο της αγοράς ρεύματος σήμερα λόγω της μείωσης κόστους των φωτοβολταικών συλλεκτών, των μετατροπέων ρεύματος και της αύξησης του συντελεστή απόδοσης. Ενδεικτικά το κόστος προμήθειας και εγκατάστασης ενός πολύ μικρού αυτόνομου συστήματος των 100Wh (για καταναλώσεις 2 λάμπες led, laptop, φορτιστής τηλεφώνου) σήμερα κοστίζει περίπου 600-700€ ενώ πριν 20 χρόνια κόστιζε 3 με 4 φορές περισσότερο και είχε το διπλάσιο τουλάχιστον βάρος και επιφάνεια συλλεκτών. Για την μέγιστη απόδοση των φ/β συστημάτων θα πρέπει να υπάρχει καθαρή ηλιοφάνεια χωρίς σύννεφα και σκιάσεις καθώς και γωνία πρόσπτωσης ηλιακού φωτός εντός των ορίων του κατασκευαστή των συλλεκτών. Ένα αυτόνομο σύστημα πρέπει να διαθέτει φωτοβολταικούς συλλέκτες, μπαταρίες αποθήκευσης (για νυχτερινές ώρες και συννεφιασμένες ημέρες), ελεγκτή φόρτισης μπαταριών, αντιστροφέα τάσης (για την μετατροπή του συνεχούς ρεύματος των φ/β πάνελ και μπαταριών σε εναλλασσόμενο ρεύμα 230V, 50Hz), καλώδια, ασφάλειες, αντικεραυνικά και άλλους μικροαυτοματισμούς για την ορθή λειτουργία του συστήματος.
Τα μειονεκτήματα της μεθόδου αυτής είναι το αυξημένο αρχικό κόστος αγοράς – εγκατάστασης, συντήρησης( αντικατάσταση συσσωρευτών έπειτα από 5 – 7 χρόνια) , και η ευαισθησία των φ/β πάνελ σε έντονα καιρικά φαινόμενα (χιόνι- χαλάζι).
Η χώρα μας έχει αρκετές ημέρες ηλιοφάνεια τον χρόνο αλλά από μόνη της δεν είναι αρκετή για την ηλεκτρική αυτονόμηση μιας κατοικίας. Συμπληρωματικά χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια και από κάποια άλλη μορφή.
Η μετατροπή της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική γίνεται με ηλεκτρομηχανικές διατάξεις που ονομάζονται ανεμογεννήτριες.
Συνήθως τοποθετούνται σε ορεινά σημεία ή ανοικτή θάλασσα όπου υπάρχει αέρας χαμηλής ή μέτριας έντασης αλλά για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Σε μια οικία μπορεί να τοποθετηθεί μια ανεμογεννήτρια συμπληρωματικά σε υπάρχον αυτόνομο φωτοβολταικό σύστημα με σχετική ευκολία. Οι ανεμογεννήτριες έχουν έξοδο συνεχούς ρεύματος μεταβλητής ισχύος ανάλογα με την ένταση του ανέμου. Γι αυτό τον λόγο ανάμεσα στην ανεμογεννήτρια και τις μπαταρίες τοποθετείται ένας ειδικός ελεγκτής φόρτισης. Οι ανεμογεννήτριες μικρής ισχύος χωρίζονται σε δυο κατηγορίες, οριζοντίου και καθέτου άξονα. Οι πρώτες που είναι και οι συνηθέστερες έχουν μικρότερο κόστος αγοράς αλλά δεν έχουν αντοχές σε δυνατούς ανέμους εν συγκρίσει με τις δεύτερες που εκμεταλλεύονται καλύτερα τους δυνατούς ανέμους.
Η διαφορά της θερμικής κατάστασης δυο σημείων μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια απευθείας με μια διάταξη που ονομάζεται θερμοζεύγος ή στοιχείο peltier. Πρόκειται για μικρές διατάξεις (πλακίδια) (περίπου 5×5 έως 10×10 εκατοστά) που αποτελούνται από δυο κεραμικές επιφάνειες που εσωκλείουν ημιαγωγούς σε ειδική διάταξη. 
Στα άκρα τους υπάρχουν δυο ακροδέκτες.
Δίνοντας ρεύμα στους ακροδέκτες η μια πλάκα θερμαίνεται και η άλλη ψύχεται. Εφαρμόζοντας την ανάστροφη διαδικασία δηλαδή θερμαίνοντας την μια πλάκα και ψύχοντας ταυτόχρονα την άλλη, στους δυο ακροδέκτες παίρνουμε ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς μορφής που είναι σχετικά μικρής ισχύος. Μεγάλα μειονεκτήματα των στοιχείων αυτών είναι ο μειωμένος συντελεστής απόδοσης και το σχετικό κόστος αγοράς. Εάν κάποιος έχει κάποια πηγή θερμότητος π.χ. καυστήρας ή σόμπα μπορεί να εκμεταλλευτεί την θερμότητα των καυσαερίων που ούτως ή άλλως διαχέεται στην ατμόσφαιρα, και κρύο νερό που μπορεί να έχει σε ένα δοχείο έξω τους χειμερινούς μήνες και να έχει με αυτό τον τρόπο μια συνεχόμενη μετατροπή θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια της τάξεως των 100- 500 watt συμπληρώνοντας συνήθως τις ανάγκες φόρτισης συσσωρευτών κατά την διάρκεια της νύκτας.
Με την καύση ορυκτών καυσίμων όπως βενζίνη, πετρέλαιο, φυσικό αέριο αλλά και άλλων παραγόμενων καυσίμων όπως το υγραέριο, βιοαέριο, αλκοόλη, αέριο από ξύλα κλπ. μπορούμε να τροφοδοτήσουμε διατάξεις που τις ονομάζουμε ηλεκτροπαραγωγά ζεύγη ή απλώς ηλεκτρογεννήτριες.
Εδώ η ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη στην πρώτη ύλη μετατρέπεται σε θερμική και σε κινητική μέσω ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η θερμική δυστυχώς αποβάλλεται στο περιβάλλον ενώ η κινητική μετατρέπεται σε ηλεκτρική όπου και χρησιμοποιείται. Στην συνέχεια ο κινητήρας περιστρέφει μια άλλη διάταξη που την ονομάζουμε γεννήτρια και στην έξοδό της παίρνουμε ηλεκτρική ενέργεια .Στο εμπόριο υπάρχει πληθώρα ηλεκτρογεννητριών για κάθε ανάγκη. Τα πλεονεκτήματα των ηλεκτρογεννητριών είναι το χαμηλό κόστος προμήθειας, η αμεσότητα χρήσης (γρήγορη εκκίνηση), η φορητότητα και η μεγάλη ισχύς εξόδου. Τα μειονεκτήματα είναι το αυξημένο κόστος καυσίμου( για συνεχή λειτουργία), οι φθορές (σε συνεχόμενη χρήση), ο θόρυβος και τα καυσαέρια. 
Οι ηλεκτρογεννήτριες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αυτονόμηση μιας κατοικίας μόνο συμπληρωματικά , ακόμη και αν το κόστος καυσίμου δεν αποτελεί πρόβλημα , λόγω των φθορών που παρουσιάζουνε οι κινητήρες εσωτερικής καύσης σε συνεχή χρήση. Αναλόγως όμως των συνθηκών μια ηλεκτρογεννήτρια μπορεί να ενεργοποιηθεί σε κατάσταση ανάγκης ενός φωτοβολταικού συστήματος π.χ. για 2 ώρες ανά ημέρα ώστε να φορτίσει τις μπαταρίες και να τροφοδοτήσει ταυτόχρονα το ηλεκτρικό δίκτυο της κατοικίας με μεγάλη ισχύ π.χ. για μαγείρεμα ή ζέσταμα νερού. Για να αντιμετωπίσουμε τον θόρυβο που παράγουν μπορούμε να τις εγκαταστήσουμε κάτω από την επιφάνεια του εδάφους σε ένα αεριζόμενο φρεάτιο .
Τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται συνήθως στις γεννήτριες εσωτερικής καύσης είναι η βενζίνη και το πετρέλαιο. Σπανιότερα δε και κυρίως σε μεγάλης ισχύος γεννήτριες χρησιμοποιείται το φυσικό αέριο, το βιοαέριο και το υγραέριο . Το φυσικό αέριο είναι το πιο αποδοτικό και σχετικά καθαρότερο καύσιμο έναντι των προαναφερθέντων αλλά δεν αποθηκεύεται άρα απαιτεί σύνδεση με το δίκτυο. Η καθαρή αλκοόλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις ηλεκτρογεννήτριες με βενζινοκινητήρα χωρίς μετατροπές αλλά με μειωμένη απόδοση περίπου κατά 35% σε σχέση με την βενζίνη. Η παραγωγή αλκοόλης μπορεί να γίνει με την μέθοδο της απόσταξης μίγματος από οργανικά στοιχεία με μεγάλο δείκτη σακχάρων. Η συσκευή που χρησιμοποιείται γι αυτό τον σκοπό είναι ο αποστακτήρας.
Για την αποτελεσματική λειτουργία των βενζινοκινητήρων με αλκοόλη θα πρέπει να είναι καθαρότητας τουλάχιστον 85% αλκοολη και 15% νερό. Για αυτό τον λόγο ίσως χρειάζεται να γίνει διπλή απόσταξη του μίγματος. Το αέριο από ξύλα (wood gas) αποτελεί μια ξεχασμένη μορφή καυσίμου που χρησιμοποιήθηκε σε βενζινοκινητήρες από τις αρχές του 1900 ως λίγο μετά τον 2ο παγκόσμιο πόλεμο. Στην χώρα μας αρκετά οχήματα υπέστησαν μετατροπές ώστε να λειτουργούν με αυτή την μορφή καυσίμου κατά την διάρκεια της κατοχής.
Το καύσιμο είναι σε πολλούς γνωστό με την ονομασία γκαζοζέν που προέρχεται από το αντίστοιχο γαλλικό σχέδιο που εφαρμόστηκε και στην χώρα μας για τις ανάγκες μετακίνησης οχημάτων σε εποχές έλλειψης καυσίμων. Πρόκειται για μίγμα αερίων όπως υδρογόνο, άζωτο, μεθάνιο, μονοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο που παράγονται από την πυρόλυση του άνθρακα που με την σειρά του προέρχεται από τα ξύλα. Το αέριο από ξύλα λοιπόν μπορεί να μας δώσει κινητική ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την παραγωγή ηλεκτρισμού με πλήρη αυτονομία εάν κάποιος διαθέτει μια σχετική πρόσβαση σε ξύλα. Σύμφωνα με τα δεδομένα του 1960 που υπήρχαν τέτοια συστήματα σε αυτοκίνητα, μπορούσε κάποιος με 5 κιλά στεγνά ξύλα να κάνει περίπου 100 χιλιόμετρα. Σήμερα υπάρχουν κάποιοι ερασιτέχνες ανά τον κόσμο που έχουν εξελίξει την κατασκευή τέτοιων συστημάτων χρησιμοποιώντας και ηλεκτρονικά συστήματα μετρήσεων και ελέγχου βελτιώνοντας αρκετά την ποιότητα του παραγόμενου αερίου καθώς και την ορθότερη εφαρμογή του σε βενζινοκινητήρες. Η απόδοσή του σε σχέση με την βενζίνη είναι 35-40% πιο μικρή έτσι εάν επιλέξουμε μια ηλεκτρογεννήτρια για χρήση με αέριο από ξύλα θα πρέπει να είναι 40% περίπου μεγαλύτερης ισχύος ώστε να καλύψει τις ανάγκες μας. Τα μειονεκτήματα του αερίου από ξύλα είναι η ασύμφορη αποθήκευσή του σε μεγάλες ποσότητες, η επικινδυνότητα δηλητηρίασης λόγω πιθανής διαρροής (άοσμο) σε εσωτερικούς χώρους και ο τακτικός καθαρισμός του συστήματος λόγω στερεών υπολλειμάτων καύσης (ανά 1 – 2 ημέρες σε συστήματα συνεχούς λειτουργίας).
Μια άλλη μέθοδος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μέσω κυττάρων καυσίμου(fuel cells). Πρόκειται για μια διάταξη που μετατρέπει την χημική ενέργεια απ ευθείας σε ηλεκτρική δίχως να μεσολαβήσει καύση όπως γίνεται με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης.
Οι συσκευές αυτές αποτελούνται από μια μεμβράνη διαχωρισμού ιόντων ,δυο ηλεκτρόδια, το λειτουργικό χημικό στοιχείο και οξυγόνο. Οι συνηθέστερες μορφές χημικών στοιχείων είναι η μεθανόλη, η καθαρή αλκοόλη, και το υδρογόνο. Η παραγόμενη ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι από λίγα watt έως και 100 kw ανά μονάδα. Οι περισσότεροι κατασκευαστές χρησιμοποιούν το υδρογόνο ως ‘καύσιμο’ διότι δεν έχει θεωρητικά καθόλου εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα κατά την μετατροπή της χημικής ενέργειάς του σε ηλεκτρική. Το υδρογόνο παρότι υπάρχει σε αφθονία στην φύση (στο νερό) δεν υπάρχει σε ελεύθερη μορφή και απαιτούνται διαδικασίες (ηλεκτρόλυση) και ενέργεια για τον διαχωρισμό του. Η μεθανόλη και η καθαρή αλκοόλη είναι εύφλεκτα υγρά παραπλήσιων ιδιοτήτων όσων αφορά τα κύτταρα καυσίμου.
Ακολουθεί ένα παράδειγμα εφαρμογής αυτόνομου υβριδικού συστήματος ηλεκτρισμού σε κατοικία 120m2 με κύρια πηγή τη φωτοβολταική ενέργεια και βοηθητική μια ηλεκτρογεννήτρια βενζίνης. Η κατοικία έχει κεραμοσκεπή με επιφάνεια νότιου προσανατολισμού 60m2 .
Πίνακας υλικών
| Υλικό | Ενδεικτικό κόστος |
| φ/β συλλέκτες μονοκρυσταλλικού πυριτίου συνολικής ισχύος 6ΚW | 2400€ |
| Βάσεις στήριξης φ/β συλλεκτών σε σκεπή. | 400€ |
| Μετατροπέας (inverter) καθαρού ημιτόνου ισχύος 6kw με ενσωματωμένο φορτιστή μπαταριών με τεχνολογία MPPT. | 1500€ |
| Λοιπό ηλεκτρολογικό υλικό (πίνακες, καλώδια, ασφάλειες, αντικεραυνικά, κλπ. | 400€ |
| Ηλεκτρογεννήτρια με μίζα ισχύος 12-15kw και αυτοματισμό αυτόματης εκκίνησης. | 1200€ |
| Συσσωρευτές μολύβδου βαθιάς εκφόρτισης 48V 400Ah. | 1100€ |
| Συνολικό κόστος υλικών | 7000€ |
Στο παραπάνω παράδειγμα δεν περιλαμβάνεται η εργασία τοποθέτησης των υλικών. Πρόκειται για κάλυψη όλων των αναγκών σε ηλεκτρισμό μιας κατοικίας χωρίς περιορισμούς, ακόμη και στην χρήση ηλεκτρικής κουζίνας. Το σύστημα θα μπορεί να λειτουργεί μόνο με ηλιακή ενέργεια για όλες τις καταναλώσεις πλην της ηλεκτρικής κουζίνας και όταν και αν απαιτηθεί επιπλέον ενέργεια ή οι συσσωρευτές αδειάζουν, αυτόματα εκκινεί η ηλεκτρογεννήτρια η οποία τροφοδοτεί τις καταναλώσεις και φορτίζει ταυτόχρονα τους συσσωρευτές. Επίσης μόλις ζητηθεί η χρήση της ηλεκτρικής κουζίνας αυτόματα εκκινεί η ηλεκτρογεννήτρια τροφοδοτώντας την και φορτίζοντας αν είναι αναγκαίο και τους συσσωρευτές. Η διάρκεια ζωής των συσσωρευτών είναι περίπου στα 3-5 χρόνια για τους συγκεκριμένους και μπορεί να φτάσει και τα 15 χρόνια για άλλου τύπου με αντίστοιχη αύξηση του κόστους αυτών.
Γερογιώργος Παρμενίων
Μηχανικός Αυτοματισμού ΤΕ
Πηγές:
https://www.itia.ntua.gr/el/docinfo/1902/
https://www.school-for-champions.com/science/ac_world_volt_freq_list.htm
https://www.directindustry.com/prod/fujian-yanan-power-group/product-103705-1327749.html
https://www.sfc.com/en/technology/direct-methanol/
http://biofuelsacademy.org/index.html%3Fp=396.html
https://www.stellantis.com/en/technology/hydrogen-fuel-cell-technology
https://www.fchea.org/fuelcells
https://windandsolar.com/wind-turbine-kits/
https://www.acciona.com/renewable-energy/wind-energy/wind-turbines/?_adin=02021864894
https://www.energuide.be/en/questions-answers/how-much-electrical-power-do-i-need-for-my-home/1855/
https://www.energy.gov/energysaver/installing-and-maintaining-small-wind-electric-system
https://www.endesa.com/en/blogs/endesa-s-blog/light/calculate-electricity-house-consumption
https://www.driveonwood.com/library/basics-of-woodgas/
https://www.youtube.com/watch?v=7aiW2aSmOiE
https://www.youtube.com/watch?v=AyTqo4mCUUY
https://www.youtube.com/watch?v=AFpyaI8_TSI
‘Wood Gasifiers Builder Bible’ by Peterson , isbn:9798633811865