Меню

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Есть множество случаев, когда проживая за городом, Вам может понадобиться небольшое количество электроэнергии для питания маломощного устройства. Например, для работы компактной метеостанции, контроля уровня воды в баке, управления автоматикой теплицы, для дежурного освещения садовой дорожки или небольшого помещения и других устройств. Для каждого из них необходимо иметь источник питания — батарею, аккумулятор или сетевой блок питания (БП). В случае периодической нагрузки устройства, целесообразно использовать БП на базе аккумулятора. Причем для его зарядки, используя устройства в этих условиях, наиболее выгодно использовать возобновляемую энергию ветра, что сделает БП экономичным и автономным.

В нашем случае, рассмотрим вариант использования энергии ветра, для дежурного освещения садового туалета, отдельно стоящего на краю участка. Так как яркое освещение на этом объекте не нужно, то для решения этой задачи достаточно малых мощностей. В течение суток аккумулятор заряжается от энергии ветра, а в темное время суток отдает ее по мере необходимости.

Для изготовления БП потребуется ветрогенератор мощностью в несколько ватт, аккумулятор небольшой емкости и зарядное устройство для него, устройство согласования напряжений.

Ветрогенератор
В качестве электрогенератора используется доработанный компактный автомобильный стартер на постоянных магнитах. Выходные данные генератора: переменный ток мощностью 1,0…6,5 вт (в зависимости от скорости ветра). Напряжение – 1…6 в; ток – 0,2…1,1 а (в диапазоне: малая — средняя скорость ветра).

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Аккумулятор и зарядное устройство.
В качестве накопителя энергии применим литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Схема и порядок изготовления зарядного устройства (ЗУ) для этого аккумулятора представлены в статье.

Входные данные зарядного устройства: постоянный ток напряжением 5,5…30 В. Выходное напряжение предлагаемого зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 В. При использовании другого аккумулятора, при соответствующей регулировке, ЗУ позволяет получить выходное напряжение в пределах 2,5…27 В.

Согласование напряжений
Напряжение и ток от ветровой турбины изменяются в зависимости от скорости ветра, поэтому для практического использования, мы должны быть в состоянии зарядить аккумулятор и сохранить там энергию для использования. Для этого, электроэнергия от ветрогенератора должны быть преобразована из переменного тока в постоянный, с напряжением достаточным для работы зарядного устройства аккумулятора.

Предложенный ветрогенератор, как видим по выходным характеристикам, не способен выдавать необходимое напряжение по причине низкой частоты вращения. При средней скорости ветра, на выходе удается получить напряжение порядка 2…5 В, а для заряда аккумулятора требуется напряжение более 5,5 вольт. Выход из положения — применение простого преобразователя напряжения, собранного на основе четырехкратного умножителя напряжения. Подавая на вход преобразователя 2…5 В переменного тока, на выходе получим 5,5…12 В постоянного тока, что вполне достаточно для заряда аккумулятора. Один из вариантов четырехкратного умножителя напряжения, использованный в предлагаемом устройстве, показан на схеме.

Этот вариант умножителя имеет симметричную схему и хорошую нагрузочную способность, выполнен из дешевых и доступных элементов. Использование умножителя, вместо повышающего трансформатора, позволяет уменьшить габариты и вес устройства, исключить выпрямитель напряжения.

В итоге, схема автономного блока питания принимает следующий вид.

Схема состоит из 4-х блоков:
А1 – ветрогенератор;
А2 — умножитель напряжения;
А3 – аккумулятор и зарядное устройство;
А4 – блок освещения.

Изготовление автономного блока питания

1. Умножитель напряжения (блок А2), по приведенной выше схеме, собираем и распаиваем на плате размером 65 х 35 мм, вырезанной из универсальной монтажной текстолитовой платы.

Для монтажа схемы использованы нереализованные ранее отечественные диоды Д226Г, имеющие эффективный теплоотвод. Электролитические конденсаторы импортные. При необходимости, возможно собрать эту схему более компактно, используя современные импортные диоды с минимально возможным прямым напряжением, для повышения эффективности преобразователя напряжения.

Необходимо учесть, что при работе устройства, максимальный ток протекающий через диоды будет равен удвоенному току нагрузки, а на электролитах развивается удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на эти параметры.

Дополнительно, в блок умножителя напряжения, добавлен резистор R6 для ограничения максимального тока и стабилитрон D5 для ограничения напряжения. Эти элементы должны работать для защиты устройства при сильных ветрах. Для сглаживания пульсаций, на выходе умножителя напряжения, подключен электролит С5 (на схеме перенесен в блок А3).

2. Аккумулятор и зарядное устройство (А3). В качестве накопителя энергии применим литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Схема и порядок изготовления зарядного устройства для этого аккумулятора представлены в статье.

Настройка зарядного тока схемы. Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока – 100…150 мА.

3. Блок освещения (А4) включает в себя цепь, состоящую из трех последовательно включенных сверхярких светодиодов, ограничительного резистора R5 и выключателя питания светодиодов. Светодиоды с ограничительным резистором смонтированы на отдельной плате.

4. Изготовим плату для установки литий-ионного аккумулятора. Вырезаем из универсальной монтажной текстолитовой платы прямоугольник размером 40 х 55мм, прорезаем в плате два паза шириной 0,7…1,0мм для установки контактов. Расположение контактов зависит от модели используемого литий-ионного аккумулятора. Из медной или латунной пластины толщиной 0,5…0,7мм вырезаем Г-образные контакты и крепим их на обратной стороне платы с помощью пайки или другого соединения. Припаиваем контакты к соответствующим выходным выводам зарядного устройства и блоку освещения. На плате данного устройства выполнены две группы контактов разной высоты для параллельного подключения двух аккумуляторов (для увеличения емкости), установленных друг над другом.

5. Сборка блока питания. Собираем изготовленные блоки по приведенной выше схеме, с помощью монтажного провода. В качестве корпуса возможно использовать подходящую по размерам коробку, светильник. Желательно в пыле и влагозащищенном исполнении (работа на открытом воздухе). В данном случае использован пластмассовый корпус от старого фонарика.

6. Проверяем работу устройства.
На вход устройства подаем переменный ток напряжением 2,3 В.

Убеждаемся в правильной работе изготовленного устройства.

7. Устанавливаем собранные блоки в корпус. Индикатор заряда аккумулятора закрепляем на видном месте. Из корпуса выходит провод (контактная группа) для присоединения к генератору и включателю освещения.

8. По возможности, герметизируем зазоры от попадания пыли и влаги.

Источник

Контроллер для ветрогенератора

Пост опубликован: 15 ноября, 2017

Контроллер – это электронное устройство, отвечающее за преобразование переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, и контроль заряда аккумуляторных батарей. Наличие контроллера в схеме работы ветровой установки позволяет осуществлять работу ветрового генератора в автоматическом режиме вне зависимости от внешних факторов (скорость ветра, погодные условия и т.д.).

Читайте также:  Важные моменты при прикуривании

Принцип действия

Для различных типов ветровых генераторов используют различные виды и конструкции контроллеров, но основные принципы работы подобных устройств, можно разделить на два типа, это:

  1. Для ветровых установок относительно не большой мощности: при достижении напряжения на клеммах аккумуляторных батарей выше 15,0 В, контроллер перемыкает обмотки генератора, что приводит к остановке вращения лопастей ветровой установки. При снижении напряжения до 13,5 В, контроллер дает команду на разблокировку обмоток, и установка начинает работать в нормальном режиме.
  2. Для мощных ветровых установок – в комплекте с электронным блоком контроллера монтируется балластный резистор с большим сопротивлением. При достижении напряжения на клеммах аккумуляторов в 14,0 – 15,0 В, контроллер не отключает ветровую установку, а «лишнюю» энергию сжигает на балластном сопротивлении. В качестве балласта могут быть использованы нагревательные элементы (ТЭНы), служащие для нагрева воды в системах горячего водоснабжения или отопления зданий и сооружений.

Основные характеристики

При выборе контроллера, используемого в схемах ветровых генераторов, необходимо изучить технические характеристики данного электронного устройства.

Основными характеристиками, которые указывает производитель, служащими критериями выбора подобных устройств, являются:

  • Номинальное напряжение, измеряемое в Вольтах;
  • Рабочая мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальная мощность, измеряемая в Ваттах;
  • Максимальный ток, измеряемый в Амперах;
  • Сброс балластной энергии (что может быть использовано);
  • Условия эксплуатации (рабочая температура, влажность, высота над уровнем моря);
  • Способность к дистанционной передаче данных о работе ветровой установки;
  • Габаритные размеры;
  • Вес устройства.

В настоящее время отечественные и зарубежные компании, специализирующиеся на производстве альтернативных источников энергии, а также их комплектующих, выпускают несколько видов контроллеров, успешно работающих в ветровых установках, это:

  • PWM (ШИМ) контроллеры – устройства с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В аппаратах данного вида осуществляется процесс управления мощностью, путём изменения импульсов, при постоянной частоте.

Достоинствами данного вида являются:

  • Относительно не большие габаритные размеры, в сравнении с аналогами;
  • Способность к быстродействию в процессе работы;
  • Надежность конструкции.
  • МРРТ контроллеры – как правило используются в солнечных установках, но могут применяться и в комплекте с ветровыми генераторами. Основой работы устройств данного вида является способность определять точку максимальной мощности, которая характеризуется напряжением и силой тока в конкретный момент времени.

Достоинствами данного вида являются:

  • Являются наиболее эффективными устройствами, в сравнении с аналогами.

Основной недостаток – более высокая стоимость.

Контроллер для ветрогенератора и солнечных панелей

Для работы с ветровым генератором можно использовать контроллер, изначально предназначенный для работы с солнечной электростанцией, главным условием для этого, является наличие возможности, у конкретной модели, выполнить настройку «выхода» (load).

Ветровой генератор подключается на вход используемого контроллера, единственное, что необходимо сделать, это установить диодный мост, для преобразования переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, на котором осуществляется работа аккумуляторных батарей.

В контроллерах, используемых в солнечных электростанциях, отсутствует диодный мост на входной группе, т.к. солнечные батареи производят постоянный электрический ток.

Аккумуляторные батареи подключаются в соответствие со схемой используемого контроллера, а на «выход» подключается балластное сопротивление, в качестве которого может быть использована любая нагрузка, единственное условие при этом – мощность нагрузки должна соответствовать мощности генератора.

После того, как контроллер включен по выше обозначенной схеме, необходимо выполнить настройки режимов работы, задающие пороги отключения и включения балласта.

Контроллер своими руками (схема)

Зная основы электротехники и умея работать паяльников, можно изготовить контроллер ветровой установки самостоятельно.

В настоящее время есть возможность найти различные схемы подобных устройств различных видов, мощности и прочих технических характеристик, для этого достаточно зайти в сеть интернет и обраться к поиску по требуемому заданию или найти техническую литературу в специализированных магазинах и издательствах.

Один из вариантов схемы контроллера и включение его в схему работы ветрогенератора, приведен ниже:

схемы контроллера

Данная схема отличается простотой, но способна обеспечить работу ветровой установки в автоматическом режиме.

Средние цены

Как правило контроллер для ветровой установки изготавливается компанией, производящей ветровые генераторы и поставляется комплектно с прочим оборудование. Однако, по ряду причин, иногда появляется потребность приобрести данный прибор отдельно от основного комплекта. В этом случае необходимо выбрать устройство в соответствии с техническими характеристиками системы и бренда производителя, который является предпочтительнее для каждого индивидуального пользователя.

На рынке данного оборудования представлены следующие, наиболее популярные модели:

  • «WWS03A-12», производство Китай.

Технические характеристики:

  • Мощность — 0.2 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 0,3 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 12,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 9000,00 рублей.

  • «WWS04A-12», производство Китай.
  • Мощность — 0.4 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 0,6 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 12,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 12000,00 рублей.

  • «WWS10A-24-E», производство Китай.
  • Мощность — 1.0 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 2,0 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 24,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 22000,00 рублей.

  • «Exmork ZKJ-B 1.5 KW-48 Vdc», производство Россия.
  • Мощность — 1.5 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 2,0 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 48,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Внешний блок – ТЭНы;
  • Температура эксплуатации — -30,0 — +65,0 ℃;
  • Габаритные размеры – 430х340х220 мм;
  • Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 360х330х200 мм;
  • Вес контроллера – 9,0 кг;
  • Вес блока внешних ТЭНов – 5,0 кг.

Стоимость устройства – от 27000,00 рублей.

  • «Exmork ZKJ-B 2KW-24 Vdc», производство Россия.
  • Мощность — 2.0 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 2,5 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 24,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Внешний блок – ТЭНы;
  • Температура эксплуатации — -30,0 — +40,0 ℃;
  • Габаритные размеры – 590х490х315 мм;
  • Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 490х460х310 мм;
  • Вес контроллера – 23,0 кг;
  • Вес блока внешних ТЭНов – 15,5 кг.

Стоимость устройства – от 46000,00 рублей.

  • «Exmork ZKJ-B 5KW-48Vdc», производство Россия.
  • Мощность — 5.0 кВт;
  • Максимальная входная мощность – 5,5 кВт;
  • Напряжение постоянного тока – 48,0 В;
  • Технология – PWM;
  • Внешний блок – ТЭНы;
  • Температура эксплуатации — -30,0 — +40,0 ℃;
  • Габаритные размеры – 590х490х315 мм;
  • Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 490х460х310 мм;
  • Вес контроллера – 43,0 кг;
  • Вес блока внешних ТЭНов – 17,0 кг.
Читайте также:  Купить сетевое зарядное устройство для ноутбука asus

Стоимость устройства – от 89000,00 рублей.

Где купить

При необходимости приобрести контроллер для находящейся в эксплуатации ветровой установки, лучше всего обратиться к предприятию ее изготовившую или дилерам этой организации. Это поможет избежать ошибок при подключение приобретаемого устройства и позволит избежать лишних финансовых затрат, т.к. компании стараются поддерживать своих клиентов, создавая себе положительный имидж и нарабатывая клиентскую базу.

При желании купить более дешевый аппарат, можно обратиться к сети интернет, где представлено достаточное количество подобных изделий китайского производства. Кроме этого, в сети можно ознакомиться с характеристиками предлагаемых к реализации контроллеров различных брендов и компаний производителей из различных стран.

Плюсы и минусы

Наличие дополнительных устройств, в схеме работы ветровых установок, позволяет улучшить параметры получаемой электрической энергии.

Контроллеру, как элементу подобной схемы, присущи следующие достоинства:

  • Позволяет осуществлять работу ветровой установки в автоматическом режиме.
  • Использование контроллера, продлевает сроки эксплуатации аккумуляторных батарей, обеспечивая, для них, безопасные режимы работы.
  • Способность наиболее полного использования вырабатываемой ветровым генератором энергии – нагрев ТЭНов, или иной нагрузки, в моменты, когда аккумуляторы полностью заряжены.
  • Улучшаются условия эксплуатации ветровой установки (легкий запуск при слабом ветре и т.д.).

К недостаткам контроллера, установленного в схему работы ветрового генератора, можно отнести увеличение стоимости комплекта оборудования, а также вероятность поломки ветровой установки, работающей в автоматическом режиме, в случае выхода их строя данного элемента схемы управления.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Самодельный ветрогенератор

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник

Выбираем оборудование для домашней ветроэлектростанции: контроллеры, инверторы и аккумуляторы

Чем комплектовать домашнюю электростанцию, работающую от энергии ветра – рекомендации пользователей FORUMHOUSE.

Настоящая статья является продолжением темы, которая посвящена организации автономной ветроэлектростанции на своем участке. В предыдущем материале мы рассмотрели ключевые параметры, по которым следует выбирать основной модуль силовой ветроэнергетической установки – ветрогенератор. Сегодня же предлагаем разобраться в особенностях вспомогательных устройств, обеспечивающих функционирование альтернативной электроустановки в режиме бесперебойного электроснабжения.

В статье будут рассмотрены следующие вопросы:

  • Каким функционалом должен обладать контроллер ветрогенератора и какое устройство подойдет для силовой ВЭУ
  • Как выбирать аккумуляторы для альтернативной системы электроснабжения
  • Как выбрать инвертор и включить его в цепь альтернативной электроустановки

Какой контроллер применим к ветрогенератору

Контроллер заряда аккумуляторов – один из основных элементов альтернативной электроустановки. Его основная функция заключается в том, чтобы обеспечивать правильный и равномерный заряд аккумуляторной батареи, независимо от скорости ветра и разницы в среднесуточном объеме мощности, вырабатываемой ветрогенератором.

В сфере альтернативной энергетики применяются два типа контроллеров: контроллеры для солнечных батарей и контроллеры для ветрогенераторов. Бывают еще гибридные (комбинированные) контроллеры, которые используются в электроустановках, работающих от различных источников тока одновременно (ветрогенератор (ВГ), солнечные батареи (СБ), дизельгенератор и т. д.). И сейчас мы разберемся в том, какие контроллеры подходят именно для ветроэлектростанции.

Если никакого контроллера у вас еще нет, то разумнее всего покупать устройство, которое соответствует особенностям именно вашей системы: если система будет работать исключительно от ветра, то и контроллер нужен для ветрогенератора. Если же система комбинированная (например, ветрогенератор плюс СБ), то и контроллер необходим соответствующий.

Почему контроллер солнечных батарей не рекомендуется подключать к ветрогенератору

Контроллер солнечных батарей можно подключать к ветрогенератору лишь в том случае, если оснастить систему диодным мостом (который будет выпрямлять напряжение, вырабатываемое генератором) и балластной нагрузкой, которая будет обеспечивать электромагнитное торможение ветряка при сильных порывах ветра.

Ветряк должен постоянно находиться под электрической нагрузкой. Дело в том, что когда аккумуляторы зарядятся, контроллер, так или иначе, отключит АБ от источника тока. На состоянии солнечных батарей периодическое отключение нагрузки никак не отражается. Если же во время сильного ветра от нагрузки отключить ветрогенератор, последствия могут быть фатальны: ветряк либо сломается (лишившись нагрузки и раскрутившись до немыслимых оборотов), либо выдаст высокое напряжение и выведет из строя не рассчитанный на это солнечный контроллер.

Мax94 Пользователь FORUMHOUSE

Любой ветрогенератор, являющийся электрогенератором ограниченной выходной мощности, при временном поступлении неограниченной входной мощности должен иметь механизм гашения этой излишней энергии. Вот простой пример: имеем ВГ мощностью 1кВт*ч, рассчитанный на номинальную скорость ветра 12 м/с. При ветре 18-24 м/с входящая мощность возрастает пропорционально «кубу» роста скорости ветра. И эту лишнюю мощность надо куда-то деть. При подключении же ВГ к солнечному контроллеру, который не рассчитан на то, что при превышении каких-то параметров источника этот источник надо как-то замедлить, получим следующую ситуацию: аккумуляторы заряжены, ураган раскручивает ветряк, нагрузки нет, ветряк ломается.

Разумеется, что в конструкции современных ветрогенераторов реализована защита от бури (поворотом лопастей, складыванием хвоста и т. д.). Но механическая защита не рассчитана на защиту самого контроллера (особенно солнечного). И в тот момент, когда она сработает, входные транзисторы устройства уже могут сгореть (ведь рассчитаны они на напряжение солнечных батарей, которое не может превысить максимальных расчетных параметров). В силу этих причин специальные контроллеры ВЭУ оснащаются дополнительной балластной нагрузкой.

Контроллеры ветрогенератора и их особенности

Балластная нагрузка, встраиваемая в электрическую цепь контроллера ВЭУ, представляет собой мощный резистор, который сжигает лишнюю энергию, получаемую с ветряка. Балластная нагрузка включается в работу в тот момент, когда напряжение на клеммах аккумулятора достигает уровня, свидетельствующего о полном заряде АБ (примерно 14.2 Вольт – для батареи номиналом 12 В). С этого момента лишняя энергия будет сжигаться на балласте, одновременно защищая аккумуляторы от перезаряда и не давая ветрогенератору развивать слишком больших оборотов. Так ведут себя наиболее технологичные контроллеры ветрогенератора, которые и рекомендуется включать в комплект альтернативных электростанций.

Читайте также:  Распиновка и устройство аккумуляторной батареи ноутбука

Более простые и дешевые контроллеры ВЭУ (они часто применяются в бытовых системах) при увеличении напряжения на аккумуляторах выше заданных значений, просто замыкают фазы генератора. Такой «электромагнитный тормоз» полностью останавливает винт генератора и держит его в этом положении до тех пор, пока напряжение на АБ снова не упадет, и ей не потребуется дозарядка. Затем цикл повторяется. Полная остановка ветрогенератора отрицательно сказывается на состоянии аккумуляторных батарей, ведь несоблюдение режимов зарядки значительно сокращает срок их службы.

Чтобы продлить срок службы аккумуляторных батарей, домашнюю электростанцию необходимо комплектовать контроллерами ШИМ (PWM). Это устройства широтно-импульсной модуляции, которые обеспечивают оптимизированный цикл зарядки АБ: вовремя подключают и отключают батарею от источника тока, регулируют напряжение и силу тока на всех стадиях зарядки и т. д.

Leo2 Пользователь FORUMHOUSE

ШИМ контроллеры тоже сбрасывают часть энергии от ветрогенератора на балластную нагрузку, только делают это «умнее» и с относительно высокой частотой. Если ШИМ нет, значит – совсем барахло.

В автономных системах, работающих от солнечных батарей, принято использовать более совершенные контроллеры МРРТ. Они отслеживают точку максимальной мощности на основе вольтамперной характеристики источника тока и обеспечивают оптимальный режим заряда аккумуляторов. Говорить о широком применении МРРТ в ветроэнергетике пока еще рано.

Источник



Как я построил ветряной генератор. Часть 5. Контроллер заряда — схема

Продолжение
Начало читайте
здесь:

Часть 1. Выбор электромотора
Часть 2. Изготовление ветроколеса

Часть 3. Изготовление флюгера и окончательная сборка
Часть 4. Контроллер заряда — поиск решения

Генератор турбины подключается к контроллеру. От контроллера идут провода к аккумулятору. Туда же подключается и нагрузка. Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 11.9 В, контроллер подключает генератор к аккумулятору, и последний начинает заряжаться. Если напряжение аккумулятора достигает 14 В, контроллер подключает к нему дополнительную нагрузку. Оба пороговых напряжения, 11.9 В и 14 В, можно изменять подстроечными резисторами. Интересуясь в Интернете, какими же должны быть эти пороги для свинцовых аккумуляторов, я обнаружил некоторые расхождения у различных авторов. Для своей схемы я взял усредненные значения.

При напряжении аккумулятора между 11.9 В и 14 В, контроллер может переключать систему между зарядом и отдачей тока в нагрузку. Пара кнопок позволяет мне делать эти переключения в любое время, независимо от контроллера. Очень удобно при наладке устройства.

Желтый светодиод зажигается во время зарядки аккумулятора. Когда аккумулятор заряжен, и избыточная мощность отводится в дополнительную нагрузку, загорается зеленый светодиод. Таким образом, я имею минимальную обратную связь, позволяющую понять, что происходит в системе. Кроме того, с помощью мультиметра я могу измерять напряжения в любых точках. Все это не очень удобно.
Как только у меня дойдут руки до того, чтобы упаковать конструкцию в подходящий корпус, я непременно добавлю вольтметр и амперметр, возможно, от автомобильного приборного щитка.

Я использовал свою собранную на листе фанеры схему, что бы с помощью внешнего источника питания имитировать различные режимы заряда и разряда аккумулятора, и настроить контроллер. Устанавливая напряжение 11.9 В, а затем 14 В, я выставил подстроечными резисторами требуемые пороги. Сделать это следовало до отъезда, так как заниматься настройкой в поле никакой возможности у меня не было бы.

Доработка

Исследовав подробнее правила заряда свинцовых аккумуляторов, верхний порог я установил равным 14.8 В. Кроме того, от брата мне достались герметичные свинцовые аккумуляторы, которыми я и заменил обычные, использовавшиеся первоначально.

Важно !

Я понял, что в первую очередь, надо подключать к контроллеру аккумулятор, и только потом ветрогенератор или солнечную батарею. Если генератор подключить первым, волны напряжения не будут сглаживаться аккумулятором, контроллер будет работать неправильно, реле хаотически переключаться, а броски напряжения, в конце концов, приведут к выходу из строя микросхем. Короче, всегда подключайте аккумуляторную батарею первой, а ветрогенератор вслед за ней. И наоборот, разбирая систему, убедитесь в первую очередь, что генератор отключен. Батарею отключайте последней.

Наконец, представлю вам принципиальную схему. Она лишь немного отличается от прототипа, ссылку на который я приводил выше. Как я говорил раньше, некоторые детали я заменил на те, которые уже были у меня, чтобы не тратиться на покупку новых. Советую вам поступать также. Совершенно не обязательно повторять схему один в один.

w I home-built an electricity producing Wind turbine. Part 5

Перевод текстов на рисунке

Note: IC3c & IC3d are unused.
Ground their inputs and leave
the outputs unconnected.

Замечание: C3c и IC3d не используются.
Заземлите их входы,
а выходы оставьте свободными.

IC1 LM7808 +8V Voltage Regulator

IC1 LM7808 стабилизатор напряжения +8 В

IC2 LM1458 Dual operational amplifier

IC2 LM1458 сдвоенный операционный усилитель

IC3 4001 Quad 2-input NOR Gate

IC3 CD4001 4 логических элемента «2И-НЕ»

Q1 IRF540 MOSFET

D1-3 Blocking diodes rated for the maximum current each source could produce

D1…D3 блокировочные диоды, рассчитанные на максимальный ток подключаемых источников

LED1 Yellow LED

LED1 желтый светодиод

LED2 зеленый светодиод

F1 Fuse rated at total expected current all sources combined will produce

F1 предохранитель, рассчитанный на максимальный суммарный ток всех подключаемых источников

F2 1 Amp Fuse for controller electronics

F2 предохранитель 1 А в шине питания электроники контроллера

RLY1 40 Amp SPDT automotive relay

RLY1 автомобильное реле на коммутируемый ток 40 А

PB1-2 Momentary contact NO pushbuttons

PB1-2 кнопки без фиксации

All resistors are % Watt 10%

Все резисторы ¼ Вт 10%

Test Point A should read 7.4V

Контрольная точка A. Напряжение в точке 7.4 В

Test Point B should read 5.95V

Контрольная точка B. Напряжение в точке 5.95 В

Наконец, проект завершен. До моего отъезда осталась всего неделя. Пролетела она быстро. Я разобрал турбину и тщательно упаковал все детали и инструменты, необходимые, чтобы собрать турбину после поездки через всю страну. Погрузив все в машину, я во второй раз поехал на свой участок в Аризоне, на этот раз с надеждой, что хоть какое-то электричество у меня там будет.

Продолжение читайте здесь

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Есть множество случаев, когда проживая за городом, Вам может понадобиться небольшое количество электроэнергии для питания маломощного устройства. Например, для работы компактной метеостанции, контроля уровня воды в баке, управления автоматикой теплицы, для дежурного освещения садовой дорожки или небольшого помещения и других устройств. Для каждого из них необходимо иметь источник питания — батарею, аккумулятор или сетевой блок питания (БП). В случае периодической нагрузки устройства, целесообразно использовать БП на базе аккумулятора. Причем для его зарядки, используя устройства в этих условиях, наиболее выгодно использовать возобновляемую энергию ветра, что сделает БП экономичным и автономным.

В нашем случае, рассмотрим вариант использования энергии ветра, для дежурного освещения садового туалета, отдельно стоящего на краю участка. Так как яркое освещение на этом объекте не нужно, то для решения этой задачи достаточно малых мощностей. В течение суток аккумулятор заряжается от энергии ветра, а в темное время суток отдает ее по мере необходимости.

Для изготовления БП потребуется ветрогенератор мощностью в несколько ватт, аккумулятор небольшой емкости и зарядное устройство для него, устройство согласования напряжений.

Ветрогенератор
В качестве электрогенератора используется доработанный компактный автомобильный стартер на постоянных магнитах. Выходные данные генератора: переменный ток мощностью 1,0…6,5 вт (в зависимости от скорости ветра). Напряжение – 1…6 в; ток – 0,2…1,1 а (в диапазоне: малая — средняя скорость ветра).

Автономный блок питания на базе ветрогенератора

Аккумулятор и зарядное устройство.
В качестве накопителя энергии применим литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Схема и порядок изготовления зарядного устройства (ЗУ) для этого аккумулятора представлены в статье.

Входные данные зарядного устройства: постоянный ток напряжением 5,5…30 В. Выходное напряжение предлагаемого зарядного устройства в пределах 4,18 – 4,20 В. При использовании другого аккумулятора, при соответствующей регулировке, ЗУ позволяет получить выходное напряжение в пределах 2,5…27 В.

Согласование напряжений
Напряжение и ток от ветровой турбины изменяются в зависимости от скорости ветра, поэтому для практического использования, мы должны быть в состоянии зарядить аккумулятор и сохранить там энергию для использования. Для этого, электроэнергия от ветрогенератора должны быть преобразована из переменного тока в постоянный, с напряжением достаточным для работы зарядного устройства аккумулятора.

Предложенный ветрогенератор, как видим по выходным характеристикам, не способен выдавать необходимое напряжение по причине низкой частоты вращения. При средней скорости ветра, на выходе удается получить напряжение порядка 2…5 В, а для заряда аккумулятора требуется напряжение более 5,5 вольт. Выход из положения — применение простого преобразователя напряжения, собранного на основе четырехкратного умножителя напряжения. Подавая на вход преобразователя 2…5 В переменного тока, на выходе получим 5,5…12 В постоянного тока, что вполне достаточно для заряда аккумулятора. Один из вариантов четырехкратного умножителя напряжения, использованный в предлагаемом устройстве, показан на схеме.

Этот вариант умножителя имеет симметричную схему и хорошую нагрузочную способность, выполнен из дешевых и доступных элементов. Использование умножителя, вместо повышающего трансформатора, позволяет уменьшить габариты и вес устройства, исключить выпрямитель напряжения.

В итоге, схема автономного блока питания принимает следующий вид.

Схема состоит из 4-х блоков:
А1 – ветрогенератор;
А2 — умножитель напряжения;
А3 – аккумулятор и зарядное устройство;
А4 – блок освещения.

Изготовление автономного блока питания

1. Умножитель напряжения (блок А2), по приведенной выше схеме, собираем и распаиваем на плате размером 65 х 35 мм, вырезанной из универсальной монтажной текстолитовой платы.

Для монтажа схемы использованы нереализованные ранее отечественные диоды Д226Г, имеющие эффективный теплоотвод. Электролитические конденсаторы импортные. При необходимости, возможно собрать эту схему более компактно, используя современные импортные диоды с минимально возможным прямым напряжением, для повышения эффективности преобразователя напряжения.

Необходимо учесть, что при работе устройства, максимальный ток протекающий через диоды будет равен удвоенному току нагрузки, а на электролитах развивается удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на эти параметры.

Дополнительно, в блок умножителя напряжения, добавлен резистор R6 для ограничения максимального тока и стабилитрон D5 для ограничения напряжения. Эти элементы должны работать для защиты устройства при сильных ветрах. Для сглаживания пульсаций, на выходе умножителя напряжения, подключен электролит С5 (на схеме перенесен в блок А3).

2. Аккумулятор и зарядное устройство (А3). В качестве накопителя энергии применим литий-ионный аккумулятор от мобильного телефона. Схема и порядок изготовления зарядного устройства для этого аккумулятора представлены в статье.

Настройка зарядного тока схемы. Подключив к схеме разряженный аккумулятор (о чем сообщит включившийся светодиод), резистором R2 устанавливаем по тестеру величину зарядного тока – 100…150 мА.

3. Блок освещения (А4) включает в себя цепь, состоящую из трех последовательно включенных сверхярких светодиодов, ограничительного резистора R5 и выключателя питания светодиодов. Светодиоды с ограничительным резистором смонтированы на отдельной плате.

4. Изготовим плату для установки литий-ионного аккумулятора. Вырезаем из универсальной монтажной текстолитовой платы прямоугольник размером 40 х 55мм, прорезаем в плате два паза шириной 0,7…1,0мм для установки контактов. Расположение контактов зависит от модели используемого литий-ионного аккумулятора. Из медной или латунной пластины толщиной 0,5…0,7мм вырезаем Г-образные контакты и крепим их на обратной стороне платы с помощью пайки или другого соединения. Припаиваем контакты к соответствующим выходным выводам зарядного устройства и блоку освещения. На плате данного устройства выполнены две группы контактов разной высоты для параллельного подключения двух аккумуляторов (для увеличения емкости), установленных друг над другом.

5. Сборка блока питания. Собираем изготовленные блоки по приведенной выше схеме, с помощью монтажного провода. В качестве корпуса возможно использовать подходящую по размерам коробку, светильник. Желательно в пыле и влагозащищенном исполнении (работа на открытом воздухе). В данном случае использован пластмассовый корпус от старого фонарика.

6. Проверяем работу устройства.
На вход устройства подаем переменный ток напряжением 2,3 В.

Убеждаемся в правильной работе изготовленного устройства.

7. Устанавливаем собранные блоки в корпус. Индикатор заряда аккумулятора закрепляем на видном месте. Из корпуса выходит провод (контактная группа) для присоединения к генератору и включателю освещения.

8. По возможности, герметизируем зазоры от попадания пыли и влаги.

Источник



Ветрогенератор своими руками для подзарядки телефона и гаджетов (35 фото изготовления)

Самодельный компактный ветрогенератор для подзарядки мобильного телефона и гаджетов.

Приветствую любителей самоделок! Думаю, многим из вас приходилось испытывать неудобства, связанные с перебоями электроэнергии в селе или на даче. Решить эту проблему можно с помощью небольшого ветрогенератора, сделать его можно своими руками практически из подручных материалов.

Как видно на фото, это вертикальный самодельный ветрогенератор с турбиной и направляющими лопастями, для его работы достаточно небольшого потока ветра.

Материалы изготовления ветрогенератора

  • Для изготовления корпуса, автор, использовал 8 деревянных реек размером 40х10 см толщиной 5 мм.
  • Лопасти турбины изготовил из пластиковой трубы диаметром 110 мм длиной 30 см.
  • Также ему потребовался лист пластика толщиной 4,5 мм, круглая деревянная заготовка диаметром 32 см и толщиной 20 мм,
  • резьбовая шпилька М4 длиной 42 см,
  • крепеж (винты, болты и гайки),
  • четыре подшипника 608RS.
  • шаговый двигатель от принтера,
  • два выпрямительных моста,
  • разъём USB,
  • конденсатор,
  • линейный регулятор LV7805,
  • пара кабелей для электрических соединений (примерно 30см).

Из инструментов автору понадобилась болгарка, мультиметр, станок ЧПУ, рожковые ключи на 10 и ещё кое-что по мелочи (в процессе описания они будут упоминаться).

Процесс изготовления ветрогенератора

Сначала автор подготовил лопасти турбины. Разметил отрезок пластиковой трубы и обрезал её болгаркой на длину 30 см.

Затем снова выполнил разметку по телу, и распили по длине на две одинаковые части. Кромки необходимо обработать наждачной бумагой.

На этом этапе, автор вырезал из пластикового листа на ЧПУ детали для соединения лопастей. Как видно они имеют несложную форму, так что здесь вполне можно обойтись лобзиком.

Так же он вырезал две пластиковые базы состоящие из двух половинок. Между ними будут установлены лопасти, так же к ним будут крепиться деревянные планки корпуса. Лопасти стянул шпилькой. Дополнительно из пластика были вырезаны два диска. Каждый он приклеил к базам. В центральных отверстиях этих деталей установлены подшипник. Так же подготовил деревянный диск. Вырезал в нем отверстие диаметром 19, а по внешнему периметру выполнил по касательной запили под лопасти. В последних так же были вырезаны пазы.

Читайте также:  Альтернатива зарядному устройству IMAX

Источник

Как зарядить смартфон водой и огнем

То, что зарядить мобильный гаджет можно не только от обычной розетки или бортовой сети автомобиля, но и используя энергию огня, воды и ветра — для многих уже не является секретом. А вот как работают такие устройства — является загадкой из разряда «черного ящика» телепередачи «Что? Где? Когда?». В данной статье разберемся, как устроены зарядки, использующие в своей работе энергию огня, воды и воздуха.

История и теория термоэлектричества

В следующем году открытию, послужившему отправной точкой целого раздела физики, а именно изучению термоэлектрических процессов, исполняется 200 лет. В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек сообщил научному сообществу об одном любопытном наблюдении. А именно о возникновении магнитного поля и протекании электрического тока в замкнутой системе проводников, при приложении тепла или холода на одну из точек сплава двух металлов.

В своих экспериментах Зеебек использовал пластину висмута и припаянную к ней пластинку меди. Между двумя пластинами ученый оставил зазор, в который помещалась магнитная стрелка.

При приложении тепла или холода к одной из сторон конструкции магнитная стрелка отклонялась от своего первоначального положения, что свидетельствовало о возникновении магнитной индукции в медном проводнике. Если замкнутый контур, состоящий из двух металлов разомкнуть, то на его выводах, при нагревании или отведении тепла с места соединения, возникала разность потенциалов. Свое открытие немецкий ученый назвал «термомагнетизмом». Позже физический процесс возникновения электродвижущей силы в спае проводников при нагревании точки сплава был назван эффектом Зеебека.

Помимо того, что это открытие дало мощный толчок исследованиям в области термоэлектричества, эффект Зеебека подарил человечеству удобный инструмент для измерения температур, а именно — термопары.

Следующей важной вехой в исследовании термоэлектрических эффектов стало открытие французского ученого Жан-Шарля Пельтье, сделанное им в 1834 году. Он продолжил эксперименты с различными спаями металлов, и пришел к выводу, что наибольший эффект по продуцированию ЭДС в контуре достигается при использовании висмута и сурьмы, элементов с различной проводимостью (n-проводимость и p-проводимость). Последовательное соединение этих элементов между собой медными перемычками, с четким соблюдением их чередования, привело к открытию.

Подача напряжения на контакты такой схемы заставляла одну сторону спаек сильно нагреваться, а другую — стремительно терять тепло. Причем, чем большее значение напряжения подавалось на выводы схемы, тем большая разница температур устанавливалась на сторонах экспериментального элемента.

По сути — это был второй основополагающий принцип термоэлектричества, обратный эффекту Зеебека.

Эффект, открытый французским ученым получил его имя, а созданное устройство было названо элементом Пельтье.

Современные элементы Пельтье производятся на базе соединений германида кремния и германида висмута, что позволяет при приложении к ним напряжения порядка 12–14 В получить разницу температур в 80° С между «горячей» и «холодной» сторонами, но это максимальные значения. В среднем Δt составляет 60° С.

Широкое применение элементы Пельтье получили в холодильных установках, особенно в компактных автомобильных холодильниках. К преимуществам такого решения однозначно можно отнести:

  • простоту конструкции;
  • отсутствие механических частей;
  • возможность работы, как на охлаждение, так и на нагрев (достигается простой сменой полярности).

Основными и существенными недостатками являются:

  • низкий КПД;
  • зависимость от температуры окружающего воздуха;
  • высокие затраты электрической мощности для создания разности температур на сторонах элемента.

Но «чудеса» на этом не заканчиваются. Оказывается, что при приложении на разные стороны элемента тепла и холода, по его переходам начинает протекать электрический ток, а на выводах генерируется напряжение. Данная особенность элемента Пельтье легла в основу целого класса альтернативных зарядных устройств, генерирующих ток заряда от простого нагрева его «горячей» стороны и отвода тепла с «холодной».

Как зарядить смартфон огнем

Девайсы, пригодные для зарядки мобильных гаджетов подобного типа имеют различный форм-фактор. Они могут быть выполнены в форме кружки, котелка, мангала или небольшого переносного очага для сжигания щепок. Главное, что их объединяет — для начала генерации электроэнергии одну из сторон элемента нужно нагреть.

Величина тока заряда напрямую зависит от разности температур на сторонах элемента Пельтье.

Чтобы повысить значение генерируемого тока, производители термоэлектрических зарядок идут на ряд ухищрений:

  • исполняют их в форме походной посуды (котелки, кастрюли, кружки и т. д.).

Огонь нагревает одну сторону элемента, а вода эффективно охлаждает вторую. Правда длится это не долго — вода рано или поздно закипит и разница температур уменьшится, но при этом появляется возможность приготовить сытный обед на лоне природы;

  • встраивают в устройства небольшие аккумуляторы, которые продолжают заряжать смартфон после уменьшения разности температур на сторонах элемента Пельтье;
  • оснащают свои зарядки эффективной системой воздушного охлаждения для быстрого отвода тепла с «холодной» стороны элемента.

Что касается практической стороны вопроса, то рынок подобных устройств весьма обширен, начиная с устройств уже сделавшей себе имя американской компании BioLite, имеющей в своем модельном ряду как небольшие походные очаги (от 13000 руб),

так и мангалы для большой компании (от 21000 руб),

заканчивая довольно молодым стартапом мангала зарядки Tengu (от 8000 руб) российского инженера из Уфы.

Все что нужно для зарядки мобильника или планшета — собрать несколько сухих веток или шишек и разжечь огонь. Дальше законы термоэлектричества сделают свое дело, пора подключать смартфон к USB порту и пополнять энергией аккумуляторы гаджетов!

Как зарядить смартфон водой, ветром или мускульной силой

Идея получения электрической энергии от энергии вращения не нова. Пожалуй, она родилась одновременно с изобретением электричества. Простое наблюдение, что в катушке проводника, при поднесении к ней магнита, начинает течь электрический ток, дало старт развитию и совершенствованию устройств по генерации электрической энергии.

Устройство генератора

Генератор электрической энергии — это электрическая машина, в которой происходит трансформация механической энергии вращения в электрическую энергию.

Существует несколько вариантов конструкционного исполнения электрогенераторов, но всех их объединяет один принцип — при взаимодействии проводника, выполненного в форме рамки, с магнитным полем в нем начинает протекать электрический ток, а на выводах рамки возникает разница потенциалов (напряжение). Причем значения что напряжения, что силы тока, напрямую зависят от частоты вращения проводника в магнитном поле. Понятно, что для достижения наибольшего эффекта и КПД, в электрическом генераторе таких единичных рамок содержится несколько десятков, а то и сотен. В совокупности они образуют обмотку генератора, в которой продуцируется электрический ток.

По типу генерируемой энергии электрические машины разделяются на генераторы постоянного и переменного тока. Конструкционно генераторы переменного тока несколько проще, поскольку в них отсутствует коллектор и щеточный узел, и соответственно, машины переменного тока требуют значительно меньшего к себе внимания и затрат на обслуживание.

Именно по этой причине в компактных зарядных устройствах широко используют генераторы переменного тока, но так как гаджеты для своей зарядки требуют постоянное напряжение и ток, то в схему зарядного устройства включают простейшие выпрямитель и стабилизатор.

В генераторах промышленного и бытового назначения магнитное поле, в которое помещаются рамки-проводники, создают обмотки возбуждения, к которым подводится постоянный ток от стороннего источника энергии или выпрямленный электрический ток, сгенерированный самой электрической машиной (генераторы с самовозбуждением). Такую конструкцию довольно непросто реализовать в миниатюрном масштабе, поэтому компактные генераторы, используемые в зарядных устройствах, оснащают постоянными магнитами.

От типа магнита и его силы зависит сила магнитного поля, что в конечном итоге сказывается на величине генерируемого тока. Наилучшие представители компактных генераторов оснащаются неодимовыми магнитами.

Еще одним немаловажным фактором, отвечающим за эффективность зарядного устройства и его способность генерировать достаточное количество энергии, является минимизация потерь энергии при ее преобразовании. В первую очередь это касается механических потерь от трения, возникающих при вращении ротора. Крайне желательно, чтобы ось ротора такого генератора была установлена на подшипниках качения, а не на латунных втулках, имитирующих подшипник скольжения. Такой конструктив позволит ротору начинать вращаться при приложении к нему минимальных усилий, что особенно важно в установках, работающих от дуновения ветра или движения воды. При генерации энергии от протока воды, важно обеспечить полную герметичность конструкции, исключив тем самым даже намек на попадание внутрь устройства влаги.

Читайте также:  Распиновка и устройство аккумуляторной батареи ноутбука

Устройство зарядок, работающих от энергии воды или ветра схоже. На вал ротора генератора надета крыльчатка, которая приводится в движение проходящими через ее лопасти потоками той или иной стихии.

При использовании для генерации мускульной силы, в конструкцию устройства добавляется повышающий редуктор, который позволяет получить достаточное количество оборотов на валу генератора, необходимое для выработки электроэнергии заданных параметров. При этом ручку зарядного устройства не придется вращать с фанатизмом.

Приблизительно три минуты вращения рукоятки механической зарядки дадут одну минуту разговора, что в экстренной ситуации может сыграть решающее значение.

Что касается практического применения, то зарядки, построенные на генераторе электрической энергии, пожалуй, самая распространенная категория походных зарядных устройств. Начиная от наиболее распространенных велосипедных динамо-машин (от 500 руб)

и механических зарядных устройств (от 400 руб),

до микроГЭС, использующих в своей работе энергию течения ручья или реки. Чтобы зарядить смартфон такой зарядкой, нужно будет найти место на берегу, где имеется хоть небольшое, но устойчивое движение воды. Протекающая сквозь лопасти вода будет вращать вал генератора, заряжая внутренний аккумулятор. Устройства подобного плана незаменимы в путешествиях по водной глади, от неспешного путешествия на плоту, до экстремального сплава по горной реке. В путешествиях, когда позволяют условия, турбину зарядного устройства нужно всегда оставлять за бортом плавательного средства, используя любую возможность накопить энергии.

Стоимость такой универсальной турбинки стартует от 18000 руб. «Фишка» конкретной модели (к слову сказать, произведенной в Канаде) — всеядность, она успешно работает как от течения воды или воздушных потоков, так и от мускульной силы путешественника.

Синергия веществ и стихий

Зарядить мобильник можно не только отдельно взятыми огнем, водой или ветром, но и сочетанием сразу нескольких внешних воздействий. Также можно заручиться помощью других конструкций и веществ.

Химические вещества

Яркими представителями этого семейства зарядных устройств являются химические топливные элементы, вырабатывающие электроэнергию вследствие протекания в них определенных химических реакций. Основная суть этих процессов — химическая реакция, обратная процессу электролиза (разложение воды на водород и кислород при воздействии на нее электрического тока). В компактных топливных элементах, вместо классического водорода, который до сих пор не научились дешево производить, используется метиловый спирт, содержащий в своем составе достаточное количество водорода.

В итоге, при взаимодействии водорода и кислорода, содержащегося в воздухе, в электролите, заключенном в протонообменную мембрану, не выпускающую за свои пределы отрицательно заряженные частицы, возникают свободные электроны, которые двигаясь по проводнику, создают в нем электрический ток.

Главная «фишка» химического топливного элемента — невероятно высокий КПД и отсутствие каких либо вредных выбросов. На выходе — чистая энергия и несколько капель воды.

Единственное, что сильно сдерживает развитие этой технологии — понимание того, что метанол ядовит и его повсеместное использование может быть чревато. Дополнительным фактором, не позволяющим развиваться таким топливным элементам, является их дороговизна. Ведь в качестве катализатора на катоде и аноде установки применяются дорогостоящие золото и платина.

Хороший потенциал и у другой пары химических элементов, а именно магния и углерода (каменного угля). Помещение двух электродов из этих элементов в емкость с водой дает на их выводах напряжение порядка 2 В.

Зарядные устройства, работающие на химических топливных элементах активно продвигались и продавались в 2013-2014 годах. Сегодня их уже не встретить в продаже. Видимо технология не оправдала себя, либо появилась преждевременно.

Огонь и вода

В одной детской логической игре есть вопрос: «Что будет, если объединить огонь и воду?». Правильный ответ — «Пар», а это, на минуточку, один из первых движителей, стоявших на заре повсеместной электрификации. Именно паровые машины приводили в движение первые электрические генераторы. Поэтому многим наверняка понравится паровая машина в стиле стим-панк у себя на рабочем столе.

Принцип ее действия достаточно прост: вода, находящаяся в котле, закипает и переходит в газообразное состояние — пар, который в свою очередь толкает поршень цилиндра, приводящего в движение маховик. Присоединив к нему вал генератора — получим действующую модель, генерирующую электроэнергию. Да, она будет иметь слабый КПД, ее не возьмешь с собой в поход, но оказавшись в месте, куда еще не добралось «стационарное» электричество, зарядить смартфон или зажечь небольшую лампочку однозначно получится.

Паровая машина — сосуд, работающий под давлением! Обращаться с ней нужно крайне осторожно, с соблюдением всех необходимых мер безопасности!

Огонь и воздух

Еще одним любопытным устройством, позволяющим получить энергию движения от нагрева воздуха, является двигатель Стирлинга.

Авторство данной конструкции принадлежит шотландскому священнику Роберту Стирлингу, запатентовавшему свое изобретение в 1816 году.

Принцип действия установки до безобразия прост. Двигатель работает исключительно за счет разницы температур рабочего тела, заключенного в цилиндр. В качестве рабочего тела в двигателе Стирлинга используется обычный воздух.

Для запуска двигателя Стирлинга достаточно нагреть воздух в «горячей» части цилиндра в течение 20–30 секунд. Нагретый с одной стороны цилиндра воздух расширяется и толкает рабочий поршень, после чего остывает в регенераторе, сжимается и тянет поршень обратно. За быстрое перемещение воздуха в цилиндре с горячей стороны в холодную и обратно отвечает вытеснительный поршень.

Этот цикл продолжается до тех пор, пока в рабочем цилиндре сохраняется разность температур между его сторонами. Остановка двигателя происходит при выравнивании температур воздуха в обеих частях цилиндра.

Чтобы обеспечить работоспособность конструкции, важно соблюдение двух условий:

  1. Рабочий и вытеснительный поршни должны крепиться к маховику с определенным сдвигом (как правило, круговой сдвиг составляет 90°);
  2. Вытеснительный поршень, в отличие от рабочего, должен неплотно прилегать к стенкам цилиндра, обеспечивая свободное перемещение рабочего тела из горячей в холодную часть камеры и наоборот.

Дальше — дело техники, подключаем к валу маховика генератор и собираем так необходимую энергию.

К преимуществам этой конструкции относятся:

  • всеядность. Абсолютно не имеет никакого значения, каким видом топлива нагревать или охлаждать часть рабочего цилиндра;
  • простота конструкции. Минимум деталей и простая схема сборки делает этот вид двигателя чрезвычайно работоспособным, имеющим просто огромный рабочий ресурс;
  • экономичность. Для создания разницы температур не требуется большого количества энергии. Рабочее тело (воздух) при этом не расходуется вовсе;
  • экологичность. Двигатель Стирлинга не выбрасывает в атмосферу отработавшие газы, не создает при своей работе повышенные уровни шума и вибрации.

К недостаткам данной конструкции следует отнести:

  • невозможность снятия большой мощности с вала двигателя;
  • сложность регулирования режима работы и скорости вращения маховика;
  • инерционность системы;
  • большие габариты и материалоемкость. Для получения более-менее адекватных уровней мощности, размер цилиндра должен быть внушительным, а на изготовление стенок регенератора, необходимого для охлаждения рабочего тела, требуется большое количество металла.

Что паровая машина,

что двигатель Стирлинга

не являются какими-то «эксклюзивами». Товарные экземпляры можно запросто купить в местных интернет-магазинах, специализирующихся на продаже демонстрационных и образовательных моделей, либо заказать напрямую из Поднебесной. Производят их все равно по большей части там.

Единственное, что заряжать телефон моделями этих двигателей «из коробки» не получиться, их нужно будет дорабатывать в плане установки генератора с необходимыми выходными параметрами. В общем — задача для настоящих энтузиастов, не боящихся брать в руки инструмент.

Модель паровой машины обойдется от 15000 руб, а небольшой двигатель Стирлинга от 2500 руб. Стоимость моделей, которые можно модернизировать для нужд зарядки мобильных гаджетов стартует от 4500 руб.

Итоги

Конечно, все перечисленные устройства, на сегодняшний день являются довольно экзотичными и пока еще мало распространенными в повседневной жизни, но принципы, заложенные в них, имеют огромный потенциал в сфере добычи энергии из альтернативных источников. Поэтому однозначно можно сказать лишь одно, оказавшись вдали от электрической розетки и имея в своем арсенале хотя бы одно из таких устройств — получить немного энергии для освещения или зарядки смартфона не составит большого труда.

Источник

Выбираем оборудование для домашней ветроэлектростанции: контроллеры, инверторы и аккумуляторы

Чем комплектовать домашнюю электростанцию, работающую от энергии ветра – рекомендации пользователей FORUMHOUSE.

Настоящая статья является продолжением темы, которая посвящена организации автономной ветроэлектростанции на своем участке. В предыдущем материале мы рассмотрели ключевые параметры, по которым следует выбирать основной модуль силовой ветроэнергетической установки – ветрогенератор. Сегодня же предлагаем разобраться в особенностях вспомогательных устройств, обеспечивающих функционирование альтернативной электроустановки в режиме бесперебойного электроснабжения.

Читайте также:  Какие бывают зарядные устройства для айфона

В статье будут рассмотрены следующие вопросы:

  • Каким функционалом должен обладать контроллер ветрогенератора и какое устройство подойдет для силовой ВЭУ
  • Как выбирать аккумуляторы для альтернативной системы электроснабжения
  • Как выбрать инвертор и включить его в цепь альтернативной электроустановки

Какой контроллер применим к ветрогенератору

Контроллер заряда аккумуляторов – один из основных элементов альтернативной электроустановки. Его основная функция заключается в том, чтобы обеспечивать правильный и равномерный заряд аккумуляторной батареи, независимо от скорости ветра и разницы в среднесуточном объеме мощности, вырабатываемой ветрогенератором.

В сфере альтернативной энергетики применяются два типа контроллеров: контроллеры для солнечных батарей и контроллеры для ветрогенераторов. Бывают еще гибридные (комбинированные) контроллеры, которые используются в электроустановках, работающих от различных источников тока одновременно (ветрогенератор (ВГ), солнечные батареи (СБ), дизельгенератор и т. д.). И сейчас мы разберемся в том, какие контроллеры подходят именно для ветроэлектростанции.

Если никакого контроллера у вас еще нет, то разумнее всего покупать устройство, которое соответствует особенностям именно вашей системы: если система будет работать исключительно от ветра, то и контроллер нужен для ветрогенератора. Если же система комбинированная (например, ветрогенератор плюс СБ), то и контроллер необходим соответствующий.

Почему контроллер солнечных батарей не рекомендуется подключать к ветрогенератору

Контроллер солнечных батарей можно подключать к ветрогенератору лишь в том случае, если оснастить систему диодным мостом (который будет выпрямлять напряжение, вырабатываемое генератором) и балластной нагрузкой, которая будет обеспечивать электромагнитное торможение ветряка при сильных порывах ветра.

Ветряк должен постоянно находиться под электрической нагрузкой. Дело в том, что когда аккумуляторы зарядятся, контроллер, так или иначе, отключит АБ от источника тока. На состоянии солнечных батарей периодическое отключение нагрузки никак не отражается. Если же во время сильного ветра от нагрузки отключить ветрогенератор, последствия могут быть фатальны: ветряк либо сломается (лишившись нагрузки и раскрутившись до немыслимых оборотов), либо выдаст высокое напряжение и выведет из строя не рассчитанный на это солнечный контроллер.

Мax94 Пользователь FORUMHOUSE

Любой ветрогенератор, являющийся электрогенератором ограниченной выходной мощности, при временном поступлении неограниченной входной мощности должен иметь механизм гашения этой излишней энергии. Вот простой пример: имеем ВГ мощностью 1кВт*ч, рассчитанный на номинальную скорость ветра 12 м/с. При ветре 18-24 м/с входящая мощность возрастает пропорционально «кубу» роста скорости ветра. И эту лишнюю мощность надо куда-то деть. При подключении же ВГ к солнечному контроллеру, который не рассчитан на то, что при превышении каких-то параметров источника этот источник надо как-то замедлить, получим следующую ситуацию: аккумуляторы заряжены, ураган раскручивает ветряк, нагрузки нет, ветряк ломается.

Разумеется, что в конструкции современных ветрогенераторов реализована защита от бури (поворотом лопастей, складыванием хвоста и т. д.). Но механическая защита не рассчитана на защиту самого контроллера (особенно солнечного). И в тот момент, когда она сработает, входные транзисторы устройства уже могут сгореть (ведь рассчитаны они на напряжение солнечных батарей, которое не может превысить максимальных расчетных параметров). В силу этих причин специальные контроллеры ВЭУ оснащаются дополнительной балластной нагрузкой.

Контроллеры ветрогенератора и их особенности

Балластная нагрузка, встраиваемая в электрическую цепь контроллера ВЭУ, представляет собой мощный резистор, который сжигает лишнюю энергию, получаемую с ветряка. Балластная нагрузка включается в работу в тот момент, когда напряжение на клеммах аккумулятора достигает уровня, свидетельствующего о полном заряде АБ (примерно 14.2 Вольт – для батареи номиналом 12 В). С этого момента лишняя энергия будет сжигаться на балласте, одновременно защищая аккумуляторы от перезаряда и не давая ветрогенератору развивать слишком больших оборотов. Так ведут себя наиболее технологичные контроллеры ветрогенератора, которые и рекомендуется включать в комплект альтернативных электростанций.

Более простые и дешевые контроллеры ВЭУ (они часто применяются в бытовых системах) при увеличении напряжения на аккумуляторах выше заданных значений, просто замыкают фазы генератора. Такой «электромагнитный тормоз» полностью останавливает винт генератора и держит его в этом положении до тех пор, пока напряжение на АБ снова не упадет, и ей не потребуется дозарядка. Затем цикл повторяется. Полная остановка ветрогенератора отрицательно сказывается на состоянии аккумуляторных батарей, ведь несоблюдение режимов зарядки значительно сокращает срок их службы.

Чтобы продлить срок службы аккумуляторных батарей, домашнюю электростанцию необходимо комплектовать контроллерами ШИМ (PWM). Это устройства широтно-импульсной модуляции, которые обеспечивают оптимизированный цикл зарядки АБ: вовремя подключают и отключают батарею от источника тока, регулируют напряжение и силу тока на всех стадиях зарядки и т. д.

Leo2 Пользователь FORUMHOUSE

ШИМ контроллеры тоже сбрасывают часть энергии от ветрогенератора на балластную нагрузку, только делают это «умнее» и с относительно высокой частотой. Если ШИМ нет, значит – совсем барахло.

В автономных системах, работающих от солнечных батарей, принято использовать более совершенные контроллеры МРРТ. Они отслеживают точку максимальной мощности на основе вольтамперной характеристики источника тока и обеспечивают оптимальный режим заряда аккумуляторов. Говорить о широком применении МРРТ в ветроэнергетике пока еще рано.

Источник

Зарядка аккумуляторов от ветра

На Бумстартере идет кампания по сбору средств на выпуск необычного гаджета – печи-зарядки Tengu. Она использует ту же технологию получения электричества, что и марсоход Curiosity – термоэлектрический генератор. Ее изобретатель – инженер из Уфы Айдар Хайруллин утверждает, что это самый мощный и надежный походный генератор в мире, который к тому же не использует модули Пельтье. Печь весит всего 1,2 кг, “работает” даже на шишках и быстро заряжает абсолютно все версии смартфонов, планшетов, фонариков и других гаджетов. На полную зарядку смартфона печи Tengu нужно всего 2 часа, а Go Pro — 1 час.

Компактная печь легко собирается. Конструкция устроена так, что для горения не нужно много дров или угля — достаточно шишек, веток и других мелких горючих материалов, которых достаточно в любом лесу. Печь обеспечивает стабильную мощность и при этом выполняет свое прямое предназначение: нагревает чайники, кастрюли и котелки — литр воды, например, закипает за 7 минут, гаджет к этому времени также начнет заряжаться.

«Сегодня есть очень много гаджетов, которые нуждаются в подзарядке. В походы мы ходим на 3-4 дня, за это время аккумуляторы садятся, и гаджеты становятся бесполезными. Обидно таскать на себе камеру или другое оборудование, которое в результате никакой пользы не несет», — объясняет свою мотивацию Айдар Хайруллин. Четыре года назад он придумал, как справиться с проблемой севшей батарейки в походе, однако к оригинальному решению этой задачи пришел не сразу. Сначала он пробовал использовать существующие технологии — купил дешевый китайский внешний аккумулятор с солнечной панелью, но быстро разочаровался в нем: устройство сильно зависело от погоды и за целый день заряжало телефон всего на 5%.

Более дорогие аккумуляторы с крупной солнечной панелью оказались эффективнее, но также работали только в ясную погоду, требовали постоянной корректировки угла наклона по отношению к солнцу, а процесс полной зарядки по-прежнему оставался очень длительным. Кроме того, эти панели были слишком громоздкими и хрупкими для того, чтобы брать их в поход.

В поисках способа эффективной зарядки гаджетов в полевых условиях Хайруллин перерыл интернет и наткнулся на информацию о радиоизотопном термоэлектрическом генераторе. Такой установлен на марсоходе Curiosity. Этот генератор использует тепловую энергию, которая выделяется в результате распада радиоактивных изотопов и преобразует ее в электрическую. Айдар решил, что преобразовывать тепло в электричество можно и на Земле и начал тесты.

В качестве источника энергии он решил использовать не радиоактивные изотопы, а более привычный огонь костра. Так пришла идея создать небольшую походную складную печку, оснащенную термоэлектрогенератором. Заказав необходимые детали, в августе 2014 года инженер собрал первый прототип. Самоделка выглядела не очень, но, тем не менее, была вполне пригодна для первых полевых тестов. «Никто не верил, что эта штука может заряжать телефон, да еще и от костра, — вспоминает реакцию товарищей Хайруллин. — Но все сработало. Печка всем понравилась и друзья просили сделать для них тоже».

Источник