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).
Вариант переделки стартера в генератор описан в статье.
Для привода электрогенератора изготовлена турбина роторного типа с вертикальной осью вращения. Эта ветровая турбина практически ничего не стоит и легко может быть изготовлена в домашних условиях. Более того, такая турбина работает практически бесшумно и вне зависимости от того, куда дует ветер. Эффективность этой турбины небольшая, но для работы данного устройства этого достаточно. Все обеспечивается длительностью работы и окупается простотой и надежностью конструкции. Вариант изготовления турбины описан в статье
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.
При этом напряжении, на выходе умножителя получаем постоянный ток напряжением 6,43 В.
Проверяем, при необходимости регулируем, выходное напряжение зарядного устройства.
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.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
