Альтернативные источники энергии: портативные генераторы, ветряки и самодельные решения

Фабричные портативные зарядные устройства

Среди готовых решений для автономного электропитания гаджетов рассматриваются различные мобильные варианты:

• Ручные генераторы натяжного типа (YoGen): компактное устройство (размеры 55х90х23 мм, вес порядка 100 г) оснащено вытяжным шнурком, вращающим внутренний генератор. Имеет выходной разъем mini-USB и светодиодный индикатор зарядки. В этой же линейке существует ножная педальная модель Yogen Max, рассчитанная на энергоснабжение ноутбуков.
• Солнечные зарядные станции (BICO-588S): прибор использует 3 сменных аккумулятора типа AA как буферный накопитель энергии. Параметры встроенной солнечной панели — 9 В / 240 мА, выходной ток на потребителя — 5,5 В при токе до 600 мА. Вес устройства в чехле составляет 171 г, габариты — 134x70x26 мм.
• Комбинированные динамо-солнечные станции: многофункциональные комбайны , совмещающие ручную динамо-машину, солнечную панель и фонарик на трех ярких светодиодах (габариты 170х60х54 мм). Зарядка встроенных сменных элементов типа АА/ААА идет током ~80 мА от солнца и ~280 мА от динамо-генератора или mini-USB порта. Выходное напряжение регулируется в пределах 1,5–6 В (ток до 300 мА).

Самодельная динамо-машина на базе двигателя от микроволновки

Практичной основой для ручного генератора является мотор вращения поддона бытовой СВЧ-печи , . Его преимущество — наличие надежного встроенного редуктора. При номинале 21 В переменного тока (мощность 3 Вт) при ручном вращении он выдает от 30 до 40 В.

Элементная база и схема сборки

• Генератор: двигатель поддона СВЧ (21 В, 3 Вт).
• Понижающий узел: трансформатор с коэффициентом трансформации около 0,2 (подойдет каскад от советского радиоприемника) .
• Выпрямитель: диодный мост на четырех диодах Д226Б (или аналогичных мощных выпрямительных диодах).
• Буфер/сглаживатель: электролитический конденсатор 500 мкФ на 16 В . Он сглаживает скачки напряжения и может выступать в роли накопителя-разрядника.
• Безопасность: предохранитель цепи катушек трансформатора и вывод заземления на корпус для защиты от высоковольтных наводок.

Плата изготавливается методом травления фольгированного текстолита в растворе хлорного железа (рисунок дорожек наносится защитным фломастером, затем плата сверлится сверлом 1–1,5 мм и пропаивается канифолью с припоем).

Эксплуатационные параметры самоделки

При оснащении генератора трехдиапазонным делителем напряжения получены следующие рабочие замеры:

• Режим 1 (6 В): для питания диода 1,5 Вт (4,5 В) необходимо вращение со скоростью ~140 об/мин. Сила тока составляет 0,3 А. Холостое напряжение конденсатора достигает 12,5 В за 10 оборотов.
• Режим 2 (12 В): поддержание диода требует 40 об/мин. Ток — 0,16 А. 24 В на конденсаторе достигаются за 20 оборотов.
• Режим 3 (24 В): поддержание свечения требует 20 об/мин. Ток — 0,08 А. Напряжение 24 В на конденсаторе набирается всего за 2 оборота.

КПД всей установки составил приблизительно 63,3%.

Роторный ветрогенератор из 200-литровой бочки

Для стационарной выработки 12 В (подзарядка автомобильных АКБ) эффективна вертикальная роторная установка Самойлова , обладающая высоким крутящим моментом и стабильностью при порывах ветра любого направления (рабочие обороты 200–500 об/мин).

• Изготовление лопастей: бочка на 200 л разрезается вдоль на 4 части строго механическим путем (болгаркой, так как от сварки металл коробит). Борта усиливаются приваркой стального прутка или арматуры толщиной 6–8 мм.
• Роторная крестовина: лопасти крепятся болтами М12–М14 к крестовинам (толщина верхней стальной пластины 6–8 мм). Между внутренней кромкой лопасти и центральным валом обязательно оставляется продувной зазор в 15 см.
• Трансмиссия: клиноременная передача или цепной редуктор (из велосипедных звезд и цепи), повышающий обороты на генератор в 5–8 раз. Оборудование монтируется на крыше или на отдельной мачте из швеллера (5–6 см) с растяжками и заземлением.

Биогаз, термогенераторы и пассивное солнечное тепло

Помимо динамо-генераторов и фотоэлементов, применяются другие принципы получения энергии:

• Биогазовые реакторы: закрытая емкость с сырой органикой (трава, компост, навоз) и гидрозатвором вырабатывает метан ($CH_4$). 1 кг органики (разложимой на 70%) дает в среднем 0,18 кг метана, 0,32 кг $CO_2$, 0,2 кг воды и остаток качественного удобрения. 5 тонн навоза обеспечивают автономным газом отопление и готовку на целый год, выделяя попутное тепло 70–90 °C.
• Термоэлектрические модули (ТГК): использование термоэлементов на базе дровяных печей или керосиновых ламп позволяет за счет разницы температур вырабатывать ток, достаточный для радиоприемников обзора эфира.
• Воздушные солнечные коллекторы: пассивные нагреватели воздуха, собираемые в рамы из пустых алюминиевых банок из-под напитков (около 120 штук на оконный проем). Солнечное излучение аккумулируется металлом и подается естественной тягой либо маломощным вентилятором для прогрева комнат.