Existuje mnoho případů, kdy žijete mimo město, možná budete potřebovat malé množství elektřiny k napájení nízkoenergetického zařízení. Například pro provoz kompaktní meteorologické stanice, sledování hladiny vody v nádrži, řízení automatizace skleníku, nouzové osvětlení zahradní cesty nebo malé místnosti a dalších zařízení. Pro každý z nich je nutné mít zdroj energie - baterii, baterii nebo síťové napájení (PSU). V případě pravidelného zatížení zařízení je vhodné použít napájecí zdroj napájený z baterie. Navíc, pro nabíjení, za použití zařízení za těchto podmínek, je nejvýhodnější použít obnovitelnou větrnou energii, která učiní PSU ekonomickou a autonomní.
V našem případě zvážíme možnost využití větrné energie pro nouzové osvětlení zahradní toalety, stojící samostatně na okraji pozemku. Protože jasné osvětlení tohoto objektu není nutné, je k vyřešení tohoto problému dostatečný nízký výkon. Během dne je baterie nabíjena větrnou energií a ve tmě ji podle potřeby dodává.
Chcete-li provést napájení, potřebujete větrný generátor o výkonu několika wattů, baterii s malou kapacitou a nabíječku, zařízení pro přizpůsobení napětí.
Větrný generátor
Jako elektrický generátor se používá modifikovaný kompaktní permanentní startér do automobilu. Výstup generátoru: střídavý proud s výkonem 1,0 ... 6,5 W (v závislosti na rychlosti větru). Napětí - 1 ... 6 v; proud - 0,2 ... 1,1 a (v rozsahu: malá - průměrná rychlost větru).
V článku je popsána varianta přeměny startéru na generátor.
Pro pohon elektrického generátoru byla vyrobena rotorová turbína se svislou osou otáčení. Tato větrná turbína stojí téměř nic a lze ji snadno vyrobit domů podmínky. Navíc taková turbína pracuje téměř tiše a bez ohledu na to, kde fouká vítr. Účinnost této turbíny je malá, ale to je dost pro fungování tohoto zařízení. Vše je zajištěno délkou práce a vyplatí se jednoduchostí a spolehlivostí designu. Varianta výroby turbíny je popsána v článek
Baterie a nabíječka.
Jako zařízení k ukládání energie lze použít lithium-iontovou baterii z mobilního telefonu. Schéma a výrobní postup nabíječky (nabíječky) pro tuto baterii jsou uvedeny v článku.
Vstupní data nabíječky: stejnosměrné napětí 5,5 ... 30 V. Výstupní napětí navrhované nabíječky v rozsahu 4,18 - 4,20 V. Při použití jiné baterie s vhodným nastavením umožňuje nabíječka získat výstupní napětí do 2,5 ... 27 V.
Voltage Matching
Napětí a proud z větrné turbíny se liší v závislosti na rychlosti větru, takže pro praktické použití musíme být schopni nabít baterii a ušetřit energii pro použití tam. K tomu musí být elektřina z větrného generátoru převedena ze střídavého proudu na přímý, s napětím dostatečným pro provoz nabíječky baterií.
Navržený větrný generátor, jak je vidět z výstupních charakteristik, není schopen produkovat potřebné napětí kvůli nízké rychlosti. Při průměrné rychlosti větru může být na výstupu získáno napětí asi 2 ... 5 V a pro nabíjení baterie je vyžadováno napětí více než 5,5 voltu. Cesta ven je použití jednoduchého měniče napětí, sestaveného na základě čtyřnásobného multiplikátoru napětí. Použitím 2 ... 5 V střídavého proudu na vstup převodníku získáme 5,5 ... 12 V stejnosměrného proudu na výstupu, což je dost na nabití baterie. Jedna z variant multiplikátoru čtyřnásobného napětí použitého v navrhovaném zařízení je zobrazena na obrázku.
Tato verze multiplikátoru má symetrický design a dobrou nosnost, vyrobená z levných a cenově dostupných prvků. Použití multiplikátoru namísto stupňového transformátoru umožňuje zmenšit rozměry a hmotnost zařízení a eliminovat usměrňovač napětí.
Výsledkem je, že obvod autonomního napájení má následující podobu.
Schéma se skládá ze 4 bloků:
A1 - větrný generátor;
A2 - multiplikátor napětí;
A3 - baterie a nabíječka;
Osvětlovací jednotka A4.
Výroba autonomního napájení
1. Napěťový multiplikátor (blok A2), podle výše uvedeného schématu, sestavujeme a pájíme na desku 65 x 35 mm vyříznutou z univerzální montážní desky z textitu.
Pro montáž obvodu byly použity dříve nerealizované domácí diody D226G s účinným chladičem. Dovezené elektrolytické kondenzátory. Je-li to nutné, je možné tento obvod sestavit kompaktněji pomocí moderních importovaných diod s nejnižším možným přímým napětím, aby se zvýšila účinnost měniče napětí.
Je třeba poznamenat, že během provozu zařízení bude maximální proud protékající diodami roven dvojnásobku zátěžového proudu a na elektrolytech se zdvojnásobí hodnota amplitudy vstupního napětí. V souladu s tím musí být pro tyto parametry navrženy kondenzátory a diody.
Kromě toho je rezistor R6 přidán do bloku multiplikátoru napětí pro omezení maximálního proudu a Zenerova dioda D5 je použita pro omezení napětí. Tyto prvky by měly chránit zařízení při silném větru. Pro vyhlazení zvlnění je výstup multiplikátoru napětí připojen k elektrolytu C5 (přenesen do bloku A3 v diagramu).
2. Baterie a nabíječka (A3). Jako zařízení k ukládání energie lze použít lithium-iontovou baterii z mobilního telefonu. Schéma a výrobní postup nabíječky pro tuto baterii jsou uvedeny v článku.
Nastavení obvodu nabíjecího proudu. Po připojení vybité baterie k obvodu (jak se rozsvítí LED), jsme pomocí testeru R2 nastavili hodnotu nabíjecího proudu - 100 ... 150 mA.
3. Osvětlovací jednotka (A4) zahrnuje obvod sestávající ze tří sériově zapojených superbright LED, omezovacího odporu R5 a výkonového spínače pro LED. LED diody omezovacího odporu jsou namontovány na samostatné desce.
4. Vytvořme desku pro instalaci lithium-iontové baterie. Z univerzálního montážního DPS jsme vyřízli obdélník o rozměrech 40 x 55 mm, pro instalaci kontaktů jsme prořízli dvě drážky v desce o šířce 0,7 ... 1,0 mm.Rozložení pinů závisí na modelu použité lithium-iontové baterie. Z měděné nebo mosazné desky o tloušťce 0,5 ... 0,7 mm jsme vyřízli kontakty ve tvaru písmene L a připevnili je na zadní stranu desky pomocí pájení nebo jiného spojení. Pájejte kontakty na odpovídající výstupní svorky nabíječky a osvětlovací jednotky. Na desce plošných spojů tohoto zařízení jsou vytvořeny dvě skupiny kontaktů různých výšek pro paralelní připojení dvou baterií (ke zvýšení kapacity) namontovaných na sobě.
5. Sestava napájecího zdroje. Vyrobíme bloky podle výše uvedeného schématu pomocí montážního drátu. V takovém případě je možné použít krabici vhodné velikosti, lampu. Žádoucí v prachu a voděodolném provedení (práce venku). V tomto případě bylo použito plastové pouzdro ze staré baterky.
6. Kontrola funkce zařízení.
Na vstup zařízení dodáváme střídavý proud s napětím 2,3 V.
Při tomto napětí získáme na výstupu multiplikátoru stejnosměrné napětí 6,43 V.
V případě potřeby zkontrolujeme výstupní napětí nabíječky.
Jsme přesvědčeni o správném fungování vyráběného zařízení.
7. Namontujte sestavené bloky do pouzdra. Indikátor nabíjení baterie zafixujeme na nápadném místě. Z pouzdra vychází vodič (skupina kontaktů) pro připojení k generátoru a spínači světla.
8. Pokud je to možné, utěsněte mezery před prachem a vlhkostí.
