Proste urządzenia wolnej energii


Nie ma nic magicznego w pojęciu wolnej energii i przez “wolną energię” rozumiem coś produkującego energię bez potrzeby kupowania paliwa.

Urządzenia wolnej energii są dookoła nas od dawna. Stałem kiedyś za młynem wodnym. Jego moc jest przerażająca, może zmiażdżyć cię w mgnieniu oka, zanim to zauważysz. Młyn ten znajduje się na spokojnej, małej rzece i może działać cały czas, bez potrzeby płacenia komukolwiek za zużywaną przez niego energię. Budowa samego młyna trochę kosztuje, ale potem produkuje on znaczną energię latami. Większość urządzeń wolnej energii jest taka sama. Ich skonstruowanie kosztuje, ale potem działają za darmo.

Niniejsza prezentacja jest głównie dla osób zupełnie nie zaznajomionych z tematem wolnej energii. Każdy rozdział skupia się więc na jednym urządzeniu i jego dokładnym opisie.



Rozdział 1: oświetlenie zasilane Słońcem


Celem jest budowa prostego oświetlenia na baterie, ładowanego Słońcem każdego dnia i zdatnego do użytku każdej nocy. Panele słoneczne mogą być bardzo pożyteczne, pomimo niskiej sprawności i wysokiej ceny. Myśląc o panelach słonecznych, ludzie z reguły widzą szereg wielu dużych paneli, zamontowanych na dachu domu. Koszt takiej inwestycji przekracza możliwości większości ludzi. Jednakże w obecnych czasach istnieje bardzo dużo osób w ogóle nie mających dostępu do elektryczności. Wygląda na to, że dla nich użyteczna elektryczność będzie oznaczać światło w nocy. Mając dostępne od niedawna komponenty, można dostarczyć dobre światło w realistycznej cenie.

Dostępne w sprzedaży małe panele słoneczne o parametrach „10 watów, 12 woltów” można nabyć stosunkowo tanio. Panele takie, wykonane w Chinach, mogą dostarczyć prądu o natężeniu przeszło pół ampera. Panele te mają aluminiową ramę o wymiarach 337 x 205 x 18 mm i wyglądają jak poniżej:



Moje testy wykazały, że bardzo realistyczny poziom światła 1000 luksów można osiągnąć mając 1,5 wata energii elektrycznej. Najlepszym źródłem światła, jakie znalazłem, jest układ LEDów (diod świecących) w stylu „G4”, zrobiony w Chinach w technologii układu „5050”. Są one tanie i mają bardzo nieliniowa charakterystykę światła względem zużycia prądu, co w istocie jest dla nas zaletą. LEDy te są w wersjach „białej” i „ciepłej białej” (ja preferuję „ciepłą biel”) i wyglądają następująco:



Przy średnicy 30 mm i łatwymi do podłączenia wyprowadzeniami, są one bardzo wygodne i mają doskonały kąt oświetlania - 160 stopni i światło o natężeniu 160 lumenów przy 1,2 wata mocy wejściowej.

Jednym z problemów przy takich urządzeniach jest dobór właściwej baterii. Baterie litowe są doskonałe, jednak koszt odpowiedniej baterii jest dziesięciokrotnie większy, niż przewidywana cena samego urządzenia,. co skutecznie je eliminuje z rozważań. Baterie kwasowo ołowiowe są o wiele za duże, ciężki i drogie. Co zaskakujące, odpowiednim wyborem okazuje się tu być bardzo popularny akumulator niklowo magnezowy w rozmiarze AA, długi na 50 mm i szeroki na 14:



Posiadają one pojemność do 3 amperogodzin, są bardzo tanie, lekkie i można je umieścić w typowym pojemniku na baterie:



Gniazdo na osiem baterii można przystosować do siedmiu baterii 1,2V, aby uzyskać w sumie 9V. Jeżeli do panelu słonecznego podłączymy trzy takie gniazda, nie trzeba instalować układu zabezpieczającego przed przeładowaniem, gdyż baterie NiMh radzą sobie z przeładowaniem, o ile nie przekracza ono 10% ich pojemności. To bardzo upraszcza nasz projekt.

Niemniej jednak niektóre z tych małych baterii NiMh nie posiada zadeklarowanych parametrów, należy więc samemu sprawdzić żywotność konkretnego rodzaju, którego chcemy użyć. Na przykład, poniżej jest sześć rodzajów, jakie przetestowałem w grupach po cztery, obciążając każdą do 50 mA / 5V. To samo obciążenie posłużyło do testów każdej z poniższych baterii:





Wyniki były odkrywcze:





Baterie BTY 3000 nie zawierają w sumie informacji o pojemności 3000 mAh (chociaż sprzedawca tak twierdził) i ich „3000” może być tylko nazwą towaru. Wyniki testów miały tak słabe, że powtarzałem je trzy razy z dłuższym czasem ładowania i wykres powyżej przedstawia „najlepszy” wynik. Widać, jak szybko spada w nich napięcie w porównaniu do tanich baterii Fusiomax 800 mAHr. Ten fatalny wynik przebijają tylko baterie “SDNMY 3800 mAHr”, wykazujące niemal brak pojemności, w porównaniu do szumnie zapowiadanych 3800 mAh.

Baterie NiMh mają sprawność 66%. Baterię o pojemności 3000 mAh należy ładować prądem 300 mAh lub mniejszym, zatem 10W panel słoneczny nie doprowadzi do przeładowania.

Test światłomierzem dostarcza interesujących wyników o układach LED. Używając dwóch układów obok siebie wewnątrz klosza, parametry napięcie / prąd / światło na bateriach NiMh 1,2V są następujące:



To bardzo istotna informacja, pokazująca, że owe układy LED, zasilane 33 mA mogą dawać imponującą ilość 210 luksów przy szerokim kącie oświetlenia. Z drugiej strony, zasilając 5 układów LED napięciem 9 V mamy bardzo akceptowalne światło o poziomie 1000 luksów przy zaledwie 165 mA, co daje tylko 1,5 W. To spektakularna wydajność.

Równie imponujące jest to, co dzieje się przy spadku napięcia, gdy bateria jest niemal pusta. Wydajność LEDów wzrasta i nawet przy niedorzecznych 3 mA na każdą diodę dają one 21 luksów z każdego układu. W efekcie światło zanika stopniowo, w sposób zaledwie zauważalny. Mając trzy zestawy genialnych baterii AA NiMh, możemy spodziewać się minimum ośmiu godzin ciągłego świecenia na poziomie 1000 luksów z biurkowej lampki. Daje to w sumie 12 Wh i panel słoneczny, zasilający sprawną na 66% baterię 9-cioma woltami może każdą z tych zużytych watogodzin uzupełnić w przeciągu 20 minut. Innymi słowy, zaledwie 2 godziny i 40 minut dobrego światła słonecznego może dostarczyć 8 godzin 1000 -luksowego światła każdej nocy.

Jedynym ruchomym elementem w układzie jest włącznik/wyłącznik a cały obwód sprowadza się do tego poniżej:




Wszystkie panele słoneczne mają diodę, zabezpieczającą przed rozładowywaniem baterii przez panel podczas ciemności. Diody takie są często montowane fabrycznie. Osobiście nie widzę potrzeby montażu bezpiecznika ale jest to standardowa praktyka. Baterie instaluje się w skrzynce u podstawy, na której montuje się panel słoneczny i która jest dość ciężka, aby robić za bardzo stabilną lampkę. 5 układów LED jest podłączonych równolegle i umieszczonych w kloszu lampy jak ten poniżej:




Wystarczy elastyczny trzon, 120-milimetrowy klosz i wyłącznik.

Ponieważ jest to bardzo prosta i pewna konstrukcja, jest też tania i atrakcyjna. Może dostarczać latami darmowego światła na bardzo satysfakcjonującym poziomie. Prototyp wygląda następująco:




Jest ot oczywiście zupełnie zwyczajna i całkiem standardowa lampka słoneczna. Wyróżnia ją duża efektywność, przez co może oświetlać biurko mocnym światłem przez długi czas. Jest też przenośna i ma szeroki kąt oświetlania.

Można również ten projekt nieco rozbudować, aby zapewnić jeszcze dłuższy czas świecenia lub nawet okresowo jaśniejsze światło. Można to zrobić wypełniając każde z gniazd ośmioma bateriami, dzięki czemu nie trzeba w nich robić żadnych modyfikacji, wymaganych przy liczbie 7 baterii.

Jest to jednak pewna wada. Nie chcemy dodatkowego napięcia na układach LED, gdyż spowoduje to większy upływ prądu. Możemy temu zapobiec montując dodatkowy przełącznik automatyczny i dwa podłączenia do każdego gniazda na baterie. Obwód wyglądałby tak:




W tym wypadku jednostka oświetleniowa zasilana jest z ośmiu lub siedmiu baterii, w zależności od położenia przełącznika. Gdy panel słoneczny ładuje baterie, położenie przełącznika nie ma znaczenia.

Zaletą tego rozwiązania może być, że gdy napięcie po kilku godzinach świecenia zacznie spadać, użytkownik może użyć przełącznika do podniesienia napięcia z rezerwowej baterii, podnosząc jasność do nawet wyższego poziomy, niż zapewniało poprzednio siedem baterii w gnieździe. Ma to też pewną wadę, gdyż użytkownik może od razu użyć przełącznika do włączenia wszystkich ośmiu baterii, powodując o wiele większe zużycie prądu i choć da to większe światło, jego czas zapewne się skróci. Należy o tym pamiętać. Może to zależeć od użytkownika.

Przy takim rozwiązaniu sugeruję umieścić dodatkowy przełącznik z dala od wyłącznika głównego, aby użytkownik nie mógł ich pomylić. Drugi przełącznik mógłby się znajdować u nasady trzonu lampki, jak tutaj:






Fizyczny układ komponentów może wyglądać jak poniżej:






Jak widać, ciężar panelu i trzech gniazd na baterie daje urządzeniu stabilność niezależnie od skręcenia trzonu lampki. Już cztery układy LED dają doskonałe światło, sugeruję jednak 5, dających jeszcze większy zasięg.

Jeżeli chcemy użyć kupionej lampki, należy ją najpierw rozebrać i przygotować. Należy usunąć podstawę, gwint żarówki i przewlec przez tubę dwa przewody do układów LED. Należy wyciąć dysk z dowolnego sztywnego materiału, o średnicy nieco mniejszej, niż gardło lampki. Przykleja się do niej cztery lub pięć układów LED (zależnie od upodobań) i podłącza równolegle, łącząc wszystkie końcówki dodatnie do jednego z przewleczonych przewodów i tak samo ujemne do drugiego:



Następnie dysk należy ostrożnie wsunąć w gardło klosza i umieścić jakieś 10 mm poniżej brzegu klosza, w zwężającym się otworze. Umieszczamy go tak, by pasował do obramowania i przyklejamy. Jeśli używamy matowego plastiku, wówczas zaznaczmy arkusz wokół obręczy klosza i wytnijmy kółko, jakie powstanie, wywierćmy trochę otworów wentylacyjnych, aby układy LED pozostawały chłodne, i przyklejmy plastik do obramowania klosza.

Niektórzy mogą woleć ogólne oświetlenie pomieszczenia zamiast lampki na biurko. Można do tego użyć trzech niezależnych układów oświetleniowych:









Są one szczególnie użyteczne, gdyż można nimi oświetlać pomieszczenie pod różnymi kątami, oświetlać różne pomieszczenia na raz a także wyłączać w zależności od pory.

Alternatywnie można użyć wielu układów LED w jednym urządzeniu. Jeżeli potrzeba jednego, dużego źródła światła, można użyć większego panelu słonecznego. Dla bardziej kompaktowych urządzeń można dać dwa 10-watowe panele 12V, jak na zdjęciu powyżej. Konstrukcja może korzystać z prostej kontroli manualnej poziomu światła i tego samego samego przełącznika wzmacniającego światło na kilka minut. Z zewnątrz może wyglądać tak:



W pozycji zamkniętej, fronty obu paneli przylegają do siebie, co chroni je na czas transportu. Wczesny prototyp tego rodzaju konstrukcji, z panelami w pozycji otwartej, wygląda jak poniżej:



Panel na zawiasach trzymany jest w pozycji zamkniętej uchwytem magnetycznym, aby transport był bezpieczny. Dodatkowym zabezpieczeniem jest mała klapa, przeciwdziałająca luzom obecnym na zawiasach. Całość nie musi być aż tak głęboka, jak ten model doświadczalny.

Frontowa strona urządzenia, gotowa do przyłożenia matowego plastiku na jednostki LED, wygląda następująco:



Spód urządzenia powleczony jest miękkim materiałem ochronnym, aby nie zarysował żadnej powierzchni, na której będzie stać. W celu uniknięcia potrzeby montażu obwodu przeciw przeładowaniu, ta jednostka zawiera sześć gniazd na baterie. Dzięki temu czas świecenia będzie podobny do wersji z lampką, a jasność może być oczywiście dużo większa. Przy większej powierzchni oświetlenia można posłużyć się mniejszym prądem, zachowując dobry poziom światła.

Z w pełni naładowanymi bateriami i włączonym „doładowaniem”, jednostka ta daje więcej światła, niż 100-watowa żarówka zasilana z sieci. Testowana w ciągu dnia, wygląda tak:



Pozwolę sobie jeszcze raz podkreślić, że urządzenia te są proste w budowie. Gniazda na baterie można łatwo zaadoptować wybierając miejsca ich podłączeń:








3360 stopni światła dla Afryki
Biurkowe oświetlenie, opisane powyżej, jest bardzo efektywne w oświetlaniu zimnych miejsc, gdzie w oknach jest szkło a dach nie wystaje zanadto poza obrys ścian. Jednakże styl mieszkania w miejscach pokroju Afryki może być całkiem inny. Tam silne światło słoneczne jest przez cały rok a dachy domów wystają daleko poza obrys, zapewniając wewnątrz cień.

Badanie marketingowe Anny Brüderle, pt “Solar Lamps – Africa”, opublikowane przez GIZ GmbH Uganda, zawiera wiele nieznanych uprzednio faktów, które powinny wymóc zmiany w projekcie. Zbudowałem trzy jednostki oświetleniowe, ale wszystkie bazowały na korzystaniu ze światła wpadającego przez szklane okno. Nie jest to możliwe w środowisku afrykańskim, gdzie:

1. Używanie paneli słonecznych wewnątrz jest niemożliwe z powodu braku okien i szerokiego dachu.
2. Ładowanie na zewnątrz jest ryzykowne ze względu na kradzieże.
3. Używanie zewnętrznych paneli słonecznych połączonych z resztą kablem grozi uszkodzeniem i/lub skrzywdzeniem bawiących się dzieci.

Styl życia w badanym obszarze charakteryzuje się tym, że:
1. Siedmioro ludzi pod jednym dachem to nic nadzwyczajnego, więc preferowane jest oświetlenie 360-stopniowe.
2. Kuchnia z reguły jest osobno i nie posiada okien, za to potrzebuje światła do przyrządzania posiłków.
3. Oświetlenie opalane paliwem może powodować kłopoty zdrowotne na skutek oparów.
4. Edukacja dzieci jest utrudniona brakiem światła.
5. Światła używa się z reguły ok 3-4 godzin w ciągu nocy i 2 godziny rano.
6. Testy światła o sile 100 lumenów wydają się być zadowalające.
7. Lampy zwykle stawia się na stole podczas posiłków a przy innych okazjach podwiesza pod sufitem.
8. Przy wyjściu na zewnątrz, dla bezpieczeństwa preferowany jest wąski kąt oświetlenia, np. 90 stopni.
9. Preferowane są urządzenia o regulowanej jasności, jednak bez podania przyczyny - prawdopodobnie chodzi o czas świecenia.

W domach mogą być wewnętrzne ściany nie sięgające sufitu, więc światło w środkowym pokoju będzie oświetlać też boczne pomieszczenia.

Okoliczności te wymagają jednostki oświetleniowej, która by:
  1. Dawała możliwość oświetlania pod kątem 360 stopni..
  2. Dawała możliwość kąta oświetlania 90 stopni podczas noszenia na dworze.
  3. Była stabilna na poziomej powierzchni.
  4. Była łatwa do przenoszenia.
  5. Mogła zwisać z sufitu.
  6. Mogła dostarczać znacznie powyżej 100 lumenów światła.
  7. Była dość tania, aby ją zakupić.
  8. Była niezawodna.
  9. Nie zawierała szkła, jako, że większość obrażeń w trakcie huraganów ma związek z przecięciami tłuczonym szkłem.
Można zaprojektować lampę spełniającą wszystkie te wymagania, chociaż niski koszt jest największym wyzwaniem. Aby spełnić oczekiwania, można posłużyć się następującą obudową:


Trójkątny kształt nadaje konstrukcji prostoty i jest bardzo solidny z punktu widzenia inżynierii. Ogranicza także ilość potrzebnych do 360-stopniowego oświetlenia powierzchni do zaledwie trzech. Wszechstronność będzie dużo większa, gdy dwie ze ścian będą na zawiasach:


Takie ustawienie pozwala dwom frontom być równoległymi do trzeciego, sztywnego, dają poziome światło w jednym kierunku, co daje na prawdę dużą jasność. Ruchome fronty można obrócić bardziej, zawężając przednią wiązkę na czas wyjścia na dwór. W razie potrzeby można regulować światło trzema czterostopniowymi, obrotowymi przełącznikami:


Takie rozwiązanie daje możliwość świecenia jednym, dwoma lub trzema panelami, ale pozwala też zaświecać jeden, dwa lub trzy układy LED per panel.

Jeżeli użyjemy zwykłych gniazd na 10 baterii, wówczas obudowa lampy może być mniejsza, jako, że znika potrzeba robienia rogów trójkąta. Gniazda układają się w obudowie jak poniżej:


Daje to kompaktowy kształt sześciokąta, który jest mocny i daje takie same możliwości oświetleniowe. Ściany rozciągają się poza fronty oświetleniowe, więc jednostka może stać na obu końcach. Zawiasy powinny być sztywne, żeby utrzymać fronty pod żądanym kątem.


Dodatkowa, prosta klapa u podstawy umożliwia nachylenie, imitując padające z góry światło lampki biurkowej:



Urządzenie ładuje się przez podłączenie do małego panelu słonecznego, jak poprzednio. Nie zostało nigdy zbudowane, gdyż osoba, która poprosiła o jego projekt, uznała go za zbyt drogi na jej możliwości - 25 funtów za sztukę.


Patrick Kelly
http://www.free-energy-info.tuks.nl
http://www.free-energy-info.com
http://www.free-energy-info.co.uk
http://www.free-energy-devices.com