Для того, чтобы понять, насколько универсально можно применять в различных условиях (как правило, вдали от дома) ХИТ рассмот­рим их электрические параметры.

В табл. 3-1 рассмотрены основные электрические характеристики ХИТ типа «Дымок».

Модификации батареи «Дымок» — это «Дымок-М», «Дымок-3», «Дымок-2М», «Дымок-2У» и другие. Кроме батареи «Дымок» оте­чественной промышленностью выпускаются также батареи аналогич­ного класса и назначения типа «Лиман», «Прибой», «Маячок-1 М», «Маячок-2М» и другие водоактивируемые батареи.

Отличие ХИТ типа «Дымок» от, например, батареи «Лиман» в том, что у первой энергоемкость, выходное напряжение и ток прак­тически не зависят от типа воды (морская, пресная) и ее темпе­ратуры (см. табл. 3.1). В то время, как у батарей типа «Лиман», «Прибой» и аналогичных им, эта зависимость прослеживается от­четливо. Например, батареи типа «Лиман» при сходном выходном напряжении, работают длительное время в импульсном режиме (от­дача тока в нагрузку и затем период его накопления). Это их ка­чество с успехом применяется в портативных маяках и сигнальных ракетах, а также электронных огнях для поиска (спасения на водах). В таком режиме рассматриваемые батареи типа «Лиман» работают сутками (24 часа).

Главное условие эффективной работы — чтобы нагрузка не была подключена к батарее постоянно, то есть ее цепь питания должна периодически автоматически размыкаться на несколько единиц и десятков минут.

Кроме того, батареи типа «Лиман», «Прибой» и аналогичные им главным образом рассчитаны для работы с морской водой (хотя чуть менее длительно и эффективно будут полезны при заполнении пре­сной).

Идеальный случай использования таких батарей — в сигнальных, поисковых и иных системах судов класса «Река-море», то есть там, где возможен и тот и другой химический состав воды. Технические данные и электрические характеристики батарей типа «Прибой» и «Лиман» (с аналогами) можно получить на сайте производителя.

Таким образом, из табл. 3.1 следует, что для эффективной работы ХИТ типа «Дымок» (и аналогичных по электрическим характерис­тикам), не требуется вода определенной плотности или химического состава. Эти батареи работают практически в любых условиях, тем и могут быть полезны радиолюбителям и специалистам, оказавшим­ся по воле рока вдали от благ цивилизации. Стоимость батарей не превышает 1200 руб.

Но и этот параметр «цена-качество» не является препятствием для их приобретения или получения. Ведь согласно той же табл. 3.1 (составленной, кстати, производителем батарей) срок гарантирован­ного хранения не менее 5 лет. Затем, как правило, батареи списы­вают и на этом этапе они попадают в руки радиолюбителей и всех желающих по «бросовой цене» или даром.

Все авторские эксперименты, осуществленные и описанные ниже, произведены с батареями снятыми с гарантированного хранения (консервации), хотя и новыми, но произведенными в 1999-2000 гг. (что ясно следует из обозначения на корпусе батарей).

Представьте себе, что на результаты авторских экспериментов, касательно выдающихся параметров этих устройств, теперь мож­но рассчитывать только как на минимум. Соответственно, новые и «гарантийные» батареи аналогичного класса дадут в аналогичных экспериментах результаты, намного превышающие те, что дали их списанные «собратья».

Практика применения и эксперименты

Для эффективного применения ХИТ типа «Дымок» требуется ос­вободить их от целлофановой герметичной упаковки и откупорить две заглушки с помощью веревочного шнура. Это хорошо видно на рис. 3.5.

Поскольку устройство предназначено производителем для рабо­ты в воде, совершенно понятно, что для питания буев, световой сиг­нализации спасательных кругов, плотов и им подобных устройств достаточно, откупорив две заглушки рывков шнура, бросить под­ключенное (например, к бую) устройство в воду.

Вода поступит в отверстия, которые освободили заглушки, и начнет реагировать с сухим химическим источником (см. выше). Спустя всего 2-3 мин на электрических контактах батареи можно зафиксировать напряжение 4,3-4,8 В (в разных экземплярах, экспе­рименты проведены в июле 2009 г. с 8 однотипными ХИТ).

Это, возможно, не вписывается в сведения, отраженные произво­дителем ХИТ (табл. 3.1), но реальные эксперименты важнее.

«Залитая» водой батарея в течение 15 минут держит ток в на­грузке 5,5 А. Нагрев корпуса батареи не превышает +50° С. При отключении (после 15 мин.) нагрузки от ХИТ нагрев доходит до комнатной температуры.

Итак, нагрузка (резистор ВЗР с мощностью рассеяния 25 Вт и сопротивлением 1 Ом) отключена. Следующий замер напряжения на выводах «Дымка» произведен через 30 мин.

Результат:

Напряжение батареи снизилось 3,9 В. При подключении той же нагрузки напряжение падает до 3,3 В. Но и это, заметьте, неплохо, учитывая еще и тот факт, что в руках экспериментатора списанная, хоть и новая батарея.

Держим батарею под нагрузкой еще 15 мин. Она снова нагрева­ется, и напряжение на ее выводах падает до 3 В.

Теперь, если выдержать батарею без нагрузки, ее температура вер­нется к комнатной (окружающей среды), а напряжение останется в пределах 3 В.

А что, если слить воду?

Это следующий этап эксперимента. С момента его начала прошло более 3 ч.

«Слитый» ХИТ (для этого достаточно повернуть его на ту сторо­ну, где открыты отверстия без заглушек) показывает на своих кон­тактах разницу потенциалов 2,78 В, и держит под выше обозначен­ной нагрузкой напряжение 2,66 В в течение 15 мин. Затем нагрузку снова отключаем. Впечатляет ток 2,66 А?

Понятно, что так может продолжаться еще 3-4 ч (согласно табл. 3.1, составленной производителем).

Новый эксперимент

Попробуем изменить эксперимент. Теперь осушим батарею без нагрузки (пусть вся вода стечет, а ее внутри совсем-мало). Заме­рим напряжение на контактах через 2 часа. Оно «в пустой» от воды батарее составляет опять 2,78 В.

Это говорит о том, что химическая реакция произошла и до пол­ного высыхания батарея и без воды сохранит свои свойства.

Следующим этапом эксперимента является полное осушение ба­тареи с тем, чтобы понять, может ли она впоследствии (через 1 сут­ки) быть реанимирована новой порцией воды?

Спустя 24 ч возобновляем эксперимент. Батарея без нагрузки имеет на выходных контактах разницу потенциалов 2, 22 В. Под нагрузкой напряжение падает до 1,2 В.

Это впечатляет.

При заливании свежей (пресной) воды внутрь осушенного ХИТ выясняется, что напряжение (без нагрузки) не поднимается выше 2,3 В. Под нагрузкой оно снова падает до 1,2 В.

Далее уже не принципиально, будет ли находится батарея без воды, или в залитом состоянии, так как проведенный на третьи сут­ки замер напряжения на контактах батареи (с учетом того, что в пер­вые 48 часов она практически не разряжалась и была подключена к различной нагрузке лишь временно) показал, что оно (напряжение) упало до 0,4 В. Применение в электронных конструкциях такой ба­тареи уже нецелесообразно.

Вывод

ХИТ типа «Дымок» может быть успешно применен в нетрадици­онном виде для аварийного питания любых электронных устройств малой и средней мощности, где требуется род тока постоянный в течение длительного времени.

Батарея не является восстанавливаемой, а скорее одноразовой. Однако, даже в этом случае, вариантов применения рассмотренного ХИТ очень много, а практика применения поистине безгранична.

Практика применения

ХИТ «Дымок», также, как и любые батареи с постоянным родом тока, можно соединять последовательно и параллельно. В первом случае (согласно Закона Ома) общее напряжение пропорционально увеличивается, во втором случае — пропорционально увеличивается ток.

Поэтому батарею из 4 однотипных элементов типа «Дымок» (эк­вивалентное напряжение 12-14 В) и аналогичных можно применить в качестве питания любого электронного устройства с током потреб­ления до 2 А длительное время (см. описание экспериментов).

Для соединения нескольких однотипных батарей в общую бата­рею потребуется электрический провод сечением не менее 1 мм2, о котором (перед поездкой в удаленные и забытые уголки природы) надо позаботится заранее.

Сами батареи приматывают друг к другу изолентой, скотчем или стяжками.

Этим устройством может быть, радиоприемник (в том числе пор­тативная радиостанция), мобильный телефон, фонарь, фотоаппарат, электроудочка, и все что угодно другое в соответствии с током и напряжением, выдаваемыми батареей (батареями).

Рассмотренный ХИТ в виде батарей типа «Дымок» и аналогичных — это сегодня незаслуженно замалчиваемый участок практического применения радиолюбительских навыков.

Такие батареи могут в трудный момент (без преувеличения) спас­ти жизнь.

Как подключить

ХИТ типа «Дымок» имеет выводы (на корпусе батареи помечен «плюс» и «минус») с расстоянием между ними 12 мм. Для опти­мального контакта экспериментально проверены, и подходят сразу несколько стандартных разъемов. Они представлены на рис. 3.6.

Эти разъемы помогут и отлично послужат даже при подключении ХИТ по прямому назначению — с погружением оного в воду.

Рассмотрим разъемы на рис. 3.6.

Сверху, слева направо — разъем для лампы дневного света малой (до 20 Вт) мощности, применяемой в аквариумах. Затем два разъ­ема от шнуров сетевого (220 В) питания кассетных магнитофонов (старого образца).

Второй сверху ряд — слева — одиночные разъемы для питания пушек ЭЛТ телевизоров (применяется, соответственно, два любых разъема из трех), справа — разъем подключения высокочастотного дополнительного динамика в телевизорах 3-5 поколения.

Кроме этого, могут быть применены и любые другие подходящие (под расстояние между выводами батареи) разъемы. Применение разъемов (против пайки) сделает конструкцию наиболее безопас­ной и удобной.

Предостережения

После залития батареи водой не закрывайте заглушки, иначе ХИТ после 30-40 мин работы под нагрузкой раздует, и она взорвется от внутренних газов (химической реакции).

Если по каким-либо причинам батарея вынимается из воды, или меняет свое положение в безводном пространстве (например, в поле, дома, в горах) не допускайте такого поворота ее корпуса, чтобы сме­шанная с химсоставом вода вылилась через не закрытые заглушками отверстия. Опасно не осушение внутренних химэлементов, а сама вода из батареи. Это готовый электролит, который может испортить (разъесть) вашу одежду, мягкие покрытия, облицовку машины и т. д. Последствия пролития электролита моїут быть заметны не сразу, а через несколько дней — будет заметно разложение ткани, изменение окраски и иначе.

Для питания бытовой и радиолюбительской аппаратуры чаще дру­гих используют марганцево-цинковые элементы и батареи с раз­личными электролитами (солевым, хлоридным или щелочным) и воздушной деполяризацией. Широкое распространение получили также ртутно-цинковые, серебряно-цинковые и литиевые ХИТ; именно из этих элементов получаются столь знакомые всем «эле­менты» — батареи питания разных размеров, в частности пальчико­вые, типоразмера АА и ААА.

Обозначение этих элементов включает в себя:

• одну букву, определяющую электрохимическую систему (L — ал­калиновая, S — серебряно-цинковая, М или N — ртутно-цинковая

и др.);

• букву R (от английского Ring — круг), говорящую о форме элемента;

• число от 03 до 600, условно определяющее размеры элемента. Применяя ХИТ той или иной системы важно знать их возмож­ности и особенности эксплуатации.

При производстве на лист магния толщиной 1.4…2 мм (объемный пористый электрод из металлического магния марки МА8 или МА2) напрессовывают на проводящую каркасную сетку хлоридов в смеси с проводящими (графит) и связующими (бутилкаучук, целлюлоза, декстрин) добавками.

Хлоридный электролит пропитывает целлюлозные (стекловоло­конные) сепараторы и высушивается.

Так батарея хранится в целлофановой, приближенной к вакууму упаковке, длительное время. При поступлении воды (расконсер­вации и применении) химсостав батареи реагирует, и между 2-мя противоположными полюсами — выводами (через несколько минут после воздействия воды с температурой 1-40° С) появляется разни­ца потенциалов. Как правило напряжение между полюсами такого элемента не велико — не превышает 6 В (в разных ХИТ), но ток, отдаваемый в нагрузку существенен. Он может достигать единиц Ампер в течение 10-30 мин, а ток короткого замыкания порядка 8-10 А.

Одной из таких ХИТ является популярная батарея типа «Дымок» (выпускаемая отечественной промышленностью в Липецке), фото которой представлено на рис. 3.4.

АККУМУЛЯТОРЫ И ДРУГИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

Электрические параметры позволяют применять ХИТ типа «Ды­мок» в различных специальных конструкциях, в радиолюбитель­ских устройствах, а главное — в полевых условиях, на природе, в экстремальных ситуациях, там, где нет и не может быть осветитель­ной сети 220 В, а иные источники тока (например, автомобильные аккумуляторы, автономные дизель-генераторы или ветро-электро — станции) вышли из строя или недоступны.

Автономные источники питания радиоэлектронных устройств (как правило с напряжением не более 12 В и током до 1 А) пользуются огромной популярностью радиолюбителей.

Все, что не требует вложения денег (например, как в элементы питания — батарейки), а получает энергию от самой природы <вет — рогенераторы, солнечные батареи, химические источники питания) выгодно в наш XXI век постоянно растущих цен за услуги, в том числе услуги ЖКХ, и услуги «бессовестных» энергетиков-монопо — листов.

Химические источники тока (ХИТ) — это основные источники тока для портативных электронных устройств (радиостанций, дикто­фонов, фонариков, аудиоплейеров и др). Самые популярные — конеч­но, батарейки и аккумуляторы. Но, первые постоянно провоцируют увеличение расходной статьи семейного бюджета, а вторые — требуют зарядного устройства, и, к слову, тоже имеют ограниченный ресурс работы (циклы заряд/разряд).

Одним из особенных, и заслуживающих пристального внимания потребителя, свойств химических источников тока, являются специ­альные водоактивируемые батареи. Это сухие законсервированные и герметично упакованные в целлофановую пленку батареи, кото­рые дают ток 2—10 А (зависит от типа) при попадании на химичес­кие элементы воды.

Главное назначение таких батарей — это морские и речные (а также озерные) устройства навигации, сигнализации, освещения и спасения.

Химические источники питания, работающие под воздействи­ем воды, предназначены производителями для всех подобающих случаев, например, для огней спасательных жилетов (к примеру, ЖСМ), светящихся буев (БС-2), спасательных плотов, огней поиска (ЭОСС-98ПВ) и самозажигающихся огней спасательных кругов. На рис. 3.3 представлен светодымящийся аварийный буй БСД-02.

Буй светодымящий БСД-02 ( буй светодымящийся аварийный) предназначен для обнаружения круга спасательного, как в ночное, так й в дневное время, за счет подачи светового и оранжевого ды­мового сигнала.

Он состоит из поплавка и корпуса, в котором размещен водоакти­вируемый источник питания (приводится в действие автоматически, при падении в воду) и дымящий состав. На поплавке, с противопо­ложных сторон, находятся две электрические лампочки.

Время действия светового сигнала не менее 2 ч в непрерывном режиме, а в вариантах со светодиодным исполнением — до 12 ч.

Рассмотренные источники питания по своему принципу действия относятся к водоактивируемым химическим источникам тока. Водо­активируемые батареи изготовлены с применением магния (отрица­тельный электрод) — раствор NaCl (электролит) — хлорид свинца (положительный электрод). Иногда вместо меди применяют другой цветной металл (серебро, медь), что придает такому ХИТ еще боль­шую стоимость.

АКБ представлена на рис. 3.2.

АККУМУЛЯТОРЫ И ДРУГИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА

Технические характеристики Емкость: 18 А/ч Напряжение: 12 В Габариты: 167x181x77 мм Вес: 6,0 кг

AGM-технология

AGM-технология позволяет выпускать недорогие, но качественные аккумуляторы для применения в автономных энергоустановках. Благодаря герметичности не требуют специального вентилиуемого помещения для хранения и эксплуатации. Практически не требуют обслуживания.

Обслуживание сводится к проверке минимально допустимого уровня разряда.

Срок службы — до 10 лет при глубине разряда не более 20% (бу­ферный режим). При цикличном режиме срок службы сокращается в зависимости от глубины разряда.

Внимание, важно!

При изменении температуры окружающей среды и соответственно аккумулятора, напряжение, характеризующее разряд изменяется на 0,03 В/°С. Поэтому, чтобы эффективно зарядить частично разрядив-
шийся аккумулятор, нужно к глубине разряда (в %) добавить еще 25%. К примеру, получены показания о том, что аккумулятор энерго­емкостью 1500 мА/ч разряжен на 50%, следовательно, к этому зна­чению необходимо добавить еще 25%; в итоге получается 75%. За­тем, паспортную (номинальную) емкость аккумулятора (1500 мА/ч) нужно разделить на 100%, а полученный результат умножить на 75%. 1500×0,75 = 1125 мА/ч. То есть, в данном случае аккумулятору для зарядки требуется 1125 мА/ч. Зная ток заряда в нашем, устройстве, высчитываем время и по прошествии его аккумулятор вновь готов к работе.

Радиоэлектронные приборы, работающие — автономно, имеют встроенный источник питания того или иного типа. Далее рассмот­рим химические источники тока (ХИТ) различных систем.

Morningstar SHS 10

Контроллер Morningstar SHS — это компактное устройство постав­ляется в 2-х версиях: с током 6 А и 10 А. Контроллер может быть ис­пользован с фотоэлектрическими панелями до 100 Вт (версия 6 А) или до 170 Вт (версия 10 А). Контроллер имеет терминалы для подключения нагрузки и светодиодную индикацию. Внешний вид контроллера представлен на рис. 2.5.

Технические характеристики:

Сила тока: 6 или 10 А Номинальное напряжение: 12 В Температура использования: от -25° С до +50° С Собственное (внутреннее) потребление: до 8 мА Сечение соединительных проводов: 2 мм2 Вес: ИЗ г

Размеры: 15.1×6.6×3.6 см

Аккумуляторы глубокого разряда AGM и GEL

Для накопления энергии от солнечных батарей и вентрогенераторов применяются мощные аккумуляторы, но далеко не все из них, вклю­чая автомобильные (сюда я включаю и АКБ емкостью 190-240 А/ч для тяжелой и специальной техники) подойдут лучше всего.

Дело в том, что автомобильные АКБ в качестве накопителей и стабилизаторов энергии, полученной от солнечных батарей и ветро — генераторов использовать нежелательно по нескольким причинам:

• относительно короткий (до 3-х) лет срок действия;

• относительно частое обслуживание.

Вместе с тем есть более подходящие для наших целей АКБ, в час­тности сконструированные по технологии AGM и GEL. Рассмотрим их подробнее.

Гелевая (GEL) АКБ Leoch LPG12-200

Герметизированная конструкция исключает необходимость добав­ления воды. Крышка и корпус изготовлены из пластика ABS (VO). Имеет увеличенную долговечность и низкий саморазряд.

В батарее используется серная кислота высокой степени Чистоты. Герметичный корпус защищает от протекания и розлива кислоты. Максимальное внутреннее давление 14 кПа. Возможна эксплуата­ция батареи в различных положениях. АКБ Leoch LPG12-200 пред­ставлена на рис. 3.1.

Технические характеристики Номинальное напряжение: 12 В Срок службы: 12 лет

Диапазон рабочих температур: от -20° С до +50° С Активный материал платин: свинец высокой чистоты Материал корпуса: ABS (VO)

Зарядное напряжение: буферное — 2,27-2,30 В/эл при 20° С, циклирование — 2,4 В/эл. при 20° С Электролит: серная кислота Емкость СЮ: 1,80 В/эл, 20°С, 172 А/ч Емкость С20: 1,75 В/эл, 20°С, 193 А/ч Мощность: 588 Вт (10 мин, 1,75 В/эл)

Габаритные размеры: 520x240x220 мм Вес: 66 кг

Внутреннее сопротивление: (МОм): <2 Ток короткого замыкания: 5400 А

АКБ в связке с солнечной батареей или ветрогенератором, рассмотрен­ными в предыдущих главах книги необходим как элемент, действую­щий по прямому назначению — аккумулирующий энергию. При слабой солнечной активности, ночью, а также при нестабильном (или полном отсутствии) ветре, заряд АКБ уменьшается или пропадает совсем и батарея отдает энергию потребителю; в данном случае напрямую или с помощью инвертора-преобразователя (блок-схема на рис. 1.1, подроб­ности в главе 2) — обеспечивает сетевое напряжение 220 В.

По сути, почти любой аккумулятор является химическим источ­ником тока. Однако, кроме традиционных «банок» со свинцовыми пластинами есть и другие устройства, преобразующие химическую энергию (реакцию) в электрический ток, к примеру, при попадании воды в специальный порошок; такие устройства также будут рас­смотрены в конце главы 3.

При эксплуатации в составе устройства солнечного модуля или вет — рогенератора аккумуляторные батареи разряжаются и автоматичес­ки дозаряжаются. Уровень дозаряда обеспечивается специальным контроллером.

Не реже одного раза в две недели следует очищать АКБ от пыли и грязи, протирать чистой ветошью, смоченной в 10%-ном растворе на­шатырного спирта, углекислого натрия или кальцинированной соды.

Проверять крепление батареи в гнезде, плотность контактов на выводах, отсутствие натяжения проводов; очищенные наконечники проводов и выводов батарей раз в год смазать техническим вазели­ном; прочищать вентиляционные отверстия в пробках и крышках.

Батарею, разряженную более чем на 25% зимой, и более чем на 50% летом следует снять с эксплуатации и поставить на принуди­тельный заряд от стабильного источника энергии.

Заряд АКБ

Заряд аккумулятора происходит, если к нему приложен потенциал, превышающий его напряжение. Ток заряда аккумулятора пропор­ционален разности приложенного напряжения и напряжения холос­того хода. Скорость заряда аккумулятора может быть определена в терминах емкости.

Если емкость аккумулятора С заряжается за время t, то скорость заряда определяется отношением С Д Аккумулятор емкостью 100 А/ч при разряде со скоростью С/5 полностью разрядится за 5 часов, при этом ток разряда составит 100/5, или 20 А.

Пример

Если аккумулятор заряжается со скоростью С/10, то ток его за­ряда будет равен 100/10, или 10 А.

Скорость заряда можно оценить в длительностях цикла. Так, если аккумулятор заряжается за 5 часов, то говорят, что он имеет цикл 5 часов.

В рассматриваемой области для заряда АКБ от нестабилизиро — ванных источников, таких как солнечные модули (батареи) и вет — рогенераторы (а также и от других источников) потребуется разное время.

При циклическом заряде требуется постоянное напряжение или постоянный ток заряда. Плавающий заряд — метод поддержания подзаряжаемой батареи при полном заряде путем подачи выбран­ного постоянного напряжения для компенсации в ней различных потерь; нагрузка и АКБ включаются параллельно.

Компенсационный подзаряд — для приведения батареи в пол­ностью заряженное состояние и поддержания ее в этом состоянии используется постоянный ток заряда, когда мощность постоянного тока подается в нагрузку, в то время как цепь заряда АКБ с нагруз­кой не соединена.

При хорошей солнечной активности и стабильном ветре происхо­дит быстрый заряд аккумулятора (до 90% емкости) с последующим автоматическим пёреключением на меньшую скорость заряда (до полной емкости), что регулируется зарядным устройством — кон­троллером заряда.

1. Не заряжайте холодную (замерзшую) батарею.

2. Для монтажа электропроводки переменного тока не требуют­ся зажимы или наконечники. Электропроводка должна быть выполнена из медного провода и рассчитана на температуру 75° С или выше. Для подключения кабелей аккумулятора к зажимам постоянного тока следует использовать обжим­ные медные кольцевые наконечники с отверстием 5/16”-3/8” (8-10 мм) — см. рис. 2.7.

Эти рекомендации справедливы для подключения электропро­водки к клеммам генератора, инвертора и к распределительно­му щитку с предохранителями внутри дома. Приемлемы также паяные кабельные наконечники.

3. Все соединения кабелей постоянного тока необходимо затяги­вать до усилия 6,8 Nm.

4. Инвертор должен быть подключен к электрической системе с постоянным заземлением. Для большинства установок отри­цательный провод аккумулятора должен быть соединен с сис­темой заземления в одной (и только в одной) точке системы.

5. Кто-то должен быть в пределах слышимости или достаточно близко, чтобы прийти на помощь

6. Необходимо иметь поблизости достаточное количество чистой воды и мыла на случай попадания аккумуляторной кислоты на кожу, одежду или в глаза.

7. Используйте защитные комплекты для глаз и одежды. Не тро­гайте глаза при работе возле батарей. По окончании работы вымойте руки с водой и мылом.

8. При попадании аккумуляторной кислоты на кожу или одежду не­медленно промойте их водой с мылом. Если кислота попала в глаз, немедленно промойте глаз потоком проточной холодной воды в течение не менее 15 минут и сразу же обратитесь к врачу.

9. Пищевая сода нейтрализует действие электролита свинцовых кислотных аккумуляторов. Держите запас соды поблизости от аккумуляторов.

10. Не курите и не допускайте образования искр или огня вблизи аккумулятора или генератора. И, естественно, не работайте в состоянии опьянения, это уж замечание, пожалуй, рутинное, слишком всем известное.

11. Будьте предельно осторожны, чтобы не уронить металлический инструмент на батареи. Короткое замыкание на аккумуляторах или других электрических частях может вызвать возгорание или взрыв.

12. При работе с батареей снимите с себя личные металлические предметы, такие, как кольца, браслеты, цепочки и часы. Бата­рея может создать достаточно большой ток короткого замыка­ния, чтобы расплавить их, вызывая сильные ожоги.

13. Если используется дистанционная или автоматическая система управления генератором, то при проведении обслуживания во избежание случайного запуска отключите цепь автоматического пуска и/или отсоедините генератор от его стартерной батареи.

Расчет электропроводки и выбор провода

Табл. 2.2 содержит информацию о размерах проводов для соеди­нения цепей постоянного тока, их сопротивлении, диаметрах и се­чениях. Данная информация может потребоваться для того, чтобы посчитать падение напряжения на проводах и выбрать требуемый размер провода.

Существует несколько проверенных способов соединений не­скольких инверторов (до 10 для систем с одной фазой, и 3 для сис­тем с 3-мя фазами). В последнем случае 3 инвертора включаются каждый к своей фазе, вырабатывая 220-230 В выходного фазного напряжения или 400 В линейного напряжения. Соединение инвер­торов с тремя фазами подойдет только очень мощному потребителю, поэтому рассмотрим несколько простых вариантов с одной фазой.

Каждый инвертор вырабатывает на выходе 220-230 В фазного на­пряжения. Для «умощнения» выходного тока включаем однотипные инверторы (от 1 до 10) параллельно друг другу.

Система может быть настроена таким образом, что один (основ: ной инвертор) остается включенным, в то время как остальные (под­чиненные) работают в ждущем режиме.

«Подчиненные» устройства включаются только, когда нагрузка превышает определенный уровень.

Также возможно, чтобы несколько инверторов постоянно работа­ли во включенном режиме, в то время как остальные — в ждущем, и включались по необходимости.

Более подробно о методах соединения источников питания (в том числе параллельно), контроллерах смешанной конструкции и особенностях работы инверторов напряжения описано в книге Каш­каров А. П., Колдунов А. С. Оригинальные конструкции источников питания -М.: ДМК-Пресс.-2010.-144 C.-ISBN 978-5-94074-634-8.

Источник входного напряжения (ВЭУ) должен подключаться к входным клеммам переменного тока каждого инвертора в специаль­ном коммутационном шкафу, представленном на рис. 2.6.

Для преобразования энергии постоянного тока 12 или 24 В а пере­менный ток напряжением 220 В используют преобразователь напря­жения (инвертор). Источником питания для преобразователя явля­ется любое устройство, обеспечивающее указанное напряжение — от АКБ до модуля солнечной батареи и ветрогенератора.

В продаже есть не дорогие преобразователи,. используемые для бесперебойного питания различных потребителей. мощностью от нескольких сотен Вт и нескольких кВт.

К примеру, маломощный преобразователь тока (инвертор) MobilEn SP 300, представлен на рис. 2.3.

К выходу этого инвертора могут подключаться электроприборы, работающие на переменном токе, то есть адаптированные для пи­тания непосредственно от осветительной сети 220 В. Суммарная потребляемая мощность подключенного к инвертору устройств на­грузки не должна превышать 300 Вт.

Для надежной и долговечной работы устройства рекомендует­ся оставлять свободным запас по мощности до 20% от заявленной (максимальной) в паспортных данных. Примерно такие же характе­ристики имеет популярный инвертор FW-350.

Некоторые технические характеристики

Выходной сигнал: модифицированный синус

Диапазон входного напряжения: 10-15 В (постоянный ток)

Номинальная выходная мощность: 300 Вт

Пиковая выходная мощность: 900 Вт

Входной ток при максимальной нагрузке: 30 А

Входной ток на холостом ходе: < 0,3 А

Выходное напряжение (переменный ток): 230 В ±5%

Частота выходного сигнала: 50 Гц КПД: 85% ~ 90%

Напряжение отключения при разрядке АКБ (минимум входного напряжения): 10 ±0,5 В (постоянный ток)

Напряжение сигнала разрядки АКБ: 10,5 ±0,5 В (постоянный ток)

Температура срабатывания защиты от перегрева: 60 ±5° С (мик­роконтроллер)

Защита от перегрузки: да (микроконтроллер)

Предохранитель: 35 А-

Размеры, мм (длина, ширина, высота): 155x73x54 Вес: 0,9 кг.

Для работы с солнечными батареями и модулями используются аналогичные инверторы разной мощности. Их внешний вид пред­ставлен на рис. 2.4 и 2.5.

В табл. 2.1 представлены мощные инверторы для ВЭУ.

Рис 2.5. Инвертор для солнечных батарей свыходным током 30 А модели PS-30

На сайте www. outbackpower. com представлен большой выбор ин­верторов для ВЭУ и полезные рекомендации по их установке.

• блок обработки электроэнергии и зарядки аккумуляторов (контроллер) с функцией оптимального отбора мощности до 5 кВт и зарядкой аккумуляторов 2 кВт для 8-ми АКБ 190 А/ч, 12 В;

• инвертор 5 кВт;

• аккумуляторы (8 шт.) энергоемкостью по 190 А/ч, 12 В обе­спечат работу электроприборов общей мощностью 300 Вт в течение 25-50 час.

Как я уже заметил, применение ВЭУ (и устройств накопления электроэнергии) с полезной мощностью менее 5 кВт в современных условиях, из-за большого количества потребителей, неэффективно.

Расчеты экономии

Ресурс безредукторной ВЭУ — более 10 лет.

Средняя выработка электроэнергии составит 800-1200 кВт/час в месяц, то есть около 12 000 кВт/час в год, что при стоимости сете­вого электричества 1,85 руб.(по С-Петербургу) за 1 кВт/ч экономия составит более 22 000 рублей в год. Таким образом, весь срок оку­паемости ВЭУ составит около 5 лет при среднегодовой скорости ветра 5 м/с.

А если сравнивать с автономным электричеством от бензогенера­тора, у которого себестоимость 1 кВт/часа — около 7 руб., то срок окупаемости ВЭУ будет соответственно в 5 раз меньше, то есть не более 1 года.

Важные замечания

Не стоит увлекаться поиском ВЭУ, работающих на малых скоростях ветра — до 3 м/с, так как на этих скоростях ветра его энергия нич­тожно мала. К примеру, для ВЭУ с диаметром винта 5 м выдаваемая мощность при скорости ветра 2 м/с будет менее 30 Вт (минус 50% этой мощности уйдет на трение в подшипниках и прочие потери, а оставшиеся полезные 15 Вт — очень малая величина, ведь для за­рядки одной аккумуляторной батареи емкостью 50 А/ч необходимо 70 Вт). Выводы, что называется, делайте сами.

При работе ВЭУ в дождь или снег, выдаваемая мощность снижа­ется на Ю…30%.

Один из главный побочных отрицательных эффектов от ВЭУ (особенно самодельных) — шумность. Шум от работы безредуктор — ной ВЭУ напоминает свист ветра через приоткрытое окно легково­го автомобиля на большой скорости. При работе редукторных ВЭУ гудение редуктора может быть значительным, а их ресурс намного ниже.

В районах (и местах) с невысокой среднегодовой скоростью ветра — до 5 м/с для максимально возможной автономности электрообес­печения дополнительно устанавливают бензоэлектрический аїрегат мощностью 2 кВт, либо модули солнечных батарей — как допол­нительные и комплексные источники альтернативной энергии; они зарядят аккумуляторы в период безветрия.

Итак, мы рассмотрели экономические выкладки при покупке вет — рогенератора и комлектующих с полезной мощностью 5 кВт.

Мощность менее рассмотренной на мой взгляд серьезному анали­зу не подлежит, ибо ВЭУ (в отличие, к примеру от солнечных ба­тарей) предназначен для альтернативного (нетрадиционного) энер­гообеспечения мощных потребителей (в доме, в быту). А в частном доме, особенно в сельской местности, где никто не мешает исполь­зовать кинетическую энергию ветра, в отличии от частой городской застройки, найдется много мощных потребителей (насосная стан­ция, освещение, сепаратор для молока, бойлер, тепловой конвектор); да один только электрический чайник (СВЧ-печь, утюг) потребует на себя около 2 кВт. Придется поочередно выключать потребители энергии, явная необходимость чего привнесет в нашу жизнь скорее более забот, нежели долгожданного и так теоретически лелеемого комфорта.

Поэтому нет смысла ставить ветрогенератор для питания одной лампочки или в виде зарядного устройства для сотовых телефонов. Это основное отличие в практике применения источников альтерна­тивной энергетики на современном этапе — мощность в нагрузке и обоснование к применению. Установить же мощный ветрогенератор (с соответствующими устройствами контроля и аккумулирования энергии) — мечта, которая воплотившись в реальность, действитель­но способна преобразить ваш коттедж (деревенский дом), но это потребует на сегодняшний день вложении в несколько сот тысяч (до 1 млн.) рублей, что, конечно, не каждому под силу. ВЭУ небольшой мощности, рассмотренные выше, в данном случае, представляются как некий образец для набора опыта, то есть, с позволения сказать, моделист-конструктор, на основе которого можно сделать (усовер­шенствовать) много полезного. Этот путь очень важен для творчес­ких натур (именно они движут прогресс), но все же мне лично он напоминает установку на отечественный ВАЗ-21112 преобразую­щий внешний тюнинг и наклейку от Мерседеса; от этого ВАЗ не перестает быть вазом.

Использовать же ВЭУ для отопления дома экономически целесо­образно только при среднегодовой скорости ветра более 5-6 м/с и, естественно, с запасом мощности самого ветрогенератора.

Тем не менее, продолжим и. рассмотрим наиболее подходящие места установки ВЭУ.

«■н

Лучшее место установки ВЭУ — вершина холма или посреди поля. Но в реальной жизни все гораздо сложнее. Если Вы хотите устано­вить ВЭУ рядом с домом, то высота мачты должна быть на 3-5 м выше дома, либо при более низкой мачте ее надо устанавливать от дома на расстоянии не менее 3-кратной высоты дома, то есть если высота дома 10 м, то мачту надо ставить не ближе 30 м от дома. При наличии высоких деревьев расстояние до них должно быть не менее 2-кратной высоты дерева. Все это накладывает на хозяина «ветряной мельницы» дополнительные расходы в электропроводке до непос­редственно потребителя, длина ее будет увеличиваться, равно как и потери энергии.

Ниже в табл. 2.2 приведены сведения о разных проводах с боль­шим сечением (рекомендованных к установке в составе ВЭУ) и со­противлении проводников на 100 м длины. Отечественный кабель ПВС-3/2,5 (бухта 100 м) стоит 4 тыс. руб.

Высокая мачта среди прочих равных условий более выгодна, так как ветер на высоте 15-20 м даст прирост по выработке электроэнер­гии более, чем на 20% по сравнению с мачтой вдвое ниже, особенно в застроенной или насыщенной высокими деревьями местности.

Не рекомендуется устанавливать ВЭУ в оврагах и впадинах (по определению), а также на крыше дома, так как шум и вибрации в этом случае будут заметны.

Таким образом, высота мачты, на которой установлен ветрогене — ратор, имеет важное значение. Она позволяет избежать так называ­емого «мертвого угла», при котором даже средней силы ветер для «ветряка» бывает не эффективен.

Для тех, кто считает возможным сборку ветрогенераторов своими руками, в качестве электрогенератора рекомендую использовать ге­нератор от легковых и грузовых автомобилей. К примеру, генератор от автобуса ПАЗ дает высокую стабильность выходного напряжения (номинальное 24 В) уже при скорости вращения лопасти 500 об/мин. Электрическую часть станции можно составить из: генератора Г273А от автомобиля КамАЗ напряжением 24 В и мощностью 2200 Вт; при 5000 об/мин может теоретически развивать мощность 560 Вт, если хотя бы 4 ч в сутки дул ветер со скоростью 6 м/с.

Простейший вариант преобразования механической энергии вет­родвигателя в электричёскую в сельских условиях — использование автомобильного или тракторного вентильного генератора напряже­нием 14 или (24)28 В. Генератор имеет обмотку статора, выпря­митель и регулятор напряжения. Регулятор настроен так, что на выходе поддерживается неизменное напряжение (отклонение — до 5% при изменении частоты вращения ротора в диапазоне 1:12 в ав­томобильных и 1:4 в тракторных генераторах). Благодаря такому регулятору автомобильный генератор может вырабатывать электро­энергию постоянного тока с практически неизменным напряжением при значительных колебаниях частоты вращения ветродвигателя.

Вращающий момент передается от вала ветродвигателя (мини­мальная частота вращения без потери стабильности выходного на­

пряжения 200-300 об/мин) к валу генератора (номинальная частота вращения — 5000 об/мин) напрямую или с помощью многоступен­чатого редуктора, что намного усложняет конструкцию, равно как и ее надежность (долговечность).

Для выравнивая мощности, отдаваемой ВЭУ при изменении ско­рости ветра, и здесь необходима аккумуляторная батарея. Она на­капливает энергию при сильном ветре и отдает ее в безветренную погоду или при слабом ветре.

Выбор емкости аккумуляторной батареи зависит от многих фак­торов: средней скорости и частоты ветра в данной местности, мощ­ности ВЭУ, мощности потребителей электроэнергии, продолжитель­ности максимума потребления за сутки. .

Вращающийся корпус генератора выполняют достаточно длин­ным (0,5 м), чтобы иметь возможность закрепить лопасть (лопасти) в задней части на шарнирах.

Опора для установки ветрогенератора может быть стальной, ре­шетчатой, модульной. С высотой одного модуля 2,5 м конструкция позволяет «набрать» необходимую высоту в зависимости от типа местности и окружающей застройки. В верхней части опоры ветря­ка устанавливается «коромысло», с вертикальной осью вращенйя. На одном конце коромысла установлен ветрогенератор, на другом — противовес (по аналогии с рис. 2.1).

Некоторые примеры и выводы

Обычный асинхронный электродвигатель переменного тока, под­ключенный к лопасти в безредукторном исполнении и включенный в режиме генерации (на выходе 220 В) я видел на действующей мо­дели ВЭУ, собранной «кустарным» способом в Вологодской области одним московским «конструктором». В данном случае, кажущаяся экономия налицо — необходимость в дорогостоящих инверторах, контроллере заряда и аккумуляторах отпадает, ибо от генератора ток поступает непосредственно в энергоконтур деревенского дома, но и эффективность устройства невелика.

Хозяин установки — местный «кулибин» по имени Захарычев с гордостью продемонстрировал мне ее работу, я даже снял эпизод на камеру.

Итак, мощность на выходе установки — 350 Вт, 100-Вт лампочка сильно мерцает из-за нестабильности частоты вращения генератора (скорости ветра), кроме того, электрические провода длиной более 50 м с напряжением 220 В от ВЭУ в дом — не самое лучшее решение

в части безопасности. Ну, конечно, самое главное — подключать что — либо еще (тем более из дорогостоящей бытовой техники) к такому ветрогенератору просто опасно — может выйти из строя из-за неста­бильности. Поэтому, лучше все же пользоваться профессионально изготовленными ВЭУ большой мощности, хотя они и обойдутся намного дороже.