Меню

Накопление энергии без аккумуляторов



Ионистор вместо аккумулятора: наглядная сборка накопителя энергии

Ионистор вместо аккумулятора-1

Ионистор вместо аккумулятора (он же суперконденсатор, ультраконденсатор) — в принципе это тот же конденсатор, только имеющий большую емкость, которую можно сравнить с аккумулятором. Вот именно такое устройство рассчитанное на напряжение 12v я собрал для нужд в бытовом хозяйстве.

Ионистор вместо аккумулятора — практический обзор сборки суперконденсатора

Практически такой прибор способен работать во много раз дольше, чем аккумуляторы различных типов, конечно при условии эксплуатации в определенных режимах. Вот в чем особенность применения ионистора вместо аккумулятора и его преимущество:

  • прибору не страшен полный разряд до нулевого значения;
  • в несколько сотен раз больше способен выдержать моментов заряда/разряда;
  • прибор не боится максимальных значений по току.

Но не только такие особенности имеются у ионистора использующегося вместо аккумулятора, о них я скажу после выполнения сборки накопителя.

Необходимые компоненты

  • Суперконденсаторы в количестве восьми штук с номиналом 2,7v х 500F
  • Одножильый провод сечением от 2 мм²
  • Пару винтов и гаек

Ионистор вместо аккумулятора-2

Ионистор вместо аккумулятора-3

  • Инструмент: паяльник, пинцет, кусачки.
  • Расходники: припой, флюс.
  • Ионистор вместо аккумулятора — порядок сборки батареи

    В данном обзоре я буду собирать накопитель энергии с применением восьми конденсаторов, включенных по встречно-параллельной схеме. В принципе будет организованно четыре пары по две емкости включенных параллельно, а пары в свою очередь соединены последовательно.

    Ионистор вместо аккумулятора-4

    Эмалированный провод нужно выровнять и убрать с него лак. Выполняется это с помощью рабочего ножа или специального инструмента для зачистки проводов ( у кого он имеется).

    Ионистор вместо аккумулятора-5

    Формируем медный провод в соединительные шины

    Ионистор вместо аккумулятора-6

    Необходимо изготовить три квадратных элемента и пару полюсов для клемм «+» и «-«

    Ионистор вместо аккумулятора-7

    К сформированным изделиям для контактов припаиваем гайки, к которым будут подключаться провода питания.

    Ионистор вместо аккумулятора-8

    Залуживаем места соединения квадратов.

    Ионистор вместо аккумулятора-9

    Соединяем емкости в батарею, припаиваем проводники к выводам конденсатора, соблюдая при этом полярность.

    Ионистор вместо аккумулятора-10

    Вначале нужно собрать четыре группы.

    Ионистор вместо аккумулятора-11

    Теперь припаиваем шины для подключения проводов питания.

    Ионистор вместо аккумулятора-12

    На этом этапе нужно зарядить батарею током 5А.

    Сборка суперконденсатора-1

    По истечению пяти минут накопитель будет полностью заряжен.

    Сборка суперконденсатора

    Делаем испытательный тест лампой накаливания.

    Сборка суперконденсатора-2

    Делаем короткое замыкание выходных контактов — провод разогрелся до красного состояния.

    Сборка суперконденсатора-3

    Испытываем батарею подключением электромотора.

    Сборка суперконденсатора-4

    Где такая конструкцию используется

    Использовать можно ионистор вместо аккумулятора, там где присутствуют большие и цикличные нагрузки по току. Классический пример: накопительная емкость для сабвуфера установленного в автомобиле. Кроме этого суперконденсатор может быть задействован в устройствах где происходят постоянные циклы зарядки/разрядки, например: устройства накопления солнечной энергии с последующей ее передачей фонарям освещения в ночное время.

    Здесь приведены только два примера использования ионистора вместо аккумулятора, но на самом деле их существенно больше.
    Стоимость компонентов для сборки такого прибора вполне приемлема, особенно если взять во внимание колоссальный срок их эксплуатации с учетом применения по назначению.

    Сборка ионистора вместо аккумулятора 12v, 100A

    Источник

    12 домашних накопителей энергии, которые могут соперничать с Тесла PowerWall 2.0

    Главная > Подключение и установка > Аккумулятор для дома

    Во время проживания вне больших городов собственники домов часто сталкиваются с проблемой перебоев в электроснабжении. Это бывает по многим причинам, например, из-за износа линий электропередач, погодных условий или неправильного разделения нагрузки. Чаще всего для решения этих проблем устанавливается резервное питание частного дома, которое бывает нескольких типов и решает различные задачи. В данной статье рассмотрены виды ИБП, какой резервный источник выбрать, и какими характеристиками обладает АКБ.

    АКБ для частного дома

    АКБ для частного дома

    Источник бесперебойного питания

    Для обеспечения снабжения электрическим током жилого помещения без перерыва существует несколько видов ИБП, которые классифицируются по исполняемым функциям. К ним относятся:

    1. Комплекс агрегатов, призванных подключаться автоматически при нарушении снабжения сетевой электроэнергии. Во время аварийных ситуаций автоматика самостоятельно принимает решение и подключает резервный источник питания, снабжающий дом и основные бытовые приборы. При этом сетевая линия отключается до момента возникновения подачи энергии;
    2. Постоянный источник электроснабжения. Эти приборы призваны обеспечивать постоянное снабжение электричеством жилой дом, что создает независимую от центральной линии систему, которая способна генерировать и накапливать энергию, используя аккумуляторы.

    В обеих указанных выше системах имеется аккумуляторная батарея, которая является неотъемлемой их частью и используется в качестве накопителя и хранилища тока.

    ИПБ

    ИПБ

    Также ИБП можно классифицировать, основываясь на принципе генерации электричества. В каждом из агрегатов есть свой источник питания: в первом случае это АКБ, которая накапливает ток во время работы приборов от центральной сети, а во втором – в качестве генерирующей силовой установки могут выступать солнечные батареи, бензиновый или дизельный генератор или ветряк. Подобная система особенно выгодна в отдаленных участках, при отсутствии поблизости центрального снабжения электричеством.

    III. Комплекты с высокой мощностью и автономией

    Проверенные временем решения для питания всей фазы или 3-х фаз через коммутатор

    • Максимальная мощность – 6.0кВт
    • Время автономной работы – выше среднего
    Нагрузка: 100Вт 500Вт 1000Вт
    Автономия: 122ч. 16.3ч. 6.8ч.
    • Максимальная мощность – 9.0кВт
    • Время автономной работы – высокая автономия
    Нагрузка: 100Вт 500Вт 1000Вт
    Автономия: 51ч. 39ч. 16ч.
    • Расширенная гарантия на 2 года
    • Бонусы при покупке – уточняйте у менеджеров
    Нагрузка: 100Вт 500Вт 1000Вт
    Автономия: 20сут. 64ч. 27ч.

    Виды АКБ для источника бесперебойного питания

    Аккумулятор для шуруповерта

    Аккумуляторы для дома, используемые как резервное электроснабжение или в качестве основной коммуникации с альтернативным источником питания, в зависимости от своей конструкции бывают нескольких видов:

    1. Свинцово-кислотные АКБ – это блоки, в которых электролит расположен внутри металлической сетки, между которыми находятся синтетические волокна, пропитанные жидкостью. Данные батареи широко используются для источников бесперебойного питания, так как быстро заряжаются и выдают большее количество энергии. Но в связи с тем, что структура свинцовых пластин пористая, срок службы подобных деталей весьма ограничен и составляет не более пяти лет;
    2. Гелиевые аккумуляторы – это сложно устроенный агрегат, накапливающий и отдающий электрический ток, внутри которого вместо жидкого электролита расположен пропитанный гель. Он контактирует со стержнем, возникает электрохимическая реакция, но, благодаря свойствам геля, побочного эффекта в виде газа не возникает, поэтому эти батареи изготавливаются в герметичном корпусе.

    Свинцово-кислотный АКБ

    Свинцово-кислотный АКБ

    Таким образом, исходя из физико-химических свойств перечисленных АКБ, можно сделать вывод, что резервное электроснабжение лучше устраивать, используя гелиевые батареи, так как они обладают глубоким разрядом, что очень важно при необходимости обеспечить электричеством частный дом во время отключения основной линии. А для организации источника бесперебойного питания по альтернативной схеме лучше подходит АКБ, созданный по свинцово-кислотной технологии.

    Важно! В обоих типах батарей, так как выделения газа являются минимальными, корпус изготавливается герметичным, и обслужить его не получится. После выработки своего ресурса изделие подлежит утилизации согласно техническим требованиям.

    Гелиевый АКБ в герметичном корпусе

    Гелиевый АКБ в герметичном корпусе

    Многие собственники индивидуального жилья, выбирая аккумуляторы для дома, используемые при отключении электричества, в целях экономии пытаются заменить более дорогие гелиевые или свинцово-кислотные АКБ простыми батареями с жидким электролитом, которые предназначены для автомобилей. Конечно, их стоимость значительно ниже, но и функции, которые они выполняют, отличаются. Данный агрегат предназначен для максимальной выдачи тока определенного номинала и мощности, чтобы раскрутить стартер двигателя и выполнить его запуск. Он обладает хорошими характеристиками по короткому импульсу, но для длительной работы не подходит, так как быстро разряжается. К тому же его подзарядка занимает значительно больше времени, чем гелиевые или свинцово-химические АКБ.

    Резервное электроснабжение: принцип работы

    Энергоснабжение частного дома может осуществляться несколькими способами. В первую очередь, это сетевая линия, подающая электричество, генерируемое городской станцией. Преимуществом данной системы является то, что ток, поставляемый от организации, имеет хорошие характеристики, большую мощность и устойчивые показатели. К тому же собственнику жилья нет необходимости следить за электрооборудованием, все обслуживание системы проводят электроэнергетики со специализированной организации.

    Также нередко применяется индивидуальное снабжение электроэнергией с применением альтернативных источников питания, таких как солнечные батареи или генераторы. Преимущества данной системы – это ее независимость от сетевой организации и бесперебойное снабжение током жилого помещения. Но для устройства подобной схемы понадобятся определенные знания и опыт, поэтому при планировании обеспечения дачи или частного дома электричеством именно от независимого источника стоит обратиться к квалифицированным специалистам.

    Не важно, какой вид энергоснабжения выбран, обязательно нужно предусмотреть резервное питание для частного дома. Эта система позволяет организовать данный тип коммуникации таким образом, что даже во время отключения основной линии электропередачи или возникновения аварийной ситуации вместо генератора включается аккумулятор, который на протяжении некоторого времени позволяет пользоваться электричеством для поддержания хотя бы минимального комфорта и работы основных бытовых приборов. В каждой из систем предусмотрен свой тип АКБ, в зависимости от решаемой задачи.

    Читайте также:  Недорого и хотелось бы долговечно

    Принцип работы резервного питания весьма прост: он заключается в непрерывном накоплении тока в емкости аккумулятора при рабочей сети. То есть в системе имеется зарядное устройство, которое подключено к АКБ и общей линии. Во время отключения тока происходит обратная реакция, и накопленная энергия устремляется на потребителя, после возникновения подачи электричества все процессы возвращаются в исходный вариант.

    Аккумулятор для частного дома: схемы подключения

    Схема подключения АКБ

    Литий ионный аккумулятор

    Схема подключения АКБ

    Резервное электроснабжения для загородного дома с использованием аккумулятора может монтироваться по двум основным схемам:

    1. Последовательное соединение АКБ. При этом напряжение будет увеличиваться кратно, например, при использовании батареи номиналом 12В два последовательно соединенных изделия образуют сеть, равную 24В, чем больше аккумуляторов, тем выше этот показатель;
    2. Параллельная схема. В данном случае кратно увеличивается не напряжение, а сила тока, при этом мощность остается равной 12 Вольт, не зависимо от количества приборов.

    Схему подключения необходимо применять в зависимости от расчета потребляемой энергии на бытовые приборы и в соответствии с нужным напряжением.

    IV. Комбинированые решения

    резеврное питание + докачка мощности, работа с трехфазной сетью, работа с генератором!

    • Расширенная гарантия на 2 года
    • Бонусы при покупке – уточняйте у менеджеров
    Нагрузка: 100Вт 500Вт 1000Вт
    Автономия: 51ч. 6.8ч. 2.9ч.
    • Расширенная гарантия на 2 года
    • Бонусы при покупке – уточняйте у менеджеров
    Нагрузка: 100Вт 500Вт 1000Вт
    Автономия: 161ч. 22ч. 9ч.
    • Максимальная мощность – 6.0кВт
    • Время автономной работы – выше среднего
    Нагрузка: 100Вт 500Вт 1000Вт
    Автономия: 122ч. 16ч. 7ч.

    Если Вы не нашли подходящий вариант комплекта – свяжитесь с нами для получения индивидуального расчета: [email protected] или по телефону

    Технические характеристики АКБ для дома

    Как заряжать литий ионный аккумулятор

    Многие производители предлагают батареи с индивидуальными показателями, но большинство из них относительно схожи и имеют следующие характеристики:

    1. Рабочее напряжение номиналом 12 Вольт. Это средний показатель наиболее распространённых изделий; бывают АКБ и 24 Вольта, но используются они весьма редко;
    2. Емкость батареи для резервирования электроэнергии бывает разной: от 50 до 500 А/час. При необходимости больших объемов питания такие АКБ можно соединить в параллельную схему. Определить номинальную емкость изделия можно по весу: чем он выше, тем больше в детали свинцовых пластин, соответственно, и электрически заряженного материала намного больше;
    3. Габариты и корпус. В большинстве моделей в качестве оболочки используется герметично запаянный пластик, который хорошо переносит перепады температур и не боится влаги, а также окисления внутренней среды;
    4. Максимальный цикл заряда и разряда детали. В зависимости от емкости и устройства АКБ, она бывает от 50 до 250 циклов. Выбирать батарею для использования в бесперебойном электропитании необходимо, учитывая этот параметр, так как чем выше данный показатель, тем дороже будет АКБ.

    Это основные характеристики, которые присущи большинству моделей аккумуляторов, используемых в качестве накопителя энергии в системах бесперебойного или аварийного электроснабжения.

    Техника безопасности при эксплуатации АКБ

    Дача является местом временного пребывания, поэтому при организации электроснабжения с использованием аккумуляторов, не зависимо от их вида, необходимо соблюдать основные правила техники безопасности при монтаже и эксплуатации, чтобы в момент отсутствия собственника в жилом помещении не возникло аварийных ситуаций.

    В первую очередь, это обеспечение хорошей циркуляции воздушных масс в технической комнате, в которой расположены батареи. Так как побочным эффектом зарядки АКБ является образование вредного для человека газа в момент закипания электролита, его скопление может привести к отравлению или аллергической реакции. Поэтому для качественного проветривания помещение нужно оборудовать приточной и вытяжной вентиляцией, желательно работающей в автоматическом режиме.

    Автоматический выключатель

    Автоматический выключатель

    Необходима установка термостатического датчика, отключающего питание зарядного устройства. Это необходимо для предотвращения вздутия или разрыва АКБ во время достижения им максимальной емкости.

    Нужно периодически замерять рабочие параметры батареи, используя мультиметр или другое оборудование. Если технические характеристики в процессе эксплуатации значительно упали, то деталь необходимо заменить и провести точную диагностику всей системы для выяснения причины.

    Запрещается использовать в резервном или автономном энергоснабжении автомобильные аккумуляторы с жидким электролитом. Так как они обладают низким ресурсом с точки зрения цикла подзарядки, который равен не более 50 раз, то срок их службы в данной системе составит не больше 6 месяцев.

    Таким образом, при правильном выборе и грамотной эксплуатации аккумулятора для резервного питания частного дома оборудование прослужит вес срок, заявленный производителем, и не доставит проблем собственнику жилого помещения.

    Источник

    Накопление энергии без аккумуляторов

    Суперконденсаторы вместо аккумуляторов

    По своим основным характеристикам суперконденсаторы значительно отличаются от простых привычных конденсаторов. В них применены современные технологии, которые позволяют добиться увеличения срока службы, а также снизить токовые потери в процессе эксплуатации. Основной задачей производителей данных устройств является разработка, и создание изделий способных заменить аккумуляторы во многих отраслях.

    1. Применение двойного электрического слоя
    2. Техническая реализация
    3. Разновидности суперконденсаторов
    4. Двухслойные конденсаторы
    5. Гибридный суперконденсатор
    6. Псевдоконденсаторы
    7. Основные параметры
    8. Энергетическая плотность
    9. Преимущества и недостатки
    10. Особенности применения
    11. Перспективы развития

    Применение двойного электрического слоя

    Продолжительное время обладателями высоких значений внутренней емкости являлись конденсаторы электролитического вида. В различных устройствах изготавливались разнообразные обкладки, у одних они производились из металла, в других в виде электролита, где изоляцией являлся оксид используемого металла. Причем у обыкновенных конденсаторов внутренняя емкость имеет значение значительно ниже и равна долям фарада, чего на практике недостаточно для питания потребителей вместо аккумуляторных батарей.

    Схема химических процессов

    Для обеспечения питания для электропотребителей были разработаны устройства на основе применения двойного электрического поля. Данное явление может возникать на границах материала или вещества при определенных условиях в жидком или твердом состоянии. В результате образуются два слоя разнополярных ионов одинакового размера, получается своеобразный конденсатор с электродами, между которыми образуется минимальное расстояние равное нескольким атомам.

    Интересно знать! Устройства, полученные таким способом, называют ионисторами, а также суперконденсатор или ультраконденсатор.

    Техническая реализация

    Ионистор или суперконденсатор представляет собой устройство в конструкции которого имеются два электрода или пластины, изготовленные из активированного угля. Пространство между ними заполнено специальным электролитом, также между обкладками располагается мембрана, благодаря которой не происходит перемещение частиц электродов, а электролит свободно проникает в данное пространство.

    Причем стоит отметить, что самостоятельно данные устройства не имеют определения полярности заряда конкретных электродов. Это свойство является одним из главных отличий от конденсаторов электролитического вида, в которых несоблюдение правильного подключения приводило к преждевременному выходу из строя. Однако при производстве на ионисторах наносится маркировка с указанием полярности, в результате того, что в процессе производства данные накопители энергии уже выходят заряженные.

    Разновидности суперконденсаторов

    В настоящее время все ультраконденсаторы разделяют на три основных вида:

    1. Двухслойные.
    2. Гибридные.
    3. Псевдоконденсаторы.

    Двухслойные конденсаторы

    Данные устройства представляют собой изделие в конструкции которых применяются электроды с наличием пор, покрытых углеродом повышенной проводимости между ними находится специальный сепаратор. Благодаря разделению зарядов на электродах происходит образование значительного значения потенциала, в результате чего происходит накопление энергии.

    Двухслойные конденсаторы

    Интересно знать! На величину емкости оказывает непосредственное влияние значение двойного слоя.

    Двойной слой в такой конструкции выполняет роль конденсатора поверхностного. Благодаря электролиту два слоя объединяются в последовательную цепочку.

    Гибридный суперконденсатор

    Данный вид накопителей электроэнергии считается промежуточным между аккумуляторами и конденсаторами. В конструкции таких устройств применяются электроды, изготовленные из различных материалов, в результате чего емкость заряд накапливается разными способами.

    Гибридный суперконденсатор

    Непосредственно сам процесс восстановления заряда происходит благодаря реакции окислительно-восстановительного вида. Такая конструкция позволяет значительно увеличить внутреннюю емкость и повысить рабочее напряжение. Электроды состоят из соединения сложных проводящих полимеров, которые в сочетании между собой представляют материал повышенных электрических характеристик.

    Псевдоконденсаторы

    Данные устройства представляют собой изделия несколько похожие по свои основным характеристикам на АКБ, они имеют два твердых электрода.

     Псевдоконденсатор

    В результате чего стало возможным применять конденсатор вместо аккумулятора. Принцип действия состоит из двух основных механизмов:

    • рабочие циклы заряд-разряд;
    • электростатические реакции, которые наблюдаются в устройствах с двойным слоем.

    Интересно знать! Емкость псевдоконденсаторов зависит от реакций переноса электролитических зарядов.

    Основные параметры

    К основным характеристикам суперконденсатора следует отнести:

    • время заряда, имеет малое значение и равно от 1 с до 10 с;
    • в сравнении с кислотными аккумуляторами имеют значительное число рабочих циклов, практически более 30000 часов;
    • номинальное рабочее напряжение имеет значение до 2,75 В;
    • срок службы до 15 лет;
    • диапазон рабочих температур от -45°С до +65°С;
    • удельная энергоемкость имеет значение до 5 Вт*ч/ кг.
    Читайте также:  Зарядное устройство для 230 аккумулятора

    Энергетическая плотность

    Способность ионисторов накапливать энергию ниже, чем у кислотных аккумуляторных батарей. Значение энергии зависит от внутреннего сопротивления устройства, чем оно ниже, тем выше плотность энергии. Современные разработки позволяют применять такие материалы как азот и графен, благодаря которым удалось добиться значительного увеличения внутренней плотности энергии.

    Преимущества и недостатки

    Как и любое электронное устройство ионисторы в процессе эксплуатации имеют некоторые достоинства и недостатки. К преимуществам производители относят:

    • Имеют пониженную удельную стоимость, если сравнивать емкость конденсатора и аккумулятора.
    • Повышенные показатели внутренней емкости, в результате чего увеличивается количество рабочих циклов заряд-разряд.
    • Более надежные, а также имеют большой срок службы в отличие от кислотных и литиевых аккумуляторов.
    • Отличаются экологической чистотой, благодаря применяемым материалам.
    • Повышенные значения номинальной мощности.
    • Возможность эксплуатирования в широком температурном диапазоне. Низкие температуры не помеха при запуске оборудования любого вида.
    • Значительно увеличенный временной промежуток при восполнении заряда и при рабочем разряде.
    • В отличие от аккумуляторных батарей имеют возможность полного разряда практически до нулевого значения рабочего напряжения.

    Интересно знать! Суперконденсаторы имеют сравнительно малые размеры относительно других подобных приборов.

    Конденсаторы

    Однако при наличии многих плюсов в процессе эксплуатации присутствуют и минусы. К недостаткам относят:

    • Малая плотность энергетических накоплений относительно аналогичных устройств.
    • Пониженное значение напряжение на единицу внутренней емкости одного элемента.
    • Увеличенное показание самостоятельного разряда.
    • Не окончательно проработанная технология производства ионисторов.

    Особенности применения

    Широкую популярность ионисторы приобрели благодаря стремлению человечества найти новые и более эффективные средства для того, чтобы накапливать и сохранять энергию длительное время. Основным достоинством, определившим его распространение, стала возможность суперконденсатора за короткий период времени импульсно выделять значительную энергию от 0,1 с до 10 с.

    Ионисторы нашли применение в установках и технике, где необходим быстрый и качественный запуск электрооборудования в короткий промежуток времени даже при отрицательных температурах. При этом уменьшаются максимальные токовые нагрузки и приводит к экономии средств. Не исключено и применение для запуска двигателя внутреннего сгорания.

    Суперконденсатор

    При соединении конденсаторов в батарею возможно добиться максимальной емкости сопоставимой с аккумуляторной для питания электромобилей. Однако при этом вес источника питания будет значительно выше чем у обычных аккумуляторов. Разработчикам практически удалось решить проблему превышающего веса, для этого необходим графен однако такое возможно пока только в лабораторных условиях.

    В настоящее время одним самых наиболее удачных применений ионисторов стало использование в общественном электротранспорте. В конструкции такой техники применяются устройства бесперебойного питания в которых присутствуют суперконденсаторы.

    Аварийное освещение в которых установлены конденсаторы большой емкости вместо аккумуляторов имеют значительное преимущество перед системами с обычными аккумуляторами.

    Интересно знать! Некоторые зарубежные производители встраивают резервные источники питания на основе ионисторов в светодиодные лампы.

    Перспективы развития

    Современные технологии и разработки позволяют предположить, что ионисторы в скором времени будут применяться практически во всех энергоемких производствах, космической промышленности, медицине и военной технике. Постепенно будет увеличиваться внутренняя емкость суперконденсаторов, в результате чего станет возможным заменить старые свинцово-кислотные батареи.

    Также станет возможным внедрение в различные электронные устройства с регулированием и управлением. Причем станет доступным производство экологически чистых источников экономии энергии, которые значительно превышают аналоги по характеристикам. А также суперконденсаторы находят широкое применение в автомобильном транспорте, мобильных и электронных устройствах.

    Полное вытеснение обычных аккумуляторов пока не происходит так как суперконденсаторы используются только в определенных областях. Однако наука не стоит на месте и постоянно развивается, в результате чего в скором времени мы сможем увидеть данные устройства в автомобильной технике, мобильных и электронных устройствах.

    Источник

    Самый эффективный способ накопления энергии стар как мир

    Когда речь заходит о том, что надо как-то накопить энергию, многие сразу начинают думать об аккумуляторной батарее. Конечно, что же это может быть еще. Тем не менее, есть еще один способ, который используется не очень часто, но при этом имеет очень хорошие перспективы. Особенно, на фоне развития других технологий. Такие разработки даже применялись при производстве общественного и грузового транспорта. Их начало берет свои корни еще в Советском Союзе, но в последнее время технология начинает применяться все чаще. Несколько лет назад, когда позволял регламент, это использовалось даже в Формуле-1. Откроем завесу тайны и расскажем, как работает это достаточно простое, но гениальное изобретение, и о человеке, который посвятил этому жизнь.

    Древний маховик тоже был своего рода аккумулятором.

    Что такое маховик?

    Говорить мы сегодня будем о супермаховиках и об их создателе Нурбее Гулиа. Хоть и кажется, что маховик это что-то устаревшее и чисто техническое, но и в новом электрическом мире ему есть место.

    Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента, как это используется на космических аппаратах.

    Сами маховики были изобретены очень давно и даже успешно применялись в промышленности тех лет. Есть даже находки в Междуречье и древнем Китае, которые подтверждают использование подобных устройств. Правда, тогда они делались из обожженной глины или из дерева и выполняли иные функции.

    Где применяются маховики?

    Благодаря своей массивности и законам физики, которые сопровождают движение маховика, он нашел применение во многих современных механизмах — от транспорта до промышленности.

    Самое простое применение заключается в сохранении скорости вращения вала, на котором установлен маховик. Это может пригодиться во время работы какого-нибудь станка. Особенно, в те моменты, когда он испытывает резкие нагрузки и надо не допустить падения частоты вращения. Получается такой своего рода демпфер.

    Наверное, самым частым местом, где встречаются маховики, является двигатель внутреннего сгорания автомобиля. Он позволяет сохранить скорость вращения двигателя при выключении сцепления. Тем самым снижается воздействие на трансмиссию, так как переключение передачи происходит в то время, когда двигатель работает на оборотах выше оборотов холостого хода. Кроме этого, так достигается больший комфорт и плавность движения. Правда, на гоночных машинах маховик очень сильно облегчается для снижения веса и увеличения скорости, с которой раскручивается двигатель.

    Маховик легкового автомобиля.

    Также маховики часто используются для стабилизации движения. Происходит это за счет того, что колесо, которым и является маховик, при вращении создает гироскопический эффект. Он создает сильное сопротивление при попытке наклонить его. Этот эффект легко ощутить, например, раскрутив колесо велосипеда и попытавшись его наклонить, или взяв в руки работающий жесткий диск.

    Такая сила мешает при управлении мотоциклом, заставляя прибегать к контррулению, особенно на большой скорости, но очень помогает, например, для стабилизации корабля во время качки. Также подвесив такой маховик и учитывая, что он всегда находится в одном положении относительно горизонта, можно фиксировать его отклонения от корпуса объекта и понимать его положение в пространстве. Применение таких свойств маховика актуально в авиации. Именно вращающийся маховик позволит определить положение фюзеляжа самолета в пространстве.

    Супермаховик Гулиа

    Теперь, после достаточно долгого введения и предысторий, поговорим непосредственно о супермаховиках и о том, как они помогают сохранять энергию, не имея в составе каких-либо химических соединения для этого.

    Нурбей Гулиа — создал и продвигает идею супермаховика, как накопителя энергии.

    Супермаховик представляет собой один из типов маховиков, предназначенный для накопления энергии. Он специально сделан так, чтобы накапливать как можно больше энергии без необходимости применения по другому назначению.

    Такие маховики тяжелые и очень быстро крутятся. Из-за того, что скорость вращения очень высокая, есть риск разрежения конструкции, но это тоже продумано. Сам маховик состоит из намотанных витков стальной пластичной ленты или из композитных материалов. Кроме того, что такая конструкция прочнее монолитной, она еще разрушается постепенно. То есть, при отслоениях маховик просто будет тормозиться и запутается в своих же частях. Думаю, не стоит объяснять, что разрыв маховика, который вращается со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту и весит минимум десятки килограмм, чреват очень серьезными последствиями.

    Кроме этого, для обеспечения еще большей безопасности можно поместить систему с таким маховиком в бронекапсулу и закопать ее на несколько метров в землю. В этом случае движущиеся элементы точно никак не смогут навредить человеку.

    Читайте также:  Как правильно снять аккумулятор с тойоты королла

    Дополнительным плюсом использования бронекапсулы будет создание в ней вакуума, который позволит существенно снизить воздействие внешних сил на движение. Проще говоря, так можно свести к минимуму или вообще убрать сопротивление газовой среды (в обычном случае воздуха).

    Так устроен супермаховик Гулиа.

    В качестве дополнительных сил, мешающих вращению, еще выступает сопротивление подшипников, на которых установлен маховик. Но его можно установить на магнитный подвес. В этом случае силы воздействия сведены к такому минимуму, которым можно пренебречь. Именно по этой причине такие маховики способны крутиться месяцами. Кроме этого, магнитный подвес позволяет не задумываться об износе системы. Изнашивается только генератор.

    Именно генератор и является тем элементом, который позволяет выработать электричество. Он просто подключается к маховику, и получая переданное им вращение вырабатывает электричество. Получается аналог обычного генератора, только для этого не надо сжигать топливо.

    Чтобы получать еще больше интересной информации из мира высоких технологий, подписывайся на наш новостной канал в Telegram.

    Для накопления энергии в то время, когда нет нагрузки, маховик раскручивается и тем самым “держит заряд”. Собственно, возможен и комбинированный вариант по аналогии с обычными аккумуляторами, которые могут одновременно отдавать энергию и заряжаться сами. Для раскрутки маховика используется мотор-генератор, который может как раскручивать маховик, так и забирать энергию его вращения.

    Такие системы актуальны для накопления энергии в домохозяйствах и в системах зарядки. Например, подобная система по задумке инженеров Skoda должна использоваться для зарядки автомобилей. Днем маховик раскручивается, а вечером отдает заряд в электромобили, не нагружая городскую сеть в вечернее и ночное время. При этом можно заряжаться медленно от одного маховика или быстро от нескольких, с которых будет “сниматься” больше электричества.

    Эффективность супермаховиков

    Эффективность супермаховиков при всей их кажущейся архаичности достигает очень высоких значений. Их КПД доходит до 98 процентов, что даже не снилось обычным аккумуляторным батареям. Кстати, саморазряд таких батарей тоже происходит быстрее, чем потеря скорости хорошо сделанного маховика в вакууме и на магнитном подвесе.

    Можно вспомнить старые времена, когда люди начали запасать энергию посредством маховиков. Самым простым примером являются гончарные круги, которые раскручивались и крутили, пока ремесленник работал над очередным сосудом.

    Мы уже определись, что конструкция супермаховика достаточно проста, он имеет высокий КПД и при этом стоит относительно недорого, но есть у него один минус, который сказывается на эффективности его использования и стоит на пути массового внедрения. Точнее, таких минусов два.

    Главным из них будет тот самый гироскопический эффект. Если на кораблях это полезное побочное свойство, то на автомобильном транспорте это будет очень сильно мешать и надо будет использовать сложные системы подвеса. Вторым минусом будет пожароопасность в случае разрушения. Из-за большой скорости разрушения даже композитные маховики будут выделять большое количество тепла за счет трения о внутреннюю часть бронекапсулы. На стационарном объекте это не будет большой проблемой, так как можно сделать систему пожаротушения, но на транспорте может создать очень много трудностей. Тем более, на транспорте риск разрушения выше за счет вибраций во время движения.

    Где применяются супермаховики?

    В первую очередь, Н.В. Гулия хотел использовать свое изобретение именно на транспорте. Даже было построено несколько образцов, которые проходили испытания. Несмотря на это, системы дальше испытаний не пошли. Зато применение такому способу накопления энергии нашлось в другой сфере.

    Так в США в 1997 году компания Beacon Power сделала большой шаг в разработке супермаховиков для применения их в электростанциях на промышленном уровне. Эти супермаховики могли запасать энергию до 25 кВт⋅ч и имели мощность до 200 кВт. Строительство станции мощностью 20 МВт началось в 2009 году. Она должна была нивелировать пики нагрузки на электрическую сеть.

    В России тоже есть подобные проекты. Например, под научным руководством самого Н. В. Гулиа компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один накопитель может запасать до 100 кВт⋅ч энергии и обеспечивать мощность до 300 кВт. Система таких маховиков может обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона. Так можно полностью отказаться от очень дорогих гидроаккумулирующих электростанций.

    Возможно использование супермаховиков и на объектах, где нужна независимость от электрических сетей и резервное питание. Эти системы имеют очень высокую скорость отклика. Она составляет буквально доли секунд и позволяет обеспечить действительно бесперебойное питание.

    Такая идея «не зашла». Может получится с поездами?

    Еще одним местом, где возможно применение Супермаховик, является железнодорожный транспорт. На торможение составов тратится очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию потом можно потратить на набор скорости. Вы скажете, что система на подвесе будет очень хрупкой для транспорта и будете правы, но в таком случае можно говорить и о подшипниках, так как запасать энергию надолго просто нет необходимости и потери от подшипников будут не такими большими на таком промежутке времени. Зато такой способ позволяет экономить 30 процентов энергии потребляемой поездом для движения.

    Как видим, системы на супермаховиках имеют очень много плюсов и совсем немного минусов. Из этого можно сделать вывод, что они будут набирать популярность, становиться более дешевыми и массовыми. Это тот самый случай, когда свойства вещества и законы физики, знакомые людям с древних времен, позволяют придумать что-то новое. В итоге вы получили удивительным симбиозом механики и электрики, потенциал которого до конца еще не раскрыт.

    Источник

    Использование солнечных панелей без аккумулятора

    Солнечные батареи без аккумулятора

    С появлением солнечных батарей для преобразования энергии солнца в электрическую стала рассматриваться возможность использовать солнечные панели без аккумулятора. Все дело в том, что АКБ влекут дополнительные затраты. Будет ли выгодным отказ от их использования – рассмотрим ниже.

    Зачем отказываться от аккумуляторов

    Система, в которую включен АКБ, обеспечивает непрерывную подачу энергии. Будет ли подача действовать всю ночь – зависит от ёмкости и вместительности аккумулятора. Преимущество солнечной системы с АКБ – непрерывная подача энергии в рамках доступного резерва.

    В то же время она обладает следующими недостатками:

    • высокая стоимость АКБ (от 11 000 р.) и стабильный рост цены аккумуляторов;
    • снижается КПД системы, т.к. энергия теряется при заряде-разряде батареи;
    • короткий срок службы аккумуляторов (при большой нагрузке – 1-2 года);
    • необходимость замены аккумуляторов влечет дополнительные расходы;
    • утилизация АКБ доступна не в каждом регионе.

    Солнечная панель с батареей

    Батарея – один из самых невыгодных элементов системы

    Можно ли использовать солнечные панели без аккумулятора

    Да, но важно понимать, что солнечные батареи без аккумулятора работают только тогда, когда светит Солнце. Ночью и во время облачности энергия от них перестанет поступать.

    Солнечные системы без использования аккумуляторов актуальны как резервный источник энергии. При хороших погодных условиях он может стать постоянным. Возможность включения его в цепь с центральным электроснабжением обеспечит непрерывную подачу энергии с ощутимой экономией средств.

    Отказ от аккумуляторов целесообразен только, если солнечная система будет работать в связке с центральным электроснабжением.

    По сравнению с аккумуляторными, солнечные панели без использования аккумуляторов обладают следующими преимуществами:

    • низкая стоимость установки;
    • меньше компонентов для обслуживания;
    • экономия на счетах за электроэнергию;
    • экологически чистое производство энергии.

    Солнечная система без АКБ

    В первую очередь, обдумывая такой вариант необходимо определиться со следующими параметрами:

    А можно ли обойтись без инвертора?

    Такой подход сомнителен и может работать только в частных случаях. Как минимум, из-за того, что в этом случае на розетках будет постоянный ток, а большинство электроприборов рассчитано на работу с переменным.

    Тем не менее, обратите внимание на видео ниже. Авторы смогли запитать кофеварку с ТЭНом и устройства с блоками питания.

    Где выгодно использовать солнечные панели без аккумулятора

    Использование солнечных батарей без АКБ подойдет в том случае, если этот источник питания не является единственным. И настроено автоматическое переключение с одного на другой, причем для экономии на счетах приоритетным должен быть солнечный источник. В этом случае, когда Солнце будет заходить за облака, или наступит ночь, электропитание пойдет от другого поставщика (например, центральное электроснабжение). А в ясные дни можно пользоваться солнечной энергией и без АКБ.

    Источник