LOW←TECH MAGAZINE Polski

Jak zbudować generator rowerowy z panelem sterowania

Sun, 06 Mar 2022 00:00:00 +0000

Image: Generator rowerowy w dużym pokoju.

Artykuł

Instrukcja obsługi

Wprowadzenie

Podsumowanie

W Internecie i w książkach znajdziemy wiele instrukcji opisujących, jak zbudować własny generator prądu na pedały. Jednak gdy postanowiliśmy sami zbudować taki generator rowerowy, stwierdziliśmy, że jeśli idzie o jego praktyczne wykorzystanie, to dostępne instrukcje są niepełne. Koncentrują się przede wszystkim na budowie samego źródła energii, a stosunkowo mało uwagi poświęcając temu, co się z wygenerowaną energią dzieje.

Postanowiliśmy więc zająć się praktyczną kwestią wykorzystania energii generowanej przez człowieka. Nie tylko zbudowaliśmy generator prądu, ale także skonstruowaliśmy panel sterowania w postaci “deski rozdzielczej” przymocowanej do kierownicy. Deska rozdzielcza umożliwia zasilanie lub ładowanie wielu różnych urządzeń, niezależnie od napięcia, jakiego potrzebują. Ponadto nasz projekt daje możliwość jednoczesnego zasilania wielu urządzeń naraz, dzięki czemu rowerzysta może regulować opór na pedałach w celu dostosowania go do zamierzonego treningu.

Staraliśmy się również ulepszyć sam generator rowerowy. Choć dobre podręczniki są dostępne, chcieliśmy, aby źródło prądu było łatwe w budowie (nie wymagało spawania ani korzystania ze skomplikowanych narzędzi), wygodne podczas pedałowania, możliwie kompaktowe i aby nie rzucało się w oczy. Nasz generator rowerowy stoi w małym salonie i jest używany regularnie. Rozwiązanie znaleźliśmy we wcześniej nam nieznanym, zabytkowym rowerze stacjonarnym wyposażonym w koło zamachowe.

Próby i błędy

Generator rowerowy i tablica rozdzielcza zostały zaprojektowane i wykonane we współpracy z Marie Verdeil w ramach jej stażu w Low-tech Magazine. Nie mogliśmy znaleźć potrzebnej specyfikacji technicznej, więc zastosowaliśmy metodę prób i błędów. Okazało się to czasochłonne i kosztowne, ale dzięki temu nauczyliśmy się wiele i wyciągnęliśmy cenne wnioski. Popełniliśmy wiele błędów, których Wy będziecie mogli uniknąć.

Nie jesteśmy inżynierami, więc z radością wysłuchamy Waszych propozycji ulepszeń technicznych.

Osoby pierwszy raz odwiedzający naszą stronę mogą przeczytać kilka wcześniejszych artykułów, na których opiera się ten projekt generatora rowerowego (tłumaczenia na język polski nie są jeszcze dostępne): The short history of pedal powered machines (2018).

Generator rowerowy

Istnieje wiele sposobów na zbudowanie prądnicy rowerowej, a każdy z nich ma swoje zalety i wady. Oparliśmy naszą elektrownię na pedały na zabytkowym rowerze stacjonarnym z lat 50. ubiegłego wieku. Nasz rower został wyprodukowany przez hiszpańską firmę BH, ale podobne zabytkowe modele można znaleźć w każdym miejscu uprzemysłowionego świata.

Image: Rower stacjonarny z lat 50. Z przodu ma ciężkie koło zamachowe.

Koło zamachowe

Wybraliśmy stary rower z kilku powodów. Po pierwsze i najważniejsze, stare rowery treningowe mają z przodu duże koło zamachowe. Generatory rowerowe bez koła zamachowego - a te stanowią obecnie większość - prawdopodobnie skończą, zbierając kurz w garażu, ponieważ pedałowanie na nich jest męczące i niewygodne.

Koło zamachowe jest niezbędne, ponieważ pedałowanie na rowerze stacjonarnym to zupełnie inne doświadczenie niż jazda na rowerze. Siła, z jaką nasze stopy naciskają na pedały, osiąga najwyższą wartość co 180 stopni obrotu korby. Ma to niewielki wpływ na wysiłek rowerzysty, kiedy jedziemy po drodze, ze względu na bezwładność poruszającego się pojazdu i rowerzysty.

Z kolei na rowerze stacjonarnym nierównomierny wydatek mocy powoduje szarpanie i dodatkowe obciążenie elementów roweru. Koło zamachowe, dzięki swoim dużym masie i prędkości obrotowej, rozwiązuje ten problem. Wyrównuje ono różnice pomiędzy szczytami obciążenia i zapewnia komfortowe pedałowanie. Rowerzysta męczy się wolniej i może generować więcej energii. Dzięki kołu zamachowemu generator utrzymuje stabilniejsze napięcie prądu.

Nasze podejście umożliwia zbudowanie generatora na pedały przy użyciu prostych narzędzi i przy wykorzystaniu podstawowych umiejętności. Nie ma potrzeby cięcia ani spawania metalu - rower pozostaje taki, jaki jest. Nie ma też potrzeby budowania ramy - korzystamy z istniejącej. Musieliśmy jedynie dodać napęd cierny, czyli mały wałek przymocowany do wału prądnicy i dociskany do koła zamachowego.

Image: Napęd cierny - mały wałek przymocowany do wału prądnicy i dociskany do koła zamachowego.

Dzięki naszemu podejściu powstał bardzo kompaktowy generator. Ma on niewiele ponad 1 m długości. Naszym zdaniem, choć jest to kwestia gustu, nasz generator rowerowy jest wysoce estetyczny. Rower kupiliśmy od osoby z sąsiedniej wsi, u której stał w salonie jako ozdoba.

Wadą naszej konstrukcji jest niższa sprawność napędu ciernego w porównaniu do napędu uzyskiwanego za pomocą przekładni lub paska. Jednak wyższa sprawność koła zamachowego rekompensuje ten fakt. Połączenie koła zamachowego z przekładnią zębatą lub pasową dałoby lepsze wyniki, jednak takie rozwiązanie jest trudniejsze do zbudowania. Kolejną wadą jest to, że nasze urządzenie nie ma zmiennych przełożeń, ale więcej na ten temat później.

Maksymalna produkcja mocy

Moc wyjściowa (W) prądnicy rowerowej odpowiada napięciu (V) pomnożonemu przez natężenie prądu (A). Podczas krótkiego i intensywnego treningu uzyskujemy około 100 watów (12 V, 8-9 A) mocy. Podczas umiarkowanego wysiłku, który możemy kontynuować przez dłuższy czas, produkcja mocy wynosi od 45 do 75 watów. Moc wyjściowa zależy nie tylko od roweru, ale także od osoby, która go napędza. Osoby wysportowane mogą wytwarzać więcej mocy, podczas gdy kanapowcy (początkowo!) będą wytwarzać jej mniej. [*2] [*3]

Maksymalną moc wyjściową zmierzyliśmy zaraz za prądnicą. Aby uzyskać taką wartość, trzeba włożyć w pedałowanie dużo siły. Po pierwsze, żaden generator nie jest w 100% wydajny. Nasz generator osiąga swoją maksymalną sprawność (75-78%) przy mocy wyjściowej powyżej 6 A (72 W). Sprawność maleje przy mniejszej mocy: spada do 60% przy prądzie 3 A i poniżej 45% przy prądzie 2 A. Po drugie, w układzie napędowym między pedałami a generatorem występują straty energii. Nie możemy ich zmierzyć, ale ze znalezionych danych wynika, że napęd cierny powoduje średnio 15% dodatkowych strat energii.

Aby uzyskać moc 100 W, trzeba włożyć w pedałowanie co najmniej 150 W, przy uwzględnieniu strat wydajności zarówno w generatorze, jak i w napędzie ciernym. W rowerowym układzie napędowym występują dodatkowe straty energii. W teorii przekładnie rowerowe charakteryzują się niskimi stratami energii, rzędu kilku procent. W praktyce jednak te straty energii mogą być duże. Udowodniliśmy to w sposób niezamierzony. Po dokładnym wyczyszczeniu i naoliwieniu układu napędowego roweru, produkcja energii wzrosła dwukrotnie. Popełniliśmy błąd, czyszcząc rower dopiero na samym końcu. To wymusiło dostosowanie panelu sterowania do wyższego natężenia prądu, który po czyszczeniu zaczął przez niego płynąć.

Sztuka pedałowania - wyzwania techniczne

Jako cykliści-generatorzy musicie dopasować napięcie (V) i natężenie (A) urządzenia, które zasilacie lub ładujecie. Jednak łatwiej to powiedzieć niż zrobić. Urządzenia elektryczne pracują przy różnych napięciach i mają bardzo różne zapotrzebowanie na energię. Napięcie wynika z prędkości obrotów korbą, a natężenie prądu z siły, jaką wkładamy w pedałowanie.

Image: Generator rowerowy w działaniu.

1. Dostosowanie napięcia

Generator rowerowy wytwarza prąd stały o niskim napięciu, podobnie jak system fotowoltaiczny (12/24 V). Napięcie wyjściowe zależy od prędkości, z jaką obraca się prądnica rowerowa. Prędkość pedałowania i przełożenie przekładni określają prędkość wału generatora. W naszej instrukcji szczegółowo opisano, jak ustawić prawidłowe przełożenie. W skrócie, należy zmierzyć średnicę zewnętrzną trzech części (przedniej zębatki, zębatki koła zamachowego i koła zamachowego) i na podstawie tych danych obliczyć prawidłowy rozmiar wrzeciona w odniesieniu do zamierzonego napięcia wyjściowego.

Po ustawieniu przełożenia można uzyskać niższe lub wyższe napięcie, pedałując odpowiednio wolniej lub szybciej. Umożliwia to zasilanie urządzeń różnymi napięciami. Zakładając jednak, że przy średniej prędkości pedałowania generator da napięcie 12 V, to uzyskanie napięcia 5 V wymagałoby bardzo wolnego pedałowania, a 24 V niezwykle szybkiego. Przerzutki ułatwiłyby zmianę napięcia wyjściowego, ale nasz rower ich nie posiada.

Praktycznym rozwiązaniem tego problemu może być zasilanie urządzenia bezpośrednio z generatora, jeśli potrzebuje ono mniej więcej 12 V. Koło zamachowe pomaga utrzymać względnie stałe napięcie wyjściowe. Urządzenia elektroniczne i akumulatory wymagają jednak ściśle określonego napięcia. W przeciwnym razie mogą one nie działać lub ulec uszkodzeniu. Ponadto zasilanie urządzenia bezpośrednio z generatora uniemożliwia jednoczesne zasilanie lub ładowanie kilku urządzeń o różnych napięciach.

2. Dostosowanie natężenia prądu

Urządzenia elektryczne i elektroniczne mogą mieć bardzo różne zapotrzebowanie na moc, nawet jeśli pracują przy tym samym napięciu. Niestety, znacznie trudniej jest dostosować natężenie prądu niż napięcie. To, jak mocno trzeba pedałować, zależy wyłącznie od zasilanego urządzenia. W niektórych przypadkach skutkuje to optymalnym oporem. Częściej jednak opór na pedałach jest albo zbyt mały, albo zbyt duży.

Z jednej strony, podczas ładowania smartfonu lub stosunkowo niewielkiego akumulatora kwasowo-ołowiowego, opór na pedałach jest niemal zerowy. Z drugiej strony, opór na pedałach jest zbyt duży przy zasilaniu czajnika lub lodówki. Niektóre urządzenia mają zmienne zapotrzebowanie na prąd. Na przykład drukarka pobiera od 25 do 70 watów mocy, w zależności od tego, co dokładnie robi. Zapotrzebowanie na prąd wzrasta po uruchomieniu urządzenia i pomiędzy wydrukiem kolejnych stron. Drukowanie grafik wymaga więcej mocy niż drukowanie tekstu.

3. Ładowanie akumulatorów

Pozasieciowe systemy fotowoltaiczne często służą do ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Dostępność ludzkiej energii nie zależy od pogody i pory dnia, ale warto byłoby ją zmagazynować na przyszłość w akumulatorze.

Jeśli do obliczeń czasu potrzebnego do naładowania akumulatora weżniemy wartość 100 W, to możemy dojść do zbyt optymistycznych konkluzji. Na przykład, skoro do naładowania akumulatora potrzeba 100 Wh, można to zrobić w ciągu godziny. Prawda? Nieprawda. Nawet gdybyś był w stanie utrzymać produkcję mocy na poziomie 100 W przez godzinę, to akumulator ograniczy ilość energii, z jaką można go ładować. Nie wystarczy intensywniejszy trening, żeby przyśpieszyć ładowanie.

Akumulatory kwasowo-ołowiowe ładują się w zakresie od 10 do 25% swojej maksymalnej pojemności. My we wszystkich testowanych akumulatorach uzyskaliśmy 10%. W przypadku dużych akumulatorów nie stanowi to takiego problemu. Naładowanie jednego kwasowo-ołowiowego akumulatora samochodowego (około 60-80 Ah) wymaga wytworzenia 85-115 W z generatora, czyli trzeba mocno napracować się nogami. Pełne ładowanie (prądem 12 V do 13 V) trwa pięć godzin, nie licząc strat związanych z ładowaniem i rozładowywaniem.

Jednak w przypadku mniejszych akumulatorów kwasowo-ołowiowych niskie zapotrzebowanie na moc jest problematyczne. Opór na pedałach jest niewielki lub żaden (nie ma mowy o prawdziwym treningu), sprawność procesu jest bardzo niska (generator ma duże straty energii), a pomimo to ładowanie zajmuje tyle samo czasu, co ładowanie znacznie większego akumulatora. Na przykład ładowanie akumulatora 12 V o pojemności 14 Ah (podobnego do tego zasilającego stronę internetową, którą właśnie czytacie) wymaga zaledwie 1,4 A. To nie jest duży wysiłek (20 W).

Ten sam problem występuje w przypadku urządzeń ładowanych za pośrednictwem USB. Najczęściej wymienianym zastosowaniem generatora na pedały ma być ładowanie smartfonu. To jednak wymaga bardzo niewielkiej mocy (5-10 W) w porównaniu z tym, co może wytworzyć rower. (Niektóre nowsze modele umożliwiają szybsze ładowanie). Może Ci się wydawać, że ładowanie baterii telefonu o pojemności 10 Wh zajmie tylko 6 minut przy maksymalnej mocy 100 W, ale trwa to tak samo długo, jak w przypadku podłączenia go do gniazdka elektrycznego. Do naładowania smartfonu wystarczyłaby znacznie mniejsza ręczna ładowarka, ale wtedy mamy zajęte ręce.

Tablica rozdzielcza - kolejne wyzwania?

Aby rozwiązać wszystkie problemy ze zmiennymi parametrami prądu, zbudowaliśmy panel sterowania rozdzielający energię generatora na obwody o różnym napięciu do obsługi różnych urządzeń. Obwody te można wykorzystywać pojedynczo lub łącząc je, co pozwala na precyzyjną regulację oporu na pedałach w celu uzyskania optymalnego treningu. Można także bezpośrednio sterować niektórymi urządzeniami, zmniejszając ich zapotrzebowanie na moc.

Image: Panel sterowania.

Image: Panel sterowania widziany z boku.

1. Dostosowanie napięcia - przetwornica buck i boost

Żeby dostosować napięcie do różnych urządzeń, nie ma trzeba zmieniać kadencji pedałowania. Zamiast tego można użyć przetwornic buck-boost, czyli modułów elektronicznych przekształcających zmienne napięcie wejściowe w stałe napięcie wyjściowe.

Przetwornice buck mają wyższe napięcie wejściowe niż wyjściowe (obniżają napięcie), natomiast przetwornice boost mają wyższe napięcie wyjściowe niż wejściowe (podwyższają napięcie). Napięcie wyjściowe reguluje się, obracając małą śrubkę na module. Więcej informacji o przetwornicach buck-boost znajdziecie w instrukcji.

2. Dostosowanie mocy prądu - obwody przełączane i ściemniacze

Używając tylko jednej przetwornicy buck-boost można zbudować jeden obwód elektryczny. Gdy podpinamy urządzenie potrzebujące innego napięcia, wystarczy obrócić małą śrubkę, aby wyregulować napięcie. Jednak lepiej jest zbudować wiele obwodów przełączalnych o różnych napięciach. Dzięki temu można nie tylko łatwo przełączać się między różnymi typami urządzeń bez użycia śrubokręta, ale także regulować opór na pedałach, uruchamiając kilka obwodów jednocześnie.

Panel sterowania zawiera:

dwa obwody do zasilania lub ładowania urządzeń USB (5V)
trzy obwody do zasilania urządzeń o napięciu 12 V
jeden obwód do ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych (14,4V)
jeden obwód do zasilania urządzeń sieciowych (220 V w UE)
jeden obwód nieregulowany, w którym napięcie wyjściowe jest zgodne z napięciem wejściowym.

Image: Front panelu sterowania.

Image: Tył panelu sterowania.

Jeśli zapotrzebowanie na moc jest niewystarczające, można - włączając więcej obwodów - zwiększyć opór na pedałach. Podniesie to również sprawność generatora. Aby rozwiązać problem niskiego zapotrzebowania akumulatorów na moc, można pozostawić obwody 5 V i 14,4 V zawsze otwarte. Wprowadza to podstawowe obciążenie wynoszące około 20 W (dwa do pięciu urządzeń USB i akumulator kwasowo-ołowiowy 14 Ah). Jeśli chcemy potrenować ciężej, to należy zwiększyć obciążenie, otwierając inne obwody i zasilając większą liczbę urządzeń. Takie podejście nie skraca czasu potrzebnego do naładowania akumulatorów. Sprawia jednak, że wysiłek staje się bardziej opłacalny.

Innym podejściem będzie budowa tablicy rozdzielczej, która ma wyłącznie obwody USB 5 V. W tym przypadku panel sterowania jest wykorzystywany w ten sam sposób z niewielkimi zmianami. Przy maksymalnym poborze mocy 10 W (5 V/ 2 A) do jednego wyjścia USB można podłączyć kilka urządzeń. Nasza deska rozdzielcza ma dwa obwody 5 V - jeden służy głównie do zasilania lampki, ale można do niego dodać rozdzielacz USB i zyskać kolejne 10 W dla innych urządzeń.

Możesz dodać sześć wyjść zasilania USB przez podłączenie złącza USB do trzech wyjść 12 V, pamiętając, aby dołożyć trzy żeńskie złącza 12 V. Dzięki temu całkowite zapotrzebowanie na moc wyniesie 80 W, czyli wystarczająco, by ładować jednocześnie od 10 do 15 smartfonów. W dzisiejszych czasach nie brakuje urządzeń ładowanych za pośrednictwem USB: telefonów, tabletów, ebooków, powerbanków, lampek rowerowych, aparatów fotograficznych, słuchawek bezprzewodowych, ładowarek baterii AA itd.

Ściemniacz

Jeśli zapotrzebowanie na moc jest zbyt duże, można wyłączyć jeden lub więcej obwodów. W przypadku niektórych mocniejszych urządzeń 12-woltowych deska rozdzielcza umożliwia także, bezpośrednio za pomocą zmiennego opornika lub potencjometru (popularnie nazywanego ściemniaczem), obniżenie natężenia prądu, a tym samym oporu na pedałach.

Kiedy “ściemnisz” urządzenia takie jak czajnik elektryczny lub lodówka Peltiera, będą one działały tak samo dobrze, tylko że wolniej. Bez potencjometru tylko atleci daliby radę je zasilać (100-120 W). Możesz również dodać ściemniacz do obwodu 14,4 V, jeśli planujesz ładować duże akumulatory kwasowo-ołowiowe. Ściemnianie nie działa jednak w przypadku wszystkich urządzeń. Laptop wyłączy się jeśli nie otrzyma odpowiedniej mocy.

Przełączając i łącząc różne obwody oraz dostosowując natężenie prądu w obwodzie 12 V, można regulować opór na pedałach tak precyzyjnie jak na trenażerze, tym samym optymalizując trening oraz produkcję energii.

Jak wykorzystać generator - testy

Generator rowerowy najlepiej nadaje się do bezpośredniego zasilania urządzeń elektrycznych, bez uprzedniego magazynowania energii w akumulatorze. Pozwala to uniknąć strat przy ładowaniu i rozładowywaniu (do 30% w akumulatorach kwasowo-ołowiowych) oraz zmniejsza złożoność i koszty budowy ludzkiej elektrowni. W tym celu wyposażyliśmy deskę rozdzielczą w kilka obwodów 12 V i jeden obwód 220 V.

Image: Niektóre z urządzeń, które przetestowaliśmy: kompresor, oświetlenie, lodówka Peltiera, drukarka igłowa, czajnik elektryczny, lutownica.

Urządzenia, które zasilamy bezpośrednio napięciem 12 V to: eksperymentalna lodówka Peltiera, czajnik elektryczny, laptopy - zasilane przez zasilacz 12 V, bez baterii lub z baterią naładowaną w 100%, lampy, lutownica, wiertarka i szlifierka. Na rynku dostępnych jest wiele innych urządzeń zasilanych napięciem 12 V, przeznaczonych głównie dla kierowców samochodów ciężarowych i osobowych, żeglarzy, użytkowników przyczep kempingowych (oraz drobnych majsterkowiczów, którzy wyposażają swoje mieszkania, jakby to były żaglówki).

Oto lista wszystkich urządzeń, które do tej pory zasilaliśmy lub ładowaliśmy:

Wszystkie typy urządzeń USB (5V)
Akumulatory kwasowo-ołowiowe różnych rozmiarów (14,4 V)
Lodówka Peltiera (12 V)
Czajnik elektryczny (12 V)
Lutownica (12 V)
Przewodowa wiertarka elektryczna (12 V)
Szlifierka przewodowa (12 V)
Kompresor (12V)
Kolejka (12V)
Maszyna do szycia (220V)
Drukarka igłowa (220V)
Wzmacniacz stereofoniczny + odtwarzacz CD (220V)
Laptopy (12V, 220V)
Oświetlenie (5V, 12V, 220V)
Wiatraki (5V, 12V, 220V)

Oświetlenie wygodniej jest zasilać z akumulatorów, ponieważ pozwala to na korzystanie ze światła bez konieczności jednoczesnego pedałowania. Niemniej jednak, chociaż może Was to zaskoczyć, na rowerze da się czytać książkę, jednocześnie zasilając światła. Zima jest szczególnie dobrą porą na taką praktykę. Nie wymaga to dużego wysiłku, jest zdrowsze niż siedzenie w miejscu, no i rozgrzewa. Innymi urządzeniami dobrze nadającymi do zasilania przez ludzki “napęd bezpośredni” są elektronarzędzia oraz urządzenia grzewcze i chłodzące. ### 1. Elektronarzędzia przewodowe

Praktycznie wszystkie popularne elektronarzędzia o napięciu 12 V są zasilane z baterii litowo-jonowych, które można ładować za pomocą energii ludzkiej. Jest to niemniej jednak czasochłonne, nie daje zbyt wiele możliwości treningu i powoduje znaczne straty energii. Dlatego dobrym rozwiązaniem jest przerobienie tych urządzeń na elektronarzędzia przewodowe. W ten sposób użytkownik wytwarza energię tylko wtedy, gdy jest ona potrzebna, i to przy znacznie wyższej wydajności. Ponadto narzędzie przewodowe jest zawsze gotowe do pracy - nie trzeba czekać na naładowanie baterii.

Przeróbka narzędzia bateryjnego na przewodowe jest dość prosta. Po wyjęciu baterii należy znaleźć styki dodatni i ujemny, a następnie przylutować do nich dwa przewody. Trzeba pamiętać, że decyzja, który z nich jest dodatni, a który ujemny, jest jednorazowa. W przypadku wiertarki było to bardzo łatwe do rozgryzienia. W przypadku szlifierki oscylacyjnej poprosiliśmy o pomoc, ponieważ okablowanie było bardziej skomplikowane. Elektronarzędzia 12-woltowe bez baterii lub z martwymi akumulatorami można tanio kupić na rynku wtórnym.

Przewodowa wiertarka elektryczna jest chyba najbardziej uniwersalnym elektronarzędziem na świecie. Trochę wyobraźni i będzie służyć za trzepaczkę (do ubijania jajek), szczotkę (do usuwania farby lub czyszczenia przedmiotów), tarczę szlifierską (do ostrzenia noży) czy tarczę polerską (do nadawania połysku chromowi lub innym metalom i materiałom). Precyzyjne narzędzia do wyrobu biżuterii lub modelowania również dobrze współpracują z bezpośrednim napędem z pedałów. Jesteśmy we wczesnej fazie testowania możliwości przerabiania i używania narzędzi zasilanych prądem 12 V.

Narzędzia zasilane rękami kontra zasilane nogami

Urządzenia elektryczne zasilane siłą ludzkich mięśni są mniej sprawne energetycznie w porównaniu z ręcznymi narzędziami mechanicznymi. Zasilanie elektryczne prowadzi do dodatkowych strat energii w generatorze, przetwornicy buck, przewodach i układzie napędowym. Jednak straty te są z nawiązką rekompensowane przez bardziej energooszczędne wykorzystanie ludzkiego zasilania. Nasze nogi są około cztery razy silniejsze niż ręce.

Urządzenia elektryczne są za to bardziej ergonomiczne, ponieważ oszczędzają nasze stawy i mięśnie rąk. Ręczne przykręcanie dziesiątek śrubek może i jest bardziej zrównoważone niż wkręcanie ich wkrętarką elektryczną, jednakże łatwo przeciążyć nadgarstki. Generator rowerowy pozwala więc na szybszą i bardziej ergonomiczną pracę, bez konieczności korzystania z zewnętrznego źródła energii.

Pomimo pewnej przewagi elektronarzędzi, mechaniczne narzędzia ręczne mają swoje zalety: są ciche i łatwiejsze do przenoszenia, a ich produkcja zużywa mniej materiałów i energii. Istnieją także narzędzia mechaniczne zasilane nogami, umożliwiające ergonomiczną pracę i zrównoważoną produkcję energii. Jednak nie lada wyzwaniem jest skonstruowanie kompaktowego roweru stacjonarnego, który mógłby zasilać wiele różnych narzędzi. Zaprojektowaliśmy nasz generator rowerowy tak, aby był jak najbardziej kompaktowy i wielofunkcyjny.

Elektronarzędzia mają często duże zapotrzebowanie na moc, ale to nie powinno Was zrazić. Szlifierka potrzebuje co najwyżej 30 W, ale nasza wiertarka może wymagać prądu o natężeniu do 20 A - to za dużo dla prądnicy rowerowej i panelu sterowania (12 V × 20 A = 240 W). Jednak rzadko będzie potrzeba wygenerowania tak dużej mocy, chyba że będziesz wiercił w twardych materiałach.

Zapotrzebowanie na moc elektronarzędzi rośnie ze wzrostem momentu obrotowego, więc użytkownik czuje, że wiertło przebiło się przez materiał lub że śruba została zamocowana lub poluzowana. Narzędziem można posługiwać się równie precyzyjnie za pomocą stóp, jak i rąk.

2. Czajnik elektryczny

Grzanie i chłodzenie za pomocą prądu elektrycznego zużywa wiele energii. Bardziej zrównoważone są alternatywne rozwiązania, takie jak bezpośrednie wykorzystanie ciepła słonecznego. Niemniej jednak można włączyć ogrzewanie i chłodzenie do codziennych ćwiczeń na generatorze i dzięki temu zoptymalizować produkcję ciepła i chłodu.

Stosujemy to podejście do grzania wody w czajniku elektrycznym i chłodzenia w eksperymentalnej lodówce Peltiera. Oba urządzenia są bardzo dobrze zaizolowane termiczne. Dzięki temu zamiana ludzkiej energii w ciepło lub zimno staje się kolejną (bardzo tanią i skuteczną) formą magazynowania energii, bez konieczności godzenia się na problematyczne przechowywanie energii w bateriach.

Zasilane z sieci czajniki elektryczne są często bardzo wydajne i są w stanie zagotować wodę w ciągu kilku minut lub nawet sekund. Zagotowanie wody przy użyciu prądnicy rowerowej zajmie znacznie więcej czasu, ale jest wykonalne. Kupiliśmy komercyjny czajnik elektryczny 12 V z izolowanym próżniowo litrowym zbiornikiem. Zagotowanie wody na jedną filiżankę herbaty zajęło podczas testu nieco ponad godzinę, przy średniej mocy 60 W.

W czajniku elektrycznym nie tylko zagotujemy wodę na herbatę, ale również podgrzejemy wodę do termofora. Trzeba zagrzać większą ilość wody, ale za to do niższej temperatury (około 60ºC). W czasie testu podgrzanie jednego litra wody do małego termoforu zajęło 1 godzinę i 30 minut, przy średniej mocy 60 W.

Po takim wysiłku ostatnią rzeczą, jaką człowiek potrzebuje, jest termofor. Rozsądniej zużyć naszą energię do zasilenia grzejnika o mocy kilkuset watów i podnieść temperaturę powietrza w małym pomieszczeniu. Zaizolowany próżniowo czajnik można jednak włożyć do kuchenki bezogniowej i użyć go wiele godzin później, gdy skończycie aktywność i będziecie potrzebowali ciepła.

3. Lodówka Peltiera

Lodówki zasilane napięciem 12 V są drogie. Badania i testy nad generatorami termoelektrycznymi (TEG) doprowadziły do powstania lodówki Peltiera. Lodówka Peltiera to w zasadzie dobrze zaizolowana kuchenka bezogniowa wyposażona w moduł TEG. Moduł podłączony do zasilania nagrzewa się z jednej strony i wyziębia z drugiej, chłodząc wnętrze chłodziarki. Chłodzenie za pomocą TEG nie jest szczególnie wydajne, jest za to ciche, nie wymaga gazów chłodzących i jest najprostszym sposobem na samodzielne zbudowanie lodówki.

Lodówka TEG to jeszcze prototyp, wymagający dalszych testów i ulepszeń. Zasilanie jednej chłodziarki TEG pełną mocą wymaga ok. 60 watów (12 V × 5 A), mierzonych tuż za generatorem. To oznacza intensywny trening. Ściemniacz pozwala precyzyjnie zmniejszyć opór na pedałach, ale okazało się, że jeden moduł TEG to za mało na nasze rozmiary przestrzeni chłodzącej. Podczas cięższego treningu (60-100 watów) będziemy dołączać drugi moduł zasilania.

Urządzenia sieciowe 220 V

Nasza tablica rozdzielcza posiada również obwód 220 V. Dzięki temu jest ona kompatybilna z urządzeniami zasilanymi z sieci energetycznej (110 V w USA, 240 V w Wielkiej Brytanii). Obwód 220 V wymaga przetwornicy. Przetwornica jest zbyt duża, aby zmieścić ją w desce rozdzielczej, więc umieściliśmy ją w skrzynce na zbudowanym z przodu roweru bagażniku.

Gniazdko 220 V nie jest niezbędne. Wiele urządzeń zasilanych napięciem 220 V ma alternatywne gniazda 12 V (lub 24 V), które są bardziej energooszczędne w przypadku zdecentralizowanej produkcji energii. Niemniej jednak, włączyliśmy obwód 220 V do zasilania urządzeń, które nie zostały (jeszcze) zastąpione lub przerobione na źródła niskiego napięcia: drukarki igłowej, maszyny do szycia, wieży stereo i routera.

Obsługa drukarki igłowej i maszyny do szycia jest trudna ze względu na ich szybko zmieniające się zapotrzebowanie na energię. Trzeba na przykład pedałować bardzo szybko (około 20 V), aby zapewnić odpowiednią bezwładność koła zamachowego w celu uniknięcia spadku napięcia poniżej 12 V podczas momentów szczytowego poboru mocy. Problem może rozwiązać zastosowanie superkondensatora - spróbujemy tego w nadchodzących miesiącach. Znacznie bardziej energooszczędne byłyby napędzane stopami mechaniczna maszyna do szycia i drukarka, ale zajmowałyby znacznie więcej miejsca.

Alternatywne konfiguracje - generator rowerowy ze stołem roboczym

Nasz panel sterowania został skonstruowany do zasilania szerokiej gamy urządzeń, ale Wy możecie przyjąć inne podejście i uzyskać podobną funkcjonalność. Na przykład, jeśli chcecie ładować tylko akumulatory, wystarczy jeden obwód 14,4 V. Możecie użyć przetwornic buck i boost, aby uzyskać dowolne napięcie, na przykład zbudować obwód 3 V, 6 V, 9 V lub 24 V.

Jeśli jednak chcecie przede wszystkim zasilać urządzenia 24 V, to lepiej będzie dostosować przełożenie generatora. To samo dotyczy ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych 14,4 V w systemie 12 V: dostosujcie przełożenie tak, aby generować napięcie 16-17 V (aby skompensować straty energii w przetwornicy buck).

Image: Wyjście 220 V.

Image: Bagażnik, a na nim wyjścia zasilania (zmienne, 3x12V, 14.4V, 5V USB).

Image: W środku obudowy: falownik, kontroler ładowania wiatrowego, akumulator

Nasza sporej wielkości deska rozdzielcza umieszczona na kierownicy ma swoje wady i zalety. Umieszczenie panelu sterowania na samym rowerze ułatwia odczyt i obsługę, a także przenoszenie roweru. Jeśli sąsiad potrzebuje awaryjnego zasilania, bierzecie rower i w ciągu minuty jesteście na miejscu. Z drugiej strony, umieszczenie tablicy rozdzielczej na rowerze generuje wibracje, zwiększające hałas i straty energii. Konieczne jest również okresowe regulowania napięcia wyjściowego z przetwornic buck i boost.

Największą wadą panelu sterowania na kierownicy jest brak możliwości zamontowania w tym miejscu dużego pulpitu. Przydałby się do obsługi elektronarzędzi lub laptopa, a jednocześnie zapewniałby zasilanie. Nasza obecna konfiguracja nie jest idealna do korzystania z elektronarzędzi. Wymaga dwóch osób - jednej do obsługi roweru i drugiej do obsługi elektronarzędzia. Z laptopem jest podobnie - możecie zasilać czyjś komputer, ale nie możecie jednocześnie zasilać swojego i na nim pracować.

Planujemy zbudować generator rowerowy z mniejszą tablicą rozdzielczą, obejmującą jeden obwód 12 V i dwa porty USB , oraz z dużą przestrzenią roboczą na kierownicy. Taki generator rowerowy nawiązuje do podobnych (mechanicznych maszyn rowerowych z początku XX wieku). Inną opcją jest przykręcenie panelu sterowania do ściany lub postawienie go na półce i umieszczenie obok niego prądnicy rowerowej. Inwerter, akumulator kwasowo-ołowiowy i regulator ładowania wiatrowego, które teraz są zamontowane na rowerze, będzie można z niego zdjąć.

Hybrydowy system zasilania energią solarną/ludzką

Niektórzy z Was mogą uważać, że nasz generator rowerowy to raczej gadżet niż praktyczne źródło energii dla gospodarstwa domowego. Po części jest to prawda. Nasza ludzka elektrownia jest idealną maszyną do ćwiczeń - wytwarzanie energii jest motywujące. Jest praktyczna w sytuacjach awaryjnych, zwłaszcza gdy dostępna jest wystarczająca ilość energii generowanej przez ludzi - może wytworzyć do 2,4 kWh dziennie. Nie zapewni jednak wystarczającej ilości energii na dobę, nawet dla mało zaawansowanego technologicznie gospodarstwa domowego. Brakuje wystarczającej liczby osób chętnych do jazdy na rowerze.

Niemniej jednak generator rowerowy jest doskonałym uzupełnieniem systemu fotowoltaicznego, przynajmniej w gospodarstwach domowych o niskim zużyciu energii. Moc generatora rowerowego nie zależy od pogody, pory roku ani pory dnia. Siła ludzka może zapewnić dodatkową energię podczas złej pogody, co zmniejsza zapotrzebowanie na drogie i nietrwałe akumulatory. Będzie to szczególnie przydatne w zimie, kiedy system fotowoltaiczny wytwarza znacznie mniej energii, a wysiłek potrzebny do obsługi roweru dodatkowo ogrzewa użytkownika. W lecie nie brakuje energii słonecznej, a poza tym nieraz jest zbyt gorąco na trening na rowerze.

Image: Generator rowerowy stoi obok systemu fotowoltaicznego. Naszym celem jest zintegrowanie obu systemów zasilania.

Generator rowerowy o mocy 50-100 W jest bardziej wydajny niż stojące na balkonie obok niego dwa panele słoneczne: panel 50 W zasilający oświetlenie w salonie, oraz panel 30 W zasilający stronę internetową. Rzadko, jeśli w ogóle, panele osiągają maksimum swojej mocy, a podczas złej pogody produkują znacznie mniej energii niż generator rowerowy. Przy dużym zachmurzeniu produkcja energii spada niemal do zera, a jeśli taka sytuacja trwa przez dwa dni, przestają działać oświetlenie i strona internetowa. Jedna lub dwie godziny dziennie na rowerze z generatorem mogłyby temu zapobiec. Alternatywą jest zasilanie elektronarzędzi lub innych urządzeń rowerem, bez obciążania akumulatorów z systemu fotowoltaicznego.

Zamiast generatora rowerowego można także używać tablicy rozdzielczej z panelem solarnym. Wystarczy zastąpić regulator ładowania wiatrowego regulatorem ładowania słonecznego. Dzięki temu wykorzystamy energię słoneczną do bezpośredniego zasilania urządzeń - bez konieczności stosowania solarnego regulatora ładowania i akumulatora. Zastąpcie regulator ładowania wiatrowego hybrydowym regulatorem ładowania słoneczno-wiatrowego, a będziecie mogli ładować akumulatory i bezpośrednio zasilać urządzenia z obu źródeł. Można również połączyć energię słoneczną i ludzką, zwiększając w ten sposób moc wyjściową.

Połączenie energii ludzkiej i słonecznej powinno umożliwić podjęcie dalszych kroków w kierunku stworzenia funkcjonującego poza siecią miejskiego gospodarstwa domowego. W planach jest dodanie kolejnego panelu słonecznego o mocy 50 W, wyłączenie z sieci kolejnych urządzeń (przede wszystkim lodówki) i utrzymanie akumulatorów na dotychczasowym poziomie.

Instrukcja obsługi: generator rowerowy

Image: Napęd cierny.

Jakiego typu prądnica jest potrzebna?

Do przekształcenia energii mechanicznej koła zamachowego w energię elektryczną potrzebny jest generator prądu stałego z magnesem trwałym o napięciu 12/24 V i maksymalnej mocy około 150-250 W. Nie każdy generator nadaje się do tego. Potrzebny jest taki, który pozwala uzyskać napięcie 12 lub 24 V przy stosunkowo niskiej prędkością obrotowej (<5000 obr./min bez obciążenia) przy wygodnym przełożeniu (patrz dalej). Wiele generatorów do wygenerowania 12 V lub 24 V wymaga wyższej prędkości, a przy średnim tempie pedałowania nie będziecie w stanie wygenerować na nich więcej niż kilku woltów.

Pamiętajcie, aby kupić silnik szczotkowy prądu stałego. Bezszczotkowe silniki DC nie zadziałają, ponieważ wymagają bardzo dużej prędkości obrotowej. Należy pamiętać, że prądnica to silnik pracujący w odwrotnym kierunku. Szukajcie w Internecie hasła “silnik prądu stałego” zamiast “prądnica prądu stałego” - otrzymacie więcej wyników. Alternatory samochodowe również się sprawdzają. Często stosuje się je w małych elektrowniach wodnych, ponieważ są tanie i łatwe do zdobycia. Są one jednak wyjątkowo nisko sprawne i wymagają akumulatora 9 V do rozruchu.

Generatory prądu stałego można pozyskać ze zezłomowanych skuterów elektrycznych lub rowerów, ale my kupiliśmy nowy: Ampflow Pancake Motor P40-250. Jego prędkość obrotowa bez obciążenia wynosi 1700 obr./min przy napięciu 12 V, a maksymalna moc wyjściowa to 250 W. Można go bezpiecznie przykręcić do metalowej lub drewnianej powierzchni, co oszczędza wielu kłopotów.

Jak obliczyć przełożenie przekładni i rozmiar wrzeciona?

Napięcie wytwarzane przez generator jest wprost proporcjonalne do prędkości obrotowej generatora (RPM lub “obrotów na minutę”). Prędkość obrotowa prądnicy zależy od szybkości pedałowania (liczby obrotów na minutę, inaczej kadencji). Zależy ona także od przełożenia między pedałami a prądnicą. Średnia prędkość obrotowa pedałów w rowerze stacjonarnym - komfortowe tempo pedałowania, które można utrzymać przez dłuższy czas - to około 60 obr./min. Można ją dokładnie zmierzyć za pomocą licznika rowerowego z czujnikiem kadencji lub policzyć “w głowie”. ¹

Nasz generator rowerowy wykorzystuje napęd cierny. Składa się on z małego kółka (wrzeciona) przymocowanego do wału prądnicy, które obraca się w kontakcie z kołem zamachowym. Obliczenie przełożenia wymaga zmierzenia zewnętrznej średnicy czterech elementów: tarczy mechanizmu korbowego, tarczy koła zamachowego, koła zamachowego i wrzeciona. Pierwsze trzy elementy są znane, natomiast ostatni musimy ustalić sami. Rozmiar wrzeciona, jakiego potrzebujemy, zależy od specyfikacji generatora i dokładnego napięcia, jakie ma być wytwarzane. Obliczenie tego może być trudne, chyba że ktoś zna odpowiedni wzór (dziękuję, Gabrielu Verdeilu!).

Po pierwsze, należy znaleźć “obroty bez obciążenia” generatora. Informacja ta powinna być podana przez producenta. Nasz generator ma prędkość obrotową bez obciążenia 3400 obr./min przy napięciu 24 V. Współczynnik ten jest proporcjonalny - możecie obliczyć wymaganą liczbę obrotów bez obciążenia dla dowolnego napięcia. Na przykład przy napięciu 12 V jest to 1700 obr./min (3400 / 24 × 12), a przy napięciu 16 V - 2267 obr./min (3400/24×16). Następnie zmierzcie średnicę tarczy mechanizmu korbowego, tarczy koła zamachowego i samego koła zamachowego. Nie ma znaczenia, czy użyjecie milimetrów, centymetrów, czy innej jednostki, ale pamiętajcie, aby korzystać z jednej. Teraz macie już wszystkie dane potrzebne do obliczenia rozmiaru wrzeciona. Poniżej znajduje się wzór, a pod nim obliczenia w odniesieniu do naszego konkretnego przypadku (przy założeniu kadencji równej 60 obr./min):

Średnica wrzeciona = (PS × W × RPM pedałów)/(WS × RPM generatora)

PS = PS = średnica tarczy mechanizmu korbowego
W = średnica koła zamachowego
RPM pedałów = prędkość pedałowania/kadencja
WS = średnica zębatki koła zamachowego
RPM generatora = liczba obrotów na minutę bez obciążenia generatora

Średnica wrzeciona w przypadku naszej konfiguracji (w mm) do wytwarzania różnych napięć:

12 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 1700) = 58,68 mm średnicy wrzeciona
13 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 1842) = 54,15 mm średnicy wrzeciona
14 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 1983) = 50,30 mm średnicy wrzeciona
15 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 2125) = 46,94 mm średnicy wrzeciona
16 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 2267) = 44,00 mm średnicy wrzeciona
17 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 2408) = 41,42 mm średnicy wrzeciona
24 V = (190 × 525 × 60) / (60 × 3400) = 29,34 mm średnicy wrzeciona

To jakiego dokładnie napięcia potrzebujecie, a tym samym dokładny rozmiar wrzeciona, zależy od tego, do czego tak naprawdę chcecie używać roweru. Szczegółowe umówienie tego tematu znajduje się w instrukcji obsługi panelu sterowania. Wyobraźcie sobie, że chcecie ładować akumulatory kwasowo-ołowiowe, które wymagają napięcia 14,4 V. Używacie przetwornicy buck (obniżającej napięcie wejściowe), więc, aby nadrobić straty w procesie konwersji napięcia, będziecie musieli wytworzyć napięcie bliskie 17 V. W takim razie wymagana średnica wrzeciona wyniesie 41,42 mm. Taka konfiguracja jest pokazana na poniższej ilustracji.

Powyższy wzór możecie przekształcać, aby obliczać różne parametry. Można go użyć do obliczenia minimalnych obrotów na pedałach dla danego wrzeciona; do obliczenia obrotów generatora na podstawie danej kadencji i rozmiaru wrzeciona; oraz do obliczenia napięcia, które będzie wytwarzane w danej konfiguracji. Poniżej podano wzory, a następnie przykład oparty na konfiguracji przedstawionej powyżej.

Obliczanie minimalnej kadencji dla danego rozmiaru wrzeciona (S):

RPM generatora / [(PS × W)/(FS × S)] * 2260 / [(190 × 525) / (60 × 41)] = 55,81 obr./min na pedałach.

Oblicz obr./min generatora dla danego rozmiaru wrzeciona i liczby obr./min na pedałach:

(PS / FS) × (W / S) × RPM na pedałach * (190 / 60) × (525 / 41) × 55 = 40,61 (przełożenie) × 56 = 2274 obr./min

Oblicz napięcie dla danych obr./min w generatorze:

Prędkość obrotowa generatora × stosunek prędkości obrotowej bez obciążenia * 2274 × (3400 / 24) = 16,1V

Jakiego typu wrzeciona są potrzebne i gdzie je znaleźć?

Dobranie rozmiaru wrzeciona to dopiero połowa pracy. Znalezienie wrzeciona o odpowiedniej średnicy, wykonanego z właściwych materiałów i pasującego do wału generatora może być nie lada wyzwaniem. Żeby znaleźć właściwe, wypróbowaliśmy kilkanaście różnych wrzecion. Koło zamachowe ma twardą powierzchnię i wymaga miękkiego wrzeciona, wykonanego z gumy lub poliuretanu. Uznaliśmy, że solidny odbojnik do drzwi, wykonany z metalu i gumy, zapewnia optymalne tarcie z naszym kołem zamachowym. Zanieśliśmy go do warsztatu, gdzie wywiercono w nim otwór o średnicy 10 mm.

Image: Kilka wrzecion, które testowaliśmy.

Zamiast gumowego odboju można użyć pełnych kółek poliuretanowych lub gumowych podkładów amortyzujących. Kółka do łyżworolek nie będą dobrze pasować do wałka o średnicy 8-10 mm, ponieważ mają większą średnicę otworu. Pamiętajcie, że materiał musi dobrze znosić tarcie - niektóre tworzywa sztuczne mają tendencję do nagrzewania się i topienia. Dobór wrzeciona wymaga prób i błędów, będziecie prawdopodobnie musieli wypróbować kilka, aby znaleźć odpowiednie. Innym sposobem jest zaprojektowanie niestandardowego elementu i wykonanie go na tokarce - jak to zrobić, opisano w poradniku na stronie magnificientrevolution.org. Uniwersalna piasta montażowa może pomóc w zamocowaniu kół z otworami na śruby, takich jak koła do robotów.

Najprostszym rozwiązaniem wydaje się kupno generatora prądu stałego z fabrycznie zamontowanym wrzecionem. Na przykład firma Pedal Power Generator oferuje generator o mocy 360 W, z wrzecionem o średnicy 37,5 mm. Niestety wrzeciona o innej średnicy są niedostępne. Oznacza to, że nie można regulować napięcia wyjściowego, chyba że zmieni się zębatki w układzie napędowym roweru. W naszym przypadku wrzeciono o średnicy 37,5 mm wytworzyłoby napięcie 18 V, które jest zbyt wysokie.

Jak przymocować wrzeciono do prądnicy?

Generator jest wyposażony w zintegrowaną zębatkę lub koło pasowe, które trzeba zdjąć. Koło zębate lub napęd pasowy przytrzymuje nylonowa nakrętka zabezpieczająca z gwintem lewym. Odkręca się ją w prawo (nie w lewo, jak większość nakrętek). Prawdopodobnie potrzebny będzie zacisk, aby sobie z tym poradzić.

Image: Prądnica z gwintowanym wałkiem.

Image: Prądnica z wrzecionem średnicy 41 mm.

Nasz generator ma wał o średnicy 8 mm, a nasze wrzeciono pasuje na wał o średnicy 10 mm. Dlatego używamy dwuczęściowego wrzeciona ze sworzniem mocującym i kółkiem. Do zamocowania wrzeciona można wykorzystać nacięcia na wale w kształcie litery D (“wał okrągły z płaskownikiem napędowym”). Za pierwszym razem próbowaliśmy mocowania za pomocą gwintu, ale to nie zadziałało. Ponieważ gwint jest lewy, wrzeciono będzie się odkręcać podczas obracania.

Uznaliśmy, że najbardziej uniwersalnym rozwiązaniem, umożliwiającym testowanie różnych kół, jest gwintowany trzpień mocujący z wkrętami ustalającymi. Sworzeń zamocowaliśmy za pomocą wkrętów dociskowych umieszczonych na płaskiej części wału. Jest to pręt gwintowany M10. Można na nim, za pomocą kilku podkładek i nakrętki, zamocować koło. Sztywny łącznik z otworem wewnętrznym może posłużyć jako małe wrzeciono, można go również użyć do przymocowania wału generatora do innej osi z kołem. W przypadku naszej konfiguracji to rozwiązanie nie sprawdziło się, ponieważ śruby ustalające wystają ze sprzęgła i niszczą koło zamachowe.

Jak przymocować napęd cierny do roweru?

Przykręciliśmy prądnicę do drewnianej deski, a następnie docisnęliśmy ją do koła zamachowego za pomocą drewnianego wspornika. Deska jest przymocowana do roweru za pomocą mocnego zawiasu drzwiowego. Umożliwia to dostosowanie kąta, pod jakim wrzeciono styka się z kołem zamachowym. Podpórka opiera się na klinie korkowym tłumiącym drgania. Jeśli chcecie zapoznać się z innym rozwiązaniem, zobaczcie nasz pierwszy prototyp.

Image: Napęd cierny.

Instrukcja obsługi: panel sterowania

Przetwornica buck i boost, ściemniacze

Przetwornica buck i boost to moduły elektroniczne, które przetwarzają zmienne napięcie wejściowe na stałe napięcie wyjściowe. Konwertery buck mają wyższe napięcie wejściowe niż wyjściowe (obniżają napięcie), natomiast konwertery boost mają wyższe napięcie wyjściowe niż wejściowe (podwyższają napięcie).

Napięcie wyjściowe reguluje się przez obrót małej śrubki na module. Niektóre przetwornice buck i boost są wyposażone w mały ekran pokazujący napięcie wyjściowe. Jeśli go nie mają, to do regulacji napięcia wyjściowego można użyć multimetru.

Należy pamiętać, że potrzebna jest albo przetwornica buck, albo boost. NIE używaj przetwornicy buck/boost. Jest to rodzaj mikrozasilacza, na którym przy każdym włączeniu zasilania trzeba regulować napięcie wyjściowe. Jest to niepraktyczne i grozi uszkodzeniem zasilanych urządzeń. Jednofunkcyjne konwertery zapamiętują napięcie wyjściowe i nie trzeba go regulować przy każdym uruchomieniu.

NIE kupuj też regulatora napięcia. Pozwala on regulować napięcie wyjściowe, ale tylko w stosunku do napięcia wejściowego. Jeśli zmieni się napięcie wejściowe, zmieni się również napięcie wyjściowe. Potrzebna jest przetwornica buck lub boost, ponieważ napięcie wyjściowe jest stabilne, nawet kiedy zmienia się napięcie wejściowe.

Przed zakupem przetwornicy buck lub boost należy sprawdzić maksymalny prąd znamionowy. Niektóre znoszą obciążenie tylko 2 A, a to za mało dla generatora rowerowego. Potrzebny jest przynajmniej taki, który w zależności od mocy wyjściowej, może przyjąć prąd 5 A, a najlepiej taki, który przyjmie prąd 10 A lub 15 A.

Przetwornica buck czy boost?

Wybór przetwornicy buck lub boost zależy od napięcia wytwarzanego przez generator oraz od napięcia zasilanego lub ładowanego urządzenia (urządzeń). Jeśli prądnica rowerowa wytwarza napięcie 12 V, a użytkownik chce ładować urządzenia USB o napięciu 5 V, musi zmniejszyć napięcie, a więc zastosować konwerter buck. Te małe moduły ze złączem USB przekształcają zmienne napięcie wejściowe w stałe napięcie wyjściowe 5V. ²

Jeśli chcecie zasilać urządzenia o napięciu 12 V lub ładować akumulatory kwasowo-ołowiowe (14,4 V), możecie zastosować zarówno przetwornice buck, jak i boost. Jeśli zdecydujecie się na konwerter buck, to Wasz generator rowerowy musi dać nieco wyższe napięcie wyjściowe niż 12 V lub 14,4 V (odpowiednio 13-14 V i 16-17 V). Wyższe napięcie wejściowe jest niezbędne do skompensowania strat energii powstających podczas konwersji mocy. Jeśli używasz przetwornicy podwyższającej napięcie, napięcie wyjściowe generatora musi być niższe niż 12 V lub 14,4 V.

Przetwornica buck nigdy nie przekroczy wybranego napięcia wyjściowego, niezależnie od tego, ile woltów wytwarza generator. Z kolei przetwornica boost gwarantuje minimalne napięcie wyjściowe, ale nie ustala jego wartości maksymalnej. Jeśli pedałujesz zbyt szybko, napięcie wyjściowe może przekroczyć ustawioną wartość i uszkodzić zasilane czy ładowane urządzenie lub akumulator.

W naszym pierwszym prototypie deski rozdzielczej zastosowaliśmy wyłącznie przetwornicę buck. W kolejnej wersji zastosowaliśmy przetwornicę boost do ładowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Aby możliwe było uzyskanie napięcia wyjściowego 14,4 V za pomocą przetwornicy buck, generator musi wytwarzać napięcie 16-17 V. To dobre rozwiązanie, jeśli chcecie tylko ładować akumulatory kwasowo-ołowiowe, ponieważ możecie wtedy dostosować przełożenia tak, że uzyskacie napięcie 16-17 V przy komfortowej kadencji. Jeśli jednak zoptymalizujecie przełożenie dla niższych napięć, to chcąc włączyć do sesji treningowej ładowanie akumulatorów, będziecie musieli za każdym razem bardzo szybko pedałować.

Kontroler ładowania wiatrowego

Generator rowerowy musi dostarczać napięcie 14,4 V, aby naładować akumulatory kwasowo-ołowiowe - jest to maksymalne napięcie, jakiego potrzebują tego typu akumulatory. W zasadzie wystarczy zastosować przetwornicę buck lub boost, ale trzeba być ostrożnym: akumulator może zostać przeładowany i eksplodować.

Żeby uniknąć tego ryzyka bez stosowania wyrafinowanych urządzeń, wystarczy kontrolować amperomierz. Gdy natężenie prądu spadnie do 3% znamionowej pojemności akumulatora (w Ah), znaczy to, że akumulator jest całkowicie naładowany - należy przestać pedałować. Ponieważ to Wy jesteście źródłem zasilania, na pewno jesteście obecni i przytomni podczas ładowania. Jest to mniej ryzykowne podejście niż ładowanie akumulatora z zasilacza prądu stałego lub panelu słonecznego bez kontrolera ładowania.

Jednak dobrze jest zabezpieczyć się dodatkowo. W systemie fotowoltaicznym bezpieczeństwo zapewnia solarny regulator ładowania. Odcina on dopływ prądu za każdym razem, gdy napięcie wzrośnie powyżej 14,4 V. Jednak solarny regulator ładowania nie działa w połączeniu z generatorem rowerowym. Zamiast niego potrzebny jest regulator ładowania wiatrowego, który działa na odwrotnej zasadzie.

Zamiast zmniejszać obciążenie do zera, regulator ładowania wiatrowego nagle je zwiększa i “hamuje”. Jeśli używacie przetwornicy buck, to rzadko kontroler ładowania wiatrowego będzie aktywował przerwę, ponieważ przetwornica buck ograniczy napięcie wyjściowe do 14,4 V. Wyhamuje tylko wtedy, gdy pojawi się zagrożenie przeładowania akumulatora. Jeśli używacie przetwornicy boost, to kontroler ładowania wiatrowego będzie hamował za każdym razem, gdy przypadkowo przekroczycie napięcie wyjściowe 14,4 V.

Kontrolery ładowania wiatrowego mają trzy zielone przewody do podłączenia do źródła zasilania. Można wziąć dowolne dwa z tych trzech przewodów i podłączyć je do plusa i minusa wejścia zasilania - nie ma znaczenia, który gdzie zostanie podłączony.

Większość dostępnych na rynku kontrolerów ładowania wiatrowego ma zbyt dużą moc jak na generator prądu na pedały, więc kupcie najmniejszy jaki znajdziecie. Odesłaliśmy dwa kontrolery ładowania do producenta. Jedno urządzenie z ekranem przyszło bez instrukcji obsługi i nikt nie był w stanie odgadnąć jak działa. Drugi wypróbowany przez nas regulator był hybrydowy - wiatrowo-słoneczny. Okazał się niebezpieczny. Ogniwo fotowoltaiczne przeładowywało akumulator. Ponadto za każdym razem, gdy przekroczyliśmy próg napięcia, kontroler uruchamiał na pół godziny hamulec elektryczny, blokując w ten sposób możliwość produkcji energii przez człowieka.

Przewody, złącza, diody, bezpieczniki, przyciski włączania/wyłączania

Żeby połączyć wszystkie elementy, potrzebujecie przewodów, złączy, diod, bezpieczników i przycisków włączania/wyłączania. Możecie być zdezorientowani mnogością części, więc poniżej wyjaśniamy co będzie potrzebne.

Przewody

W panelu sterowania znajduje się około dziesięciu metrów przewodów elektrycznych. Najważniejszą kwestią nie jest długość, lecz grubość przewodu. Jeśli wybierzecie zbyt cienkie przewody, podczas intensywnego treningu deska rozdzielcza może się zapalić. Dokonanie właściwego wyboru może być trudne, ponieważ istnieje [kilka] (https://www.powerstream.com/Wire_Size.htm) standardów. Okablowanie deski rozdzielczej wykonaliśmy przewodem 20AWG 0,52 mm2 , który przyjmuje prąd o natężeniu 11 A. Lepszym rozwiązaniem byłby przewód 18AWG 0,52 mm2, który przyjmie 16A. Należy zachować ostrożność podczas zdejmowania izolacji z przewodów: zbyt głębokie cięcie może uszkodzić przewód, zmniejszając możliwy przepływ prądu.

Złącza

Przewody można łączyć na wiele różnych sposobów. My wybraliśmy szybkozłączki z dźwigniami - duże i drogie, ale praktyczne. Dzięki nim można bezpiecznie połączyć przewody bez lutowania czy dociskania śrubkami. Złączki te mają od dwóch do dziesięciu styków. Uważajcie, aby okablowanie deski rozdzielczej nie stało się plątaniną kabli. Nie przycinajcie przewodów zbyt krótko.

Bezpieczniki

Można zbudować generator i sterownik rowerowy bez bezpieczników, ale nie jest to dobry pomysł. Bezpiecznik zapobiega pożarowi i uszkodzeniu podzespołów, przerywając obwód elektryczny po przekroczeniu określonego progu natężenia prądu, Umieściliśmy bezpiecznik 12 A przy wejściu do deski rozdzielczej (nasza maksymalna moc to 8-9 A). Dodaliśmy również bezpieczniki do większości zasilanych urządzeń.

Przełączniki

Jeśli chcemy przełączać się pomiędzy obwodami, potrzebujemy przycisków włączania i wyłączania. Nasza deska rozdzielcza ma ich dziewięć. Chcieliśmy, aby przełączniki świeciły, gdy są aktywne, ponieważ dzięki temu widać, które obwody działają podczas uruchamiania generatora. Jednak obecność diod sprawia że okablowanie włączników i wyłączników jest bardziej skomplikowane.

Woleliśmy uniknąć lutowania połączeń, więc kupiliśmy przełączniki z już podłączonymi przewodami. Ostatecznie i tak musieliśmy je przylutować, ponieważ grube przewody zajmowały zbyt dużo miejsca. Przyciski włączania/wyłączania bez lampek i z dołączonymi wcześniej cieńszymi przewodami uprościłyby tę część systemu.

Image: How to wire the on-off switches.

Dioda Schottky’ego

Dioda Schottky’ego zapewnia, że prąd będzie płynąć przez kabel tylko w jednym kierunku. Jest to niezbędna część systemu, którego częścią są baterie. Bez diody bateria mogłaby zacząć zasilać generator (i obracać pedałami), a nie odwrotnie. Aby temu zapobiec, tuż za generatorem umieściliśmy wspomnianą diodę Schottky’ego. Dioda musi mieć odpowiednie natężenie prądu, tj. powyżej natężania spodziewanego przy produkcji energii. Nasza maksymalna produkcja energii wynosi 8-9 A, dioda Schottky’ego przyjmuje 10 A.

Przyrządy tablicy rozdzielczej

Panel kontrolny zawiera kilka wyświetlaczy, które pokazują napięcie i natężenie prądu w różnych obwodach elektrycznych. Najważniejszy są analogowy woltomierz i amperomierz na górze. Pokazują one produkowaną moc (V × A = W). Woltomierz informuje, jak szybko pedałujecie, a amperomierz - jak mocno.

Wybraliśmy woltomierz o zakresie do 30 V i amperomierz o zakresie do 15 A, ponieważ analogowe mierniki V&A są najbardziej precyzyjne w środku zakresu. Cyfrowy miernik V&A jest bardziej kompaktowy, ale analogowe mierniki są czytelniejsze i lepiej pokazują drobne zmiany. Powyżej miernika znajduje się obwód USB, do którego można podłączyć małą lampkę LED i obserwować wskazania przyrządów w ciemności. Pokazują one także, czy system w ogóle działa.

Image: Jak wykonać okablowanie analogowego woltomierza i amperomierza.

Poniżej miernika V&A znajdują się trzy mierniki napięcia każdej przetwornicy buck i boost. Pokazują napięcie wyjściowe każdego z obwodów. Napięcie wyjściowe powinno wynosić 12,0 V w przypadku obwodów elektrycznych 12 V i 220 V oraz 14,4 V w przypadku obwodu 14,4 V. Napięcie w dwóch pierwszych obwodach może spaść poniżej tej wartości, jeśli nie będziecie wystarczająco szybko pedałować, natomiast w ostatnim może przekroczyć tę wartość przy zbyt wysokiej kadencji - regulator ładowania wiatrowego również to pokaże. Na obwodzie 5 V także został zainstalowany miernik V&A. Pomaga to zmaksymalizować produkcję energii po podłączeniu jak największej liczby urządzeń USB (do 2 A).

Na desce rozdzielczej brakuje jeszcze dwóch przyrządów: miernika napięcia akumulatora kwasowo-ołowiowego oraz mierników temperatury czajnika elektrycznego i lodówki Peltiera. Nie są wymagane, jednak mogą być dodatkową motywacją dla “napędu”. Na trasie Wasz wysiłek przekłada się na pokonany na rowerze dystans, ale na rowerze stacjonarnym nigdzie się nie jedzie, co może śmiertelnie znudzić. Przyrządy pomagają uatrakcyjnić jazdę i wyznaczyć cele treningowe. Na przykład: przez prysznicem obniżmy temperaturę w lodówce o 2ºC.

Panel tablicy rozdzielczej i mocowanie

Panel sterowania przymocowaliśmy do kierownicy, a z przodu dodaliśmy bagażnik, który pomieści dodatkowe elementy, takie jak falownik, regulator ładowania wiatrowego i akumulator kwasowo-ołowiowy. Na górze skrzynki znajdują się wyjścia zasilania każdego obwodu oraz rozdzielacz USB. Skrzynka ma kowariantną pokrywę i otwory, przez które przechodzą przewody z deski rozdzielczej (najpierw przechodzą one przez kierownicę).

Do wykonania panelu użyliśmy wycinarki laserowej w warsztacie (MADE Barcelona). Wszystkie elementy są zamontowane w dwóch warstwach płyty MDF o grubości 4 mm lub umieszczone pomiędzy nimi. Jeśli trzeba coś zmienić lub naprawić, to łatwo można zdjąć przedni panel. Przezroczysta płyta akrylowa chroni przetwornice buck i boost. Trzeba ją zdjąć, aby wyregulować napięcie. Deskę rozdzielczą przymocowaliśmy do uchwytu rowerowego za pomocą gumowych zacisków do rur, nakrętek kołpakowych M8 i śrub.

Okablowanie?

Kompletny panel sterowania:

1: Dioda Schottky'ego. 2: Bezpiecznik. 3: Przewody. 4: Analogowy woltomierz i amperomierz. 5: Wyłączniki. 6: Złączki. 7: Lampka USB.

Obwód 5V:

8: Konwerter buck USB. 9: Woltomierz & amperomierz USB. 10: Rozdzielacz USB i przewody.

Obwód 12V

11: Konwerter buck. 12: Ściemniacz.

Obwód 14.4V

13: Konwerter boost. 14: Kontroler ładowania wiatrowego. 15: Akumulator kwasowo-ołowiowy. 16: Elektroniczny woltomierz dla akumulatora.

Obwód 220V:

17: Konwerter buck. 18: Falownik.

Instrukcja obsługi - lista komponentów

Generator rowerowy:

silnik (x1) - Ampflow P40 - 250 W, silnik szczotkowy prądu stałego typu “pancake” 24-12 V;
trzpień mocujący wał (x1) - zamiana trzpienia gwintowanego z 8 mm na M10;
koło (x1).

Tablica rozdzielcza:

dioda Schottky’ego (x1) - BOJACK Dioda Schottky’ego 10SQ045 (10A 45V);
amperomierz analogowy (x1) - amperomierz analogowy DH-670 0-5A Klasa 2.0 oraz woltomierz analogowy (x1) - woltomierz analogowy DH-670 DC 0-30V Klasa 2.0;
włącznik/wyłącznik LED (x8) - włącznik/wyłącznik kołyskowy serii KR1-5 12V 20A 3-pinowy z diodą LED;
złączki przewodów (≈16 różnych formatów);
światełko LED 5V USB - wystarczy dowolna lampka LED USB na giętkim ramieniu;
Przetwornica buck 5V (x2) - przetwornica buck MH KC24 DC-DC 24-12V z funkcją ładowania Step Down do 5 V USB z protokołem szybkiego ładowania;
woltomierz i amperomierz 5 V USB;
wtyczka uniwersalna 5V USB;
przetwornica buck 12 V 5A (x2) - przetwornica buck DC-DC z regulacją 12-24-36V 5A;
ściemniacz i gniazdo 12V DC (x1) - RUIZHI DC 12V wodoodporne żeńskie gniazdo zapalniczki samochodowej;
przetwornik boost (x1);
kontroler ładowania turbiny wiatrowej (x1) - Asixx wodoodporny kontroler ładowania wiatrowego 24-12 V 300/600 W;
woltomierz elektroniczny do akumulatorów;
przetwornica buck 12V 15A - przetwornica buck 200 W 15 A DC 3-60 V do 1-36 V step-down, regulowany regulator napięcia, synchroniczny moduł prostowniczy;
falownik (x1) - 300 W lub mniej, przetwornica DC 12 V na AC 220-240 V;
kabel (+10m) - 0,52 mm2, 10 m żył równoległych silikonowych 20AWG 11 A (10 m z każdej żyły).

Elementy montażowe

śruby M3 - służą do montażu elementów elektronicznych do deski;
śruby M6 - służą do przymocowania silnika do drewnianej płyty;
śruby M8 - do przymocowania dwóch części deski rozdzielczej;
duży zawias drzwiowy - do zamocowania silnika pod odpowiednim kątem;
metalowe wsporniki montażowe (wszystkie rozmiary i kształty) - do wzmocnienia konstrukcji;
gumowe zaciski metalowe - do przymocowania deski rozdzielczej do uchwytu rowerowego;
klej do drewna, wkręty (wszystkie rozmiary), śruby, podkładki i nakrętki (zwykłe, zamkowe, zaokrąglone, w kształcie skrzydełek), drewniane knagi i deski, czarna farba akrylowa itp.

Koszty

Uwzględniamy tylko te elementy, które rzeczywiście użyliśmy:

Generator:

stary rower treningowy (używany): 60 euro;
generator: 60 euro
wałek z trzpieniem: 10 euro
wrzeciono: 3 euro
Suma: 133 euro

Tablica rozdzielcza (wszystkie obwody):

kable: 17 euro
złącza: 25 euro
analogowy woltomierz: 9 euro
analogowy amperomierz: 9 euro
przełączniki: 20 euro
dioda: 1 euro
bezpiecznik: 1 euro
Suma: 82 euro

Obwód 5V

5V USB przetwornica buck (2x): 8 euro
5V USB analogowy wskaźnik V&A: 8.50 euro
rozdzielacz USB: 30 euro
Suma: 46.5 euro

Obwód 12V

12V 5A przetwornica buck (2x): 24 euro
12V 5A przetwornica boost: 8 euro
12V 15A przetwornica buck: 25 euro (dodatkowy układ dodaliśmy później)
ściemniacz: 7.50 euro
Suma: 64.5 euro

Obwód 14.4V

falownik: 50 euro
akumulator (14Ah): 31 euro
kontroler ładowania wiatrowego: 34 euro
Suma: 115 euro

Elementy mocujące

do zamocowania tablicy rozdzielczej i generatora: +/-30 euro

Łączny koszt

Suma całkowita: 471 euro

Maksymalne natężenie prądu wszystkich komponentów (ograniczenie obwodu):

Wszystkie komponenty muszą wytrzymać moc prądu, który będzie przez nie płynąć. Napięcie zwykle nie stanowi problemu, ale trzeba uważać na natężenie prądu. Produkcja energii była ograniczona do 60 watów (12 V, 5 A) - jednak po dokładnym czyszczeniu i nasmarowaniu napędu odkryliśmy, że rower może wytwarzać prawie dwa razy więcej mocy (12 V, 8-9 A). Wymagało to od nas dokonania pewnych modyfikacji.

Komponenty stają się droższe, gdy wzrasta ich maksymalne znamionowe natężenie prądu. W przypadku systemów 12 V, 220 V i 14,4 V trzymaliśmy się limitu 5 A. Chociaż prądnica rowerowa może wytwarzać więcej prądu, zwykle łączymy kilka obwodów - każdy z nich jest ograniczony do 5 A. Dodaliśmy obwód 12V z przetwornicą buck 15 A i grubszymi przewodami, aby zasilić urządzenie o większej mocy. Obwód ten całkowicie omija deskę rozdzielczą. Planujemy przenieść go do nieregulowanego obwodu elektrycznego na desce rozdzielczej (i zmodernizować okablowanie).

Kable: 11 A, 18 A do dodatkowego obwodu
Konwertery buck USB: 2 A
2 x przetwornica buck: 5 A
1 x przetwornica buck: 15 A
Przetwornica boost: 5 A
Wyłączniki: 20 A
Dioda: 10 A
Bezpiecznik: 12 A
Złącza: 20 A

Potrzebne narzędzia

Obcinak do drutu
Mały śrubokręt (do regulacji napięcia wyjściowego w przetwornicach buck i boost)
Kalkulator, multimetr, licznik rowerowy
Lutownica - przylutowaliśmy przełączniki on/off i dwie przetwornice buck USB. Można jednak tego uniknąć. Przełączniki można kupić wstępnie okablowane, a w przypadku konwerterów USB istnieją alternatywne rozwiązania
Piła do drewna - do wykonania bagażnika
Piła do metalu - do wycięcia niestandardowych prętów gwintowanych
Wiertarka - do montażu półki na bagaż i deski rozdzielczej
Zestaw kluczy nasadowych: bardzo przydatny podczas prac przy rowerze

Pierwszy prototyp

Panel sterowania może przybrać różne formy, można przy nim korzystać z różnych narzędzi i materiałów. Pierwszy prototyp zbudowaliśmy z kawałków drewna i klocków Meccano, następnie przymocowaliśmy go do kierownicy za pomocą żelaznego drutu i kilku drewnianych klocków.

Na początku przykręciliśmy generator do dużej drewnianej deski i postawiliśmy na nim rower. W desce zrobiliśmy otwory na cztery nogi, tak aby rower zawsze stał dokładnie tam, gdzie powinien. Taka konfiguracja działała i nadawała się do wypróbowania różnych rozmiarów wrzecion, ale zajmowała znacznie więcej miejsca niż nasza ostateczna konfiguracja.

Specjalne podziękowania dla Adriana Parra, Eris Belil, Gabriela Verdeila i Manvela Arzumanyana.

Tłumaczenie: Michał Kolbusz

Korekta przekładu polskiego: Natalia Wójcik

Aby obliczyć liczbę obrotów na pedałach, należy pedałować 15 sekund na rowerze i policzyć liczbę pełnych obrotów pedałów (lewy lub prawy pedał wykonuje pełny obrót). Pomnóż tę liczbę przez cztery. ↩︎
Istnieje wiele innych typów złączy USB, ale wymagają one stałego napięcia wejściowego 12 V. ↩︎

Modułowe rowery transportowe

Mon, 05 May 2014 00:00:00 +0000

Zdjęcie: Modułowa trajka cargo XYZ wykonana przez N55.

Low-tech Magazine: Wersja na czytniki ebook.

Po dwóch latach intensywnych badań i wdrażania, duński kolektyw artystyczny N55 zaprezentował światu swoje modułowe rowery transportowe: dwukołowy XYZ Cargo Bike (ładowność 90 kg) i trzykołowy XYZ Cargo Trike (ładowność 150 kg). Złożone modele można kupić w sklepie internetowym o połowę taniej, niż dostępne na rynku podobne konstrukcje innych producentów. Ponieważ XYZ mają budowę modułową, jeszcze taniej i prościej jest złożyć sobie samemu ich rower, dostosowując go do własnych potrzeb.

XYZ Cargo łączy w sobie dwie technologie, które my w LTM bardzo cenimy: otwartą konstrukcję modułową i rowery transportowe. Modułowe towary konsumenckie, których części można ponownie wykorzystać do wykonania innych produktów, niosą ze sobą wiele korzyści pod względem stopnia zrównoważania. Oszczędzają pieniądze konsumentów, napędzają innowacje i przenoszą produkcję z rąk wielkich korporacji do rąk małych przedsiębiorców i garażowych wynalazców.

Rowery cargo mogłyby przejąć sporą część transportu na ulicach miast, torując drogę zrównoważonemu i swobodnemu ruchowi ulicznemu, jednocześnie oferując wiele korzyści handlarzom, artystom, rzemieślnikom i dostarczycielom usług. Rowery cargo o otwartej modułowej budowie, zbudowane przez N55 we współpracy z dizajnerem i artystą Till’em Wolfer’em, łączą w sobie wszystkie zalety obu technologii.

Innowacyjność

Rynek rowerów towarowych przeżywa obecnie rozkwit. Takie miałem wrażenie po Międzynarodowym Festiwalu Rowerów Cargo w Nijmegen w Holandii i po Berlińskiej Wystawie Rowerów. Sprzedaż rowerów cargo pnie się w górę, a w całą branżę wstąpił duch innowacji.

Coraz większa liczba pojazdów otrzymuje wspomaganie elektryczne, a wiele z oferowanych trójkołowców wyposaża się (dla lepszego wchodzenia w zakręty) w system pochyłu kół. Dużą innowacyjność widać w podejściu do układu sterowania. Klasyczny widelec jest zastępowany nowymi, pomysłowymi patentami, polepszającymi sterowność i zwiększającymi przestrzeń ładunkową.

Zdjęcie: Rower cargo [Elian](http://www.eliancycles.com/bicycles), z układem kierowania w przedniej piaście.

Niestety, za wieloma z tych nowości podąża nowa, wysoka cena. Najpiękniejsze rowery cargo takie jak Elian Cargo Bik (wersja sportowa z układem sterowania w przedniej piaście), albo wspomagany elektrycznie Butchers & Bicycle MK1 (z mechanizmem pochyłu kół) kosztują, bez opcji dodatkowych, co najmniej 4-5 tysięcy euro.

Bez dwóch zdań, te rowery są warte tych pieniędzy, ale niestety nie są w zasięgu każdego. Mniej bajeranckie pojazdy kosztują co najmniej 2.5-3.5 tysiąca euro.

Modułowe rowery cargo

Właśnie dlatego, niedrogi rower XYZ Cargo Cycles zasługuje na szczególną uwagę. Już złożony, dwukołowy XYZ Cargo Bike i trajka XYZ Cargo Trike, kosztują w sklepie internetowym 1350 i 1600 euro za sztukę, czyli mniej więcej o połowę mniej, niż podobne konstrukcje konkurencji. Co więcej, pojazdy XYZ nie są, ani mniej innowacyjne, ani nie są nudne – wręcz przeciwnie. Posiadają rewolucyjny mechanizm sterowania zainspirowany motocyklami, który pozwala znacząco powiększyć przestrzeń ładunkową.

Niska cena bierze się z modułowej natury tych pojazdów. Rowery XYZ Cargo Cycles nie są budowane w tradycyjny sposób. Zamiast pojedynczej rury głównej (jaką spotyka się w konwencjonalnych konstrukcjach), rowery te zbudowane są na ramie przestrzennej złożonej z różnej długości standardowych profili aluminiowych o kwadratowym przekroju z nawierconymi otworami.

Ramę przestrzenną zbudowano według projektu XYZ Nodes, czyli na modułowej konstrukcji opracowanej przez N55. Opiera się ona na starej, dobrze znanej zasadzie łączenia ze sobą drewnianych lub stalowych rozpórek. System strukturalnie przypomina skręcane łączenia, spotykane np. w tradycyjnych drewnianych ramach innuickich kajaków, lub konstrukcje nitowane, jakie zobaczymy w kadłubach starych samolotów i statków.

Zdjęcie: Rower cargo XYZ.

W efekcie, otrzymujemy prosty sposób na niedrogą budową lekkich konstrukcji z wytrzymałych materiałów. XYZ Nodes tworzą sztywne narożniki, które jednak uginają się pod działaniem sił mogących złamać inne połączenia, takie jak spawy. Dzięki temu, ramy są sztywne, naroża mają dużą wytrzymałość (chociaż nie łączą się trójkątnie), pozostawiając w ten sposób wolną, otwartą przestrzeń wewnątrz ramy. Umożliwiło to umieszczenie napędu w ramie, z dala od nogawek kolarza.

Łatwe w budowie i modyfikacji

Te rowery cargo to projekty open source, które możecie sami modyfikować. Projekt – uwzględniający wszystkie nowinki użyte w systemie – oraz konstrukcje XYZ i zasada łączenia, są dostępne na zasadach Creative Commons CC BY-NC SA 3.0. Użytkownicy mogą wykorzystać dostępne projekty z zastrzeżeniem, że nie używają ich w celach komercyjnych i wskażą autora projektu.

Oznacza to, że możecie jeszcze taniej złożyć sobie rower, kupując standardowe profile aluminiowe i części rowerowe dostępne na całym świecie. Ramę składa się na nitach ze stali nierdzewnej, podkładek i śrub. Do złożenie jej wystarczą proste, ręczne narzędzie - nie potrzeba żadnej zaawansowanej technologii, po prostu wiertarka, nitownica i piła do metalu. Spawarka nie będzie potrzebna.

Podobnie jak wszystkie systemy modułowe, XYZ Nodes umożliwia budowanie rzeczy w oparciu o zasadę użycia kilku podstawowych, wielokrotnie powtarzających się elementów, tworzących ogólną strukturę. To tak, jakby budować z klocków Lego, Meccano czy Erector. Ze względu na otwartą i modułową konstrukcję, XYZ Cargo Cycles można łatwo dostosować i przebudować. Na przykład, można założyć poszycie lub nadwozie, aby poprawić aerodynamikę i chronić się przed warunkami atmosferycznymi - zamieniając rower towarowy w dostawczy welomobil.

Zdjęcie: Modułowa trajka XYZ Cargo Trike.

Opracowano kilka modułów, które można umieścić na XYZ Cargo Trike, zmieniających jego przeznaczenie: moduł dachowy i stołowy, moduł siedzenia pasażera, moduł kuchenny ze stołem, dachem i zlewem oraz moduł platformy. Ten ostatni, przekształca rower towarowy w dużą ruchomą platformę o wymiarach 1.5 na 3.0 m, pozostając z prawnego punktu widzenia rowerem. Moduł platformy użyto do stworzenia Roju ParkCycle, projektu umożliwiającego ludziom błyskawiczne stawianie publicznej przestrzeni, kiedykolwiek i gdziekolwiek chcą.

N55 nie jest przedsiębiorstwem komercyjnym, tylko organizacją non-profit, której celem jest przywrócenie lokalnej produkcji w społecznie sprawiedliwy i zrównoważony środowiskowo sposób. To kolejny powód skromnych cen. Wszystkie pieniądze zarobione na sprzedaży rowerów są reinwestowane w dalszy rozwój technologii. N55 za darmo udostępnia projekty konstrukcji i oferuje zmontowane rowery za niską cenę, ponieważ chcą, żeby po drogach jeździło ich jak najwięcej.

Dostępne modele i bezpłatne projekty

Świeżo otwarty sklep internetowy XYZ Cargo oferuje dwa modele. XYZ Cargo Bike waży 26 kg i ma wymiary 245 na 56 na 105 cm, podczas gdy XYZ Cargo Trike waży 34 kg i mierzy 208 na 94 na 105 cm. Skrzynia ładunkowa trajki ma wymiary 55 na 80 cm, a poszycie jest wykonane z przezroczystych arkuszy poliwęglanu. Oba modele cargo można doposażyć w silniki elektryczne w piastach i baterie.

Wyprodukowano również dwa inne pojazdy - XYZ One Seater (20 kg) i XYZ Two Seater (34 kg). Te pojazdy napędzane pedałami (z silnikiem wspomagającym lub bez) to rowery poziome z pojedynczym lub dwoma siedzeniami. Model dwumiejscowy można wyposażyć w platformę ładunkową zamiast drugiego siedzenia. Te modele nie są dostępne w sprzedaży, ale ich otwarte projekty można ściągnąć ze strony internetowej N55. Rysunki konstrukcyjne XYZ One Seater można pobrać tutaj, a XYZ Two Seater’a tutaj.

Zobacz i dowiedz się więcej: XYZ Cargo / XYZ Spaceframe Vehicles / N55. Zobacz koniecznie Ośmiokołowy Rower Cargo, który był gwiazdą na wielu imprezach Cargo Bike.

Autorzy Kris De Decker & Jo van Bostraeten

Elektryczne welomobile: Szybkie i wygodne jak samochody, lecz 80 razy bardziej wydajne cz. 1

Wed, 24 Oct 2012 00:00:00 +0000

Elektryczny welomobil. Wszystkie zdjęcia: [Fietser.be](https://sites.google.com/site/mobilitylabbe/Home).

Zarówno welomobil, jak i rower elektryczny, zwiększa zasięg rowerzysty - ten pierwszy poprawia aerodynamikę i ergonomię jazdy, zaś drugi wspomaga siłę nóg napędem elektrycznym zasilanym z baterii.

Elektryczny welomobil łączy cechy obu pojazdów. Maksymalizuje zasięg osiągany przez kolarza do tego stopnia, że jest w stanie zastąpić większość, jak nie wszystkie, podróże samochodem osobowym.

Elektryczne welomobile osiągają prędkość i poziom komfortu porównywalny do samochodów elektrycznych (w warunkach miejskich, przyp. tłum.), jednocześnie będąc od nich 80 razy bardziej wydajnymi. Zaledwie ćwierć, z obecnie pracujących turbin wiatrowych, wygenerowałoby wystarczającą ilość energii do zasilenia tylu welomobili, ilu jest ludzi na świecie.

Mało kto uważa rower za przydatny środek transportu na dystansach większych niż 5 kilometrów. Na przykład, w USA 85% podróży rowerem wynosi mniej niż 5 km. Nawet w Holandii, najbardziej przyjaznym rowerom kraju w świecie zachodnim, 77% podróży rowerem jest krótszych niż 5 kilometrów, a tylko 1% jest dłuższych niż 15 kilometrów. Dla porównania, średnia długość jazdy samochodem wynosi 15,5 kilometra w USA i 16,5 kilometra w Holandii, ze średnim dystansem dojazdu do pracy wynoszącym 19,5 km w USA i 22 km w Holandii (Źródła: 1, 2, 3, 4, 5).

To jasne, że rower tak łatwo nie zastąpi samochodu. W zależności od sprawności fizycznej, rowerzysta osiąga prędkość podróżną na poziomie od 10 do 26 km/godz., co oznacza że dojazd do pracy, w te i z powrotem, zająłby co najmniej 2 do 4 godzin dziennie. Silny przedni wiatr wydłuży ten czas jeszcze bardziej, a jeśli rowerzysta się śpieszy, albo na jego drodze pojawią się podjazdy, to przyjedzie do pracy zlany potem. Kiedy pada deszcz, przyjedzie przemoczony, a kiedy jest zimno to z zgrabiałymi od chłodu stopami i dłońmi. Dłuższa jazda na rowerze nie jest obojętna dla ciała: nadgarstki, plecy, ramiona, kark i krocze cierpią, w szczególności kiedy wybierzemy sportowy rower.

Rowery ze wspomaganiem elektrycznym rozwiązują niektóre, ale nie wszystkie, z tych problemów. Silnik elektryczny pozwala dotrzeć do celu szybciej i mniejszym wysiłkiem, ale nie chroni kolarza przed niepogodą. Dłuższe podróże wciąż będą powodować dyskomfort. Co więcej, zasięg większości rowerów elektrycznych (ok. 25 kilometrów) dorównuje długości średniej drogi do pracy tylko w jedną stronę, co oznacza że nie zastąpi wszystkich podróży.

Zalety Welomobilu Ze Wspomaganiem Elektrycznym

Welomobil - poziomy trójkołowiec z aerodynamicznym nadwoziem - na dłuższych dystansach może stać się ciekawą alternatywą dla roweru. Nadwozie chroni kierowcę i bagaż przed warunkami atmosferycznymi, a wygodna, półleżąca pozycja pozwala pokonywać dłuższe dystanse nie odczuwając dyskomfortu. Co więcej, welomobil (nawet bez elektrycznego napędu) jest od roweru elektrycznego znacznie szybszy.

Do prędkości 10 km/godz. opór toczenia jest tym, z czym rowerzysta musi się przede wszystkim mierzyć. Powyżej tej prędkości, coraz większą rolę zaczyna odgrywać opór powietrza i powyżej 25 km/godz. staje się czynnikiem dominującym. Dzieje się tak dlatego, że opór toczenie rośnie liniowo ze wzrostem prędkości, za to opór powietrza rośnie z kwadratem prędkości. Ponieważ welomobil jest dużo bardziej aerodynamiczny niż kolarz na rowerze - współczynnik oporu aerodynamicznego cX jest 30 razy niższy - wkładając ten sam wysiłek, może uzyskać wyższą prędkość.

Po zaopatrzeniu w pomocniczy silnik elektryczny, słabe strony welomobilu - wolne przyśpieszenie i trudności na podjazdach - znikają.

Wadą welomobili jest ich wyższa waga, w porównaniu z rowerami, przez co wolniej przyśpieszają i trudniej podjeżdżają na wzniesienia (w pozycji półleżącej kierowca nie może pedałować na stojąco, przez co, na podjazdach nie może użyć dodatkowej siły, przyp. tłum.). Przyśpieszenie jest odwrotnie proporcjonalne do masy pojazdu, więc rozpędzenie welomobilu wymaga, mniej więcej, dwukrotnie więcej energii niż roweru elektrycznego (w zależności oczywiście od wagi kolarza i pojazdu).

Po zaopatrzeniu w pomocniczy silnik elektryczny, słabe strony welomobilu - wolne przyśpieszenie i trudność na podjazdach - znikają. Jednocześnie, wspomaganie elektryczne zwiększa zasięg pojazdu, bardziej niż w przypadku roweru elektrycznego, dzięki wybitnym właściwością aerodynamicznym

Jazda Testowa Ferrari

W kwietniu 2012 roku, odbyłem jazdę testową elektrycznym welomobilem eWAW sprzedawanym przez Fietser.be, po mieście Ghent i wzdłuż ścieżki holowniczej nad rzeką Schelde. Towarzyszył mi w welomobilu bez wspomagania Brecht Vandeputte - siła napędowa belgijskiej wytwórni.

Welomobil WAW (bez wspomagania elektrycznego) został stworzony do wygrywania wyścigów pojazdów napędzanych siłą ludzkich mięśni. Później, przystosowano go do codziennego użytku, dzięki m. in. nieprzebijalnej tylnej oponie, otwartym nadkolom poprawiającym promień skrętu, regulowanemu siedzeniu i bardziej wytrzymałemu nadwoziu (z klatką bezpieczeństwa i z rollbarem otoczonym aramidowymi strefami zgniotu). WAW jest znany na świecie, przynajmniej wśród welomobilistów, jako jeden z najszybszych modeli na rynku - niektórzy nazywają go “Ferrari wśród welomobili”.

WAW wyróżnia się spośród konkurencji niską masą (28 kg w porównaniu do 34 kg w najbardziej popularnych holenderskich welomobilach Quest i Alleweder) i niskim środkiem ciężkości (prześwit wynosi jedynie 9 cm, a wysokość tylko 90 cm). W połączeniu z twardym zawieszeniem, szerokim rozstawem kół i precyzyjnym sterowaniem (dwa drążki kierownicze zamiast jednego), uzyskujemy wybitne osiągi i świetne prowadzenie nawet w ostrych zakrętach. Oczywiście, WAW ma swoje wady, których można się spodziewać po prawdziwie sportowym wozie - wykończenie wnętrza jest spartańskie, a jadąc po kostce brukowej tłucze się niemiłosiernie. Te cechy sprawiają, że na złych drogach, inne welomobile z miększym zawieszeniem będą lepszym wyborem.

250 Watów mocy elektrycznego wspomagania daje, kolarzowi o przeciętnej sprawności, moc na poziomie najlepszych sportowców.

eWAW, którym jeździłem miał wszystko co standardowy WAW, plus silnik elektryczny o mocy 250 Wattów i zaskakująco mały akumulator o pojemności 288 Wh, który pozwalał na jazdę wspomaganą od ok. 60 do 130 km. Akumulator i silnik zwiększyły wagę pojazdu o jedyne 5 kg, dobijając do wagi 33 kg. Jest to porównywalne z wagą welomobili bez wspomagania, jednak zauważalnie mniej od modeli elektrycznych. Allewader, z silnikiem elektrycznym i akumulatorem, waży 45 kg, tyle samo co hybrydowy e-Sunrider.

Pedałując 50 km/godz

Jak szybki jest WAW? O ile szybszy jest eWAW? Po pierwsze, eWAW jest biomechanicznym pojazdem hybrydowym, w którym napęd biologiczny - powszechnie zwany “kierowcą” - nie jest w zestawie. Ponieważ to kierowca generuje większość mocy pojazdu, prędkość jaką może osiągnąć będzie zależała on jego lub jej sprawności. Niech najlepszym przykładem tego będzie moja jazda próbna. W czasie około półtorej godziny, Brecht i ja, zdołaliśmy utrzymać średnią prędkość na poziomie 40 km/godz. Ja prowadziłem eWAW, mając silnik elektryczny do pomocy, a WAW Brechta nie.

W literaturze poświęconej kolarstwu możemy spotkać się z podziałem kolarzy na trzy kategorie. Pierwsza to ludzi o przeciętnej sprawności fizycznej, druga to ludzie wysportowani, a trzecia to najwyższej klasy sportowcy. Kolarz o przeciętnej sprawności jest w stanie pedałować ze stałą mocą 100-150 Wattów przez jedną godzinę. Kierując eWAW, przekładałoby się to na prędkość 35-40 km/godz. w idealnych warunkach drogowych - na otwartym torze wyścigowym w całkowicie zamkniętym pojeździe. Wysportowani ludzie mogą osiągnąć moc 200 Wattów w czasie jednej godziny, co przełoży się na prędkość 45-50 km/godz. w tych samych warunkach.

250 Watów mocy elektrycznego wspomagania daje kolarzowi o przeciętnej sprawności (takiemu jak ja),moc na poziomie najlepszych sportowców (100W + 250W = 350W).

Maksymalizacja Zasięgu i Wydajności

Jestem maniakiem prędkości, więc kiedy tylko znalazłem odpowiedni, pusty kawałek jezdni, pierwsze co zrobiłem było odkręcenie manetki wspomagania do oporu i pedałowanie jak szalony. Jeśli miałbym do dyspozycji 350 Wattów mocy, tak sobie kalkulowałem, to mógłbym osiągnąć 70, a nawet 80 km/godz.! Jednak, co wywoływało moją frustrację, nie mogłem przekroczyć prędkości 50 km/godz. - po prostu brakowało mi przełożeń do osiągnięcia wyższych prędkości.

Dlaczego tak się stało? Dlatego, że eWAW został zoptymalizowany pod kątem maksymalnej wydajności. Silnik elektryczny jest przeznaczony jedynie do pomocy podczas przyśpieszania (i podczas podjazdów). Kiedy welomobilista osiągnie prędkość podróżną, mniej więcej 40-50 km/godz., przechodzi na niewspomagane pedałowanie.

Decyzja o pracy wspomaganie elektrycznego jedynie podczas przyśpieszania ma sens. Dzięki temu, zasięg, tak kolarza jak i baterii, ogromnie się wydłuża.

Jazda w eWAW nie zwiększy prędkości podróżnej ani maksymalnej, w porównaniu do niewspomaganego WAW, jednak zwiększy prędkość średnią, ponieważ wspomaga przyśpieszanie. Jest to inne podejście niż w rowerze elektrycznym, który daje ciągłe wspomaganie pedałowania po osiągnięciu prędkości podróżnej. Pod względem sprawności, rozwiązanie zastosowane w eWAW przynosi więcej korzyści.

Rowerzysta zużywa mniej energii przyśpieszając niż welomobilista (z powodu niższej wagi roweru), lecz potrzebuje więcej energii, aby utrzymać prędkość (z powodu gorszej aerodynamiki). Jadąc opływowym welomobilem zużywamy mniej energii, aby utrzymać stałą prędkość, w porównaniu z rowerzystą.

Mądrym wyborem, w przypadku welomobili, jest włączanie wspomagania jedynie podczas przyśpieszania, z tego powodu, że ten pojazd nie wymaga wiele energii (w przeciwieństwie do roweru) do utrzymania stałej prędkości. Dzięki temu, zasięg napędu, zarówno kierowcy jak i baterii, znacznie się wydłuża (szczytowy wysiłek fizyczny znacząco obniża wytrzymałość, kiedy pedałowanie stałym tempem może trwać godzinami). Kierowca zapewnia takie samo wsparcie bateriom, jak one jemu. Kiedy silnik wyłącza się, osiągając prędkość podróżną, zasięg akumulatorów znacząco wzrasta.

Kierowca eWAW ma możliwość włączyć wspomaganie, jadąc z prędkością podróżną, za pomocą manetki przyśpieszenia. Ja, właśnie w ten sposób kierowałem eWAW, przez co baterie starczyły na “zaledwie” 60 kilometrów - ale przynajmniej mogłem nadążyć za Brechtem.

80 Razy Bardziej Wydajny Od Samochodu Elektrycznego

Montowanie silnika elektrycznego w welomobilu jest kontrowersyjne pośród welomobilistów, tak samo, jak napęd elektryczny jest pogardzany przez rowerowych purystów. Jednakże, jeśli porównamy welomobil z samochodem elektrycznym, ciągle postrzeganym jako przyszłość zrównoważonego transportu, ten drugi odpada w przedbiegach. Welomobil jest, tak naprawdę wszystkim, czym samochód elektryczny chciałby być, lecz nie może - zrównoważoną alternatywą dla samochodów z silnikami spalinowymi. Prawie niemożliwe jest stworzenie silnikowego pojazdu, który byłby sprawniejszy energetycznie od eWAW.

Jeśli 300 milionów Amerykanów, zamieniła by swoje samochody na welomobile, to prąd elektryczny z tylko 25% obecnie działających turbin wiatrowych wystarczyłby żeby je zasilić.

Na poparcie tego, można przeprowadzić prostą kalkulację. Wyobraźmy sobie taki scenariusz. Każdy z 300 milionów Amerykanów zamienia swój samochód na welomobil i jedzie do pracy tego samego dnia. Aby naładować 300 milionów baterii welomobili, o pojemność 288 Wh, potrzeba 86.4 GWh prądu. Odpowiada to mocy 25% obecnie pracujących turbin wiatrowych w USA (przeciętnego dnia w okresie od lipca 2011 do czerwca 2012 roku, źródło:). Innymi słowy: moglibyśmy przejść na w pełni zasilany ze źródeł odnawialnych transport indywidualny wykorzystując jedynie już działające turbiny.

Autor zdjęcia: [Bill Bates](http://www.flickr.com/wmbates/sets)

A teraz, wyobraźmy sobie, że każdy z 300 milionów Amerykanów wsiada do elektrycznego Nissana Leaf i jedzie do pracy tego samo dnia. Żeby naładować każdą z 300 milionów baterii o pojemności 24 kWh potrzeba 7 200 GWh elektryczności. To 20 razy więcej niż są w stanie dostarczyć wszystkie, obecnie pracujące turbiny wiatrowe w USA oraz 80 razy więcej niż potrzebowałby welomobile. Mówiąc krótko; pierwszy scenariusz jest realistyczny, drugi nie.

Nawet, jeśli w całości zapełnimy samochody elektryczne pasażerami (przyjmijmy liczbę 4 pasażerów i kierowcę), to różnica w sprawności energetycznej pozostanie znaczna. 60 milionów elektrycznych samochodów, będzie potrzebowało 16,6 razy więcej energii, niż 300 milionów eWAW’ów. Co więcej, właściciel może łatwo sam naładować swój welomobil. Panel solarny o mocy ok. 60 Wattów (o powierzchni nie przekraczającej 1 m²) wytwarza wystarczająca ilość energii, żeby naładować baterie, nawet podczas krótkich zimowych dni.

Europie wystarczyłaby nawet mniejsza część obecnie pracujących turbin wiatrowych niż Stanom Zjednoczonym, żeby zaopatrzyć każdego Europejczyka w elektryczny welomobil. Oczywiście, należy pamiętać, że napęd biomechaniczny, czyli kierowca, musi być czymś zasilany. Jednak mając na uwadze, że na Zachodzie ludzie jedzą za dużo i jeżdżą samochodami na siłownie żeby zrzucić zbędny tłuszcz, możemy spokojnie pominąć tę kwestię.

“A Niby, Gdzie Ja Tym Dojadę?

Od razu, rzuca się w oczy wielka różnica w sprawności energetycznej, pomiędzy elektrycznym welomobilem, a samochodem elektrycznym, w szczególności, że oba pojazdy mają podobny zasięg. W zależności od tego, jak często używamy wspomagania, możemy przejechać w eWAW między 60 a 130 kilometrów. Nissan Leaf osiąga, w najlepszym wypadku, zasięg 160 km, ale tylko wtedy, kiedy jedziemy wolno i spokojnie i kiedy nie używamy klimatyzacji, ogrzewania i wyłączymy wszystkie pokładowe gadżety.

Dodając jedynie 6 kilogramów dodatkowych baterii, zwiększamy zasięg welomobilu do 450 km

Welomobil nie potrzebuje systemu ogrzewania, nawet w zimie, ponieważ ręce i stopy kierowcy są chronione przez nadwozie, a kierowca wykonuje wysiłek fizyczny (aktywność fizyczna jest najważniejszym czynnikiem w utrzymaniu komfortu termicznego). Potrzeba chłodzenia latem, obniży zasięg welomobilu - kierowca będzie częściej włączał silnik elektryczny, aby móc ochłonąć.

Co ciekawe, jeśli zajdzie taka potrzeba, dużo łatwiej jest zwiększyć zasięg welomobilu niż samochodu elektrycznego. eWAW można doposażyć w jedną, lub dwie, dodatkowe baterie, zwiększające zasięg pojazdu do 180 km (przy ciągłym użyciu wspomagania), lub do 450 km (jeśli silnik będzie załączany jedynie podczas przyśpieszania). Dwie dodatkowe baterie ważą jedynie 6 kg i zajmują na tyle mało miejsce, że pozostaje jeszcze sporo przestrzeni na bagaż. Jeśli przyjmiemy, że kierowca waży 70 kg, to dodając 6 kg, zwiększymy całkowitą masę pojazdu z kierowcą z 103 kg do 109 kg - wzrost masy o 6%. Zwiększenie zasięgu samochodu elektrycznego nie jest już takie proste. W Nissanie Leaf musielibyśmy zastąpić dodatkowymi bateriami cały bagażnik i tylne siedzenia, a auto przybrałoby na wadzę z 1 582 kg do 2 022 kg (wliczając kierowcę o wadze 70 kg) - byłby to przyrost masy o 30%.

Innym sposobem, na zwiększenie zasięgu pojazdów elektrycznych, jest wymiana baterii na stacji, lub szybkie ich ładowanie. Obie opcje są dostępne, zarówno dla welomobili jak i samochodów elektrycznych, jednak budowa, wymaganej dla samochodów elektrycznych, infrastruktury ładowania to duże wyzwanie. W przypadku elektrycznych welomobili, postawienie odpowiednich stacji wydaje się znacznie prostsze. Akumulator w eWAW ma 80 razy mniejszą pojemność niż akumulatory Nissana Leaf, co sprawia, że szybkie ładowanie jest realne. Waży 73 razy mniej (6 kg w porównaniu z 438 kg), dzięki czemu zamiana baterii, może być prostą, wykonywaną ręcznie czynnością, nie wymagającą żadnej zaawansowanej technologii (w przeciwieństwie do potrzeby szybkiej zamiany, ważącej ponad 400 kg baterii).

Mamy równie zrównoważone środki transportu dla tych, którzy chcą szybko przemieszczać się na długich dystansach (kolej i trolejbusy). Welomobil jest dla tych, którzy wola indywidualny środek transportu, albo bardziej aktywny styl życia.

Pojemność dróg można zwiększyć, co najmniej czterokrotnie, jeśli przestawimy się z samochodów na welomobile

Jeśli baterie w welomobilu wyczerpią się, kierowca wciąż może wrócić do domu - będzie po prostu pedałował. Samochód elektryczny nie ma takiej możliwości, ponieważ jest na to za ciężki. Nissan Leaf waży tyle co 46 eWAW’ów. Przeważająca większość energii samochodu elektrycznego (tak samo jak w samochodzie z silnikiem spalinowym) nie idzie na przemieszczanie kierowcy, tylko samochodu - Nissan Leaf waży 21 razy więcej niż przeciętny człowiek. eWAW ta relacja jest odwrotna - kierowca waży dwa, trzy razy więcej niż pojazd.

Płynny i Szybki Ruch Uliczny

Dzięki eWAW, jazda na dłuższych dystansach może być szybka i wygodna. Jadąc z prędkością podróżną 50 km/godz., średni dojazd do pracy w USA (19,5 km) zająłby 23,4 minuty. To bardzo dobry rezultat, biorąc pod uwagę, że średni czas dojazdu do pracy samochodem w USA zajmuje 22,8 minut ([rok 2009, źródło:] (http://nhts.ornl.gov/2009/pub/stt.pdf)). W Holandii, gdzie ruch na drogach jest większy, elektryczny welomobil ma potencjał wyprzedzić samochód. Welomobil mógłby przejechać średni dystans dojazdu do pracy (22 km) w 26,4 minuty, co samochodem zajmuje średnio 28 minut (źródło).

Oczywiście to, że welomobilem można jechać z prędkością 50 km/godz., nie oznacza, że taka będzie średnia prędkość podczas całej podróży. Jeśli samochody byłyby w stanie utrzymać swoją maksymalną prędkość podróżną, zostawiałyby welomobile daleko w tyle. W rzeczywistości tak nie jest, z powodu ograniczeń prędkości, świateł i korków.

Welomobile spotykają na swojej drodze te same przeszkody, jednak mają one znaczącą przewagę nad samochodami, z tego powodu, że zajmują znacznie mniej przestrzeni (jeden samochód zajmuje tyle miejsca, co cztery welomobile). Płynny i szybki ruch uliczny jest bardziej realny jeśli drogami będą jeździć pojazdy na pedały zamiast samochodów. Pojemność dróg można zwiększyć, co najmniej czterokrotnie, jeśli przestawimy się z samochodów na welomobile. Co więcej, prędkość podróżna welomobilu nie przekracza większości ograniczeń prędkości.

Odpicuj Swój Welomobil

Welomobil można wyposażyć w mocniejszy silnik i wyższe przełożenia, pozwalające podróżować z wyższą prędkością. W ten sposób, pojazd straci na sprawności i zasięgu, ale skoro i eWAW, jest 80 razy bardziej wydajny energetycznie od samochodu elektrycznego, to mamy całkiem duże pole do popisu na “przypakowanie” welomobilu. O tych możliwościach, i o prawnych przeszkodach stojących na drodze welomobili, porozmawiamy w drugiej części artykułu.

Kontynuuj czytanie: 1 / 2.