Produrre energia elettrica con la bici

[mrmap]

Ciao a tutti voi, guru del forum! Sono un newbie, ma c'è voluto ben poco per appurare la grossa carica di competenze che trasuda questo portale! Ho postato il mio primo topic in questa sezione che probabilmente è la più vicina al mio quesito....spero possiate darmi un piccolo grande aiuto! Vi spiego sinteticamente qual è il mio problema: produrre 500 W di energia elettrica utilizzando una bicicletta. Così a naso non è un progetto ambizioso (in termini di avanguardia tecnica), ma ahimè non vengo da una formazione scientifica e quindi la cosa si complica. L'idea è quella di installare la bici su un supporto-cavalletto che sollevi la ruota posteriore di trazione e ponga il copertone della stessa a contatto col rotore di un alternatore; in principio avevo pensato di utilizzare un alternatore da auto, ma appurata l'infelicità dell'idea (per motivi facilmente intuibili da voi "gente da avvolgimento" ), ho dirottato l'attenzione su sistemi più efficienti, quale appunto un alternatore a magneti permanenti, comunemente utilizzato nell'eolico, a cui associare un controller regolatore di carica, una batteria 12 V 55ah (pensavo di acquistarne una da auto....è una buona idea o non sono adatte?) e un inverter CC 12V --->AC 220V. Ho trovato questa azienda italiana che rivende tali prodotti...questi i link:
Alternatore = liberamente.tv/prodotti/P020_Alt500w.htm;
Regolatore = liberamente.tv/prodotti/P021_controller.htm;
Inverter = liberamente.tv/prodotti/P022_inv1kOG.htm.

Il mio primo quesito è : questi 3 componenti possono essere efficaci per il mio obiettivo e possono mantenere le promesse delle loro schede tecniche? Subentra poi un altro problema: i COSTI! solo questi 3 senza batteria costano intorno ai 430 euro e considerando che dopo il primo prototipo dovrò realizzare almeno altre due postazioni....è evidente che dovrei trovare una scappatoia per abbattere un po' i costi lì dove possibile (anche perchè non ci sarà un ritorno economico da tutto ciò). Navigando in rete e leggendo più post di altri utenti, sarei tentato, con l'aiuto di un amico che se la cavicchia con l'elettricità di costruire artigianalmente un alternatore a magneti permanenti del tipo "Piggott". Oppure sarei anche disposto a pagare qualcuno di voi per la realizzazione del prodotto finito. Considerate che le postazioni bici saranno, come detto, 3 e dovrò produrre in totale circa 1,6/7 kw. Avrei anche un'altro dubbio (non da poco): l'energia in uscita a valle dai 3 inverter (uno per ogni postazione) non può confluire ...detta molto alla buona...in un unico cavo perchè si sommerebbero i voltaggi (220+220+220) giusto?! il mio amico mi proponeva di mettere per ogni inverter un relè in modo che quando la batteria della prima postazione tende ad esaurirsi entra in azione la seconda e così via...ma in questo modo avrei disponibili solo 55 ah per volta vale a dire 660W (teorici ovviamente) e sono davvero pochini considerando le aspettative di 1,6/7 kw. Come si potrebbe ovviare? In primis...così a naso probabilmente comincerei con l'aumentare la potenza della batteria prendendone di amperaggio maggiore a 55 (giusta intuizione?!). Io son di Napoli (se questo può aiutare), chiunque possa darmi una mano anche di persona è ovviamente ben accetto!...vi ringrazio sommamente tutti quanti voi !!!!

[BesselKn]

produrre 500 W di energia elettrica utilizzando una bicicletta.

Per quanto tempo? Lo chiedo perché per sviluppare potenze del genere per tempi lunghi occorre essere allenati: considera che 100 W è il metabolismo di un individuo medio seduto a riposo; il metabolismo passa a 700 W nel caso di salita con pendenza al 15% affrontata a 5 km/h.

[livingreen]

il metabolismo di un individuo

Non so se sono esatte le tue cifre, ma nella visita periodica per il cuore, io vado in aritmia a 175W dopo cinque minuti... e mi dicono che solo i campioni riescono a tenere per ore con 220W ai pedali.
Inoltre, la soglia anaerobica dicono che sia intorno ai 280W.... quindi, o mrmap è Hulk, oppure ha sopravvalutato la potenza che un corpo umano può fornire....

La cadenza della pedalata
http://www.nuovadimensionesport.it/prepa_atletica.htm

P.S.: se poi dopo un paio d'ore di pedalata (200*2=400Wh) ti devi mangiare un paio di pizze per riprenderti (5 euro*2 = 10 euro), hai comunque il prezzo al chilowatt più costoso del mondo (25 euro al chilowatt)

[mrmap]

il tempo della performance sarà di circa 3/4 ore ....e a pedalare saranno ciclicamente più persone di diversa estrazione "fisica"....professionisti (assoldati) e me compreso (modesto amatore)

[mrmap]

Comunque i 500 W di cui parlavo sono ovviamente un valore nominale dell'alternatore, non i W "erogabili" da un corpo umano, dove troviamo mediamente valori compresi tra i 120 W di una persona non allenata, 250 W di un amatore di livello medio e i 500 W che i professionisti arrivano a fare in alcuni brevi scatti.

[livingreen]

Ok, allora ci siamo.. anche perchè i ciloergometri medici hanno appunto un alternatore da 400W...
A proposito, perchè non usi quelli già fatti?

[BesselKn]

Ho preso velocemente (e fidandomi a priori) i dati da questo pdf, diapositiva n° 9
http://www.bioecolab.it/DISPENSE_PRO...C2%B0parte.pdf
Ma i valori che avete dato voi sono riferiti al metabolismo o alla sola potenza meccanica sviluppata?

[mrmap]

A proposito, perchè non usi quelli già fatti?

Intendi dire usare un alternatore già in commercio piuttosto che uno autocostruito?! Nel primo post ponevo appunto questo quesito ed eventuali scappatoie per risparmiare sui costi....ho riportato anche dei link a prodotti che ho trovato...gli unici a dir la verità dai costi più contenuti. Come li trovate? posso ritenerli efficaci e adatti al mio scopo? Riguardo invece la questione dei Watt sviluppati da un corpo umano, mi veniva da chiedermi : i 500 W che quell'alternatore può erogare come massimale li può erogare a 400 rpm...ora, considerando comunque un grado x di resistenza alla rotazione che il rotore oppone....posto esso a contatto con una circonferenza (ruota bici di raggio 26cm) di 163 cm che ruota alla velocità tipo di 20/25 kmh, dovrebbe o meno raggiungere facilmente i 400rpm? Purtroppo non vengo da una formazione scientifica e quindi potrei sbagliarmi...magari con una semplice formula sarebbe un dato facilmente ricavabile evitando le supposizioni. Per quanto riguarda invece la questione batterie e la somma dei volts in uscita da ogni inverter....come potrei risolvere? Grazie a voi tutti per la disponibilità

[livingreen]

Intendi dire usare un alternatore già in commercio piuttosto che uno autocostruito?!

No, intendo dire le cyclette già fatte, con tanto di alternatore da 400 W.... ti rimarrebbe solo da eliminare le resistenze e fare il circuito di ricarica (e la batteria)

[mrmap]

ah ora ho capito....giusto per curiosità hai qualche link dove potrei vederne qualcuna?...in ogni caso non posso utilizzare un prodotto completo già presente sul mercato ma devo crearne uno ex novo.... basta pensare che tutta la bici (eccezione per alcuni componenti meccanici) e il suo supporto saranno completamente di legno.....per la questione batterie mi sapete dare indicazioni rispetto ai mille dubbi di cui sono preda?!

[mrmap]

Avrei anche un'altro dubbio (non da poco): l'energia in uscita a valle dai 3 inverter (uno per ogni postazione) non può confluire ...detta molto alla buona...in un unico cavo perchè si sommerebbero i voltaggi (220+220+220) giusto?! il mio amico mi proponeva di mettere per ogni inverter un relè in modo che quando la batteria della prima postazione tende ad esaurirsi entra in azione la seconda e così via...ma in questo modo avrei disponibili solo 55 ah per volta vale a dire 660W (teorici ovviamente) e sono davvero pochini considerando le aspettative di 1,6/7 kw. Come si potrebbe ovviare? In primis...così a naso probabilmente comincerei con l'aumentare la potenza della batteria prendendone di amperaggio maggiore a 55 (giusta intuizione?!)

Riguardo invece la questione dei Watt sviluppati da un corpo umano, mi veniva da chiedermi : i 500 W che quell'alternatore può erogare come massimale li può erogare a 400 rpm...ora, considerando comunque un grado x di resistenza alla rotazione che il rotore oppone....posto esso a contatto con una circonferenza (ruota bici di raggio 26cm) di 163 cm che ruota alla velocità tipo di 20/25 kmh, dovrebbe o meno raggiungere facilmente i 400rpm? Purtroppo non vengo da una formazione scientifica e quindi potrei sbagliarmi...magari con una semplice formula sarebbe un dato facilmente ricavabile evitando le supposizioni.

Nessuno che sappia darmi qualche indicazione riguardo questi due quesiti specifici?

[atomax]

....è evidente che dovrei trovare una scappatoia per abbattere un po' i costi lì dove possibile (anche perchè non ci sarà un ritorno economico da tutto ciò).

Scusa la domanda dettata solo da curiosità, ma cosa devi farci con la corrente generata?

l'energia in uscita a valle dai 3 inverter (uno per ogni postazione) non può confluire ...detta molto alla buona...in un unico cavo perchè si sommerebbero i voltaggi (220+220+220) giusto?!

Se le uscite le colleghi in parallelo, la tensione resterebbe sempre 220V e a sommarsi sarebbero solo le correnti generate, ma se gli inverter non sono sincronizzati tra loro non puoi effettuare il parallelo, pena rottura o distacco degli inverter. La soluzione più economica è quella di usare un unico inverter che viene alimentato da un'unica batteria (magari composta da più accumulatori) e caricata dai 3 alternatori, attraverso regolatore di carica.

Per quanto riguarda l'alternatore....
Non capisco perché non vuoi usare un alternatore ad uso automobilistico. Nel tuo caso non è impossibile fare uso di un opportuno moltiplicatore di giri.

Ciao

[livingreen]

La soluzione più economica è quella di usare un unico inverter che viene alimentato da un'unica batteria (magari composta da più accumulatori) e caricata dai 3 alternatori, attraverso regolatore di carica.

Stavo per dire la stessa cosa.... perchè usare 3 inveter e fare il parallelo sul 220, quando si possono parallelare le batterie con una spesa minima (e con un solo inverter, che costa meno di tre...)

[mrmap]

Scusa la domanda dettata solo da curiosità, ma cosa devi farci con la corrente generata?

Devo alimentare due televisori lcd che assorbono in totale circa 400W....devo avere garanzia che l'erogazione duri almeno 4/5 ore.

La soluzione più economica è quella di usare un unico inverter che viene alimentato da un'unica batteria (magari composta da più accumulatori) e caricata dai 3 alternatori, attraverso regolatore di carica.

Quindi in altre parole...vediamo se ho afferrato il concetto....3 alternatori attraverso 3 regolatori di carica alimenteranno un'unica batteria, composta da 3 batterie collegate in parallelo, collegata a un unico inverter che supporti il carico di 3 quindi per esempio: 3 batterie da 55 ah x 3 = 165ah cioè 1980W....usare quindi un inverter da 2 kw...giusto?! avevo letto in giro che collegare le batterie può risultare pericoloso (possibili esplosioni), ma forse si riferiva al collegamento in serie...in ogni caso le batterie devono essere identiche di marca, carica e ampere, giusto?!

Per quanto riguarda l'alternatore....
Non capisco perché non vuoi usare un alternatore ad uso automobilistico. Nel tuo caso non è impossibile fare uso di un opportuno moltiplicatore di giri.

Ciao

Più persone mi avevano sconsigliato l'uso di un alternatore da auto a causa del suo basso rendimento energetico e della elevata dispersione di energia cinetica tra attriti di diversa natura...in primis un moltiplicatore di giri...ecco perchè mi ero orientato verso alternatori a magneti permanenti e/o anche alla possibile idea di autocostruirne uno alla Piggot.

Stavo per dire la stessa cosa.... perchè usare 3 inveter e fare il parallelo sul 220, quando si possono parallelare le batterie con una spesa minima

Ragazzi se mi dite che è realemte possibile...ed anche come fare....vi farò un monumento d'oro! Non potete immaginare quanto mi siete d'aiuto! Mille grazie.

[BesselKn]

400W....devo avere garanzia che l'erogazione duri almeno 4/5 ore.

Hai pensato bene che qualcuno dovrà pur pedalare per 4 o 5 ore, no?

165ah cioè 1980W

Come fai a passare da Ah a W?

[mrmap]

Hai pensato bene che qualcuno dovrà pur pedalare per 4 o 5 ore, no?

Certo certo...durante tutta la performance ci dovranno essere pedalatori a faticare ininterrottamente!

Come fai a passare da Ah a W?

Se mi sbaglio, correggimi...W=ah x V...cioè 165 ah x 12 V = 1980 W...non è una formula corretta?

[atomax]

...vediamo se ho afferrato il concetto....3 alternatori attraverso 3 regolatori di carica alimenteranno un'unica batteria, composta da 3 batterie collegate in parallelo, collegata a un unico inverter che supporti il carico di 3 quindi per esempio: 3 batterie da 55 ah x 3 = 165ah cioè 1980W....usare quindi un inverter da 2 kw...giusto?!

Purtroppo è doveroso fare un minimo di chiarezza...
Stai confondendo potenza ed energia. La potenza che ti occorre è 400W in quanto quello è l'assorbimento massimo dei due televisori.
L'energia che ti serve per il funzionamento dei TV per 5 ore è pari a 400W*5 ore = 2 kWh. In definitiva l'inverter dovrebbe avere una potenza di 400W e l'accumulatore dovrebbe avere una capacità di accumulo di 2 kWh.
E' chiaro che per non sovraccaricare troppo l'inverter è conveniente comprarne uno da almeno 500/600W.
Per quanto riguarda gli accumulatori, la cosa è un po' più articolata.
Non ho capito se mentre alcuni pedalano altri guardano la TV oppure se prima si pedala per 4-5 ore e poi si guarda la TV.
In quest'ultimo caso il sistema di accumulo sarebbe abbastanza costoso e delicato, le comuni batterie per l'avviamento dell'auto non sono ideali a causa della loro durata di vita davvero breve (anche meno di 2 mesi) soprattutto se le scarichi profondamente. Per ovviare a questo problema le strade da seguire sono due:
1) Compri apposite batterie ad uso ciclico
2) Sovradimensioni il numero di batterie da auto al fine di scaricarle al 15/20% al massimo.

Più persone mi avevano sconsigliato l'uso di un alternatore da auto a causa del suo basso rendimento energetico e della elevata dispersione di energia cinetica tra attriti di diversa natura...in primis un moltiplicatore di giri...

Il problema del rendimento elettrico non elevatissimo si manifesta anche in un alternatore assiale (tipo Piggot) e in generale è proprio di tutte le macchine elettriche di piccola taglia. Il problema che molti riscontrano nell'uso dell'alternatore dell'auto è quello della necessità di un moltiplicatore di giri che, chiaramente, richiede una maggiore coppia all'asse motore e in campo eolico questo è un grosso problema. Nel tuo caso non credo che rappresenti un collo di bottiglia, un ciclista avrà sicuramente una coppia sufficiente per portare a regime l'alternatore. Per quanto riguarda la perdita di rendimento introdotta dal moltiplicatore, si tratta di una ventina di W circa, non credo rappresentino un problema. L'alternatore auto ha però un vantaggio che molti trascurano...
Basta agire sulla corrente di eccitazione (che è meno del 5% della corrente massima erogabile) per fargli erogare più o meno potenza. Se un ciclista è stanco o vuole pedalare con un carico minore, potrà agire su un potenziometro e diminuire (attraverso un circuito opportuno) la corrente di eccitazione dell'alternatore e quindi la resistenza da questo opposta (chiaramente producendo minor potenza).
Saluti

[mrmap]

Allora atomax....facciamo chiarezza così andiamo dritto al punto, scusami ma forse utilizzo una terminologia tecnica sbagliata e quindi equivochiamo: la corrente che occorre è di 400 W per 5 ore, durante le quali ininterrottamente, a turno, più ciclisti si alterneranno alle postazioni, quindi molto semplicemente diciamo che la "macchina è sempre accesa", mentre gli altri guardano le tv. Quindi NON bisogna pedalare per 4-5 ore e poi guardare le tv, ma le due cose avvengono contemporaneamente (pedalare e guardare). Pertanto, tenendo presente che bisogna considerare il 50% del valore nominale di una batteria non posso installare batterie da 55 ah (si ridurrebbe a poco più di 25 ah), ma almeno 3 da 100 ah per avere una capacità di 50+50+50 x 12 = 1800 W. Considerando inoltre che la ricarica avviene contemporaneamente all'assorbimento.... certo che non si può pensare lontanamente che mentre 1 W se ne va un'altro viene ricaricato perchè le batterie si ricaricano a 1/10 di amperaggio del loro valore nominale, ma si tratterebbe di produrre durante le 5 ore quello scarto di 200W in meno rispetto agli accumulatori. Le mie deduzioni sono corrette? quindi non è necessario un inverter che supporti il totale dei watt delle batterie? cioè per 1800w batterie non occorre un inverter di tale wattaggio ma uno leggermente sovradimensionato rispetto all'assorbimento previsto (400W), giusto?! mi confermi che posso quindi collegare in parallelo le 3 batterie da 100 ah ed avere un unico inverter da 600 W? Per quanto riguarda invece l'alternatore da auto....se tu mi dici che la cosa è fattibile sarò ben lieto di risparmiare un bel po' di soldi! Ma l'hai mai verificata praticamente questa cosa o solo in teoria? il moltiplicatore di giri dove lo posso reperire? Si devono apportare delle modifiche all'alternatore (tipo togliere le spire o cos'altro?!) oppure diciamo per così dire che è pronto all'uso? Ciao e grazie mille per la disponibilità e pazienza

[BesselKn]

non è una formula corretta?

No, è completamente sbagliata.
165 Ah * 12 V = 7,128 MJ.
Ah*V NON dà una potenza, bensì un'energia! Ciò perché: un'intensità di corrente (A) per il tempo (h) dà una certa carica elettrica (C); una carica elettrica per una d.d.p. (V) dà un'energia (J).

[mrmap]

perfetto!!!! Tutto da rifare allora! ....e allora come si fa a calcolare i watt conoscendo gli ampere e i volts di una batteria?....quella formula non me l'ero inventata, ma l'ho trovata in rete....bella sòla!

[amir]

...almeno 3 da 100 ah per avere una capacità di 50+50+50 x 12 = 1800 W....

Qui c'è qualcosa che forse non sai:

Batterie FAQ (Frequently Asked Questions)

...come si fa a calcolare i watt conoscendo gli ampere e i volts...

Prima cosa facendo attenzione a distinguere tra A e Ah, tra W e Wh eccetera.

[mrmap]

forse ho sbagliato io a riportare una "h" di troppo....W=A*v.....può essere? scusate la mia somma ignoranza!

[mrmap]

amir ti ringrazio per il link...ma ho le orecchie che fumano e non sono in grado di fare una caccia al tesoro...cosa c'è che non so (praticamente tutto) e che dovrei sapere assolutamente? grazie ovviamente scherzo

[atomax]

...a turno, più ciclisti si alterneranno alle postazioni, quindi molto semplicemente diciamo che la "macchina è sempre accesa", mentre gli altri guardano le tv. Quindi NON bisogna pedalare per 4-5 ore e poi guardare le tv, ma le due cose avvengono contemporaneamente

Perfetto, in questo caso ti basta una sola batteria (da 50 Ah di capacità credo che vada più che bene) in modo da fare da volano alle inevitabili fluttuazioni dovute all'incostante ritmo di pedalata e ai momenti morti che si verificano durante il cambio del ciclista.

.... certo che non si può pensare lontanamente che mentre 1 W se ne va un'altro viene ricaricato perchè le batterie si ricaricano a 1/10 di amperaggio del loro valore nominale

In realtà, quel watt non viene ricaricato ma passa direttamente dall'alternatore al televisore (chiaramente attraversando l'inverter).

quindi non è necessario un inverter che supporti il totale dei watt delle batterie? [...] Per quanto riguarda invece l'alternatore da auto....se tu mi dici che la cosa è fattibile sarò ben lieto di risparmiare un bel po' di soldi! Ma l'hai mai verificata praticamente questa cosa o solo in teoria?

Ti ripeto che è necessario un inverter leggermente sovradimensionato rispetto alla potenza del carico (nel tuo caso delle televisioni) e non delle batterie.
Ho lavorato diverse volte sugli alternatori, anche automobilistici e posso assicurarti che nel tuo caso ti basterebbe collegarli direttamente alla batteria. La cosa importante è che iniziano a generare apprezzabilmente dai 2000 RPM in sù.
Saluti

[mrmap]

Perfetto, in questo caso ti basta una sola batteria (da 50 Ah di capacità credo che vada più che bene) in modo da fare da volano alle inevitabili fluttuazioni dovute all'incostante ritmo di pedalata e ai momenti morti che si verificano durante il cambio del ciclista.

Aspetta...ora mi sto perdendo...da che eravamo partiti che 3 batterie da 55 A non erano sufficienti ora ne basterebbe solo una da 50?

In realtà, quel watt non viene ricaricato ma passa direttamente dall'alternatore al televisore (chiaramente attraversando l'inverter).

quindi l'energia prodotta sul momento viene subito utilizzata piuttosto che essere prima accumulata nelle batterie e poi erogata

Ti ripeto che è necessario un inverter leggermente sovradimensionato rispetto alla potenza del carico (nel tuo caso delle televisioni) e non delle batterie.
Ho lavorato diverse volte sugli alternatori, anche automobilistici e posso assicurarti che nel tuo caso ti basterebbe collegarli direttamente alla batteria. La cosa importante è che iniziano a generare apprezzabilmente dai 2000 RPM in sù.
Saluti

ok quindi un unico inverter sovradimensionato rispetto al carico, per una o più batterie. L'altertore da auto potrebbe essere direttamente collegato alle batterie perchè se non erro ha già integrato un regolatore di carica quindi non v'è bisogno di uno esterno....scusa se ti ripeto la domanda...ma un moltiplicatore di giri dove lo reperisco....è sempre un prodotto da sfasciacarrozze?