Альтернатива солнечным панелям: энергия из земли
Традиционно для уличного освещения мы полагаемся на внешние источники энергии или солнечные батареи. Однако у последних есть существенный недостаток: их эффективность резко падает в пасмурную погоду и зимой, когда солнечного света недостаточно. Встроенные аккумуляторы частично решают проблему, но имеют ограниченный срок службы. Возникает вопрос: а что, если источником энергии для локальной подсветки станет сама земля? Речь идет о так называемой земляной батарее — гальваническом элементе, использующем грунт в качестве электролита.
Где это можно применить?
Такой источник энергии не подойдет для полноценного освещения дорожек, но идеален для навигационных целей. Он может обозначать границы тропинок, ступени, уступы, столбы или ограждения на участке. Это особенно актуально при отключении электроэнергии или для создания автономной разметки.
Как устроена земляная батарея?
Основу элемента составляют два электрода: медный (например, из разрезанной вдоль медной трубки) и оцинкованный (из профиля). Для увеличения мощности несколько отрезков скручивают вместе, чтобы максимизировать площадь поверхности. К каждому электроду припаивается провод.
Для установки бурится яма глубиной более двух метров — ниже уровня промерзания грунта. Сначала опускается медный электрод, присыпается землей и проливается водой. Затем ту же процедуру повторяют с оцинкованным электродом. Гальванический элемент начинает работать практически сразу. Через 30-40 минут, когда вода впитается, выходной ток немного снизится, но стабилизируется.
Мощность и практическое применение
Одна такая батарея способна питать всего 1-2 светодиода, так как генерируемый ток очень мал. Для более серьезных задач, например, подсветки столбов, потребовалась оптимизация конструкции электродов.
На фотографиях слева показана усовершенствованная ячейка из цинка и меди, а справа — ее применение для подсветки столбов. Два светодиода помещаются в пластиковую трубку, создавая автономные дорожные маркеры для ворот. Такая система будет работать долгие годы, пока не произойдет полное окисление металлических электродов, и функционирует даже зимой, если установлена ниже глубины промерзания.
На изображении — ячейка, готовящаяся к погружению в пробуренную скважину.
Для питания более мощного светодиодного светильника (например, на 20 Вт) потребуется объединить семь таких ячеек. Альтернативный вариант — подключить одну земляную батарею к аккумулятору и светильнику с датчиком освещенности и движения. Днем батарея будет подзаряжать АКБ, а ночью — дополнять его энергией для работы светильника.
Упрощенный летний вариант
Существует и более простая конструкция для точечной подсветки, но она будет работать только в теплое время года, так как электроды находятся близко к поверхности и зимой промерзают.
Для этого варианта нужны две пластины: медная и оцинкованная (или алюминиевая). К каждой припаивается провод, после чего листы укладываются на небольшую глубину под брусчатку или дорожную плитку. Между плитками устанавливается по одному светодиоду на элемент. Такие элементы размещаются с шагом примерно в один метр. Получившаяся система будет работать как навигационная подсветка до наступления холодов. Срок службы ограничен скоростью окисления пластин в грунте, но, по оценкам, его должно хватить минимум на пять лет. Более длительных наблюдений у разработчика пока нет.
Реальные проекты и испытания
Разработчик технологии тестировал свои ячейки в различных условиях, включая подсветку дорог.
В 2016 году была проведена тестовая установка 21 столба с подсветкой дорожных ограждений на 70-м километре Можайского шоссе. В 2018 году 20 земляных батарей установили для подсветки ограждений на 76-м километре автодороги М4 «Дон». Если вы часто проезжаете эти участки, поделитесь в комментариях, работает ли эта подсветка сейчас.
Повышение эффективности и коммерческое использование
С помощью умножителей напряжения разработчику удалось получить от одной ячейки 15,7 В при токе около 70 мА. Этого хватило для питания подсветки рекламных вывесок.
В этой системе ночью питание идет от аккумулятора, дополненного током от земляной батареи, а днем АКБ подзаряжается. Процесс контролируется MPPT-контроллером для предотвращения перезаряда. В подсветке задействованы пять ячеек.
Еще один пример — «Лавочка влюбленных» в парке Сокольники.
Ее питание обеспечивают пять земляных батарей, выдающих примерно 9,2 В при токе 150 мА. Используются аккумуляторы DT6045, а освещение создают четыре тройных LED-модуля (12 В, 45 мА каждый).
Доказательство концепции и исторический контекст
Чтобы наглядно убедиться в работоспособности идеи, можно найти соответствующие демонстрационные ролики. Например, 24 элемента из меди и цинка, установленные в грунт цветочных горшков и соединенные последовательно, выдают 22 В. Правда, под нагрузкой из трех светодиодов напряжение падает до 6 В. Вероятно, в естественной земле эффективность будет выше.
Вообще, использование земли в качестве электролита — не новая идея. Еще во времена журнала «Моделист-конструктор» публиковались схемы питания детекторных приемников от подобных источников.
Интересно, что китайские производители массово не подхватили эту технологию получения бесплатной энергии. Что вы думаете о перспективах такой автономной подсветки?
***
Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки
Добавляйте статью в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.
