DIY bensindrivet elverk för laddning av 12/24V batterier?

[JohnA]

Jag trevar vidare i den alternativa energidjungeln och funderar nu på vilket alternativ som kan ge mest el för bensinpengarna. Jag är i hög grad inriktad på hembyggande, och återanvändandet av tekniskt "skrot och braåhasaker". Denna tråd handlar om jämförelsen mellan ett befintligt bensindrivet elverk som ger enfas 230V och ett egenbyggt baserat på motsvarande typ av encylindrig luftkyld fyrtaktsmotor och en eller flera 12V personbilsgeneratorer (alt. 24V lastbilsgenerator). Oavsett typ av elverk ska det ladda en hyfsad batteribank 12/24V blyackumulatorer som i sin tur används både direkt för belysning och pumpar, och via inverter driver kyl/frys och annat som behöver 230 volt växelström. Jämförelsen behöver alltså inte ta hänsyn till invertern utan bara se till verkningsgraden vid batterlladdningen.

Ett befintligt bensindrivet elverk brukar ha direktkopplad synkrongenerator (eller lågvolts dito och inbyggd inverter -> 230V, s.k. digitalt elverk?) och ger kanske högre verkningsgrad än en 12/24V bilgenerator, men i det förra fallet behöver elverket kompletteras med något slags batteriladdare 230V-> 12/24V, vilket också innebär förluster. I slutänden blir det kanske ändå effektivare att bygga elverket själv av en modern toppventilad småmotor och bilgenerator (-er) än att koppla ihop färdiga butiksprylar på rad? Att hembygget i sig blir billigare spelar mindre roll om man redan både elverk och batteriladdare, det är bränsleekonomin jag helt fokuserar på.

I en annan tråd om elverk läste jag att dieseldrivna elverk i allmänhet vinner över bensinditot i synnerhet då elverket går med relativt låg belastning. Om då elverket används för att vid behov ladda upp en ackumulatorbank leder det automatiskt till att belastningen blir relativt hög då elverket arbetar, vilket i sig minska skillnaderna mot ett dieselverk. Att bensinmotorn sedan är lättare att reparera och underhålla, samt lättare att starta i kallt väder gör inte saken sämre.

Bygger man elverket självstartande och synkar detta med de tillfällen då ström tas ur batterierna bör man också kunna minska laddningsförlusterna. Av den anledningen ska kanske elverket inte vara onödigt kraftfullt, utan hellre få arbeta med högre belastning under längre tid?

[sayerbýr]

Intressant tråd. Ser min egna fascination över att fixa själv.
En fundering dock. -Hur kom du fram till storleken på din batteribank? Och har du även vänt och vridit på förbrukarna som gör att du behöver 220v?
Anledningen till min fundering är att jag experimenterar med värme och strömförbrukning till mitt torp.
Men har snöat in på att minska utgifterna (förbrukningen) istället för att maximera inkomsterna (laddningen). Skulle vara skönt med en motpol till min tanke.

Men i din tanke så håller jag med. Bensindrivet framför diesel just för kallstart. Skruvandet, nja. Det beror på hur meckig man är. Själv är jag iåfs utbildad bilmeck. Men de var 20 år sedan. Den kunskapen är inte praktiserad annat än som hobby sedan dess. Tyvärr. Har själv klurat på att ansluta en bil/gräsklipp/motorcykel/moped/ motor till en fast plats och plocka strömmen där ifrån. Våra behov ser iåfs olika ut känns det som.

[ensamhet]

Jag är inte så mycket för teoretiskt utan mer praktisk erfarenhet.
Dieseln är ju effektivare vid hög belastning. Varför tror du de flesta tunga fordon går på diesel?

De flesta nyare personbilsdieslar går billigt och är pigga, men om man småkör och puttrar runt i lägre hastigheter så står sig gamla Mercedes från 60 och 70-talet bra i förbrukningen
Gamla dieslar är driftsäkrare än nyare och de är lättare att meka med än gamla bensinare.
Haft en Opel Astra -00, den drog bara 0,5, men invecklat att meka med.
En bekant hade en Åkerman grävare och en Mitsubishi grävare, båda i samma storlek och på samma jobb. Åkermanen drog dubbelt med bränsle, så jag inbillar mig att Japanska drar lite över lag.

Motorvärmare är väl inte så stort bekymmer, där nere du håller till är det väll sällan kallt och har du motorn i nån byggnad, så blir det inte lika kallt som ute.

Bilar kostar ju inget nu för tiden, så att ta motorn från en sån blir billigt och så kan du ju sälja delar från bilen.
Då kan du ju driva 12/24 V generator via remskivan och 230/400 V via växellådan.
Då laddar du alltid batterierna direkt och kan koppla in 230/400 V vid behov.

[torbjorn]

Dock bör man ta en funderare på hur man ska göra varvtalsregleringen om man ska driva en generator för att få ut 50 Hz växelström direkt från en bilmotor.

Bensinmotorer för personbilar har som regel ingen regulator alls (annat än möjligen en tomgångsstabilisering). Dieslar brukar ha en regulator som, då motorn används på en personbil, är inställd så att den bara reglerar tomgångs- och fullgasvarvtalen men inte alls griper in däremellan.  Om samma slags dieselpump förekommer även på t ex grävmaskins- eller traktormotorer, där regulatorn griper in över hela varvtalsområdet, så bör man dock kunna ta över regulatordelar därifrån för att få ett reglerat driftvarvtal för 50 Hz-generatorn.

Om man vill få tag i en motor som maskinellt är i bra skick, så bör man sikta på en motor som är så ny att den aldrig har körts på dieselolja med hög svavelhalt (alltså från ungefär 1988 eller senare). Då är det mycket mindre risk för t ex frätskador i cylinderlopp eller skador på ventilsäten, jämfört med en motor som var med på "svaveltiden".

Om motorn har någon form av elektronisk styrning av dieselpumpen (kom gradvis under 90-talet), så underlättar det om motorstyrsystemet är gjort för att "sköta sig självt" utan att vara alltför hopkopplat med andra elektronikenheter i bilen, startspärr mm. Det är lämpligt att läsa på i verkstadshandböcker och elschemor för den tilltänkta donatorbilen innan man slår till och börjar plocka ur motorn.

[ensamhet]

Vet inte hur noga det är med exakt varvtal för en generator?
Om det kan variera lite, kunde man inte använda en farthållare och ställa den på lämplig hastighet för att erhålla rätt varvtal?

När det blir för invecklat att bygga saker och man tycker det är för dyrt att köpa färdigt, brukar jag göra något jag kan för att få ihop pengar till den dyra saken.
Oftast går det fortare, än att fortsätta krångla med nå hemmapul och på köpet får man en grej som förhoppningsvis funkar bättre än nå hemmabygge.

[torbjorn]

Generatorn bryr nog sig inte om bra stora varvtalsändringar, men utrustning som man försöker mata med den, som är beroende av rätt nätfrekvens, kan vara mer gnällig.

I princip skulle en farthållare kunna fungera, men frågan är om inte den så att säga reglerar för mycket och långsamt när det inte är en hel bil som ska accelereras vid gaspådrag utan bara motorn med svänghjul och generatorns svängmassa. Det skulle inte förvåna mig om det hela börjar självsvänga om man använder farthållaren som regulator.

[Ett svart får]

En någorlunda modern bilmotor med elektronisk gaspedal borde gå att styra ganska enkelt. Den trottelstyrningen är ju lite snabbare än farthållaren som är gjord för att reagera långsamt.

[Palle500]

Först måste du bestämma kapaciteten på batteribanken, så du kan beräkna maximala/effektivaste laddningseffekten.
När du vet detta kan du börja fundera på motortyp och effekt som ger allt från liten gräsklippare till bilmotor.
Tänk så här att en vanlig 12V bilgenerator ger ungefär 50-100A.
1hk är ca 735W vilket ger 735W/14V = 50A.
Så med lite förluster behövs det 2-3hk till varje generator.
100A i laddström behöver grova kablar och ordentlig batteribank.
Så en 800-1000Ah är lämpligt och ladda under 8-10tim.

Saxat från nätet:
Vilket storlek på laddare skall jag ha?

Att räkna ut hur lång tid det tar för att ladda upp ett batteri till 80% är smidigt. De sista 20% beror mer på batteriets ålder och skick.
Ta storleken på batteribanken, t ex 100Ah. Ta 80 % av det (100 x 0.8 = 80Ah). Dela detta med antalet A som laddaren ger (ex 10A) (80/10 = Det tar alltså 8 timmar att fylla från tomt upp till 80 % av fulladdat på ett 100Ah batteri.
De sista 20 % kan ta mellan 0,5-4 timmar till beroende på batteriets ålder och skick. Det tar alltså upp till 12 timmar att ladda från tomt till fullt. Normalt tömmer man inte batteriet helt men det ger en fingervisning om det är rätt storlek på laddaren.

[JohnA]

Att i första hand snåla på utgifterna är rätt väg att gå, även när det gäller energi! (inte minst när det gäller fordonsdrift, men det kan vi lämna utanför denna tråd hur kul det än är) Lägger man mödan på att minimera onödig elanvändning och på att användandet blir effektivast möjligt spelar det mindre roll hur effektivt man alstrar elen.

Det där om att laddning upp till ca 80% är ganska okomplicerat jämfört med de sista 20% talar för att startbatteriet i en bil lever ett ganska destruktivt liv. Ändå kan ett bilbatteri hålla i ganska många år, och i stationära applikationer där vikt och utrymme spelar mindre roll borde det gå bra att klara sig länge på begagnade batterier som inte längre funkar tryggt i bilen på vintern. Återbruk är bästa mijögärningen!

Det ni skrivit i tråden talar ytterligare för att elverket som laddar batterierna ska ha en riktigt snålt tilltagen bensinmotor så den kan arbeta på full last under lång tid med högsta möjliga verkningsgrad. Att ladda batterierna under lång tid borde också ge mindre "elektrokemiska" värmeförluster i batterierna. Generatorn antar jag däremot gärna kan få vara överdimensionerad i förhållande till bensinmotorn så den kan gå med mindre magnetiseringsström.

Jag har redan dragit igång andra trådar om olika slags elverk och med det jag lärt mig och kommit fram till tror jag man ska ha ett rejält överdimensionerat ackumulatorpaket så att urladdningscyklerna inte blir djupa, aldrig mer än 50%, och ladda långsamt under lång tid. Det känns också klokt att inte "lägga alla ägg i en korg", d.v.s. flera mindre delsystem än ett stort, inte minst vad gäller inverters för 230V. Om man planerar de mer energikrävande behoven så de kan samordnas går det dessutom att klara av dessa mer samlat med hjälp av ett kraftigare elverk utan batterier som mellanled. Å andra sidan kan ju ett större ackumulatorpaket ihop med en rejäl inverter driva ganska tunga prylar (tvättmaskin, brödrost t.ex.) och det borde inte vara allt för svårt att sedan på ett ungefär räkna ut hur många timmar ett underdimensionerat men effektivt elverk behöver arbeta för att återladda batterierna.

På motorsidan är det däremot betydligt smidigare och inte minst effektivare att ha EN maskin som driver alltihop. Det känns som ganska DIY-vänligt att rigga upp en modern fyrtakts småmotor till att driva fler än en bilgenerator som i sin tur laddar separata batteripaket. En encylindrig vattenkyld MC-motor med liten effekt och cylindervolym är förmodligen effektivare än en typisk "gräsklipparmotor", mycket för att luftkylning stjäl en hel del motoreffekt. Med vattenkylning kan man dessutom lättare ta vara på spillvärmen, och vattenkylda motorer brukar gå lite tystare.

Det finns åtminstone för mig ett stort egenvärde i att bygga saker själv av skrot, men då gäller det att inte krångla till det med avancerade styrsystem och exotiska komponenter. Några gamla växelströmsgeneratorer från skrotbilar och en liten bensinmotor med remskiva är ju inte svårt att rigga upp. Att bygga en elektronisk varvtalsregulator med servostyrd förgasare ser jag inte som överkurs, men tiden som går åt för att konstruera, bygga och inte minst avlusa och trimma in ett intelligent system för batteriladdningen och automatisk motorstart kan lätt bli en tids- och pengatjuv. En del av det roliga är faktiskt också att KÖRA maskinerna och själv vara hjärnan som styr. 

[rikardn]

Jag har sett flera videos på folk som har kört gamla båtdieslar (hjälpmaskiner mm) som är vattenkylda och tar hand om både el och varmvarren för husbehovet. Ta tex alla maskiner som går i indien/afrika/mfl

Detta har ofta varit off-grids ute i vildmarken, husbåtar mm.

/Rikard

[Naver]

Der findes talrige erfaringer blandt andet på YouTube.
BHKW eller Wood gasifier bringer interessante resultater..

https://m.youtube.com/results?q=bhkw%20eigenbau&sm=1


Vh Lars

[exile]

Roliga funderingar 
En ide på hur man skulle kunna en bilgeneratorn mer effektiv, (eller ja i teorin ialla fall )

• byta ut rotor lindningen mot magneter (exempel vis från en högtalare), det borde minska förlusterna.(gissar på kanske 2A*13V ~ 26W ).
  Samt att förlusterna från generatorkolen även om det är pyte lite, men man får en mer "under hålls fri" generator  
• Använd den i ett 24Volt system, delvis "varva" upp den i högre hastighet eller öka magnet styrkan i rotorn (eller kombo av dessa) vilket minskar förlusten i likriktar steget. exempel 600w @ 12v (50A) med spänning fall på 1V vilket förlust på 50w medans  600W @ 24v (25A) ger förlust på 25W. Men man minskar även förlusterna i statorlindningarna .
• Fläkten på bil generator kan nog minska ganska rejält, den ser inte ut att vara så aerodynamisk  ut (delvis inte effektiv) dessutom är nog flödet anpassat för ett varmt motor utrymme typ 50-90 Grader (typ?) och vid ett lågt varvtal.
  Att ersätta den med moder temperatur kontrollerad fläkt som tar in "kall" luft (typ 20-30 grader) borde minska effekt behovet för kylningen (plus om man har gjort stegen ovan bord generatorn generar mindre värme vilket minskar kravet på kylning)

Nackdelen är att du tappar laddstyrningen, och något eget behövs byggas. Exempel en arduino som mäter spänningen som styr gasen, borde vara ganska enkel att åstadkomma.

Vad tror ni, helt fläng idéer eller användbara idéer?

[torbjorn]

Att byta från fältlindning till permanentmagneter ökar förmodligen förlusterna. Visserligen slipper man fältlindningens strömförbrukning, men istället kommer ju generatorn att gå med maximalt magnetflöde och därmed starkt mättad statorjärnkärna och höga tomgångsförluster (hysteres- och virvelströmsförluster) även när det inte behövs.  Prova att ta en lös växelströmsgenerator för bil, koppla in 12 V från en yttre strömkälla till fältlindningen och känn hur tungt den går att dra runt för hand!

Om man vill spänningsreglera en permanentmagnetgenerator så gör man lämpligen det på samma sätt som i alla fordon som faktiskt har sådana generatorer (motorcyklar, båtmotorer, mopedbilar, minigrävare, kommuntraktorer mm) - genom en tyristorlikriktarbrygga och regulator som kortsluter lindningarna under en del av varje period i växelspänningen, då det behövs. Tack vare induktansen i lindningarna och ett fenomen som kallas ankarreaktion, så blir värmeutvecklingen och energiförlusterna pga den delvisa kortslutningen inte så stor som man skulle kunna vänta sig. Men permanentmagnetgeneratorns tomgångsförluster blir man ju inte av med ändå.

Vill man slippa problemen med friktion och slitage på kol och släpringar (som väl egentligen inte är något större problem, när de delarna är slut i en bilgenerator brukar även kullagren kräva byte), så kan man välja en borstlös generator med stillastående fältlindning. SEV-Marchal's maringeneratorer är t ex ofta gjorda på det sättet, likaså en del mindre generatorer från samma tillverkare som satt på franska småbilar på 70-talet. Delco har också gjort borstlösa generatorer som används på tyngre fordon. Bosch har tillverkat borstlösa generatorer för järnvägsvagnar (de drivs med vinkelväxel från en av vagnsaxlarnas lagerboxar).

Ska man få bästa verkningsgrad hos en bilgenerator så finns det några saker att tänka på (som säkert står i många tidigare trådar på detta forum) :
1)  Belasta den inte för hårt, kopparförlusterna i statorlindningen stiger ju med kvadraten på strömmen. Det är nog lämpligt att inte gå över 30-40 % av generatorns märkström. Detta håller också ner förlusterna i likriktardioderna. Eventuellt skulle man kunna överväga att byta ut kiseldioderna mot schottky (t ex dioderna för 5 V-likriktaren i datornätdelar), men det blir mycket arbete och dessutom får man då dioder som är lite väl känsliga för överspänningar, kortslutningsströmmar mm.
2) Kör den med så högt varvtal att den inte behöver magnetiseras så hårt att järn- och magnetiseringsförlusterna blir alltför störande. Om man först provar ut det varvtal där generatorn just så pass kan ge önskad ström vid full magnetisering, så är det kanske lagom att köra den på ungefär dubbla detta varvtal.
3) Kör den inte på så högt varvtal att kylfläktförlusterna och förlusterna pga virvelströmmar i statorn blir onödigt höga.
4) Välj en generator som kan väntas vara bra ur virvelströmssynpunkt - först och främst en generator av välkänt märke, där man kan vänta sig att tillverkaren har koll på vilka plåtkvaliteter som är lämpliga, och i andra hand är ett bra tecken att statorplåtpaketet är sammansatt av så tunna plåtar som möjligt, som är väl gradade i stansningen så de inte ligger och kortsluter mot varandra i kanterna.
5) Om statorlindningen är Y-kopplad, och lindningen är gjord så att den ger kraftiga övertoner, kan man i vissa fall ta vara på en del av övertonsenergin genom ett extra diodpar anslutet från nollpunkten till likströmsutgångarna från likriktarbryggan. Detta finns redan från fabrik i en del större bilgeneratorer, i synnerhet för 24 V.  Men om lindningen är D-kopplad finns det såklart ingen nollpunkt att koppla in.
6) Undvik enfasgeneratorer. Enstaka japanska och franska växelströmsgeneratorer från 70-talet är i sådant utförande, och de hade aldrig något tekniskt existensberättigande. Däremot kunde de tillverkas något billigare än trefasgeneratorer, på den tid då koppar var billigt och dioder dyra.

[Palle500]

Fantastiskt bra inlägg Torbjörn, tackar.
Ytterligare en sak att tänka på är att kilremsdrift tar massor av energi, ribbad flatrem är bättre men en direktdrift med vinkel kompensation typ gummi/stålbälg måste vara bäst om rätt varvtal stämmer för motor och vald generator.
Sen skall i. Komma ihåg att en "gräsklipparmotor" väsnas relativt mycket. Så ett förbättrat avgassystem behövs.
Köper man en färdig bensininverter så är den både tyst och har bra verkningsgrad. Men då pratar vi max 2000W.
Skall man leva offgrid året runt med solceller så behöver nog bränslegeneratorn gå många tim/dygn under den mörka årstiden. Och då behövs nog mer effekt och driftståligare motor.
Om vi pratar bilgeneratorer skulle jag välja en liten diesel från en segelbåt. Borde vara enkel att underhålla, lättstartad och bränslesnål med bra vridmoment (ändrar inte varv med minsta belastningsändring).

[torbjorn]

Anledningen till att en båtdiesel är varvtalsstabil är inte att motorn i sig skulle ha anmärkningsvärt bra vridmoment eller så, utan det är helt enkelt att den har en varvtalsregulator som strävar efter att hålla konstant varvtal (precis som en gräsklipparmotor har).

De små encylindriga dieselmotorer (vanligtvis Yanmarkopior) som man numera hittar i kina-elverk och mopedbilar, är inte så dåliga de heller.  Man bör förstås ta en funderare på om man ska sikta på en luftkyld eller vattenkyld motor. De smådieslar som är lätta och billiga att komma över är som regel luftkylda. Luftkylningen innebär ju mycket enklare installation - motorn sköter sig själv när det gäller kylningen - men å andra sidan är det svårare att ta vara på spillvärmen.