年収１００万以下で悠々自給田舎暮らし

このろうそくを使って発電します。



ろうそくの上に発電装置を置いて発電の様子を見ます。



０． ６５Vの電圧が発生しています。

これはまだペルチェ素子１枚分の電圧です。



これを自作昇圧回路に接続すると、赤色LEDが点灯しました。

電圧は０．５８Vに下がりました。

しかし、約０．６VでLEDが点灯するのですから感動ものです。


次はペルチェ素子３枚を直列につなぎます。



明るいですね。



発電装置に足をつけます。

これで安定します。


再び発電させます。



２．１５Vの電圧が発生しています。



昇圧回路なしで直接LEDを接続してみます。

１． ８７Vに下がりましたが、しっかりと点灯しています。

順調です。



ろうそくの位置がずれないようにするためのねじを取り付けます。



いい感じですね！



今度は直接ソーラーモーターにつないでみます。

電圧は０．７６vにまで下がりましたが、しっかりと回転しました。



ろうそくを燃やしてモーターが回るというのは、なかなか新鮮です。


次は昇圧回路の改造です。



次回、ペルチェ素子発電装置の組み立て３

基本的にはペルチェ素子と放熱用のヒートシンクを組み合わせるだけです。

ペルチェ素子への熱の当て方は下のようにしてしまうと加熱面の熱がすぐに反対側に伝わってしまい、放熱に工夫が必要になります。



そこでペルチェ素子を立てた状態の側面を加熱するようにしました。



ペルチェ素子３枚を使い、それを直列接続にします。

それを昇圧回路で５Ｖにまで上げてＵＳＢ出力にします。


それでは組み立てまでを見てもらいましょう。



ペルチェ素子にヒートシンクを取り付けるために、ペルチェ素子用の両面テープを使います。



ペルチェ素子の片面に取り付け用のアルミバーを貼り付けます。



この３枚のヒートシンクの中にペルチェ素子を入れます。



ペルチェ素子に加熱用のヒートシンクを取り付けます。





ぴったり収まりました。



加熱面からの様子です。



こちらは上面になります。



とりあえずはちゃんと機能しているかチェックです。


次回、ペルチェ素子発電装置の組み立て２

０． ６Ｖあれば昇圧が可能です。

一昔前は０．６Ｖを昇圧することなど、素人にはとても難しいことでした。

しかし今では専用ＩＣ一つと抵抗のように小さなコイル一つで簡単に昇圧できてしまうのです。



さらに言うなら、それに太陽電池とＬＥＤがついて１００円（税抜き）で買えてしまうのです。

ソーラーガーデンライトです。



内容は、ニッカド充電池一つとそれを充電できる太陽電池、専用ＩＣ、コイル、ＬＥＤ、これだけです。

これも出始めは、１．２Ｖのニッカド充電池２個を直列にし、それを充電できるだけの結構大きな結晶型の太陽電池を用い、明るさ検知にＣｄＳを使ったものでした。



回路の部品点数も今よりは多く、価格も高価です。

電圧は１．２Ｖ×２個で２．４Ｖしかありませんから黄色か赤色ＬＥＤを使っていました。



なかにはニッカド充電池３個を使って白色ＬＥＤを使っているものもありましたが、それは高級な部類に入るものでした。

しかし進歩って早いものですね。

ありがたいことです。




この１００円回路を利用すれば簡単に昇圧することができますが、せいぜい白色ＬＥＤ一つを点灯させるだけの電圧にしかできません。

照明用と割り切るなら、これほど効率がよくて安価にできるものはありません。



これに決定です。




しかしこちらはきっちり５Ｖ欲しいのです。

別のものを探さなくてはなりません。

調べているとありました。



０． ７Ｖ〜５．０Ｖ入力で５．０Ｖ出力です。

最大２００ｍＡの出力が可能です。

正にこれです。

これもおそらく０．７Ｖから発振して出力し、一度発振すると０．５Ｖくらいまで下がっても発振し続けるはずです。

コイルも内蔵されており、外付けコンデンサ一つで完成です。

簡単ですね。

これに決定です。

一つ５００円です。

早速注文です。




注文品が届くまでにペルチェ素子が発電できる状態に組み立ててセットしておかなければなりません。



注文した昇圧回路は２．０Ｖ入力で１００ｍＡ出力できるようなので、ペルチェ素子３枚直列で使うことにします。




先ほど新しい製品が発売されているのを発見してしまいました。

０． ７Ｖ入力で５．０Ｖ最大２００ｍＡ出力のＩＣです。

コイルは外付けです。



５個セットで２００円です。安い！

今度はこれに決定です。



次回、ペルチェ素子発電装置の組み立て

問題の写真です。



ゼーベック効果をわかりやすく表していると思います。

しかしこれは現実ではありません。

（たぶん）



まず、ペルチェ素子一つでは豆電球は点灯しません。

仮にＬＥＤだとしても同じです。


それから、バーナーでペルチェ素子の片面を加熱していますが、この方法だと加熱された面の熱が、あっという間に冷却すべき面に伝わっていき、電流は流れなくなります。

さらに加熱によりペルチェ素子が壊れてしまいます。

ですので、基本的には写真のようなことは起こりません。



ならば、『tPOD1』はどのようにしてＬＥＤを点灯させているのでしょうか。



ここからは推測するしかありません。



ティーキャンドル一つとフィンだけで温度差を作っているので、ペルチェ素子の両面の温度差を大きくすることによって、発電量を増やしているとは考えられません。

ではどうするのか・・・。




おそらくペルチェ素子を複数枚使っているのでしょう。

直列に接続すれば電圧が上がり、並列に接続すれば電流が増加します。

ＬＥＤを点灯させるには、電圧は少なくとも２Ｖは必要です。

ロウソク程度の熱量でペルチェ素子１枚ではせいぜい１Ｖです。

２枚を直列に接続すればＬＥＤは点灯しそうです。

仮に２枚を並列に接続して電流が増加しても、電圧が増加しないのでＬＥＤは点灯しません。

ペルチェ素子を３枚ほど直列に接続しているのでしょう。



ではペルチェ素子がロウソクでどれだけ発電するのか実験してみます。

手元にあった十数年前のペルチェ素子です。



これは太陽電池でクーラーを作ろうとして挫折したものの残骸です。

ペルチェ素子の両面に放熱用のヒートシンクを取り付けたのですが、留め方が分からず、固まるシリコングリスを塗って取り付けました。

これが効くのなんのって！

完全に固まると二度と取ることはできません。

カッターナイフで隙間を作ろうとしても、力ずくで剥がそうとしても取れません。

おそらくペルチェ素子が破損したときに取れるものと思われます。

そしてその固まるシリコングリスも、使った後きちんと蓋を閉めていたにもかかわらず、カチカチに硬化していました。



もったいないことをしました。

ですからもう二度と固まるシリコングリスは使うまいと思ったのです。




そのいわくつきのヒートシンク付きペルチェ素子で実験です。

ロウソクの真上にペルチェ素子を持ってきて加熱すると、すぐに熱が上部に伝わってしまいそうなので、側面を加熱することにしました。



ペルチェ素子の電圧を測ります。



次回、ロウソク発電機の製作

ゼーベック効果を利用した発電機をネットで探していきます。

ありました！

ここです。

http://gigazine.net/news/20120618-tpod1/

製品名は『tPOD1』です。



なかなかかっこいいです。

ティーキャンドル一つで５Ｖ ０．２５Ｗを発電します。



ＬＥＤライトをつなぐと光ります。



ロウソクだけの明るさよりも明るいそうです。



おもしろいですね。



ただ、スマートフォンには直接接続しての充電はできないようです。

出力が小さすぎるからでしょう。

一度モバイルバッテリーなどに充電して、そのモバイルバッテリーからスマートフォンに充電します。



ちょっと面倒ですね。




しかし、寒い時期のキャンプなんかでは、ロウソクで暖をとりながらＬＥＤライトの明かりで本を読んだり地図を見たりできます。

さらには、寝るときにはロウソクが消えるまでモバイルバッテリーに勝手に充電されます。（火事と換気に注意）

ポンとバイクに積んでキャンプにも出かけられそうです。




あれ？

ちょっと目的が変わってきました。



そうそう、電動アシスト自転車の充電に使うつもりでした。

しかしこれではあまりにも出力が小さすぎます。



もっと大きなものはないか探すと、すぐに見つかりました。

同じ会社の製品で５Ｗ版です。



熱源にはバーナーを使います。

ロウソクの熱の場合は、放熱フィンだけで放熱してペルチェ素子の両面に温度差を作ることができますが、５Ｗ版ではファンが必要になります。

これでも大丈夫かなと思ってしまいますが、大丈夫なのでしょう。





さらに大きな出力を得ようとすると、ファンでは放電が間に合わず、水冷方式になります。



水は普通に使う分には１００度以上にはなりませんから、片面をどんどん加熱していけば温度差は広がります。

そのため高出力が得られます。

しかし装置自体が大きく複雑になってしまいます。

手軽に持ち運ぶこともできません。






この製品の場合、発電能力を上げるために冷却水をポンプで循環させ、もっと低い温度になるようにしています。

その結果、１６０Ｗの出力が得られています。

かなりのものです。

価格は２０万円くらいだそうです。








と、この写真を見たときに、何かがひらめいてしまったのです。




マジか・・・・、



ウソだろ・・・・





この時点で、電動アシスト自転車への充電という目的は完全になくなってしまいました。




次回、実験

前回のことから、ペルチェ素子の両面に温度差を発生させると、ゼーベック効果により電力が発生する子とを利用して、バッテリーを充電することにします。

ペルチェ素子に逆のエネルギーを与えてみたら電力が発生したので、これをゼーベック効果としますよ、というものかと思っていたのですが、どうやら違うようです。



ゼーベック効果は１８２１年に発見され、ペルチェ効果は１８３４年に発見されました。

実に１３年もの隔たりがあるのです。

ゼーベック効果は主に半導体を用いたものですが、金属を用いたものも研究されていたようです。

熱電対です。

異なる金属を接合するとそこに電位差が発生するものです。

これを利用して高温の測定に使われます。

コンスタンタンなどが有名です。



測定温度によって、対応する金属の組み合わせを変えます。

人によっては熱電対を利用して発電を試みている人もいます。

値段も安いですし。

効率的には半導体を用いたものの方が圧倒的によいので、こちらを使うことにします。



早速製品を探してみます。

有名どころではモンベルが販売している『BioLite CampStove』という製品があります。



たき火をしながらお湯も沸かせて充電もできるというものです。

バッテリーが内蔵されていて、ファンで風を送りながらたき火を完全燃焼に近い状態にします。



同時にたき火の熱を利用してゼーベック効果により発電し、内蔵バッテリーに充電しながら外部へも給電します。

スマートフォンにも充電できます。

５Ｖで２Ｗの出力があります。





しかし、たき火をし続けなければいけないというのが気になります。

寝ている間に充電し続けてもらわなければなりません。

これでは付きっきりでたき火をする必要があります。



他にいいものがないか、まだ探してみる必要があります。



次回、これは使えるかも。

それは２０１１年３月１１日の東日本大震災がきっかけでした。

この会社の社長は、被災地で暖をとったり調理したりしている様子を見ながらこの火で何かできないか考えていました。

電気の来ていない地域では、携帯電話のバッテッリーは既になくなっていました。

そこで思いついたのが、暖をとったり調理しながら携帯電話を充電できる鍋です。



結構有名なので見た人もいるかもしれません。



便利ですね。




構造自体は簡単です。

昔からよく知られているゼーベック効果を利用したものです。

ペルチェ素子を知っている人なら、あ〜、あれね、とわかりますが、実用となるといまいち使いづらいものでした。

ペルチェ素子とは、導線にＤＣ電源を接続すると、素子の両面にそれぞれ冷たい面と暖かい面ができるものです。



電源のプラスとマイナスを入れ替えると、冷たい面と暖かい面も入れ替わります。



小さな冷蔵庫などに使われます。

ＵＳＢ接続のマグカップヒーターなどにも使われています。




実験では冷たい面と暖かい面とがはっきりわかっておもしろいのですが、そのまま電気を通していると、あっという間にそれぞれの面の熱が伝わって、全体的には熱くなっていき、最後には壊れてしまいます。

きちんと温度管理をしなければならないちょっとやっかいな素子でもあります。



このペルチェ素子に逆のエネルギーを与えるとどうなるでしょうか。

つまり、片面は冷たく、もう片面は熱くするのです。

すると電気が発生します。

これがゼーベック効果です。




【産総研より】



冷たい面と暖かい面を入れ替えると発生する電気もプラスとマイナスが入れ替わります。

温度差を付ければつけるほど発電量も大きくなります。

温度差が重要なので、例えば片面を１０℃の空気に接している場合、もう片面を−１０℃の氷にしたときと、３０℃の空気にしたときとでは、同じ発電量になります。




この原理を利用して作られたのが先ほどの発電鍋です。

これはこれですばらしいのですが、鍋で水を沸騰させることが前提で、さらに大量の燃料を必要とします。

充電のためにガスコンロを使うのもどうかな・・・。




ということでさらに探していきます。




次回、こ、これは・・・！

小型発電機を探してみても使えそうなものはありません。

主に夜間に使用するので、発電機には燃料が必要になります。

ガソリンとか、灯油、アルコールなどです。

思いつくのはポータブル小型発電機、模型用燃料電池、スターリングエンジン・・・。

　　　　　

ポータブル小型発電機は、ポータブルとは言っても自転車で持ち運ぶには大きくて重たすぎます。

しかも一度に発電する発電量も多すぎて余ってしまいます。

これだと原付バイクにした方がよっぽど効率的で安全です。




ラジコン用のエンジンなんか使えないかなと思いましたが、それはそれで使いづらいことがわかりました。

ラジコン用エンジンは、主に小型の２ストロークエンジンで、高出力です。

燃料消費も激しく白煙を吐き、音もうるさいです。

これを使うくらいなら原付バイクにします。




しかしラジコンエンジンも奥が深いですねぇ。

このエンジンを見て驚きました。



凄い人がいるものです。




燃料電池は以前からエタノール燃料の小型のものが発売されると発表されていますが、未だに見かけたことがありません。

いわゆる出す出す詐欺ですね。

もう１０年以上も言っている気がします。

携帯ラジオサイズで、燃料は手に載るくらいの大きさのカートリッジ式アルコール。



これ一つでノートパソコン１日分の電力が供給できます、、とかなんとか。



試作機はいろいろ出されていますが、どうなっているのでしょう。

私の求めているのはまさにこれなのです。

高出力でなくてもいいから、長時間ゆっくりと電力を供給してくれればいいのです。



現在小型の燃料電池で入手できるのは、水素と空気中の酸素とを反応させて発電させるタイプです。



水素を購入するのはかなりお金がかかりますから、それ以外でよく使われる方法として、太陽電池で水を電気分解して酸素と水素を作り、それを使って燃料電池から電力を取り出すというやり方です。

イメージとしては、太陽電池で燃料電池を充電する感じです。



私の使い方からすれば無駄な使い方です。

この方法にするくらいなら、始めから太陽電池で電動アシスト自転車のバッテリーに充電します。



燃料電池を探していたら興味深い記事を見つけました。

なんと燃料電池で自転車を動かし、ついにはナンバー取得までしてしまった記事です。



燃料の水素を調達する必要がありますが、なかなかの性能です。





スターリングエンジンには様々なタイプがあります。

温度差によってシリンダーが動き、それを回転に変えてエンジンにします。

中には手のひらの温度と、大気の温度の差だけで動くものもあります。





これくらいのものになるとかなり強力なものになり、発電機を取り付けたり、動力として利用できます。

さらにおもしろい使い方として、スターリングエンジンにプロペラをつけて薪ストーブの上に置き、暖かい空気を送風するものもあります。

薪ストーブの熱だけで動きます。



大きなものでは木材の屑などを燃やしてスターリングエンジンを回して発電し、売電しているものもあります。

つまり温度差があればいいのです。

これが使えれば、夜間、スターリングエンジンを手に持っているだけで電動アシスト自転車に充電できるかもしれません。



だんだん欲しい発電機に近づいてきましたよ。



次回、ついに見つけた！

生エネルギー式電動アシスト自転車を第一候補にあげているのには、ある理由があるのです。

それはリチウムイオン二次電池（以降、リチウム電池）に充電するためです。

前にも述べたとおり、リチウム電池の充電にはかなり複雑な制限があります。

リチウム電池一つ（約３．７Ｖ）に充電するだけなら、携帯やデジカメの充電器を利用することができます。



その充電器の中にすでに充電制御回路が入っているからです。




しかし電動アシスト自転車のリチウム電池は直列に、（場合によっては並列も）接続されています。

充放電の時には各電池を監視しながら制御しています。

この辺りのことは私には難しすぎるのです。

したがって、電動アシスト自転車のバッテリー充電には専用の充電器を使うしかありません。




そうなると、電源として、ＡＣ１００Ｖを用意する必要があります。



太陽電池を利用する場合、太陽電池からの電気をバッテリーに一旦蓄え、それをＤＣ／ＡＣインバーターでＡＣ１００Ｖにします。

そのＡＣ１００Ｖに電動アシスト自転車用の充電器をつないでリチウム電池を充電します。

この場合のバッテリーは鉛電池かニッケル水素充電池が良いでしょう。

このやり方は全くの無駄です。

しかしビビチャージのような回生エネルギー式電動アシスト自転車の場合、前輪が発電機となってリチウム電池を充電することができます。




つまり、前輪を回し続ければいいわけです。



ほぼ問題解決です。




旅のシナリオはこうです。

ビビチャージで旅に出ます。

もちろん荷物は最小限にしたいので、専用充電器は持っていきません。

ペダルを漕ぐのがつらいときにはアシストを使います。

追い風や下り坂の時には回生エネルギーを回収してバッテリーを充電します。

しかしいつかはバッテリーが空になるときがきます。

そうなる前に、夜間や休憩時を利用して充電していきます。

どうするかって？

それは自然エネルギーを利用するのです。

前輪スポークに羽をつけて風力発電にしてしまうのです。

これは以前に記事にした『自転車のハブダイナモを使った風力発電』そのものです。

風向きに対して直角になるように前輪をあげて固定します。

そうすれば、夜間寝ているときや休憩中でも勝手に充電してくれます。

すばらしいですね！



これには欠点があります。

お気づきだとは思いますが、風が吹いていないと意味がないということです。

また、見た目も何かとスマートではないように感じます。

せっかくいいアイデアだと思ったのに却下です。

同様に、前輪を使って水力発電で充電するやり方も考えましたが、これも同じ理由で却下です。




一番実用になりそうなのが、太陽電池を使っての充電です。

リチウム電池に直接充電しようというのではありません。

前輪の発電機を通して充電しようというのです。

これだと複雑な制御回路を用意する必要はありません。

休憩の時、太陽電池を前輪のケーブルに接続してやればいいだけです。

そうすれば、充電制御回路は前輪が発電してくれていると勘違いしてリチウム電池に充電してくれるはずです。

まあ、欠点といえば夜間には利用できないことくらいです。

別の重たいバッテリーやＤＣ／ＡＣインバーターを持ち運ぶことを考えたらものすごい進歩です。




待てよ、だったら太陽電池ではなくて、超小型の発電機があれば、夜間でも充電できるのでは？と考えたのです。

エンジン式の大きな発電機じゃなくてもっと小型のものです。

燃料電池なんか最高ですね。



でもまだ手頃なものは市販されていません。

手のひらサイズのものがいいですね。

模型用のものはありますが、充電が必要です。

使い方としては意味がありません。




太陽が出ているときには太陽電池を使い、夜間寝ているときには超小型発電機を使って充電します。

満充電にならなくてもいいのです。

コンセントのないところでも少しずつ充電できるという安心感が重要なのです。




次は小型発電機を探します。

今年度の再生可能エネルギー賦課金が決まったようです。

経済産業省によると

＞＞
買取価格等を踏まえて算定した結果、平成26年度の賦課金単価は、1kWh 当たり0．75円（標準家庭（月の電力使用量が300kWh）で月額225円）と決定しました
＞＞

とのことです。

平成２５年度では月額１２０円だったので倍近くの上がり具合です。



なぜ上がったのか。



それは再生可能エネルギーを設置する人が増えたからです。

特に顕著なのが太陽光発電です。



買い取り価格は１ｋｗｈあたり４０円→３６円→３２円と下がっていますが、まだまだ取り付ける人は大勢います。

電力会社から電気を購入する場合は、１ｋｗｈあたり約２３円くらいです。

売電と買電の差は１０円以上あります。

普通に考えれば電力会社が損をします。

でもご存じの通り、その差額は電気を購入している人たちで薄く広く負担しています。

それが再生可能エネルギー賦課金です。



以下は経済産業省のホームページの内容です。

なっとく！再生可能エネルギー

＞＞
皆様にご負担をお願いする理由

再生可能エネルギーは一度発電設備を設置すると自然の力で繰り返し発電が可能です。

再生可能エネルギーの電気が普及すれば、日本のエネルギー自給率の向上に有効です。エネルギー自給率が向上すると、化石燃料への依存度の低下につながり、燃料価格の乱高下に伴う電気料金の変動を抑えるといった観点から、すべての電気をご利用の皆様にメリットがあるものだと考えています。



また、本制度によって買い取られた再生可能エネルギーの電気は、皆様に電気の一部として供給されているため、電気料金の一部として再エネ賦課金をお支払いいただくこととしております。

（なお、再エネ賦課金単価の算定の際、買取りに要した費用から、電気事業者が電力を買い取ることにより節約できた燃料費等は差し引いております。）



再生可能エネルギーの普及は地球温暖化対策、日本を支える新たな産業の育成などの観点から、日本全体とって大切なことです。 大きな可能性をもった再生可能エネルギーが私たちの暮らしを支えるエネルギーの一つになることを目指して。

本制度へのご理解をお願い申し上げます。

＞＞

電力会社や政府は痛くもかゆくもありません。

太陽光発電などの再生可能エネルギーシステムを取り付けている人たちに、庶民がお金を払っているのです。

つまり、太陽光発電システムは、取り付けたらお得なのではなく、取り付けないと損をするものなのです。



また、太陽光発電システムを取り付ける人たちは資金的に余裕がある人が多いです。

もちろん知恵と行動力で資金不足をカバーする人もいますが、かなりの努力が要求されます。

さらに恐ろしいのが、会社などが節税のために太陽光発電システムを設置するのです。

それがグリーン投資減税というものです。

一般庶民からしたら卒倒しそうな制度です。



簡単に説明します。

会社（青色確定申告をしている事業者など）がその年に大きな利益を出した場合、その分税金も大きくなります。

できれば節税したいのが人情です。

そこにこの太陽光発電を利用したグリーン投資減税の登場です。

太陽光発電システムの設置で数千万円の出費が発生します。

この発生した支出は普通なら１７年間にわたって分割して計算されますが、グリーン投資減税を使うとシステムの支出が一括で計上することができるのです。

そして会社の黒字分と相殺させて課税額を少なくできるのです。

支出を分割か一括かで計上するだけなので庶民には関係ありませんが、利益を多く出している会社にとっては有効な節税対策です。

毎年大きな利益を出す会社なら影響はあまりないと思いますが、波はあるので、節税できるときにはしっかりしておこうということらしいです。

他にも多少の優遇が受けられます。

そして後は融資の返済をしながらそれ以上の利益を享受するという好循環が約束されています。



お金持ちはどんどんお金持ちになっていきますね。

システムを取り付けられない人はどんどん賦課金としてお金を吸い取られていきます。

この賦課金は今後再生可能エネルギーが普及するに従って値上げされます。

ますます格差が広がりますね。



もちろんシステムを取り付けた側にリスクがないわけではありません。

たとえば設置業者やメーカーなどの倒産、極度のインフレ、電力会社の電気買い取り拒否など、様々あります。

この辺りのことにもいずれ触れてみたいと思います。