Spørg Scientariet: Kan man høste strøm fra feltet omkring strømførende ledninger?
Vores læser Michael Henningsen spørger:
Man kan, som det er de fleste bekendt, få strøm ved hjælp af induktion, så nu er mit spørgsmål:
Vil det være muligt at 'høste' strøm i større stil fra lysnetledningsnettet ved at udnytte det felt, der jo automatisk skabes omkring strømførende ledninger? Og vil denne 'høst' i så fald skabe et større forbrug/tab i lysnettet?
Jeg er helt på det rene med, at det jo nok kun er muligt ved jævnstrøm, men alligevel?
Johan Pedersen, Lead Specialist i Delta, svarer:
Omkring en strømførende AC-lysleder findes både et elektrisk felt og et magnetisk felt. Begge disse kan der høstes energi fra, men de har deres fysiske begrænsninger.
Når man skal høste energi fra det elektriske felt, kan det foregå via en form for antenne, der skaber en kapacitiv kobling uden på kablet mellem lederne, når blot der er spænding på. En kapacitiv kobling vil sige, at man kobler spændingspotentialet via en kapacitor.
Man kan høste energi i størrelsesordenen nanowatt til mikrowatt, begrænset af tykkelsen på kablets isolering og størrelsen af høsteren.
Når der løber strøm i kablet til en belastning, kan man induktivt høste energi via en spole. Her kan man komme op på milliwatt, men det er vel at mærke ved belastninger på over 1 kW.
Disse energiniveauer er relevante, når man taler om trådløse sensorer til monitorering af forbrug, hvilket den danske virksomhed ReMoni arbejder med – men man kan ikke få en lampe til at lyse uden at tilslutte den på gammeldags vis.
Intet er gratis, heller ikke felter om ledninger, og når man begynder at høste energi herfra, vil det resultere i et forbrug på lysnettet.
Dog kan man argumentere for at det er så småt, at det ikke er noget, man vil mærke.
Spørg fagfolket
Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.
Her er flere eksempler på energihøstere:
ke3ij.com: A "Free-Power", Batteryless, One-Transistor AM Radio that works off of AC hum and 'spherics. 6/1/2007 by Rick Andersen, KE3IJ:
Citat: "...
It is essential that the antenna be nice and long and that an EARTH ground be used (or a cold water pipe). We're trying deliberately to pick up as much AC hum as possible, since it is the power source!
..."
-
Electrostatic Motors Are Powered By Electric Field of the Earth. By C.L. Stong, October 1974:
Citat: "...
I made the motor as light and frictionless as possible with the objective of operating it with energy from the earth's field. The field was tapped with an antenna consisting of 300 feet of No. 28 gauge stranded wire insulated with plastic. It is the kind of wire normally employed for interconnecting electronic components and is available from dealers in radio supplies.
..."
-
Energihøster IC til at omforme fra lav spænding til højere:
Feb 1, 2010, powerelectronics.com: Ultralow Voltage Input Power Converters Support Energy Harvesting:
Citat: "...
Linear Technology's LTC3108, a highly integrated dc-dc converter, is intended for energy harvesting. It can harvest surplus energy from extremely low-input-voltage sources such as thermoelectric generators (TEGs), thermopiles, and small solar cells.
...
This allows it to boost input voltages as low as 20 mV, to levels that high enough to provide multiple regulated output voltages for powering other circuits.
..."
-
Lysdiode energihøster fra krystalgitter vibrationer (varme):
February 27, 2012, physics.aps.org: Synopsis: Optical Device is More Than 100% Efficient:
Citat: "...
Experiments demonstrate a semiconductor device that emits more power as light than it takes in electrically.
Physicists have known for decades that, in principle, a semiconductor device can emit more light power than it consumes electrically.
...
The researchers chose a light-emitting diode with a small band gap, and applied such small voltages that it acted like a normal resistor. With each halving of the voltage, they reduced the electrical power by a factor of 4, even though the number of electrons, and thus the light power emitted, dropped by only a factor of 2. Decreasing the input power to 30 picowatts, the team detected nearly 70 picowatts of emitted light. The extra energy comes from lattice vibrations, so the device should be cooled slightly, as occurs in thermoelectric coolers.
These initial results provide too little light for most applications. However, heating the light emitters increases their output power and efficiency, meaning they are like thermodynamic heat engines, except they come with the fast electrical control of modern semiconductor devices. – Don Monroe
..."
Parthiban Santhanam, Dodd Joseph Gray, Jr., and Rajeev J. Ram. Phys. Rev. Lett. 108, 097403 – Published 27 February 2012. Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity Efficiency.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1...
Diskuteret her.
-
Massachusetts Institute of Technology. "A new way to harness waste heat: Electrochemical approach has potential to efficiently turn low-grade heat to electricity." ScienceDaily:
Citat: "...
Since the voltage of rechargeable batteries depends on temperature, the new system combines the charging-discharging cycles of these batteries with heating and cooling, so that the discharge voltage is higher than charge voltage. The system can efficiently harness even relatively small temperature differences, such as a 50 degrees Celsius difference.
...
In a demonstration with waste heat of 60 degrees Celsius the new system has an estimated efficiency of 5.7 percent.
..."
I kilderne på denne side er der flere beskrivelser af elektrostatiske motorer drevet af atmosfærisk elektricitet.
Nej, man kan netop ikke høste energi fra jævnstrøm, med mindre man bevæger energihøsteren i forhold til ledningen.
Når man snakker energi, må man skelne mellem potentiel energi og kinetisk energi.
Energien i et elektrisk felt forårsaget af lederens spænding er potentiel energi, som kan opfattes som en kraft mellem ledningen og energihøsteren. Da energi er kraft gange vej, er det indlysende, at man ikke kan høste energi fra en konstant kraft, med mindre man ændrer vejen dvs. bevæger energihøsteren i forhold til ledningen.
Energien i et magnetisk felt forårsaget af en strøm eller en permanent magnet er kinetisk energi, som kun kan udøve en kraft, hvis den ændres(!), så man kan heller ikke høste energi fra et stationært magnetfelt. Hvis man kunne det, ville en permanent magnet hurtigt miste sin magnetisme.
Man kan i princippet godt høste energi fra en ledning, der fører vekselstrøm; men normalt består en ledning af to eller flere ledere, der har den egenskab, at den strøm, der går den ene vej i én eller flere ledere, præcist modsvares af en tilsvarende strøm den anden vej i de resterende ledere - ellers kobler HFI relæet ud, så det resulterende magnetiske fjernfelt er 0 bortset fra små ubalancer og derfor uhyre svært og ineffektivt at høste energi fra. Det elektrostatiske fjernfelt afhænger af spændingsbalancen, som er rimelig god ved en 3-faset belastning, men ikke ved en enkeltfaset, så her kan man nok høste lidt energi via en kapacitiv kobling - specielt hvis man drejer kablet, så høsteren kommer ud for faselederen.
Energien, der høstes, er i intet tilfælde gratis. Pga. loven om energibevarelse kan den kun komme fra ledningen, så forbruget stiger en lille smule. Desuden kan der naturligvis kun høstes energi, når der er spænding på ledningen og evt. går en strøm, så det er næppe noget, der kan bruges til noget fornuftigt i praksis.
Iøvrigt ved jeg ikke, hvad Johan Pedersen mener med en AC-lysleder:
Kan den, der lige har giver mit ovenstående indlæg en tommel ned, ikke være så venlig at fortælle mig og andre, hvad der er galt!
Hvornår fjerner ing.dk dog de anonyme tommelfingre, så vi kan slippe for de pattebørn, der ikke magter at argumentere sagligt, men kun bruger tommelfingrene til at ytre mishag med en person, som de ikke kan lide?
Tak for et velskrevet indlæg.
Har ikke regnet på det, men mindes historier fra mine yngre dage hvor foretagsomme personer havde høstet energi fra feltet under højspændingskabler.
Muligt?
Hej Carsten
Ved 230-400V (og lavere) har du ret.
Men ved højere spændingspotentialer og spændingsgradienter bliver der typisk lavet koronaudladninger ved spidse forbundne ledere - og så kan man også høste jævnstrømsenergi.
Koronaudladning skaber bare et elektrisk ledende område; men for at der kan gå en strøm og dermed overføres energi (energi = spænding x strøm x tid), skal den modsatte leder på én eller anden måde være galvanisk forbundet til systemet f.eks. ved at have en fælles jording et eller andet sted, og så svarer det bare til, at man tapper energi gennem en meget stor modstand mellem to eller flere ledere.
Uanset om der er tale om koronaudladninger eller ej, kan man ikke bryde de grundlæggende naturlove vedrørende potentiel og kinetisk energi, som jeg gør rede for i mit indlæg.
Ja, ialtfald under højspændingsledninger, som er fysisk adskildt fra hinanden, for så kan man skabe en ubalance som følge af en forskellige afstand fra lederne til energihøsteren, og det genererer et fjernfelt forskellig fra 0, så man kan høste en smule energi, men stadig kun ved vekselstrøm.
Om man kan høste energi fra et kabel afhænger i høj grad af balancen i systemet. I mit nye feltbussystem Max-i ( www.max-i.org ) benyttes en såkaldt balanceret 4-tråds forbindelse overalt, hvor der er risiko for kobling til stel eller andre kabler som f.eks. til industribrug, hvor kablerne føres i kabelbakker. Et balanceret 4-tråds kabel består af et normalt 4-leder kabel med symmetrisk jording, hvor lederne modsat hinanden enten er forbundet direkte sammen eller via en meget lav DC- og AC-impedans. Uanset hvordan man vender et sådant kabel, er den kapacitive og induktive kobling fra hvert par til omgivelserne konstant, og der sker derfor stort set ingen kobling, og man vil ikke kunne høste nævneværdig energi. Hvis man benytter "grønne" halogenfri kabler med PE/PEX isolation, vil impedansen iøvrigt være tæt på 50 ohm, og da der er to ledere i parallel og dermed et stort overfladeareal (lille skineffekt), kan man på den måde skabe et billigt og tabsfattigt alternativ til dyre coax kabler, hvis systemet vel at mærke holdes balanceret dvs. symmetrisk jordet.
Nettet vrimler med landsbytosser som påstår at have fundet ud af de vises sten
og pæluderer for fri energi.
Måske er det mere effektivt at kyle et par gode kobberledninger op omkring
nogle 100 KV'ere på en mast ude i landskabet.
Aktiver lattermusklen og mærk hvordan du fyldes med energi - helt fri energi.
...ellers kunne man ikke lave spændingstransformatorer. Det, der spørges til er jo kun en jernkerneløs transformator, og selvfølgelig kan forbruget måles og vil blive afregnet. Det er en værre omgang sludder og bortforklaringer, der er her - endog i svaret. Det er GANSKE ALIMINDELIG vekselstrøm og omsættelsen af samme, det drejer sig om....
Hvor?
Og hvor er så den kerne, som skal overføre energien? Problemet er, at i en perfekt balanceret ledning er det ækvivalente areal af primærvindingen 0, og så får du altså ikke meget energi overført i den transformator.
Hej Carsten
Der laves et elektrisk kredsløb mellem ionosfæren i stratosfæren (om dagen, højere om natten) og jorden/vandoverfladen nogle gange, når lyn slår ned. (Se også lyn i den øvre atmosfære. Fx opstår der ved nogle røde feer en rød halo.)
Hvis man anvender ledere med spidser løftet op i en vis højde, kan der tappes lidt energi ud af denne gigantiske kondensator, hvis to ladningsflader groft set er (afgrænset af) ionosfæren i stratosfæren (om dagen, højere om natten) og jorden/vandoverfladen. Sanktelmsild er et eksempel på koronaudladning. Koronaudladninger sker også på højspændingsluftledninger og kan ved forkert design give store energitab, så der kan løbe så stor en strøm at energitabet er betydeligt:
Wikipedia: Atmosfærisk elektricitet:
Citat: "...
Feltstyrken, spændingsfaldet per meter højdeforskel, er meget variabel. Ved jordoverfladen er den i gennemsnit omkring 130 V/m. Den er større over land end over hav, større om vinteren end om sommeren, større i tør luft end i fugtig. I tordenvejr kan den blive meget stor, flere tusinde V/m, og kan da være rettet opad i stedet for nedad. Feltstyrken aftager med højden og er ca. 25 V/m i 3 km højde, og ca. 4 V/m i 10 km højde. I denne højde, det vil sige i ionosfæren, er luftens ledningsevne meget større end ved jordoverfladen.
Ledningsevnen tiltager med højden på grund af ioniserende stråling, som kommer ind fra verdensrummet og særlig bliver absorberet i høje luftlag. I de højeste luftlag findes også kortbølget ultraviolet stråling fra Solen. For at forklare det elektriske felt ved jordoverfladen er det ikke tilstrækkelig at vise, at ledningsevnen er lille. Feltet kan bare opstå fordi selve Jorden, som er en relativ god elektrisk leder, har et overskud på negativ ladning. Feltstyrken svarer til, at Jorden har en negativ ladning på 5,8 · 10^5 coulomb eller 3,7 · 10^24 elementarladninger.
..."
Rigtigt; men det elektriske felt giver i sig selv kun en kraft, og da energi = kraft x vej, som beskrevet i mit første indlæg, kan du stadig ikke tappe energi af et elektrisk felt med mindre du flytter energihøsteren en vis vejlængde, hvilket i atmosfæren er lig med en ændring i højden.
Youtube: How Powering with Atmospheric Electricity Works. How atmospheric electricity works to generate electricity to power things, like a corona motor, an electrostatic motor.
Ja, men den energi, der høstes, skyldes ikke en DC potentialforskel, men en konstant strøm af positivt ladede ioner mod jorden, der kan skabe en elektronstrøm den modsatte vej! Da en ledning med en DC strøm ikke udsender en sådan støm af ioner, kan man ikke høste energi fra den!
Hvis vi taler om et stationært elektrisk felt uden ion- eller elektrontransport, er den energi, der er gemt i en kondensator givet ved ½ Q^2 C, hvor Q er ladningen, og C er kapaciteten.
1) Vi antager nu, at vi har en kondensator med 4 m mellem pladerne og lægger en ladning ind på den.
2) Vi anbringer nu to ekstra plader, som er forbundet med en modstand (og en ledning) midt imellem de to plader. I starten er afstanden mellem de nye plader 0, så de ikke ændrer kapaciteten af kondensatoren, og den oplagrede energi er derfor uændret.
3) Vi trækker nu de midterste plader fra hinanden til en indbyrdes afstand af 2 m, så vejlængden af bevægelsen er 2 m, og afstanden fra hver plade til kondensatorpladerne er 1 m. Da de to midterplader er forbundet med en modstand, vil spændingsforskellen mellem dem altid gå mod 0, og vi ender derfor med 2 seriekoblede kondensatorer med hver 4 gange så høj kapacitet som den oprindelige kondensator og derfor totalt set den dobbelte kapacitet. Da energien på kondensatoren er omvendt proportional med kapaciteten, falder den altså til det halve. Ifølge energibevarelsessætningen er halvdelen af den oprindelige energi nu blevet høstet og brændt af som varme i modstanden.
4) Vi holder nu afstanden mellem pladerne konstant. Da vejlængden er 0, vil kraft gange vej naturligvis også være 0, så der høstes ikke mere energi, så længe vi ikke på én eller anden måde gør isolationslaget ledende.
UPS. Formlen er naturligvis ½ Q^2 / C.
Jeg vil gætte på at Johan Pedersen er blevet fejlciteret og han mener "AC lysnetleder". Lysnet - en betegnelse der er så gammel og støvet at det er sjovt at holde liv i. Jeg vil gerne benytte lejligheden til at også et holde liv i betegnelsen "batterieliminator" som fremkom kort efter udbredelsen af lysnettet. Det kan moderniseres lidt - usbbatterieliminatorer er nu om stunder et populært supplement i husholdningen.
Ja, og de foretagsomme personer kaldes i daglig tale strømtyve.
Der er dog et sted, hvor det er tilladte at høste strøm (i små mængder): Krystalmodtagere
Men det er ikke gratis. Signalet bliver ringere, for dem der står længere væk.
Hej Carsten
Det skyldes netop en DC potentialforskel. At strømmen blot er ufattelig lav, er en anden ting.
DC potentialforskellen og gradienten laver og driver ionerne (og sikkert også lidt elektroner).
Flytning af ladning, uanset om ladningen overføres af elektroner eller ioner, er en strøm.
En elektrisk leder med grater eller nålespidser, vil danne ioner, når spændingsgradienten er stor nok.
Andre lederudformninger kan også danne ioner, bare spændingsgradienten er stor nok.
Er der egentlig mere suppe at koge på det ben?