Elektrische Energie ernten

Überall in der Wohnung findet man elektrische Wechselfelder. Da müsste es doch möglich sein, etwas Energie zu ernten. Nötig ist dazu nur ein langer Draht als Antenne und eine kleine Schaltung. Ein Speicherkondensator wird dann bis auf über 70 V aufgeladen, sodass die angeschlossene Glimmlampe zündet. Sie entlädt den Speicherkondensator teilweise und löscht dann wieder. Je nach Feldstärke an der Antenne wird der Kondensator z.B. einmal pro Sekunde bis zur Zündspannung aufgeladen. So entstehen regelmäßige Lichtblitze.

Die beiden Dioden bilden eine Spannungsverdopplerschaltung. Wichtig ist, dass die untere Seite der Schaltung geerdet ist. Wenn nun z.B. eine 50-Hz-Wechselspannung von 30 V an der der Antenne liegt, kann sich der Ladekondensator bis auf ca. 84 V aufladen. Bereits bei ca. 70 V sollte die Glimmlampe zünden. Für den ersten Test habe ich ein isoliertes Kabel über die Schreibtischlampe gehängt. Ganz egal ob die Lampe eingeschaltet ist oder nicht, es entsteht etwa ein Lichtblitz pro Sekunde. Ist das vielleicht das lange gesuchte Perpetuum Mobile?

Manch ein Genie
schaffte es nie.
(Ing. D. Drahtlos zum Thema Perpetuum Mobile)

Ganz nüchtern betrachtet ist der Antennendraht Teil eines sehr kleinen Kondensators, der andere Teil ist die spannungsführende Ader des Netzkabels. Wenn man abschätzt, dass die Spannung an der Glimmpampe bei jedem Lichtblitz um 20 V einbricht, ist ein Ladestrom von 0,2 µA erforderlich, um einen Lichtblitz pro Sekunde zu erreichen. Daraus kann man errechnen, dass der Koppelkondensator zwischen Lichtnetz und Antenne ca. 3 pF haben muss. Das klingt glaubwürdig. Und wenn man etwas mehr Energie ernten möchte, kann man das Antennenkabel mehrfach um ein Netzkabel wickeln und damit die Kapazität erhöhen. Es blitzt dann schneller. Die Energie ist übrigens nicht geklaut, sondern wird ganz normal über den Zähler abgerechnet. Bei einer mittleren Spannung von 60 V an der Glimmlampe und einem Ladestrom von 0,2 µA beträgt die aufgenommene Leistung ca. 12 µW und kostet etwa 2 ct pro Jahr.

Wem das auf die Dauer zu teuer wird, der kann sich diese Energie auch selbst erzeugen. Dazu hält man das Antennenkabel in der Hand und bewegt seine Schuhe auf dem isolierenden Teppich. Ungefähr bei jedem Schritt entsteht ein Lichtblitz. Durch Ladungstrennung wird also mit jedem Schritt eine Ladung von etwa Q = U * C = 20 V * 10 nF = 200 nC erzeugt. Das passiert nicht erst mit dieser Schaltung sondern immer schon. Man kann leicht abschätzen, was sonst damit passiert. Ein Mensch hat eine Kapazität von ca. 50 pF gegen Erde, also etwa 200-mal weniger als der Ladekondensator in der Ernteschaltung. Damit ist die Spannungsänderung ohne Belastung 200-mal größer. Bei jedem Schritt lädt sich ein Mensch also auf ca. 4000 V auf. Es hängt aber etwas vom Untergrund ab und kann auch mal 10 kV werden. Wenn man dann eine Türklinke berührt merkt man es. Aua!

Energy Harvesting auf der Steckplatine, von Christian Herden

Ich habe die Schaltung auf einer Steckplatine nachgebaut. Die Glimmlampe habe ich von pollin.de, sie hat eine Zündspannung von 60 V. Ich habe noch einen zweiten Kondensator parallel geschaltet, somit blinkt auf meinem Schreibtisch die Glimmlampe etwas stärker mit 1 Hz (vorher ca. 2 Hz und schwaches Blinken). Ein wirklich schönes Projekt!

Nachtrag 2019: Eine gute Stelle für Energie-Harvesting ist direkt neben einer Tür, wenn dort Lichtschalter und Steckdose parallel zum Türrahmen verbaut sind. Ich habe eine ca. 1,80 m lange Leitung als Antenne verwendet und diese oben am Türrahmen angepinnt. Als Masse wurde der Schutzleiterkontakt der Steckdose verwendet. Hat mehrere Jahre funktioniert, bis ich neu tapeziert habe.

Messung der Ladespannung von Karsten Hansky, DL3HRT

Video

Ich habe heute ein Video erstellt welches zeigt, wie sich die Spannung am Kondensator verhält. Das alte Keithley 616 Elektrometer hat eine hohen Eingangswiderstand (ca. 200 TOhm), so dass der Kondensator nicht belastet wird. Man sieht sehr schön wie die Spannung hochläuft, bis bei ca. 71 V die Glimmlampe zündet. Die Spannung fällt dann auf ca. 53 V ab und das Ganze wiederholt sich.

Dann habe ich das Digitalmultimeter UT181 an den gepufferten Ausgang des Elektrometers gehängt und den Spannungsverlauf aufgezeichnet. Damit die Kurve ruhiger wird, habe ich einen zweiten 10nF-C parallel geschaltet. Damit läuft die Spannung verhältnismäßig langsam hoch und man kann die Kurvenform schön erkennen.

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