Een fietsgenerator

Waarom dit telt

Als de zon weken wegblijft, is een fiets op een standaard de enige stroombron die altijd werkt: hij vraagt geen brandstof, geen wind en geen daglicht, alleen een mens die eet. Het is ook de eerlijkste les over energie die er is. Een uur hard trappen levert net genoeg om een telefoon en een paar ledlampen te laden, en lang niet genoeg om te koken of te verwarmen. Wie dat één keer gevoeld heeft, verspilt nooit meer een wattuur.

Eerst doen

1. Reken eerst, bouw daarna: tel op wat je per dag aan lampen, radio en telefoons nodig hebt in wattuur (08.03 Batterijen begrijpen). Een uur trappen geeft ongeveer 30 tot 50 wattuur in de accu wordt getoetst.
2. Test een gevonden motor als generator met een boormachine en een multimeter (VK.J03 Een motor testen als generator) voordat je iets bouwt.
3. Zet de fiets vast op een standaard die niet kan omvallen, en laat iemand anders trappen terwijl jij meet.
4. Laad altijd via een accu met een diode en een zekering ertussen, nooit een telefoon rechtstreeks op de generator.
5. Zet de accu buiten of in een geventileerde ruimte, weg van vuur en vonken, en laad nooit een bevroren, gezwollen of lekkende accu.
6. Meet de accuspanning tijdens het laden en stop bij 14,4 volt als je geen laadregelaar hebt.

Wat je nodig hebt

• Een fiets met goede banden en een versnelling, en een standaard: een fietstrainer die de achteras klemt, of een zelfgebouwde bok van balken waarin de achteras vastzit (DK.09 De fiets). Losse rollen waarop je in balans moet blijven, zijn ongeschikt. De aftakas van BR.01 Fietsaandrijving met aftakas is de stevigste oplossing.
• Een generator. In volgorde van voorkeur: een gelijkstroommotor met permanente magneten uit een loopband (DK.18 Winkels en kantoren) of een elektrische step (DK.10 Elektrische fiets en scooter), een naafmotor van een elektrische fiets, of in nood een fietsdynamo. Een autodynamo is een slechte keuze; waarom staat in de Werkwijze en in 08.12 Motoren en dynamo's herbruiken.
• Een aandrijving: een rol tegen de band, of een riem of ketting vanaf het wiel of de aftakas (BR.01).
• Een diode van minstens twee keer de laadstroom, een zekering van 10 tot 15 ampère bij de pluspool (VK.J09 Een zekering plaatsen in een 12 volt circuit), kabel van 2,5 mm² (VK.J06 Kabels verbinden zonder soldeer).
• Een 12 volt loodaccu, getest volgens VK.J04 Een loodaccu testen en laden. Een caravan- of bootaccu (DK.02 Caravan en camper) verdraagt diep ontladen beter dan een startaccu uit een auto (DK.01 De auto) wordt getoetst.
• Een laadregelaar voor zonnepanelen (12 volt, PWM, 10 tot 20 ampère), of anders een multimeter (VK.J02 Een multimeter gebruiken) en iemand die kijkt.
• Een 12 volt USB-adapter uit een auto voor telefoons, en 12 volt ledlampen (08.08 Verlichting).
• Veiligheidsbril, geen ringen of horloge aan je handen, een emmer water voor zuur op de huid.

Werkwijze

Hoeveel een mens levert

Wikipedia noemt, met het handboek van Marks voor werktuigbouwkundigen als bron, ongeveer 75 watt die een gezonde, goed gevoede arbeider acht uur kan volhouden. Voor een uur stevig werk geeft hetzelfde artikel zonder bron 50 tot 150 watt voor een fitte volwassene wordt getoetst. Het cijfer van 75 watt gedurende een uur wordt toegeschreven aan fietsproeven in Oxford, aangehaald in McCullagh, Pedal Power (1977) wordt getoetst. Reken voor jouw groep met 50 tot 100 watt, een uur lang, en met 60 watt voor wie de hele dag door moet (10.10 De fiets als motor). Een getrainde fietser haalt meer, een kind, een oudere of iemand met honger veel minder. Dat is mechanisch vermogen aan de trapper. Daar gaat nog veel af. Low-tech Magazine zet de verliezen op een rij: een rol tegen de band verliest 10 tot 20 procent, een motor als generator 10 tot 20 procent, en een loodaccu slaat maar 65 tot 90 procent op van wat erin gaat. In hun somberste rekenvoorbeeld, met omvormer en spanningsregelaar erbij, blijft van 100 watt trappen 32,5 watt bruikbare stroom over. BR.02 Fietsgenerator voor 12 volt rekent voor een gevonden motor voorzichtiger, met 20 tot 40 procent verlies wordt getoetst. Hun conclusie: wie een apparaat via stroom aandrijft, trapt twee tot drie keer zo hard of zo lang als wie het rechtstreeks mechanisch aandrijft. Een molen, een pomp of een wasmachine koppel je dus met een riem aan de fiets (BR.01, BR.08 Handwasmachine en fietswasmachine, 04.16 Graan dorsen, wannen en malen), en alleen wat echt stroom moet zijn, gaat via de generator.

Een moderne telefoon heeft een accu van ongeveer 4.000 tot 5.000 milliampère-uur bij 3,7 tot 3,85 volt, dus 15 tot 19 wattuur wordt getoetst. Lees het af van je eigen toestel. Op een zonnige zomerdag levert een zonnepaneel van 100 watt ruwweg tien keer zoveel als een uur trappen wordt getoetst; de fiets is dan voor noodgevallen en lange regenweken. November tot februari zijn de maanden waarin de fiets echt meetelt wordt getoetst.

De fiets op de standaard

1. Zet de fiets op een fietstrainer, of klem de achteras in twee balken met een uitsparing voor de as. Het voorwiel staat in een blok hout of is vervangen door een steun.
2. Duw hard tegen zadel en stuur: beweegt er iets, dan bouw je verder tot niets meer wiebelt. Een omvallende fiets met een draaiend wiel is een letselmachine.
3. Zet de standaard op een vlakke, stroeve vloer en zet hem met pennen of schroeven vast aan de vloer of een plank.
4. Zet het zadel op de hoogte waarbij je knie onderin bijna gestrekt is, anders doen je knieën na een kwartier pijn (10.10).
5. Laat kinderen niet trappen zonder begeleiding, en houd lange kleding, haar en vingers weg van wiel, rol en riem.

Rol of riem

Een rol tegen de band is het eenvoudigst: een stalen of aluminium rol van 20 tot 40 mm wordt getoetst op de as van de generator, met een veer of een scharnier die hem tegen de band drukt. Het toerental van de generator is dat van het wiel keer de doorsnede van het wiel gedeeld door die van de rol. Een wiel van 700 mm en een rol van 25 mm geven een factor 28: bij 60 trappen per minuut en een overbrenging van 3 op het wiel draait het wiel 180 keer en de rol 5.000 keer per minuut wordt getoetst. Dat is goed voor een kleine motor en te snel voor een loopbandmotor; kies dan een grotere rol of een lagere versnelling. Een rol slipt bij nat weer en vreet banden wordt getoetst, en verliest 10 tot 20 procent. Een riem of ketting verliest maar een paar procent (Low-tech Magazine noemt tot 98 procent rendement voor ketting en riem) en slipt niet. De rekenregel voor tandwielen en poelies staat in 10.10, de bouw in BR.01 en BR.02 Fietsgenerator voor 12 volt. Een gewone fietsdynamo aan de voorvork werkt ook, maar geeft maar 3 watt (zie hieronder).

Welke generator

De keuze is uitgebreid behandeld in 10.07 Motoren herkennen en hergebruiken. Voor de fiets telt vooral dit:

• Gelijkstroommotor met permanente magneten (loopband, step, accuboormachine, ruitenwisser): geeft direct gelijkspanning, één diode is genoeg. Je zoekt een motor die bij het toerental van jouw aandrijving 15 tot 25 volt onbelast geeft (VK.J03). Een loopbandmotor van 90 tot 180 volt heeft daarvoor maar een paar honderd toeren nodig; een stepmotor van 24 volt wil er 2.000 tot 2.500 wordt getoetst.
• Naafmotor van een elektrische fiets (DK.10): veel polen, dus al bij lage toeren spanning. Hij geeft driefasen-wisselspanning en heeft een gelijkrichter van zes diodes nodig (08.12). Een complete elektrische fiets op een standaard met de naaf als generator is een bekende bouw, maar de regelaar van de fiets zit dan in de weg wordt getoetst.
• Fietsdynamo (naafdynamo of flesdynamo): op het typeplaatje 6 volt en 3 watt, een getal uit de oude Duitse verkeersregels wordt getoetst. Meetwaarden van een leverancier gaven voor een flesdynamo ongeveer 2 watt bij 15 km/u en 3 tot 4 watt bij 30 km/u; zijn tabel klopt niet helemaal met volt keer ampère. Hij geeft wisselspanning, dus voor een led of een telefoon moet er een brugje van vier diodes en een regelaar tussen, anders brandt de led door op de pieken bij onbelast draaien. Genoeg voor een lampje of een kleine radio, te weinig om een accu zinvol te laden.
• Autodynamo (DK.01): maakt zijn eigen magneetveld met stroom: 2 tot 3 ampère bij een dynamo van 70 ampère volgens Wikipedia, tot 5 ampère volgens kfz-tech. Bij 12 volt is dat 25 tot 60 watt, dus hij eet een groot deel op van wat jij levert. Hij geeft pas boven ongeveer 1.500 toeren flink stroom wordt getoetst (10.08 De auto als onderdelendepot). Voor een fiets is hij een slechte keuze; voor een waterrad of een windmolen met een grote overbrenging soms wel (08.12).

Van generator naar accu

De schakeling is kort: generator, diode, laadregelaar, zekering, accu. De bouwstappen staan in BR.02; hier de redenen.

1. De diode zit in de plusdraad, met de streep (kathode) naar de accu. Zonder diode drijft de accu de motor aan zodra je stopt met trappen: het wiel gaat vanzelf draaien en de accu loopt leeg. Een Schottky-diode verliest minder spanning dan een gewone siliciumdiode, ongeveer 0,3 tegen 0,7 volt wordt getoetst; kies hem voor minstens twee keer de laadstroom en schroef hem op een koelplaat.
2. De laadregelaar voor zonnepanelen bewaakt de spanning en stopt met laden als de accu vol is. Sluit eerst de accu aan, dan pas de generator; veel regelaars herkennen de accu bij het opstarten (BR.02).
3. Geen regelaar? Dan meet je zelf. Een loodaccu van 12 volt laad je tot 2,30 à 2,45 volt per cel, dus 13,8 tot 14,7 volt; 14,4 volt is een gangbare grens, en de druppellading daarna ligt rond 13,5 tot 13,8 volt (Battery University). Boven die grens gaat de energie in warmte en gas: de accu borrelt en maakt waterstof. Stop dan.
4. De zekering van 10 tot 15 ampère zit binnen 20 cm van de pluspool (VK.J09). Zonder zekering is een kortsluiting een brand.
5. Verbruikers hangen aan de accu, niet aan de generator. De accu vlakt de spanning af; de generator zelf geeft pieken die een telefoon of led vernielen. Gebruik een 12 volt USB-adapter uit een auto voor telefoons en 12 volt ledlampen voor licht (BR.04 12 volt verlichtingsnet voor een huis). De laadstroom volgt uit de rekensom: 30 tot 50 watt bij 13 tot 14 volt is 2 tot 4 ampère. 4 tot 6 ampère is 50 tot 85 watt aan de accu en vraagt een sterke trapper of een korte sprint wordt getoetst. Battery University noemt 0,3 keer de capaciteit als normale laadstroom; voor een accu van 60 ampère-uur is dat 18 ampère, dus jouw 3 ampère is zacht en veilig. Een accu is vol als de stroom bij 14,4 volt daalt tot 3 à 5 procent van de capaciteit, bij 60 ampère-uur dus tot 2 à 3 ampère. Een halflege accu van 60 ampère-uur mist 30 ampère-uur: met 3,5 ampère ben je daar ongeveer 9 uur mee bezig (10.10).

De accu beheren

• Laad in de schaduw of in een koele schuur, niet bij een vuur. Boven 29 graden omgevingstemperatuur hoort de laadspanning iets lager (Battery University noemt −3 millivolt per graad per cel, ongeveer 0,2 volt per 12 volt bij 10 graden warmer). Bij 35 graden in een hittegolf stop je dus iets eerder, rond 14,3 volt (6 graden boven de grens, zes cellen, gerekend vanaf 14,4 volt) wordt getoetst.
• Laad nooit een bevroren accu. In een Nederlandse vorstnacht haal je de accu naar binnen in een geventileerde, onverwarmde ruimte zonder open vuur.
• Houd een loodaccu altijd boven de helft vol en laat hem nooit weken leeg staan; dat vreet hem op (VK.J04, 10.06 Accu's redden en onderhouden).
• Schrijf per laadbeurt op: begin- en eindspanning, minuten getrapt, wie trapte. Zo zie je wat de accu nog opneemt en of hij achteruitgaat.

Zo weet je dat het werkt

• De voltmeter op de accu stijgt tijdens het trappen tot 13 à 14 volt en de stroommeter wijst 2 tot 4 ampère.
• Stop je met trappen, dan blijft het wiel stil en zakt de accuspanning langzaam terug naar 12,6 tot 12,8 volt bij een volle accu wordt getoetst.
• De diode en de generator worden handwarm, niet heet; de kabels blijven koel.
• Een telefoon op de USB-adapter laadt op het gewone tempo.
• Na een uur trappen kun je een avond lang een lamp van 4 watt laten branden, en de volgende dag weer.

Zo weet je dat het misgaat

• De spanning op de accu stijgt niet, terwijl de generator wel spanning geeft: diode verkeerd om, of het toerental is te laag. Meet voor en na de diode; draai de diode om of vergroot de overbrenging.
• Het wiel draait door als je stopt: de diode ontbreekt of is kapot. Koppel de accu direct los en zet een nieuwe diode in.
• De generator of de diode wordt te heet om aan te raken: te veel stroom. Trap zachter, kies een grotere diode met koelplaat, of een zwaardere motor.
• De accu borrelt, ruikt naar rotte eieren of wordt warm: overladen. Stop, koppel los en laat hem buiten afkoelen. Zwelt de kast, dan is de accu afgeschreven.
• De rol slipt en piept: band nat of vet. Droog de band, maak de rol ruw, zet meer veerdruk.
• Knieën of rug doen pijn na een kwartier: zadel te laag of overbrenging te zwaar.
• Iemand voelt zich duizelig of misselijk na het trappen: te warm, te weinig gedronken of te weinig gegeten. Een uur trappen kost ongeveer 300 kilocalorie extra wordt getoetst (10.10). Wie honger lijdt, trapt niet.

Als je iets mist

Achtergrond

Een motor met permanente magneten en een generator zijn hetzelfde apparaat: een spoel die door een magneetveld beweegt, maakt spanning. De spanning stijgt recht evenredig met het toerental; de stroom bepaalt hoe zwaar het trappen wordt. Daarom voel je het meteen in je benen als je een tweede lamp aanzet. Energie is nooit gratis: alles wat uit de accu komt, is er door iemand in getrapt, min de verliezen in rol, motor, diode en accu. Een loodaccu neemt lading op zolang de spanning onder de gasgrens blijft. Daarboven splitst de stroom water in waterstof en zuurstof; de accu verliest water, de platen slijten en de ruimte vult zich met explosief gas. Een regelaar of een oplettende meter voorkomt dat. Een loodaccu verdraagt een ruwe lader beter dan lithium, dat zonder beveiliging in brand kan vliegen wordt getoetst (08.03). Bewijs: 50 tot 100 watt gedurende een uur voor een gezonde volwassene C (een encyclopedie met een handboek als bron; de oorspronkelijke proeven zijn niet ingezien). Verliezen in de keten van 40 tot 70 procent B (optelsom van bekende rendementen, geen meting aan één opstelling). Laadspanningen voor lood 13,8 tot 14,7 volt B (één vakbron; fabrikantbladen niet ingezien). Waterstofgevaar en ventilatie A (gaseigenschappen en arbeidsvoorschriften). De diode tegen terugstroom A (basisschakeling). Opbrengst van 30 tot 50 wattuur per uur C (rekensom, nog niet gemeten op onze opstelling).

Volgende niveau

Op niveau II bouw je BR.02 op de aftakas van BR.01 en meet je een week lang wat elke trapper levert; het logboek is belangrijker dan de bouw. Zet er een paneelmeter voor volt en ampère bij (DK.02), zodat iedereen ziet wat een lamp kost. Op niveau III koppel je de fietsgenerator aan de accubank van de buurt (10.04 De 12 volt standaard, 10.06), bouw je een gelijkrichter voor een naafmotor (08.12) en leer je de spanning regelen met een eigen schakeling. Houd altijd de regel aan: wat mechanisch kan, doe je mechanisch, en stroom bewaar je voor licht, radio en communicatie. Lees voor de elektrische basis 08.02 Elektrische veiligheid.

Controlelijst

• Ik weet dat een uur trappen ongeveer 30 tot 50 wattuur oplevert, genoeg voor een telefoon en een avond licht, en voor niets groters.
• Ik test een motor eerst als generator met boormachine en multimeter.
• Ik zet de fiets zo vast dat hij nooit omvalt, en scherm rol, riem en spaken af.
• Ik laad altijd via diode, zekering en accu, nooit een apparaat rechtstreeks op de generator.
• Ik laad buiten of in een geventileerde ruimte, zonder vuur, zonder ringen, met een bril op.
• Ik stop bij 14,4 volt als ik geen regelaar heb, en lager als het heet is.
• Ik laad nooit een bevroren, gezwollen of lekkende accu.
• Ik schrijf elke laadbeurt op: spanning, tijd, wie trapte.

Verantwoording

• Human power (Wikipedia): ongeveer 75 watt die een gezonde arbeider acht uur volhoudt, met Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers (11e druk, 2007) als bron; 50 tot 150 watt een uur lang voor een fitte volwassene, zonder bron in het artikel. Het handboek zelf is niet ingezien.
• Low-tech Magazine: Bike powered electricity generators are not sustainable (2011): verliezen van accu 10 tot 35 procent, generator 10 tot 20 procent, rolaandrijving 10 tot 20 procent, tot 98 procent rendement voor ketting en riem; rekenvoorbeeld 100 watt in, 32,5 watt uit; twee tot drie keer zo hard trappen voor stroom als voor mechanisch werk.
• Hackaday: Practical guide to pedal powered electrical generators (2025): fietsdynamo ongeveer 3 watt bij 6 volt wisselspanning, genoeg voor een of twee leds na gelijkrichten.
• Seeed Studio: Bicycle Dynamo With Bracket 6V 3W: meetwaarden per snelheid (de wattages kloppen niet overal met volt keer ampère), wisselspanning, bruggelijkrichter en regelaar nodig, onbelast kan de gelijkgerichte spanning een led doorbranden.
• Battery University: BU-403 Charging Lead Acid: laadgrens 2,30 tot 2,45 volt per cel, druppellading, laadstroom 0,3 C, vol bij 3 tot 5 procent van de capaciteit, −3 millivolt per graad per cel, lager laden boven 29 graden, nooit een bevroren accu, waterstof is explosief dus ventileren.
• Hydrogen safety (Wikipedia): waterstof brandbaar tussen 4 en 75 procent in lucht, zeer lage ontstekingsenergie, verzamelt zich onder plafonds en nokken.
• OSHA 29 CFR 1926.441 Batteries and battery charging: ventilatie tegen ophoping van een explosief mengsel; gelaatsscherm, schort en rubberen handschoenen; spoelvoorziening.
• Brandweer: opladers, batterijen en accu's: laden met toezicht, op een stabiele onbrandbare ondergrond, beschadigde accu's buiten zetten en niet zelf repareren.
• kfz-tech.de: Generator: bekrachtigingsstroom tot 5 ampère.
• Alternator (automotive) (Wikipedia): een dynamo van 70 ampère heeft 2 tot 3 ampère veldstroom nodig.
• Resources Safety and Health Queensland: Exploding lead acid batteries (niet ingezien, alleen zoekresultaat): vonken bij het aansluiten aan de polen.
• Counterpoint Research: China's average smartphone battery capacity (2025) (niet ingezien, alleen zoekresultaat): capaciteit van telefoonaccu's. Niet onderbouwd en daarom gemarkeerd: de opbrengst van 30 tot 50 wattuur per uur (rekensom uit BR.02, nooit gemeten), de Oxford-proeven en McCullagh (niet ingezien), 50 tot 150 watt een uur lang, de capaciteit van telefoonaccu's, de Duitse herkomst van 6 volt en 3 watt, toerentallen van loopband- en stepmotoren, de maat en het slippen van de rol, de spanningsval van diodes, het verschil tussen start- en semitractieaccu's, de laadgrens bij hitte, de rustspanning van een volle accu, de aansluitvolgorde tegen vonken, de 4 tot 6 ampère uit BR.02, en de vergelijking met een zonnepaneel. Getoetst door: nog niet.