Контроллер для ветрогенератора

Что такое контроллер заряда?

Функцию контроля за величиной заряда выполняет балластный регулятор, или контроллер. Это электронное устройство, отключающее аккумулятор при возрастании напряжения, или сбрасывающее излишки энергии на потребитель — ТЭН, лампу или иной простой и нетребовательный к некоторым изменениям питания прибор. При падении заряда контроллер переключает АКБ в режим заряда, способствуя восполнению запаса энергии.

Первые конструкции контроллеров были простыми и позволяли только включать торможение вала. Впоследствии функции устройства были пересмотрены, и лишнюю энергию начали использовать более рационально. А с началом использования ветрогенераторов в качестве основного источника питания для дачных или частных домов проблема в использовании лишней энергии отпала сама собой, так как в настоящее время в любом доме всегда найдется, что подключить.

Китайская электронная альтернатива

Изготовление контроллера ветрогенератора своими руками – дело престижное. Но учитывая скорость развития электронных технологий, нередко смысл самостоятельной сборки теряет свою актуальность. К тому же большая часть предлагаемых схем уже морально устарела.

Получается дешевле купить уже готовый продукт, сделанный профессионально, с высоким качеством монтажа, на современных электронных компонентах. Например, приобрести подходящее устройство по разумной стоимости можно на Aliexpress.

Вполне приличный, рассчитанный на 600-ваттный ветрогенератор, контроллер заряда в китайском исполнении. Такое устройство можно заказать из Китая и получить через почту примерно за месяц-полтора

Качественный всепогодный корпус контроллера размерами 100 х 90 мм оснащён мощным радиатором охлаждения. Исполнение корпуса соответствует классу защиты IP67. Диапазон внешних температур от – 35 до +75ºС. На корпусе выведена световая индикация режимов состояния ветрогенератора.

Спрашивается, какой резон тратить время и силы на сборку простенькой конструкции своими руками, если есть реальная возможность купить нечто подобное и технически серьёзное? Ну а если этой модели недостаточно, у китайцев имеются варианты совсем «крутые». Так, среди новых поступлений отметилась модель мощностью 2 кВт под рабочее напряжение 96 вольт.

Китайский продукт из списка нового прихода. Обеспечивает контроль заряда батарей, работая в паре с ветрогенератором мощностью 2 кВт. Принимает на входе напряжение до 96 вольт

Правда, стоимость этого контроллера уже в пять раз дороже предыдущей разработки. Но опять же, если соизмерять затраты на производство нечто подобного своими руками, покупка выглядит рациональным решением.

Единственное что смущает в китайских продуктах – они имеют свойство неожиданно прекращать работу в самых неподходящих случаях. Поэтому купленное устройство часто приходится доводить до ума – естественно, своими руками. Но это значительно легче и проще, чем делать контроллер заряда ветрогенератора своими руками с нуля.

Ветряки для дома своими руками, механика ветрогенератора

Суть работы ветрогенератора – превращение кинетической энергии ветра в электрическую. Каждый элемент системы выполняет свою функцию:

Ветряное колесо, лопасти. Улавливают движение воздушных масс, вращаются и приводят в движение вал. На валу может быть сразу установлен генератор, а может быть угловой редуктор, который передаст движение вниз на кардан. Благодаря использованию редуктора можно добиться повышения оборотов (мультипликатор). Генератор – преобразует вращательную энергию в электрическую. Если генератор выдаёт стабильный ток, то его цепляют к аккумуляторам. Если нет – промежуточно устанавливается реле-регулятор напряжения. Аккумуляторов в системе может и не быть, но с ними работа более стабильна – они используют ветреные часы для подзарядки и расходуют накопленный потенциал, когда ветер стихает. Инвертор – служит для преобразования напряжения в нужную величину, например, в 220V. Нужен для удобства, поскольку большинство приборов рассчитаны на такое напряжение. Но назначение ветряка может быть различным, поэтому не в каждую схему включают инвертор. Анемоскоп – прибор, который используют для мощных ветроустановок. Он собирает данные о скорости и направлении ветра. В самодельных конструкциях практически не встречается

Обычно делают небольшой флюгер и поворотный механизм

Мачта – или опора, на которой будет закреплён пропеллер На высоте больше шансов поймать стабильный и сильный ветер, поэтому важно уделить внимание мачте, которая должна выдерживать нагрузки

Ветряки могут быть горизонтальными (с классическим воздушным винтом) и вертикальными (роторные). Горизонтальные установки имеют наибольший КПД, поэтому их чаще всего воспроизводят при самостоятельном изготовлении.

Генератор вертикального типа

Но такие ветряки нужно поворачивать навстречу ветру, поскольку при боковом потоке он перестаёт работать. А роторный ветрогенератор, сделанный своими руками, тоже имеет свои преимущества.

Конструкция вертикальных систем может сильно отличаться, но есть у них общие особенности.

Вертикально расположенные турбины поймают ветер, откуда бы он ни дул (горизонтальные модели нужно оснащать направляющей), что очень удобно, если ветер в конкретной местности не стабильный, переменный.
Такую конструкцию можно расположить прямо на земле (конечно, если там будет достаточно ветра).
Сделать установку проще, чем горизонтальную.

Единственный минус – относительно невысокий КПД.

Национальность ветра — русский

Усреднённый подсчёт скорости передвижения воздушных масс в средней полосе России показывает результат от 2-х до 2,5 м/сек. На получение какой энергии можно рассчитывать при таком ветре? Расчёт показывает, что получим всего 11 ватт. Не густо. Но здесь надо учитывать не только возможности самой ветроустановки, но и какие приборы включены в сеть этой установки. В частности, каков контроллер ветрогенератора, инвертор, аккумуляторная батарея.

Засомневались в целесообразности установки ветряка на просторах России? Так что, теперь надо отказаться «от переговоров» с русским ветром? Не устанавливать ветроэлектростанции ввиду их малой окупаемости? Но не спешите с выводами.

Несмотря на сравнительно спокойные ветры, установки, вырабатывающие электроэнергию, на российской территории существуют. В Калининградской области, например, располагается ветряной парк, дающий до 50 МВт электроэнергии. Но это крупное, промышленное устройство.

На эти вопросы есть утвердительные ответы. Одна довольно мощная компания в любое время готова помочь вам обустроить индивидуальное энергоснабжение. О ней мы скажем в конце статьи, а пока поговорим о самой проблеме обуздания ветровой энергии в средней полосе. А она, эта проблема, несмотря на сомнения и ветровые прогнозы, уверенно пробивает себе дорогу к людям.

Способствуют этому, как ни странно, аварии на электросетях, неуклонное повышение тарифов на электроэнергию и тысячи домостроителей изначально закладывают в проект застройки собственной усадьбы и установку ветрогенераторов.

В компании пошли дальше. Они учли не особо сильные ветра России, которые очень часто «разговаривают» с людьми чуть ли не шёпотом. И поэтому, при проектировании альтернативной энергоустановки, специалисты компании плюсуют к ветру энергию солнца и возможность подключения на аварийный случай бензогенераторов. То есть, несколько разных источников энергии, способных гарантировать бесперебойность энергоснабжения.

Но на этом не остановились специалисты компании «Русский ветер». Именно так называется фирма новаторов, о которой мы начали разговор в начале статьи. Они сфокусировали свой изобретательский талант на капитальную модернизацию всех приборов, входящих в состав ветряной электростанции. К ним, в первую очередь, относится так называемый контроллер ветрогенератора. Подробнее о модернизации этого прибора читайте в следующем разделе.

Изготовление из ступицы

Самым разрекламированным среди всех вариантов является обычный самодельный дисковый генератор для ветряка, который создается с использованием неодимовых магнитов. Главными его преимуществами являются: простота сборки, не требует особых знаний, возможность не придерживаться точных параметров. Даже если будут допущены ошибки — это не страшно, так как в любом случае ветряком вырабатывается электричество и его можно довести до ума с приходом практики.

Итак, для начала нам нужно подготовить основные элементы для сборки ветрогенератора:

ступица;
тормозные диски;
неодимовые магниты 30х10 мм;
медная лакированная проволока диаметром 1,35 мм;
клей;
фанера;
стеклоткань;
эпоксидная или полиэфирная смола.

Самодельные дисковые генераторы делаются на основе ступицы и двух тормозных дисков от ВАЗ 2108. Можно с уверенностью говорить, что практически у любого хозяина найдутся в гараже эти части автомобиля.

Неомагниты можно применять любой формы. Старайтесь заполнять полностью все колесо с минимальными зазорами между элементами. Катушки требуется наматывать так, чтобы общее количество витков было в пределах 1000-1200. Это даст возможность генератору выдавать при 200 об/мин 30 В и 6 А. Также будет значительно лучше делать их овальными, а не круглыми. Ветровой электрогенератор станет более мощным благодаря такому решению.=»Неомагниты для ветрогенератора» width=»640″ height=»480″ class=»aligncenter size-full wp-image-697″ />
Что касается статора нашего будущего генератора для ветряка, то его толщина обязательно должна быть меньше, чем размер магнитов, например, если магниты имеют толщину 10 мм, то статор лучше всего выполнить 8 мм (по 1 мм зазора оставить). Размеры дисков же должны быть больше толщины магнитов. Все дело в том, что через железо все магниты подпитывают друг друга и чтобы вся сила уходила именно в полезную работу требуется выполнять это условие. Если учитывать это, делая электрогенератор своими руками, то можно немного повысить его эффективность.

Конструкция и принцип работы ветротурбин

Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую. Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.

Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:

Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
Генератор для продуцирования переменного тока.
Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.

Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.

Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка

В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.

В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.

Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.

В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%

Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.

Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.

В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности. В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.

Технические характеристики

При покупке контроллера заряда для ветрогенератора необходимо внимательно изучить его техпаспорт. При выборе важны характеристики:

мощность — должна соответствовать мощности ветровой установки;
напряжение — должно соответствовать напряжению АКБ, установленных на ветряк;
макс. мощность — обозначает максимально допустимую мощность для модели контроллера;
макс. ток — обозначает, с какими максимальными мощностями ветрогенератора может работать контроллер;
диапазон напряжения — показатели макс. и мин. напряжения АКБ для адекватной работы устройства;
возможности дисплея — какие данные об устройстве и его работе выводятся на дисплей у той или иной модели;
условия эксплуатации — при каких температурах, уровне влажности может работать выбранное устройство.

Если вы не можете подобрать устройство контроля заряда самостоятельно, свяжитесь с консультантом и покажите ему технический паспорт своего ветряка. Прибор выбирается в соответствии с возможностями ветровой установки. Неправильные условия эксплуатации и отклонения от диапазона напряжения пагубно скажутся на работе всей ветровой системы.

Лопасти

Вместо того, чтобы тратить сотни долларов на лопасти для ветрового генератора, они были сделаны из пластиковых труб, что валялись в гараже.

Все говорят о том, что лучше использовать трубы диаметром 20 см для лопастей ветрогенератора. Позвольте мне сказать о том, что они действительно работают гораздо лучше чем трубы 15 см. Но так как в моем распоряжении были 15 см трубы, к вопросу нужно было бы подойти творчески (у них меньшая кривизна чем у 20 см).

Приступаем к резки ПВХ трубы. Сделаем прямоугольники размерами 14 на 61 см. Затем вырежьте из них треугольники, где короткий катет в длину 3 см.

После того, вырежем на конце лопасти треугольник, с помощью его она будет крепится на ступицу генератора.

Советы:

Используйте металлический угольник, для маркировки мест, что необходимо вырезать (угольник поможет получить прямые линии).
Вы можете использовать ручную пилу, но рекомендую взять «сабельную пилу».
Используйте пилки предназначенные для стали (мелкие зубья).

Как подключить контроллер к ветрогенератору?

Контроллер — это самый первый прибор, на который подается напряжение, выработанное генератором. Подключение контроллера производится посредством специальных клемм. Генератор подключается ко входу, а выходные клеммы соединяются с аккумуляторными батареями.

Существует множество схем для самостоятельного изготовления, в которых всего несколько простых деталей. Такие схемы легко реализуются даже людьми с начальной подготовкой, они надежны и нетребовательны. При самостоятельном изготовлении ветряка такие схемы обеспечивают полноценное функционирование, а отсутствие каких-то дополнительных возможностей не является значительным минусом. Чем меньше элементов в схеме, тем она надежнее и меньше подвержена отказам или поломкам, поэтому вариант наиболее удачный.

Подключение ветряка к аккумулятору

Подключение аккумулятора к генератору производится через выпрямитель — диодный мост. Аккумуляторные батареи нуждаются в постоянном токе, а генератор ветряка выдает переменку, причем, весьма нестабильную по амплитуде. Выпрямитель изменяет переменный ток, модифицируя его в постоянный

Если генератор трехфазный, то необходимо использовать трехфазный выпрямитель, на это надо обращать особенное внимание

Аккумуляторы обычно не новые, они способны закипеть. Поэтому настоятельно рекомендуется использовать хотя бы простенький контроллер, изготовленный из реле-регулятора. Он вовремя отключит зарядку и сохранит работоспособность аккумуляторных батарей. В любом случае не следует экономить на оборудовании и сокращать состав комплекта, так как от него зависит полноценная работа всей ветроустановки.

Подключение однофазного ветрогенератора к трехфазному контроллеру

Однофазный генератор может быть подключен к трехфазному контроллеру либо на одну фазу, либо параллельно на все три. Более правильным вариантом считается использование одной фазы, т. е. ветряк подключается к двум контактам — защемляющему и одному фазному. Это обеспечит правильную обработку напряжения и выдачу его на приборы потребления.

В целом, использование таких разнородных устройств нецелесообразно. Кроме того, путаница с вариантами подключения способна создать значительную угрозу целостности оборудования, что недопустимо. При сборке комплекта надо сразу определиться с его составом и типом смежных приборов, чтобы не допустить использования разноплановых устройств в единой связке. Допускать рискованные соединения можно только подготовленным людям, являющимися специалистами в электротехнике, хотя сами они подобные действия решительно отвергают.

Ветрогенераторы своими руками на 220 в

Для того, чтобы собрать ветроуловитель нам понадобятся: генератор на 12 вольт, аккумуляторные батареи, преобразователь с 12 v на 220 в, вольтметр, медные провода, крепежи (хомуты, болты, гайки).

Чтобы ветрогенератор получился практичным и качественным, перед его изготовлением лучше дополнительно ознакомиться с подробной инструкцией

Изготовление любого ветряка предполагает наличие таких этапов как:

Изготовление лопастей. Лопасти вертикального ветрогенератора можно сделать из бочки. Нарезать детали можно при помощи болгарки. Винт для небольшого ветряка можно изготовить из трубы ПВХ с сечением в 160 мм.
Изготовление мачты. Мачта должна быть высотой не менее 6 метров. При этом, для того, чтобы крутящее усилие не сорвало мачту, ее необходимо закрепить ее на 4 растяжки. Каждую растяжку, при этом, нужно намотать на бревно, которое следует закопать глубоко в землю.
Установка неодимовых магнитов. Магниты наклеиваются на диск ротора. Лучше выбирать прямоугольные магниты, магнитные поля в которых сосредотачиваются по всей поверхности.
Намотка катушек генератора. Намотка выполняется медной нитью с диаметром не менее двух мм. При этом, мотков должно быть не более 1200.
Фиксация лопастей к трубе при помощи гаек.

При наличии мощных аккумуляторных батарей и инвертора, полученное устройство сможет выработать такое количество электричества, которого будет достаточно для использования бытовой техники (например, холодильника и телевизора). Отлично подойдет такой генератор для поддержания работы систем освещения, отопления и вентиляции небольшого дачного домика, теплицы.

Генератор для ветряка из автогенератора

Генератор является таким же основным элементом ветряка, как и крыльчатка. Если лопасти рабочего колеса преобразуют энергию ветра во вращательное движение, то генератор вращение превращает в электроэнергию. Его конструкция и возможности определяют производительность и мощность установки, способность работы на слабых потоках ветра.

При изготовлении ветряков вопрос об использовании самодельного или готового генератора встает практически всегда. Чаще всего к решению подходят комбинированным способом — используют готовый автомобильный генератор, иногда без конструктивных изменений, но чаще всего — с некоторыми доработками, повышающими чувствительность или выходную мощность.

Автомобильные генераторы представляют собой готовые устройства, созданные для выработки электрического тока заданного напряжения. Оно постоянно на выходе, что обеспечивает стабилизатор (регулятор) напряжения, удерживающий значения в узких рамках. Единственная особенность, требующая вмешательства, это режим работы — автомобильные генераторы приводятся от двигателя и работают на больших скоростях.

Причем, скорость вращения двигателя автомобиля не постоянна, она меняется на протяжении всего времени работы в значительных пределах — от 800 об/мин до 6000 об/мин, а иногда и больше. Кроме того, автомобильный генератор имеет предел по силе тока, превысить который устройство не сможет ни при каких обстоятельствах.

Схемы балластного регулятора

Существует несколько базовых схем контроллеров, имеющих собственную специфику:

Прерывание по минусовому контакту

Нагрузка через транзистор подается на реле. Оно пропускает ток до достижения максимального заряда, но как только нужное значение будет достигнуто (автомобильное ВАЗовское реле отсекает 14,5 В), то реле отключает минус, а транзистор открывается и пропускает ток на балласт. Как только напряжение упадет, транзистор закрывается, а реле вновь соединяет минус и начинается зарядка АКБ. В качестве балластного потребителя обычно используется обычная лампочка.

Прерывание по плюсу

Эта схема намного проще, но действует не менее эффективно. При использовании плюсового контакта в качестве управляющего транзисторы обычно заменяют твердотельным реле типа GTH6048ZA2 или подобного. Соединение генератора и АКБ получается прямым, как и контроллер. При превышении заряда устройство автоматически подключает нагрузку к аккумулятору, обеспечивая расход излишнего заряда. При достижении критического напряжения 14,5 В реле-регулятор включает твердотельное реле, подключающее нагрузку. Схема проста и поэтому она весьма надежна.

Усложнённый вариант схемы контроллера

Этот вариант применяется для трехфазных генераторов. Схема намного сложнее, так как в ней используются микросхемы и дополнительные элементы, обеспечивающие их работу. В качестве балласта используется нихромовый резистор, намотанный на керамике.

Принцип действия устройства состоит в выпрямлении полученного от генератора трехфазного тока, который через реле поступает на микросхему. При понижении напряжения триггер переключает схему в режим загрузки, при повышении — включается балласт, отбирающий лишний заряд. Можно собрать схему как для 12, так и для 24-вольтовых устройств.

Принцип работы и виды ветряного генератора

Самостоятельно сделать ветряк можно только при понимании его устройства. Прообраз этого агрегата — старинная ветряная мельница. При давлении потоков воздуха на ее крылья в движение приходил вал, который и передавал вращающий момент на оборудование мельницы.

В ветряных установках для производства электричества применяется тот же принцип использования энергии ветра для вращения ротора:

Движение лопастей при воздействии ветра заставляет вращаться первичный вал с редуктором. Крутящий момент передается на вторичный вал (ротор) генератора, снабженный 12 магнитами. В результате его вращения в статорном кольце возникает переменный ток.
Эта разновидность электроэнергии не может зарядить аккумуляторы без специального устройства — контроллера (выпрямителя). Прибор переводит переменный ток в постоянный, позволяя аккумулировать его, чтобы бытовая техника могла работать без перебоев. Контроллер выполняет и другую функцию: вовремя прекращает зарядку АКБ, а избыток вырабатываемой ветряком энергии переводит в агрегаты, потребляющие большое ее количество (например, к ТЭНам для отопления дома)
Чтобы обеспечить подачу напряжения в 220 В, ток подается с аккумуляторов в инвертор, а затем уже поступает к точкам потребления электроэнергии.

Чтобы лопасти всегда занимали лучшее положение для взаимодействия с ветром, на крыльчатых устройствах устанавливают хвост, который позволяет повернуть пропеллер к ветру. Заводские модели ветряков имеют тормозные устройства или дополнительные схемы для складывания хвоста либо увода лопастей от ударов ветра при неблагоприятной погоде.

Выделяют несколько видов ветрогенераторов, классифицируя их по количеству и материалу лопастей или шагу винта. Но основное деление происходит по расположению оси или первичного вала:

Горизонтальный тип подразумевает расположение вала параллельно поверхности земли. Такие генераторы называют крыльчатыми.
У вертикальных ветряков ось расположена перпендикулярно горизонту, а плоскости расположены вокруг нее. Вертикальные генераторы могут носить наименование ортогональных или карусельных.

Независимо от расположения оси вращения принцип работы агрегата остается одинаковым.

Модели ветряков могут иметь пропеллер либо ветроколесо из 2, 3 или нескольких лопастей. Считается, что многолопастные устройства способны вырабатывать ток при небольшом ветре, а пропеллерам с 2-3 крыльями необходим поток воздуха большей силы

При выборе модели необходимо учесть и важное правило о том, что каждая лопасть создает сопротивление потоку ветра и уменьшает скорость вращения, поэтому раскрутить многолопастное колесо до рабочей скорости достаточно сложно

Среди разновидностей ветряков встречаются парусные и жесткие. Эти наименования обозначают материал, из которого изготовлены крылья. При самостоятельной сборке парусный тип будет проще и экономичнее, но лопасти из пластичного материала (ткани, пленки и пр.) не отличаются прочностью и износостойкостью.

Безопасность

Очень важный пункт. Потому что многие не догадываются, какие проблемы могут возникнуть от использования на первый взгляд безопасного источника энергии. При работе ветрогенератора лопасти могут развивать скорость, превышающую 100 и 200 км/ч. Маленький болтик или кусочек металла может убить взрослого мужчину при прямом попадании.

Электрогенератор установки издает звук на сверхнизкой частоте, также называемый «инфразвук». Он пагубно влияет на здоровье человека и может сильно сказаться на самочувствии живущих по близости людей. Необходимо устанавливать ветрогенераторы на расстоянии более 5 их высот от жилых построек.