Как повысить напряжение ветрогенератора

Подробно о работе ветрогенератора

В этой статье я хочу расписать как работает мой ветрогенератор, особенности и тонкости, почему и от чего даёт ту мощность которая есть, возможно ли брать больше мощности. Также особенности работы ветрогенератора через солнечный MPPT контроллер ФОТОН совместно с солнечными батареями. Я начну с самого начала чтобы ввести вас в курс всего чтобы было как можно больше информации для понимания и оценки.

Параметры генератора в ветряке: Диаметр дисков 22 см, на дисках по 8 шт. магнитов размером 50*30*10 мм. Статор имеет 12 катушек, намотаны проводом 1.01 мм по 75 витков. Сопротивление фазы 1ом получилось, а напряжение при соединении звездой получилось при 310 об/м 42.0 вольта, сопротивление в звезде 2 ом. Зарядка 12-ти вольтового аккумулятора начинается при примерно 90 об/м.

В общем генератор получился достаточно высоковольтный и как бы больше подходил для работы на АКБ 24 вольта. Но параметры такие у генератора были рассчитаны заранее и это получилось абсолютно ожидаемо. Мне хотелось чтобы ветрогенератор работал на слабом ветру максимально эффективно. Не зря же я столько денег потратил на аксиальный генератор, который не имеет вообще залипаний, генератор на железном статоре за эти деньги я бы мог сделать раза в четыре мощнее.

Я хотел чтобы зарядка АКБ начиналась уже с 2 м/с и для этого генератор должен был быть без залипаний, а винт трёхлопастной чтобы и обороты были не маленькие. И по расчётам в программе для расчёта лопастей из труб у меня получился трёхлопастной винт диаметром 2.6 метра, труба у меня была диаметром 250 мм, трёхслойка с толщиной стенки 8 мм. Работа генератора планировалась в звезде, и я рассчитывал на 90-100 ватт при ветре 5м/с и при 3 м/с порядка 30 ватт мощности.

Но на практике получилось меньше мощности так как винт на малом ветре не набирал расчётные обороты, да и зарядка начиналась только при 3.5 м/с примерно. И на сильном ветру мощность не радовала, с таким диаметром винта мощность при ветре 10 м/с должна быть ватт 500, а по получилось всего ватт 200. Чтобы поднять обороты я начал уменьшать диаметр отрезая и укорачивая лопасти у корня. И в итоге при диаметре 2.4 м. стало лучше, но мощности всё равно мало. Вроде и зарядка с 3 м/с, и при сильном ветре ток заряда до 15-17А, но это очень мало.

Всё дело в том что с маленького генератора я захотел слишком много мощности. При соединении звездой генератор имеет низкий КПД, особенно на более высоких оборотах, и большая часть мощности винта тратится на КПД генератора. Винт вроде и грузится генератором, но мощности нет, и это в принципе логично, и далее я опишу почему.

К примеру при 5 м/с у винта диаметром 2.6 м. мощность порядка 160 ватт, и при быстроходности Z6 230 об/м, но по факту меньше было. А мощность генератора при соединении фаз звездой и работе на АКБ при этих оборотах около 120 ватт. Вроде мощность меньше чем у винта и винт должен тянуть генератор легко, но я не учёл КПД генератора.

А сколько энергии потрбляет генератор чтобы выдать свои 120 ватт на АКБ.

А КПД зависит от просадки напряжения, а у меня напряжение в холостую при 230 об/м 31 вольт, и просаживается оно при нагрузке до напряжения АКБ, и присадка более чем на 50%. Это значит что более 50% энергии хи тратится на вращение генератора и общая нагрузка на винт порядка 200-250 ватт. Поэтому винт и не мог набрать обороты и развить свою мощность. Когда это стало очевидно то я увеличил диаметр до 2.8 метра и это подтвердилось, то есть винт стал тянуть и видно что винт легко набирал обороты.

Но мощность опять же была низкая так как обороты небольшие. Хотя на слабом ветре вроде и неплохо. Тогда я начал уменьшать диаметр, и соединил фазы параллельно. Диаметр стал 2.2 метра, и параллельное соединение фаз дало сопротивление генератора равным 1 ом, а напряжение снизилось в два раза. И как ни странно ветряк стал давать значительно больше мощности, особенно при сильном ветре. Параллельное соединение фаз увеличило КПД, а низкое напряжение позволило лопастям легко раскручиваться. Наконец я увидел более 400 ватт мощности и нормальную работу ветряка.

При этом например при 5 м/с винт диаметром 2.2 м. по расчётам имел 260 об/м, и 121 ватт мощности. А генератор с соединением фаз параллельно через диодные мосты имел в холостую 18.4 вольта. Мощность на АКБ составила (18-13/1=5А), ток заряда 5А и 60 ватт мощности. Это в два раза меньше мощности винта, но ещё есть КПД генератора, и в этом случае он примерно 70%. Соответственно генератор грузил винт на 78 ватт.

Я решил найти баланс чтобы ещё немного поднять мощность и уменьшил винт в диаметре до 2 метра. Но стало явно заметно что винт работает как перегруженный и не набирает оборотов, мощность снизилась общая немного. В итоге я пробовал и уменьшать и увеличивать, и винт диаметром 2.2 метра оказался оптимальным. С этим винтом я получил максимальные показания как при ветре 5м/с (50-60 вт), так и при ветрах 10-13 м/с (300-500 вт).

Но единственное что не нравилось это то что начало зарядки при примерно 170 об/м, а это при ветре 3.5-4 м/с. Такто вроде неплохо, но винт вращался вхолостую когда ветер 323 м/с, и это было часто так как ветер у меня в основном слабый. Я часто когда был слабый ветер переключал фазы генератора в звезду, и получал заряду при ветре 2-3 м/с около 0.5-1.5А что для меня зимой было хорошей прибавкой. Зимой солнечные панели и так мало выдают, поэтому даже такая прибавка от ветряка при слабом ветре имела значение, дополнительная энергия хотя бы на освещение.

Так вот в общем при слабом ветре звезда, но винт конечно при усилении ветра не раскручивался так как генератор был мощнее. А при среднем и сильном ветре я фазы соединял параллельно, и как бы ветряк работал в широком диапазоне ветров. Присоединять было быстро и удобно так как с ветряка я вывел все шесть проводов от фаз и пустил по двум тройным проводам вниз, где уже стояли дионые мосты.

Работа ветряка через MPPT контроллер: Потом у меня появился MPPT контроллер для солнечных батарей фотон 100-50, и я сразу же попробовал его с ветрогенератором, и результаты были очень интересные. Во-первых контроллер с ветряком нормально заработал, хотя он создан для солнечных батарей. И в одном из режимов, где контроллер держит фиксированную точку MPPT в процентном соотношении к напряжению холостого хода получилась такая картина.

Ветряк я в соединении звездой подключил к контроллеру и при слабом ветре вроде как обычно, по входу 14В и зарядка небольшая. Но при усилении ветра контроллер видит что напряжение от ветряка выше, и он поднимает входное. Контроллер на долю секунды отключает ветряк и меряет напряжение XX, и если оно вхолостую скажем 30 вольт, то контроллер опускает его на 20%( настраивается 30-15%) и с этой точки отбирает мощность.

Повышение входного напряжения позволяет винту набирать большие обороты и мощность. То есть получается что ветряк как бы работает на акб с более высоким напряжением. Например если у ветряка в холостую 30 вольт, то контроллер заставляет его работать на 24 вольта. Если ветер ещё сильнее то и напряжение вслед за оборотами поднимается выше. Контроллер уже с 40-50 вольт начинает брать мощность и получается что ветряк работает кабы на АКБ 48В. А далее контроллер преобразует это высокое напряжение с небольшим током в напряжение АКБ 13В и большой ток заряда. Так например если входное от ветряка 42 вольта и 10А, то на зарядку уже идёт около 30А при напряжении 13В на АКБ.

При этом ветрогенератор у меня соединён параллельно с четырьмя солнечными батареями по 100вт. Солнечные батареи я соединил последовательно по две штуки, то есть на 24В. И контроллер при работе держит напряжение входное в зависимости от освещённости от 30 вольт до 36 вольт работая в режиме MPPT. И ветряк работает вместе с ними, и зарядка от ветряка начинается как только напряжение от ветряка поднимется до напряжения солнечных батарей под нагрузкой. Ветер при этом для начала зарядки 3.5-4 м/с. Но когда есть ветер ветряк работает отлично, и всё это через один контроллер.

Сам контроллер имеет все защиты и защиту от превышения входного напряжения. Было уже несколько раз превышение входного напряжения от ветряка более 100 вольт, и контроллер просто уходил в защиту. Поэтому с этим контроллером при работе от ветряка ничего не случится. Также есть защита от превышения по току, ограничение максимального тока заряда. А от сильного ветра сам ветряк имеет защиту складыванием хвоста. То есть в этом случае мне не нужен отдельный контроллер для ветряка или балласт для сброса лишней энергии. Контроллер и так прекрасно работает.

Получается вообще что ветряк через контроллер работает и на самом слабом ветре, заряда начинается при ветре менее 2 м/с, и если ветер усиливается то винт тянет генератор легко и повышение входного напряжения позволяет винту легко раскручиваться. Контроллер старается держать ветряк в высоком КПД.

Но правда работает процесс сканирования напряжения и его повышение и понижение достаточно медленно, но этот режим создан для солнечных батарей и это простительно при работе с ветряком. Контроллер примерно раз 2-2 секунды измеряет напряжение холостого хода на мгновение отключая ветряк, и на этом основании просаживает входное от ветряка, и снимаю то мощность которую можно получить.

Но бывает так что ветер очень быстро меняется и контроллер не успевает реагировать, и оперативно повышать или понижать входное напряжение. Например когда ветер был 8 м/с, и он резко падает до 3-4 м/с то ток заряда резко падает до нуля. Это происходит из-за того что контроллер брал мощность от ветряка с 30 вольт к примеру, а тут ветер резко упал, обороты ветряка и напряжение тоже. Напряжение упало ниже 30 вольт и ток зарядки естественно упал до нуля. Но контроллер через 1-2 секунды это увидит, снова измеряет напряжение ХХ, и если оно скажем 20 вольт будет, то он уже с 16 вольт начнёт брать мощность и появится снова ток заряда уже на малом ветру.

Также и при резком росте ветра, резком порыве. Например отбор энергии идёт с 15 вольт при ветре 3 м/с, и тут вдруг ветер усиливается до 5-7 м/с. Естественно контроллер так быстро не успеет отреагировать, и винт пытается набрать обороты, но низкое напряжение по входу заставит генератор перегрузить винт и тот не наберёт оборотов, упрётся в зарядку. Но если порыв ветра будет продолжительный то контроллер увидит что входное напряжение увеличилось так как ветер давит на винт сильнее и обороты возросли, и он повысит входное напряжение. Винту станет легче и он резко наберёт обороты и мощность, ток заряда резко поднимется. Если ветер ещё усилится то контоллер повысит ещё больше входное напряжение и это позволяет винту набирать ещё большие обороты, а КПД генератора не уменьшится так как просадка напряжения снова станет всего 20%.

Таким образом и КПД генератора всегда высокий на уровне 80%, и диапазон работы ветряка оптимальной в широком диапазоне ветра. Но и мощность с генератора используется не вся возможная, и это тоже плюс так как нет перегрева статора что часто бывает с аксиальными генераторами при сильных ветрах. Мощность берется та которая есть при падении напряжения на 20%, что обеспечивает контроллер. Но и здесь из за медлительности контроллера генератор в некоторые моменты имеет большее или меньшее падение напряжения на нагрузку и от этого КПД плавает, но в общем контроллер старается поддерживать КПД на уровне 80%, в настройках можно выставить процентное падение напряжения от 70% до 85%

Ниже два видео, в которых я рассказываю и показываю как это работает

В первом видео по сути всё тоже самое что я описал в статье:

А в этом видео мощность ветрогенератора и работа на ветре с порывами до 12 м/с:

Источник

Предназначение, виды, схема подключения и цена инвертора для ветрогенератора

Зеленая энергетика — это тренд будущего. Получать электричество из возобновляемых источников энергии не только полезно для экологии, но и выгодно для человека. И один из таких способов — установка ветрогенератора.

Однако одной установки ветряка зачастую недостаточно. Ведь стандартные сети рассчитаны на 220 В переменного тока, а ветрогенератор не может вырабатывает такую мощность в постоянном режиме. Для получения нужных характеристик тока вам потребуется инвертор, и именно о нем пойдет речь в данной статье.

Предназначение

Для начала нужно понять, что такое инвертор и для чего он нужен. Инвертор — это электротехническое устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный, при этом может выдавать напряжение необходимое для обеспечения местной сети.

Теперь рассмотрим место данного устройство в цепочке системы автономного питания дома от ветряного генератора.

• Первое — сам ветряк, он вырабатывает постоянный ток при вращении лопастей.
• Второй элемент — выпрямитель тока.
• Третий — аккумуляторные батареи.
• Наконец, последний — инвертор. Он задает току приемлемые характеристики, которые подходят для работы бытовых приборов в домашней сети.

Также устройство выполняет ряд задач:

1. Преобразует постоянный ток в переменный.
2. Выравнивает напряжение сети до 220 В 50 Гц.
3. Работает как источник бесперебойного питания. Может переключать питание бытовых приборов на аккумулятор и обратно при отключении сети 220В и её «появлении».
4. Может автоматически заряжать аккумуляторы.

Таким образом, инвертор становится одним из главных компонентов системы бесперебойного питания дома.

Энергия от ветра или солнца может накапливаться в аккумуляторных батареях, а при необходимости будет подана в сеть. При этом инвертор может получать энергию и от обычной городской сети. Отсюда появляется два вида устройств, которые могут по-разному работать и распределять сетевую нагрузку:

1. Обычный инвертор. Работает с источниками постоянного и переменного тока, при этом выбирается приоритет по одному источнику питания.
2. Гибридный инвертор. Это устройство, которое может работать параллельно с источником переменного тока, одновременно питая нагрузку от аккумуляторов и от сети, и имеет функцию приоритета для источника постоянного тока.

Получается, что основное отличие гибридного инвертора заключается именно в том, что он способен работать параллельной с любым источником переменного тока — сетью или генератором. При этом он будет брать энергию от аккумуляторных батарей, которые заряжаются от возобновляемого источника энергии, одновременно питаясь энергии сети или генератора.

Некоторые производители предлагают потребителям, заинтересованным в выборе гибридного типа устройства, инверторы, которые включают в себя контроллеры для заряда АКБ разных источников постоянного тока — ветряного генератора или солнечной батареи. Однако подобные аппараты корректнее назвать «комбинированными», а не гибридными.

Классификация

Среди инверторов различают:

1. Сетевые. Преобразовывают постоянный ток в переменный 220 В 50Гц. В общей системе электрификации дома работают без накопителей энергии (аккумуляторных батарей). При недостаточной генерации электричества, переключаются на питание от городской сети. При переработке энергии могут отдавать ее обратно в сеть.
2. Автономные устройства. Так же как и сетевые перерабатывают постоянный ток в переменный. При этом их подключают к аккумуляторным накопителям, и когда происходит нехватка возобновляемой энергии — включается питание от батарей.

Данные инверторы могут выдавать обычную и модифицированную синусойду переменного тока. Устройства с модифицированной синусойдой стоят много больше, так как они способны питать разные бытовые приборы без вероятности их поломки.

Комбинированные устройства. Объединяют в себе достоинства сетевых и автономных аппаратов. Выдают ток синусоидальной формы высокого качества. Могут работать в цепочке с аккумуляторными батареями. Отдают излишки электроэнергии на экспорт.

Раньше избыток производимого электричества от ветряных генераторов или солнечных панелей необходимо было «выпускать» в защитные электрические потребители. Например, излишки электричества от ветряков пускали на обогрев водяных тенов, чтобы снять нагрузку с мотора генератора. С 6 февраля 2019 года все избытки электроэнергии можно продать государству на договорной основе. Обзор конструкций и схема подключения

Рассмотрим более подробно принцип работы инвертора с синусоидальной формой выходного напряжения.

Предварительный высокочастотный преобразователь изменяет напряжение постоянного тока, делая его очень похожим значению амплитуде синусойды выходного напряжения инвертора. Дальше с помощью мостового инвертора постоянный ток преобразуется в переменный, также близким по своим параметрам к синусоидальному. Это делается при помощи принципа «многократной широтно-импульсной модуляции» (ШИМ).

Причём длительность этих высокочастотных импульсов коммутации изменяется по синусоидальному закону. Затем с помощью высокочастотного фильтра нижних частот выделяется синусоидальная составляющая выходного напряжения инвертора.

Схема работы мостового инвертора напряжения с трансформатором:

Теперь рассмотрим схемы коммутации инвертора в сетевом и автономном варианте.

Вариант подключения инвертора без использования городской или иной сети. В данной схеме электричество получают из работы ветряного генератора или из запасов аккумуляторных батарей:

Данная схема позволяет получать электроэнергию как от ветряной установки, так и от АКБ и городской сети. При таком виде коммутации можно использовать обычные или гибридные инверторы:

Правила подбора мощности

Несмотря на то, что все вместе они работать не будут, расчет производят именно из суммы показателей всех потребителей в один момент.

1. Лучше всего составить подробную таблицу всех электроприборов в два столбца. В первом столбце написать название прибора, во втором — его мощность.
2. После этого нужно найти сумму значение данных по второму столбцу и к полученному результату прибавить еще 25%. Получится мощность пиковой нагрузки, которую сможет выдать инвертор в при стационарной работе.
3. Если вы планируете использовать инвертор к генератору в автономной работе как АКБ, тогда для расчета нужно умножить полученный результат на необходимое количество часов автономной работы.

Приведем пример. В доме есть 5 основных потребителей энергии:

• световые приборы 200 Вт;
• холодильник 300 Вт;
• телевизор 160 Вт;
• ноутбук 340 Вт;
• электрочайник 1100 Вт.

Суммарное значение равняется 2100 Вт, с учетом пиковой нагрузки 2,6 Квт. Если вы рассчитываете использовать инвертор в качестве АКБ, нужно перемножить полученные результаты на количество часов бесперебойной работы.

При подсчете мощности инвертора в автономной работе лучше брать значения потребления не всех устройств разом, а только тех, кто будет работать постоянно. Например: осветительные приборы, холодильник и ноутбук.

Какой преобразователь напряжения купить: производители и цены

Рынок инверторов довольно насыщен. Можно выбрать устройство под любые задачи и цели. На отечественном рынке популярностью пользуются как российские, так и зарубежные аналоги.

Рассмотрим стоимость инверторов от разных производителей:

1. Швейцария. «Xtender XTH/XTM/XTS». Цена: от 75 000 до 90 000 рублей.
2. Германия. «Sunny Island 5048». Цена: 240 000 рублей.
3. Германия. «Schnieder Electric Conext серии XW+». Цена от 240 000 до 500 000 рублей.
4. Китай. «Prosolar PV Hybrid». Цена от 80 000 рублей.
5. Россия. «МАП «Энергия» SIN». Цена от 35 000 рублей.

Стоимость инвертора зависит от его типа, мощности, а также систем защиты и страны производителя.

Если вы хотите получать зеленую энергию без сбоев и поломок оборудования — обязательно уделите должное внимание выбору инвертора. Он способен не только защитить приборы от нестабильной работы сети, но и выступить в качестве АКБ. Внимательно рассчитывайте потребление приборов, а также пиковую нагрузку потребления. Отдавайте предпочтение моделям с модифицированной синусойдой. Так вы обезопасите все электрические приборы у себя в доме.

Источник