MPPT контроллер фотон 100-50 работа с ветрогенератором
Давно я искал mppt контроллер способный работать с ветрогенератором и наконец нашёл. Ранее я изучал эту тему и искал информацию о работе солнечных mppt контроллеров, но в основном все говорили что контроллеры не хотят работать с ветрогенераторами, и при низкой скорости ветра когда заряд АКБ не постоянный контроллеры постоянно уходят в перезагрузку пытаясь отыскать точку максимальной мощности.
Но я нашёл видео где с ветряками работали контроллеры фотон 100-50 и я «загорелся» этим контроллером, тем-более что он очень и по цене очень привлекателен. За 5000 рублей полноценный MPPT на 50А с входным напряжением до 100 вольт это просто находка. В итоге я наконец получил этот контроллер и в первый-же день начал тестировать этот контроллер с ветрогенератором. Полное описание и характеристики на фотон 100-50 на официальом сайте — MPPT конртрроллер Фотон 100-50
Видео — первая работа контроллера с ветряком
Первые впечатления о работе контроллерп с ветряком меня очень обрадовали. Ранее ветрогенератор работал напрямую на заряд аккумулятора без специальных контроллеров, был правда китайский контроллер, но он жёстко тормозил ветряк при превышении напряжения на АКБ, он останавливал его замыкая обмотки генератора и это мне очень не нравилось. Ветряк получал сильные удары, и я сделал самодельный балластный регулятор.
Ветрогенератор работал неплохо при соединении всех трёх фаз в параллель, но зарядка при слабом ветре была не постоянной так-как для начала заряда требовалось 200 об/м генератора и скорость ветра примерно 3,5 м/с. А при соединении обмоток генератора в звезду винт не осилял генератор. Зарядка начиналась уже при 90-100 об/м, почти сразу как только винт начинал вращаться и из-за этого он не мог набрать обороты и мощность. Но зато зарядка была всегда, даже при слабеньком ветре. В общем соединение звездой это для 24 вольт акб, но у меня 12 вольт система.
После того как я подключил его к контроллеру ФОТОН то всё изменилось. Ветрогенератор заработал при соединении обмоток в звезду. Зарядка так-же начиналась очень рано, и теперь если скорость ветра увеличилась то контроллер позволяет винту раскручиваться и снимал с ветряка значительно больше мощности. Во втором видео это хорошо видно.
Работа ветрогенератора с контроллером фотон
Контроллер имеет несколько режимов работы:
Первый режим это работа без MPPT, в этом режиме он работает по сути как PWM и ничего не добавляет и не отслеживает максимльную точку мощности.
Второй режим это сканирования максимальной точки. В этом режиме контроллер примерно раз в минуту сканирует напряжение холостого хода по входу и на основе этого просаживает напряжение примерно на 70-80% и снимает мощность. Этот режим хорош для работы с солнечными панелями, но за ветряком он не успевает, так-как у ветряка напряжение изменяется очень быстро и часто, оно зависит от скорости ветра.
Третий режим работы это также сканирование напряжения и движению к максимуму отбора энергии. Контроллер также примерно раз в минуту сканирует напряжение холостого хода и просаживает его на 70-80%. и далее контроллер начинает нащупывать больше мощности нагружая солнечную батарею по напряжению чуть больше или меньше. Этот режим отлично работает с солнечными панелями, но для ветряка не подходит.
Четвёртый режим это нагрузка в процентах от напряжения холостого хода. Контроллер в этом режиме примерно раз в 2-3 секунды сканирует напряжение в холостую и просаживает его на 15-25% снимая мощность. На сколько просаживать напряжение можно указать в настройках, можно выбирать с какого напряжения снимать мощность. Можно задавать 70-85% от напряжения холостого хода. Именно в этом четвёртом режиме контроллер хорошо работает с ветрогенератором. Он достаточно быстро реагирует на повышение и понижение оборотов генератора, и снимает мощность анализируя напряжение холостого хода. В видео я показал как он работает в этом режиме.
Контроллер в моей ветро-солнечной электростанции
Теперь у меня ветрогенератор работает значительно лучше как при слабом ветре, так и при усилении ветра. По мощности реально прибавка как минимум 30-40%. Связано это с тем что генератор нагружается всегда одинаково в процентном соотношении от напряжения холостого хода. Как мы знаем чем больше просадка напряжения генератора тем ниже его КПД, так-как он начинает перегреваться и много тепла выделяют катушки. Но контроллер позволяет работать генератору в оптимальном режиме.
Меня также спрашивали по защите от перенапряжения, ведь контроллер может сгореть если напряжение по входу превысит 100 вольт. На самом деле контроллер имеет некоторый запас по входу и выдерживает напряжение до 117 вольт как минимум. И мой ветрогенератор в без нагрузки лишь на сильных порывах выдаёт до 100-110 вольт. Чтобы контроллер не сгорел ветряк никогда не должен превышать максимально допустимое напряжение контроллера. Ветряк должен или уходить в защиту отворачиваясь от ветра, или нужно делать балластный ограничитель напряжения. Но об этом в следующих статьях, есть у меня простое решение проблемы, и оно описано в статье — Подключение ветряка к контроллерам для солнечных батарей
Источник
Новая версия контроллера (балластного регулятора напряжения) для ветрогенератора
В прошлых статьях я уже описывал схему изготовления контроллера для ветрогенератора на основе автомобильного реле-регулятора (РР). Также в тех статьях есть фото и видео работы этого балластного регулятора. Принцип работы очень простой, реле-регулятор автомобильный при 14.2 вольта отключает щетку генератора и он перестаёт заряжать аккумулятор в автомобиле и таким образом АКБ не перезаряжается. А для работы с ветрогенератором сигнал от РР используется для включения дополнительной нагрузки к АКБ, которая сжигает лишнюю энергию и не даёт напряжению выросли выше 14.2 вольта.
В оригинальной схеме балласт подключается с помощью транзистора. Реле-регулятор подключается к АКБ и пока напряжение ниже 14.2 вольта, то РР подаёт минусовое напряжение не затвор транзистора и он закрыт. А как только напряжение на АКБ достигнет 14.2 вольта, то РР отключает минус и транзистор открывается, и через него идет ток на балласт. При этом РР работает очень быстро и держит напряжение 14.2 вольта, оно несколько раз в секунду открывает и закрывает транзистор обеспечивая плавный отбор лишней мощности. И собственно по этому нельзя в этой схеме использовать обычное контактное реле, оно просто не выдержит частоту включения-выключения 10. 100Гц, будет сильно дребезжать контактами пока они не отгорят.
Сама схема выглядит вот так (ниже рисунок) дополнительное описание — Балластный регулятор для ветрогенератора схема и описание
Если у вас нет реле-регулятора с управлением по минусу то можно сделать балластный контроллер на основе реле генератора ВАЗ, и других автомобилей где реле отключает плюсовую щётку генератора и об этом далее.
Контроллер на реле ВАЗ, с управлением по плюсу
Ниже рисунок со схемой балластного контроллера с реле генератора ВАЗ. Так как выход реле на щётку плюсовой, то есть она отключает плюс, а не минус как реле ГАЗ, то нужно ставить два транзистора.
Когда напряжение ниже 14.2В то плюсовое напряжение подаётся на контакт «Ш», оно подаётся на затвор первого транзистора и он открывается (резистор затвора на минус подключается). Далее этот транзистор подаёт через себя минус (исток-сток) на затвор второго транзистора, и тот минусом закрывается, и через себя не пропускает минус на балласт.
А когда напряжение поднимается выше 14.2В то плюс пропадает с выхода реле регулятора. Первый транзистор закрывается разряжая затвор через резистор на минус. И на затвор второго транзистора перестаёт поступать минус, и он открывается заряжается затвор через резистор от плюса. И он на балласт подаёт минус, балласт включается. Ниже рисунок схемы на двух транзисторах и реле ВАЗ.
Из минусов такой схемы это некоторая сложность с подключением транзистора, хотя куда ещё проще, но всё-таки многие не могут и у них не получается. А так-же бывает что транзисторы сгорают, не понятно из-за чего, но такое случалось не только у меня. Вдаваться в описание возможных причин не будем, в общем я нашёл другой выход, и об этом далее.
Твёрдотельное реле вместо транзистора
Транзистор в схеме, которая выше я заменил на твёрдотельное реле и всё стало гораздо проще и надёжнее. Теперь для сборки самого контроллера надо приобрести всего две детали, ну ещё маленькую светодиодную лампочку и балласт. Принципиально схема выглядит вот так (ниже рисунок).
Для изготовления понадобятся:
1. Реле-регулятор любой с управлением по плюсу, это регуляторы ВАЗ например
2. Твёрдотельное реле на постоянный ток
3. Резистор или светодиодную лампочку маломощную
4. Балласт, в качестве которого лампочки или большой резистор
Ветрогенератор подключается напрямую на аккумулятор и с балластным контроллером никак не связан. А сам контроллер подключается тоже к аккумулятору, но с ветряком никак не связан, он просто отслеживает напряжение аккумулятора и при превышении 14.2 вольта включает балласт чтобы остановить рост напряжения и сжечь лишнюю энергию. Поэтому не важно что заряжает аккумулятор, это может быть ветрогенератор, солнечные батареи, или зарядное устройство, контроллер всё равно будет включать балласт при превышении 14.2 вольта. Таким образом можно излишки энергии использовать даже с солнечных батарей, и эти излишки можно пустить на подогрев воды заменив лампочки на водонагревательный ТЭН.
И если говорить о работе самого контроллера, то балласт он включает не резко, а мягко, импульсами, отбирая только лишнюю энергию. Ветрогенератор при этом не получает удары мощной нагрузкой, как это бывает с другими контроллерами. Контроллеры с мощными балластами обычно полностью подключают нагрузку и происходит резкий удар по ветряку, и он начинает замедляться и пока напряжение АКБ не просядет до заданного гистерезиса ветряк будет нагружен мощной нагрузкой и останавливается. И когда акб заряжены то ветряк может получать несколько таких ударов балласта, от этого нагрузки большие на лопасти и подшипники, обмотку генератора. Так-же есть контроллеры, которые просто тормозят генератор при превышении напряжения, и они тоже резко включают торможение практически замыкая генератор, что тоже очень плохо. А этот балластный регулятор работает как ШИМ(PWM) контроллер мягко скидывая только излишки на балласт, только здесь импульсный принцип работы.
Кстати потребление контроллера совсем небольшое, порядка 20мА, и реле твёрдотельное включается только во время скидывания лишней энергии и в отличие от контактных реле потребляет всего 15мА.
Для наглядности работы данной схемы контроллера я записал небольшое видео. На видео реальная работа контроллера с реальным ветрогенератором. Правда в в день съёмки ветерок был совсем небольшой, поэтому чтобы было видно как происходит сброс лишней энергии я отключил две из трёх лампочек балласта, чтобы было видно по яркости свечения лампочки.
На этом всё, всем удачи в повторении подобной конструкции балластного регулятора для ветряка. Ниже несколько фото этого контроллера.
Дополнительная информация по схеме и описания работы в других статьях:
Источник
Mppt контроллер для ветрогенератора схема
Есть для солнца контроллеры сделанные по технологии точка максимальной мощности(MPPT), купил такой намедни, ну очень интересный девайс. почему нет аналога для ветра.
Для тех кто не в теме поясню.
MPPT контроллер позволяет снять максимум мощности с солнечной батареи независимо от освещенности и температуры элементов.
в любой момент времени контроллер удерживает ток отдаваемый солнечной батареей нагружая ее или снижая нагрузку на том уровне, на котором произведение напряжения на ток максимально, в точке максимальной мощности.
По сути для ветряка система подобного рода это просто клад.
дело в том, что у нас в ветряке присутствуют две системы из разных разделов науки.
1. ветроколесо
2. электрогенератор.
понятно что попытки расчета сводятся к тому, чтобы максимально согласовать работу этих двух элементов в наших «уникальных условиях» Делается это на этапе проектирования, даже сняв характеристику с генератора и ветроколесо считая под него результат будет несколько не идеален
ибо аэродинамика штука тонкая, да и погрешность изготовления и материал лопасти вносят свои коррективы
в тоже время если задавать нагрузочную характеристику на действующем ветряке ориентируясь ТОЛЬКО на выдаваемую ветрогенератором мощность. загоняя его (генератор) в пик загружая или наоборот снимая нагрузку. подстраиваясь..т.с.
ведь работа этой машины не передается обычной плоской зависимостью вольт/амперной,
график работы системы в сборе трехмерный, добавляется сила ветра, т.е это не кривая. это поверхность
и выглядит она как холм, по идее. так вот наша задача загнать режим работы генератора на самую верхнюю точку этого холма
есть ли такие системы?
Ещё какая тонкая. Чуть туда, чуть сюда и быстроходность меняется в разы. Соответственно пик мощности будет совершенно в другом месте.
не нужно ничего никуда забивать.
нужно просто измерять отдаваемую мощность меняя нагрузку на генератор и таким образом искать пик отдаваемой мощности.
представим контроллер заряда как ящик с одним входом и одним выходом.
функция по входу — открывать «некий вентиль» или закрывать его ( имеется ввиду регулировать ток) отыскивая максимум на графике мощности.. т.е отыскивая место где произведение тока на напряжение максимально
функцией выхода является 100% утилизация всей передаваемой мощности. что не лезет в батарейку — суем в бак нагревательный для воды.
это вкратце.
Но при этом мы можем не знать ничего о самом генераторе и о винте. нам это не нужно.
главное не превысить предел по току через устройство, и все.
в принципе вся логика работы понятна.
основная задача передать от входа к выходу информацию о том, какую энергию нужно утилизировать
это нужно для того, чтобы процесс шел как нужно.
ну например.
1.ветра нет, ветряк стоит.
напряжения нет
система не работает.
2. подул ветер слабый . генератор пока разгружен, нагрузка не подключена. но контроллер начинает фиксировать напряжение на входе и плавно отдавать наращивать мощность в нагрузку ( акб или балласт не важно, )
ветряк начинает затормаживаться, но до определенного времени момента на винте хватает для эффективного вращения генератора
ток увеличивается. а вот напряжение начинает падать. обусловлено это падение во первых замедлением вращения а во вторых нагрузочной характеристикой самого генератора.
нагружаем пошагово и на каждом шаге смотрим как меняется отдаваемая генератором мощность ищем перегиб при котором рост мощности прекращается и начинается его падение.
переходим в режим удержания. но ток периодически уменьшаем.увеличиваем следя за выхлопом.
т.е просто ищем максимум.
При такой подстраиваемой нагрузке, ветряк будет в режиме ВСЕГДА.
на любом ветре. даже на слабом, т.к изменяемая нагрузка будет уменьшена до нуля при старте. т.к. нет отдачи по мощности. и будет увеличена после старта до того уровня при котором, пропеллер работает в оптимальном режиме для данного ветра
т.е устройство должно быть универсально. и любой бы смог его воткнуть на свой генератор без изменений для получения нужного эффекта
Источник