Последние записи
В контакте

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.

ветрогенератор

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.

ветрогенератор

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.

ветрогенератор

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.

ветрогенератор

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.

ветрогенератор

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: