Как сделать ветрогенератор своими руками для частного дома?

Контроллеры зарядки для СБ: краткое описание

Существует несколько разновидностей описываемого устройства. Самые простые из них выполняет лишь одну функцию: включает и выключает батареи в зависимости от их заряда. Более «продвинутые» модели снабжены функцией отслеживания точки максимального значения мощности, что обеспечивает более высокий выходной ток по сравнению с током солнечной батареи. А это, в свою очередь, повышает КПД всей установки в целом.

Более усовершенствованные модели – способны понижать напряжение на СБ и поддерживать его на требуемом уровне. Наличие данной функции способствует более полной зарядке АКБ.

Любой контроллер, в том числе и самодельный, должен отвечать определенным требованиям:

1,2P ≤ I×U, где P – суммарная мощность солнечных батарей всей системы; I – выходной ток контроллера; U – напряжение системы при разряженных аккумуляторах.
1,2Uвх = Uх.х, где Uвх – максимально допустимое входное напряжение, Uх.х – суммарное напряжение холостого хода всех солнечных батарей системы.

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.

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.

3 Плюсы и минусы различных типов – разбираем и оцениваем

Как уже было сказано, производительность намного выше у моделей с горизонтальной осью вращения. Однако они нуждаются в сильном ветре, такой обычно бывает на высоте более 10–15 метров, и именно такой длины устанавливают мачту, которую венчает поворотная гондола с лопастями. Еще одним положительным качеством можно считать отсутствие изгибающей нагрузки на вал, которая имеет место у ветряков с вертикальной осью. К минусам же можно отнести тот факт, что у поворотных пропеллерных моделей 2 вала, а значит больше изнашивающихся узлов и выше вероятность поломки.

Вертикальные ветрогенераторы проще всего сделать самостоятельно

Что касается вертикальных систем, их достоинства и недостатки зависят от модели. К примеру, ветряки Савониуса наиболее простые и могут быть сделаны для дома своими руками, как из консервной банки, так и из металлической либо пластиковой бочки. Заводятся они при наличии 4 лопастей от самого легкого дуновения ветра, особенно если установлены качественные детали, тогда будет происходить самораскручивание за счет инерции даже при порывистом ветре. Но если лопасти только 2 или 3, самостоятельное вращение невозможно, поэтому ставят 2 таких модуля один на другой, располагая улавливатели ветра каждого под углом 90 градусов по отношению к другому. Парусность у этого типа большая, а потому очень высоко боковое давление на ось при сильном шторме.

У ортогональных ветряков, помимо их малой мощности, имеется еще ряд недостатков. Во-первых, это довольно сильная вибрация из-за неравномерного давления на разные участки лопасти крыловидной формы. Как следствие, быстро портится подшипник, установленный на вертикальном вале. Кроме того, подобные генераторы издают при вращении довольно сильный и неприятный шум, и потому могут стать причиной недовольства соседей на ближайших участках. Геликоидные, если их приобретать готовые, заводской комплектации, обходятся очень дорого, так же, как и многолопастные конструкции, у которых очень большое количество деталей.

Чертежи ротора

Изобретатель не предоставляет подробные чертежи своих разработок, но в качестве модели для построения лопастей использован принцип математической спирали:

Именно по этой кривой строится каждая из трех лопасть крыльчатки, в сумме образуя сплошную поверхность, близкую по очертаниям при взгляде сбоку к форме конуса. Спираль строится на основе золотого сечения, три лопасти образуют угол между осями в 120°. Конструкторы считают возможным использование множества вариантов изготовления лопастей, главным условием считая использование архимедова винта в качестве основы.

Такое обилие возможностей увеличивает шансы самодеятельных изготовителей ветряков, нуждающихся в создании устройства для своих нужд.

Лопастной винт

Разработано несколько видов конструкций этого элемента. Чертежи и размеры для изготовления ветрового колеса ветрогенератора легко найти в свободном доступе.

Для изготовления лопастей используют несколько видов материалов:

листовое оцинкованное железо;
нержавеющую сталь;
дюралевые сплавы;
тонкостенные трубы;
твердый стеклопластик, имеющий запас прочности на изгиб;
полипропилен;.

Алгоритм изготовления лопастей из трубы со стенкой 2-3 мм:

необходимый диаметр трубы задается расчетной длиной элемента 20% расчетной длины;
труба раскраивается на 4 равных продольных полосы;
концы скругляются по заготовленному шаблону, лопасти нужны идентичные;
они привариваются или клепаются к крепежному колесу, который одевается на ось генератора.

Простенький контроллер солнечной батареи своими руками

Люди, понимающие в электронике, зачастую сами пытаются собрать контроллеры для солнечных систем. Это у них получается, но эффективность таких механизмов все же уступает заводским. Впрочем, для небольших установок небольшого приборчика с малой мощностью бывает вполне достаточно.

Делая самодельный контролер заряда, следует иметь в виду, что:

Напряжение зарядного устройства должно равняться 13,8 Вольт и изменяться в зависимости от номинальности тока;
Напряжение при включении заряда обычно составляет 12,5 Вольт;
А при отключении – 11 Вольт (как правило, этот параметр настраивается вручную);
Самое большое входное напряжение устройства должно быть равно общему напряжению батарей без нагрузки;
При токе в 0,5 А снижение напряжения на ключах должно равняться 20 мВ.

Выбор ветроустановки

Выбирая модель ветрогенератор для частного дома следует учитывать необходимую мощность, обеспечивающую работу приборов и оборудования с учетом графика и периодичности включения. Она определяется путем ежемесячного учета потребляемой электроэнергии. Дополнительно значение мощности может определяться в соответствии с техническими характеристиками потребителей.

Следует учитывать и тот фактор, что питание всех электроприборов осуществляется не напрямую от ветрогенератора, а от инвертора и комплекта аккумуляторных батарей. Таким образом, генератор мощностью в 1 кВт способен обеспечить нормальное функционирование аккумуляторов, питающих четырехкиловаттный инвертор. В результате, бытовые приборы с аналогичной мощностью обеспечиваются электроэнергией в полном объеме. Большое значение имеет правильный выбор батарей

Особое внимание следует обратить на такие параметры, как емкость и ток зарядки

При выборе конструкции ветряного двигателя учитываются следующие факторы:

Направление вращения ветряного колеса – вертикальное или горизонтальное.
Форма лопаток для вентилятора может быть в виде паруса, с прямой или криволинейной поверхностью. В некоторых случаях используются комбинированные варианты.
Материал для лопаток и технология их изготовления.
Размещение вентиляторных лопастей с различным наклоном, относительно потока проходящего воздуха.
Количество лопастей, включенных в вентилятор.
Необходимая мощность, передаваемая от ветряного двигателя к генератору.

Кроме того, необходимо учесть среднегодовую скорость ветра для конкретной местности, уточненную в метеослужбе. Уточнять направление ветра не требуется, поскольку современные конструкции ветрогенераторов самостоятельно поворачиваются в другую сторону.

Для большинства местностей Российской Федерации наиболее оптимальным вариантом будет горизонтальная ориентация оси вращения, поверхность лопаток криволинейная вогнутая, которую воздушный поток обтекает под острым углом. На величину мощности, забираемой от ветра, влияет площадь лопасти. Для обычного дома вполне достаточно площади 1,25 м2.
Число оборотов ветряка зависит от количества лопастей. Быстрее всего вращаются ветрогенераторы с одной лопастью. В таких конструкциях для уравновешивания используется противовес. Следует учитывать и тот факт, что при низкой скорости ветра, ниже 3 м/с, ветряные установки становятся неспособными забирать энергию. Для того чтобы агрегат воспринимал слабый ветер, площадь его лопастей должна быть увеличена как минимум до 2 м2.

Как сделать устройство управления своими руками?

Изготовление устройства своими руками доступно только тем, кто имеет некоторые навыки работы с паяльником, в состоянии уверенно читать схемы и вообще имеет хотя бы общее представление об электротехнике и принципах работы электронных устройств. Подходить к вопросу без понимания его сути бессмысленно, так как малейшая ошибка поставит такого мастера в тупик.

Расчет контроллера

Этот момент довольно сложен и зачастую выполняется не столько именно путем расчетов, сколько подгонкой параметров балластного регулятора к имеющимся характеристикам ветрогенератора. Дело в том, что каждое устройство имеет собственные рабочие показатели, несоответствие которым не позволит контроллеру качественно выполнять свои функции. Например, если для устройства потребуется 12 вольт для начала зарядки, а контроллер собран на 24, то такая система попросту не сможет работать.

Для расчета контроллера надо снять все рабочие характеристики с генератора, т.е. проверить ветряк с установленным генератором на производительность в разных режимах работы — на слабых, средних и сильных ветрах. Учесть преобладающую скорость потока, при которой устройство будет работать практически все время. На основании этих данных выбирается напряжение, при котором открывается транзистор, переключающий устройство с одного режима на другой и наоборот.

Подготовительные работы

Прежде, чем приступить к сборке, надо приготовить все необходимые детали, тщательно проверить их номинал. Потребуются инструменты и материалы:

паяльник
припой, канифоль
пассатижи с узкими губками
пинцет
соединительный провод (в идеале – двух цветов)
печатная плата или монтажная панель

Создание печатной платы — непростой процесс, требующий наличия определенных приспособлений, химикатов и пластины фольгированного гетинакса. Проще использовать готовую монтажную панель или обычную пластину из фанеры, пластика или прочих листовых материалов. Тщательно продумать размещение всех элементов на пластине. Рекомендуется объединять их по категориям, чтобы все однотипные детали были сгруппированы в одних местах, так будет проще ориентироваться во время ремонтных работ.

Необходимо предусмотреть световую сигнализацию, свидетельствующую о текущем режиме работы устройства, чтобы при первом же взгляде было сразу видно, загрузка или отдача энергии происходит в данный момент.

Сборка устройства

При должной подготовке и наличии всех необходимых деталей процесс сборки особых проблем не вызывает. Основная задача — правильное соединение всех элементов в соответствии со схемой. При аккуратной и внимательной сборке устройство будет выполнять поставленную задачу вполне качественно, главное, чтобы все детали были исправными и соответствовали заявленным номиналам.

Как осуществить подключение самостоятельно

Подключить контроллер заряда MPPT для солнечных батарей достаточно просто. Для этого следует понимать принципиальную схему подключения, уметь в ней разбираться и ориентироваться, а также соединить все провода и элементы с полным соблюдением полярности, то есть «плюс» соединить с «плюсом», а «минус» с «минусом».

На рисунке ниже можно увидеть специальные отверстия с «плюсом» и минусом», собственно следует правильно засунуть в них нужные провода.

Более подробная схема представлена ниже.

Схема подключения довольно-таки проста, важно соединить все элементы, соблюдая полярность, а также необходимо учесть, чтобы они безопасно располагались в доме и не угрожали жизни. Справиться с такой задачей сможет каждый

Возможно подключение нескольких аккумуляторов, однако здесь присоединять необходимо смешанным способом, а именно: группа аккумуляторных батарей подключается между собой параллельно, а к контроллеру последовательно. Подобную схему можно увидеть на рисунке ниже.

Как видно из схемы, количество аккумуляторов не ограничено. Однако, следует понимать, что при таком числе необходимо приобрести соответствующий инвертор, который будет способен справиться с такой большой нагрузкой.

Что это такое?

Зарядник для аккумулятора шуруповерта – это устройство, позволяющее восполнить потери энергии батареи, обусловленные эксплуатацией инструмента. Благодаря возможности заряжать аккумулятор многократно сама батарея может иметь сравнительно небольшие размеры и емкость, лишь бы количество циклов перезарядки было большим, а зарядное устройство обеспечивало высокую скорость восстановления первоначального заряда.

Все зарядные устройства глобально можно поделить на 2 класса: встроенные и выносные. В первом случае нет необходимости специально извлекать батарею для зарядки – кабель с электрической вилкой присоединяется прямо к корпусу инструмента (или и вовсе прикреплен к нему на постоянной основе), что довольно удобно. Выносные зарядные устройства – это отдельный механизм, который предполагает извлечение батареи из корпуса шуруповерта, ее вставку в специальный зажим, а уже последний имеет тот же кабель с вилкой и включается в розетку. Каждое из решений имеет собственные преимущества и недостатки, но об этом чуть позже.

Если вышеописанное деление на классы никак принципиально не влияет на работу механизма, то соответствие типа зарядного устройства типу батареи критически важно. Дело в том, что аккумуляторы для электроинструмента даже сегодня выпускаются нескольких видов, каждый из которых имеет собственные особенности работы

Если зарядник не соответствует требуемым параметрам, это может привести к весьма быстрой порче батареи. Чтобы понимать, какими критериями должно обладать зарядное устройство, рассмотрим вкратце особенности всех основных типов аккумуляторов.

Никель-кадмиевые аккумуляторы сегодня уже встречаются довольно редко – их популярность падает из-за многих факторов, среди которых токсичность содержимого, способность к быстрому саморазряду, высокий вес при сравнительно малом заряде, а также «эффект памяти». Последний критерий означает, что батарея всегда должна быть сначала полностью разряженной, а затем полностью заряженной, если не соблюдать это правило, ее емкость, и без того невысокая, станет снижаться буквально на глазах. Едва ли не единственным огромным плюсом этого типа аккумуляторов является их способность нормально работать при любых низких температурах. При этом они еще и способны выдерживать высокие нагрузки, потому зарядные устройства для них часто делают с возможностью максимально быстрой зарядки – это весьма актуально, раз уж заряжать всегда нужно от 0% до 100%.
Никель-металл-гидридные батареи считаются улучшенной версией никель-кадмиевых – недостатки в целом повторяются, но выражены все они в заметно меньшей степени. Кроме того, у содержимого таких аккумуляторов не просматривается токсичных составляющих. Преимущества также весьма похожи на те, что были у батарей предыдущего типа, потому эти аккумуляторы встречаются уже значительно чаще, а зарядные устройства для обоих типов весьма похожи. Единственный показатель, в котором металл-гидридные источники питания хуже кадмиевых – это стоимость.
Литий-ионные аккумуляторы справедливо считаются наиболее современными и лучшими с технической стороны. Они лишены большинства недостатков вышеописанных батарей, например, мало весят при значительном объеме заряда, саморазряжаются на считаные проценты за месяц простоя, совершенно лишены «эффекта памяти». Долгое время их критиковали за несколько ускоренный разряд при работе в условиях мороза, но в последние годы постепенно решается и эта проблема. Правда, недостатки все равно есть, и наиболее высокая стоимость – далеко не единственный. Так, подобную батарею крайне нежелательно разряжать полностью – после этого она может и не восстановить первоначальную емкость, хотя плюс заключается в том, что подзарядить ее можно в любой момент ввиду отсутствия «эффекта памяти». Другой проблемой является вероятность взрыва аккумулятора при перегреве от чрезмерного заряда, потому зарядное устройство для такой батареи обязательно должно быть снабжено микроконтроллером.

Помимо прочего, зарядные устройства могут различаться и по вольтажу – 12, 14,4 или 18 вольт (этот показатель обязательно должен соответствовать рекомендованному в инструкции к шуруповерту). В качестве дополнительных опций предусмотрены специальная возможность ускоренного заряжания, а также индикация уровня заряда и автоматическое отключение в случае полного заряда или некой непредвиденной ситуации. Наличие дополнительных функций отрицательно сказывается на стоимости зарядника.