Как я построил ветрогенератор. Часть 2.

Часть 3. Изготовление флюгера и окончательная сборка

Теперь надо было собрать турбину. Считая, что все должно быть просто, насколько возможно, мотор я притянул двумя хомутами к куску доски сечением 5×10 см. Длина доски была рассчитана высоконаучным методом, путем выбора самого длинного отрезка, валяющегося в куче хлама. Из куска 100 мм ПВХ трубы я вырезал кожух, чтобы защитить мотор от непогоды. Хвост, благодаря которому флюгер разворачивался бы по ветру, я вырезал их куска алюминиевого листа. Я опасался, что хвост будет маловат, на как оказалось, работал он хорошо. Для тех из вас, кто любит планы, чертежи, схемы, я указал на фотографии несколько размеров. Хотя сомневаюсь, что хоть один из них может быть критичным.

Самодельный ветрогенератор

Это фотография собранного флюгера с другой стороны.

Затем я стал размышлять о том, как сделать мачту и подшипник, который позволял бы флюгеру легко разворачиваться по ветру. Во время мозгового штурма я провел в магазине немало часов. Наконец, как мне показалось, я нашел неплохое решение. Я заметил, что стальная труба диаметром 1" с минимальным трением вращается внутри стальной EMT трубы 1¼", используемой при прокладке электропроводки. Тогда в качестве мачты можно использовать длинную трубу 1¼", а на ее концах водопроводные фитинги 1". К флюгеру, на расстоянии 19 см от генератора, я привернул стальной дюймовый фланец и ввернул в него кусок трубы длиной 25 см. Этот кусок, вставленный в мачту, мог бы вращаться в ней не хуже, чем в подшипнике. Провода от мотора я пропустил бы в мачту через отверстие, просверленное в доске флюгера. Гениально ! (Если можно так говорить про самого себя).

Самодельный ветрогенератор

Основание мачты диаметром 60 см я вырезал из фанеры. Затем сделал U-образную конструкцию из водопроводных фитингов, вставив тройник посередине. Тройник свободно вращается, что в последствии позволит мне опускать мачту. После этого, через переходник с 1¼" на 1", я привернул отрезок трубы длиной 30 см. Позже между переходником и тройником я вставил еще один 1" тройник, через отверстие которого можно было бы выпустить идущие от флюгера провода. В последний момент я просверлил отверстия в деревянном круге, чтобы иметь возможность закреплять основание на земле с помощью шпилек.

Самодельный ветрогенератор

На этой фотографии флюгер и основание показаны вместе. Теперь вы можете представить себе, как будет выглядеть вся конструкция после того, как две части будут соединены трехметровой трубой. Однако постройкой генератора я занимался во Флориде, а использовать его собирался в Аризоне. Везти длинную трубу через всю страну мне не хотелось. Но тогда получалось, что турбина не будет окончательно собрана и полностью испытана, пока я не доеду до места. От этого мне было немного неспокойно.

Самодельный ветрогенератор

Затем все деревянные детали я покрасил в два слоя белой латексной краской, оставшейся от другого проекта. На этой фотографии можно также увидеть свинцовый противовес, который я прикрепил под хвостом, чтобы сбалансировать флюгер.

Самодельный ветрогенератор

Последний снимок сделан после того, как ветроколесо было присоединено к мотору. Сборка генератора закончена.

Часть 4. Контроллер заряда - поиск решения

У меня не было возможность проверить свое устройство до отъезда в Аризону. Правда, в один ветреный день, я взял генератор в руки, вышел на улицу и поднял его высоко над головой, чтобы узнать, как он будет вращаться. В считанные секунды лопасти набрали чудовищные обороты (ведь нагрузки у генератора не было) и я осознал, что не имею понятия, как опустить генератор на землю, не разрубив себя на кусочки. К счастью, в конце концов, мне удалось отвернуть его от ветра и замедлить вращение. Еще раз подобной ошибки я не сделаю.

Теперь, когда все части генератора были у меня в руках, пришло время подумать об электронной части проекта. Ветроэлектростанция должна состоять из ветрогенератора, одной или нескольких аккумуляторных батарей, для сохранения энергии, получаемой от генератора, блокировочного диода, который не позволяет генератору раскручиваться от напряжения аккумуляторов, балластной нагрузки для «слива» избыточной энергии после полного заряда аккумуляторов, и управляющего всем этим хозяйством контроллера.

Для целей солнечной и ветроэнергетики разработано множество контроллеров. Почти все можно купить на Ebay. Но я решил сделать собственный, и опять полез в Googlе. Информации нашлось много, включая полные принципиальные схемы контроллеров заряда. За основу своей схемы я взял эту:

http://www.fieldlines.com/story/2004/9/20/0406/27488

На этом сайте все описано в мельчайших подробностях, поэтому я затрону описание контроллера в довольно общих выражениях. Как и в случае генератора, руководствуясь чужими рекомендациями, я многое сделал по своему. Прежде всего из-за того, что будучи с ранних лет заядлым радиолюбителем, я накопил огромное количество деталей, которые решил непременно использовать, чтобы поменьше покупать в магазине. Я не так уж сильно переработал схему, но в конечном счете. Получилось так, что покупать мне пришлось только реле.

Независимо от того, покупная у вас турбина, или самодельная, контролер для нее нужен всегда. Основное назначение контроллера состоит в том, чтобы отслеживать напряжение на аккумуляторах и направлять энергию турбины либо в аккумуляторы, либо, если аккумуляторы полностью зарядились, в дополнительную нагрузку. Схема и пояснения из приведенной выше ссылки хорошо объясняют принцип его работы.

Вот фотография сделанного мною контроллера.

Контроллер заряда для самодельного ветряка

Для начала все детали я привернул к листу фанеры. Со временем я смонтирую их в водонепроницаемом корпусе.

Небольшая макетная плата по центру в нижней части фотографии, с микросхемами и другими деталями, – собственно, и есть контроллер. На серебристом уголке под макетной платой установлены две кнопки, с помощью которых я могу вручную переключать ток генератора либо на аккумуляторы, либо на дополнительную нагрузку. В большой черном теплоотводе в нижнем левом углу находятся два блокировочных диода на ток 40 А. Пока я использую только один, но второй понадобится, если я захочу поставить еще один ветрогенератор или солнечную батарею. Двойной ряд золотистых прямоугольников вверху – это гасящая нагрузка, собранная из мощных резисторов. Сопротивление каждого резистора 2 Ом. Они используются для отвода мощности турбины при полном заряде аккумулятора, и кроме того, служат эквивалентом нагрузки при испытаниях турбины. В дальнейшем я планирую использовать эту энергию каким-либо более полезным способом. Например, для нагрева воды, или для заряда еще одного аккумулятора. Ниже гасящей нагрузки, слева установлен главный предохранитель ветрогенератора. Небольшой серый кубик – это автомобильное реле на 40 А. Именно оно переключает ток турбины между аккумулятором и нагрузкой. По правой стороне расположился ряд клеммных контактов, с помощью которых я произвожу все внешние подключения.

Часть 5. Контроллер заряда - схема

Генератор турбины подключается к контроллеру. От контроллера идут провода к аккумулятору. Туда же подключается и нагрузка. Если напряжение на аккумуляторе падает ниже 11.9 В, контроллер подключает генератор к аккумулятору, и последний начинает заряжаться. Если напряжение аккумулятора достигает 14 В, контроллер подключает к нему дополнительную нагрузку. Оба пороговых напряжения, 11.9 В и 14 В, можно изменять подстроечными резисторами. Интересуясь в Интернете, какими же должны быть эти пороги для свинцовых аккумуляторов, я обнаружил некоторые расхождения у различных авторов. Для своей схемы я взял усредненные значения.

При напряжении аккумулятора между 11.9 В и 14 В, контроллер может переключать систему между зарядом и отдачей тока в нагрузку. Пара кнопок позволяет мне делать эти переключения в любое время, независимо от контроллера. Очень удобно при наладке устройства.

Желтый светодиод зажигается во время зарядки аккумулятора. Когда аккумулятор заряжен, и избыточная мощность отводится в дополнительную нагрузку, загорается зеленый светодиод. Таким образом, я имею минимальную обратную связь, позволяющую понять, что происходит в системе. Кроме того, с помощью мультиметра я могу измерять напряжения в любых точках. Все это не очень удобно.
Как только у меня дойдут руки до того, чтобы упаковать конструкцию в подходящий корпус, я непременно добавлю вольтметр и амперметр, возможно, от автомобильного приборного щитка.

Я использовал свою собранную на листе фанеры схему, что бы с помощью внешнего источника питания имитировать различные режимы заряда и разряда аккумулятора, и настроить контроллер. Устанавливая напряжение 11.9 В, а затем 14 В, я выставил подстроечными резисторами требуемые пороги. Сделать это следовало до отъезда, так как заниматься настройкой в поле никакой возможности у меня не было бы.

Доработка

Исследовав подробнее правила заряда свинцовых аккумуляторов, верхний порог я установил равным 14.8 В. Кроме того, от брата мне достались герметичные свинцовые аккумуляторы, которыми я и заменил обычные, использовавшиеся первоначально.

Важно !

Я понял, что в первую очередь, надо подключать к контроллеру аккумулятор, и только потом ветрогенератор или солнечную батарею. Если генератор подключить первым, волны напряжения не будут сглаживаться аккумулятором, контроллер будет работать неправильно, реле хаотически переключаться, а броски напряжения, в конце концов, приведут к выходу из строя микросхем. Короче, всегда подключайте аккумуляторную батарею первой, а ветрогенератор вслед за ней. И наоборот, разбирая систему, убедитесь в первую очередь, что генератор отключен. Батарею отключайте последней.

Наконец, представлю вам принципиальную схему. Она лишь немного отличается от прототипа, ссылку на который я приводил выше. Как я говорил раньше, некоторые детали я заменил на те, которые уже были у меня, чтобы не тратиться на покупку новых. Советую вам поступать также. Совершенно не обязательно повторять схему один в один.

Контроллер заряда для самодельного ветряка

Перевод текстов на рисунке

Наконец, проект завершен. До моего отъезда осталась всего неделя. Пролетела она быстро. Я разобрал турбину и тщательно упаковал все детали и инструменты, необходимые, чтобы собрать турбину после поездки через всю страну. Погрузив все в машину, я во второй раз поехал на свой участок в Аризоне, на этот раз с надеждой, что хоть какое-то электричество у меня там будет.

Продолжение. Часть 3.

На английском языке: How I home-built an electricity producing Wind turbine. Part 3
На английском языке: How I home-built an electricity producing Wind turbine. Part 4
На английском языке: How I home-built an electricity producing Wind turbine. Part 5

Автор: Mike Davis

Источник:
http://www.rlocman.ru/