Китайский ветряк, часть 2 заключительная
Доброго времени суток дорогие Хабровчане! Сегодня я расскажу об окончании эпопеи со своим 400 Вт ветряком и выводах, к которым я пришел на основе личного и чужого опыта.
Первая часть статьи вызвала активную дискуссию в коментариях, кроме того коллега Peling указал мне на одну мою ошибку и история получила продолжение, о котором я вам расскажу далее.
Первая часть истории тут: habr.com/ru/post/473162
Когда я в первой части рассказал о малой выработке генератора — в комментариях были высказаны предположения о недостаточном сечении провода 3×2.5 мм2 при его длине в 100 м, что вело к большим потерям при низком напряжении которое выдает генератор при слабом ветре. Была приведена ссылка на калькулятор www.calc.ru/poteri-napryazheniya-v-kabele-kalkulyator.html для расчета потерь. Ссылка несомненно полезная, но многими комментаторами небыли учтены нюансы работы генератора ветряка при разной силе ветра и разной вырабатываемой мощности.
Одновременно были предложены идеи повышать выходное напряжение ветряка до 220–380В для передачи по тонкой линии либо трехфазным трансформатором, либо DC-DC повышающим преобразователем. Но предлагавшие не учли то, что напряжение генератора ветряка и его частота могут колебаться в очень широких пределах — что отсекает все простые и дешевые решения. Конкретно напряжение генератора ветряка может колебаться от 10 до 110В, при 45–55 В на ветре 12–15 м/с что есть в одном из недавних видео коллеги Peling-a с ветряком той-же модели что и мой.
Смотреть тут.
Моя же ошибка с ветряком заключается в следующем — китайцы прислали контроллер ветряка на 12В систему, а я подключил его к 24В системе и контроллер считая что аккумуляторы заряжены тормозил ветряк. Ошибка конечно грубая, но маркировка на контроллере больно уж «кривая» — выглядит будто отмечена работа на 24В, а на самом деле нормально работает только на 12В.
Поняв свою ошибку с подсказки Peling-a столкнувшегося с той-же проблемой, я пересобрал систему в варианте на 12В в виде чистого стенда. Ветряк --> Контроллер заряда → Ваттметр → АКБ 12В 170 Ач без любых иных источников тока или потребителей. После чего снял видео с «чистыми» показаниями ваттметра, чтобы можно было контролировать реальную выработку ветряка за определенный промежуток времени.
Первое видео от 01. 11. 2019 г.
Второе видео от 09. 11. 2019 г.
Нюансы работы маленьких ветрогенераторов таковы — напряжение которое выдает генератор ветряка и отдаваемая мощность сильно зависят от оборотов, а обороты генератора зависят от силы ветра.
На малых оборотах — мало напряжение и отдаваемый ток, обычно это около 10–12В при токе 0,01–0,1А. При таком напряжении обычно даже сам контроллер ветряка не выдает мощность, потому что ее недостаточно для зарядки даже 12В АКБ и силовые включи контроллера закрыты. По мере роста оборотов и напряжения до 15–20В ключи контроллера, если он сконфигурирован на 12В начинают открываться и он начинает заряжать генератор отдавая напряжение и ток около 0,4–0,6А при мощности 4–6 Вт. Но если контроллер сконфигурирован на 24В и подключен 24В АКБ — то пока напряжение отдаваемое генератором ветряка не превысит 25–30В — зарядка не начинается.
Теперь немного про контроллер ветряка. Это достаточно банальный ШИМ (PWR) контроллер на входе которого трехфазный диодный мост. В схему добавлена схема контроля частоты оборотов ветряка и схема контроля напряжения батареи, которая при превышении параметров подает напряжение на обмотки генератора тормозя ротор. Механического тормоза у ветряка нет и торможение осуществляется таким способом.
Из выше сказанного следует что на малых оборотах и мощностях ветряка ток мал и мало напряжение, так что потери в линии 3×2.5 не имеют особого значения. А с ростом оборотов и отдаваемой мощности растет напряжение, что приводит к уменьшению потерь на длинном и «относительно тонком» проводе. Чуть ниже мои расчеты в подтверждение рассуждений, с применением вышеуказанного калькулятора по ссылке.
1 случай. АКБ 12В, слабый ветер.
Параметры калькулятора:
Переменный ток
Материал Медь
Длина линии 100 м
Сечение 2.50 мм2
Мощность
Мощность нагрузки 6 Вт
3 фазы
Напряжение 12В
Температура 25С
Потери 0.353 В (2.946%)
Как видим и было сказано выше — при малой мощности потери незначительны.
2 случай. АКБ 12В, средний ветер.
Параметры калькулятора:
Переменный ток
Материал Медь
Длина линии 100 м
Сечение 2.50 мм2
Мощность
Мощность нагрузки 50 Вт
3 фазы
Напряжение 25В
Температура 25С
Потери 1.414 В (5.656%)
Как видим и в этом случае потери не так велики, все на том-же 3×2,5 мм2 проводе.
Но вот при переходе на 24В систему ситуация становится еще интересней. Во первых весь диапазон мощностей при которых напряжение ветряка ниже напряжения заряда АКБ — отсекается контроллером, а при рабочих напряжениях более 25В потери в линии еще ниже.
3 случай. АКБ 24В, средний ветер.
Параметры калькулятора:
Переменный ток
Материал Медь
Длина линии 100 м
Сечение 2.50 мм2
Мощность
Мощность нагрузки 60 Вт
3 фазы
Напряжение 27В
Температура 25С
Потери 1.571 В (5.818%)
Как видим и в этом случае потери не так велики, все на том-же 3×2,5 мм2 проводе.
Из этого следует следующий вывод — провод 3×2.5 мм2 в моем случае даже при длине линии в 100 м работает достаточно неплохо, чтобы на нем небыло неприемлемых потерь. Можно уложить провод 3×6 мм2 понизив потери в два раза, но это вызовет рост цены системы который неоправдан с моей точки зрения. С алюминиевым проводом я не связывался, т.к. линия проложена под землей и в условиях повышенной влажности алюминиевая проводка быстро выходит из строя.
Из всего выше сказанного я для себя сделал следующие выводы — ветряк штука полезная, но только если у вас есть постоянный ветер. Ключевое слово — постоянный. Он может быть слабым — 3–7 м/с, он может быть сильным 8–15 м/с. Но он должен быть ПОСТОЯННЫМ. Не порывы »5–7 м/с» или »7–15 м/с», а именно постоянный. И только тогда установка ветряка оправдана. Потому что мощность отдаваемая будет постоянной и ветряк можно оптимизировать под силу ветра. Но если у вас порывы ветра и ветряк крутится 5–15 минут в час или вовсе раз в три дня порывами выдавая 3–6 Вт и в пике 20–50 Вт — он будет просто дорогим флюгером. А самое пикантное — в России постоянный ветер есть на самом деле мало где. Это либо горы и иные высокие возвышенности, либо побережья.
Теперь про вертикальные ветрогенераторы, которые якобы более эффективны чем классические. Этот миф был разобран вот тут человеком который «собаку съел» на ветряках.
«Вишнёвый Чупа Чупс! или, Вся правда о вертикальном ветрогенераторе. Часть 1»
С выводами автора видео я полностью согласен. Такого типа ветряк хорош только при установке на балконе многоэтажки, при условии что не будет мешать своим шумом жильцам. В иных случаях лучше классические ветряки.
Так что дорогие товарищи, делать выбор ставить ветряк или нет будете лично вы, покупать готовый или делать сами, отталкиваясь от условий которые в том месте где вы живете, просто учтите мой практический опыт и не выкидывайте деньги на ветер в прямом смысле слова, особенно если его нет.
