Ветрогенераторы и солнечные батареи

Компания Альтэко предлагает к рассмотрению типовые решения «Ветро-солнечные станции» для автономного или резервного электроснабжения объекта на основе возобновляемой энергии ветра и солнца.

Данный тип ветро-солнечных систем предназначен для автономной работы на объектах круглогодичного пользования. Альтернатива затратного или невозможного подключения объекта к линии электроснабжения. Преимуществом данной системы — является стабильная выработка электроэнергии на протяжении всего года, за счет большей эффективности ветрогенератора зимой, а солнечных батарей летом. Данная гибридная система прекрасно используется на удаленных объектах: фермерские хозяйства, теплицы, склады, производственные участки, гостиницы, частные дома, пункты охраны и телекоммуникаций. Несколько солнечных панелей могут быть закреплены на мачте ветрогенератора. Чем выше мачта, тем эффективнее работа ветрогенератора.

Характеристика ветро-солнечной системы:

Мощность инвертора (максимальной нагрузки) – 4,0 кВт;

Мощность ветрогенератора – 0,8 кВт;

Мощность солнечных батарей – 2 кВт;

Диаметр ветротурбины – 3,1 м;

Тип ветрогенератора — горизонтальный;

Тип солнечных батарей – поликристаллические;

Выработка эл.энергии за месяц (период осень-зима) — до 300 кВт*ч;

Выработка эл.энергии за месяц (период весна-лето) — до 400 кВт*ч;

Выработка эл.энергии за 12 месяцев — до 4200 кВт*ч;

Емкость аккумуляторных батарей – 420 А*ч, 48В (20,2 кВт*ч);

Напряжение системы – 48В/220В.

Состав и стоимость ветро-солнечной станции (Вариант 1)*:

* — В стоимости станции не учтены:
— расходные материалы (кабель, крепеж, электрофурнитура);
— монтажные работы (около 15 % от стоимости материалов);
— транспортные и накладные расходы.
Стоимость установки и комплектация пакета «Ветро-солнечная станция» подлежит уточнению после выезда на объект.
Данная ветро-солнечная станция может обеспечить электроэнергией следующих потребителей:
Зимний период

Наименование Мощность,
Вт
Кол-во Время
работы,
часов в сутки
Потребление
электроэнергии,
Вт*ч в сутки
Потребление
электроэнергии,
кВт*ч в месяц
Лампа светодиодная 10 6 8 480 14,9
Зарядное устройство м/тел. 5 3 1 15 0,5
Холодильник 150 1 8 1200 37,2
Ноутбук 75 2 6 900 27,9
Телевизор 80 1 4 320 9,9
Спутниковая антенна 20 1 4 80 2,5
Насос скважины 500 1 0,3 150 4,7
Насосы системы отопления 80 1 24 1920 59,5
Микроволновая печь 800 1 0,3 240 7,4
Индукционная плита 1700 1 1 1700 52,7
Электродрель* 600 1 0,2 120 3,7
Стиральная машина* 750 1 0,5 375 11,6
Утюг* 1300 1 0,3 390 12,1
Фен* 1300 1 0,3 390 12,1
Пылесос* 2000 1 0,2 400 12,4
Посудомоечная машина* 2000 1 0,4 800 24,8
Всего: 11370 9480 293,9

* — исключается возможность одновременного использования данных электроприборов.

Летний период

Наименование Мощность,
Вт
Кол-во Время
работы,
часов в сутки
Потребление
электроэнергии,
Вт*ч в сутки
Потребление
электроэнергии,
кВт*ч в месяц
Лампа светодиодная 10 6 4 240 7,4
Зарядное устройство м/тел. 5 3 1 15 0,5
Холодильник 150 1 12 1800 55,8
Ноутбук 75 2 6 900 27,9
Телевизор 80 1 4 320 9,9
Спутниковая антенна 20 1 4 80 2,5
Насос скважины 500 1 2 1000 31,0
Насосы системы отопления 80 1 0 0 0
Микроволновая печь 800 1 1 800 24,8
Индукционная плита 1700 1 1,5 2550 79,1
Электродрель* 600 1 1 600 18,6
Стиральная машина* 750 1 0,7 525 16,3
Утюг* 1300 1 0,5 650 20,2
Фен* 1300 1 0,5 650 20,2
Пылесос* 2000 1 0,2 400 12,4
Посудомоечная машина* 2000 1 1 2000 62,0
Всего: 11370 12530 388,4

* — исключается возможность одновременного использования данных электроприборов.

Часто меня спрашивают можно-ли ветрогенератор подключить к контроллеру для солнечных батарей. И я говорю что нельзя. Нельзя потому что при превышении напряжения на АКБ контроллер отключает ветрогенератор, так-же как и солнечную панель. Но в отличие от солнечной батареи, на которой напряжение без нагрузки 20-22 вольта (для 12в батарей), у ветрогенератора без нагрузки напряжение может оказаться значительно выше. Отключенный ветрогенератор может набрать очень большие обороты, его напряжение сильно поднимется. А транзисторы в контроллере как правило низковольтные, и они сгорят от превышения напряжения.
Для контроллеров на 12-24 вольт транзисторы ставят максимум на 50-60 вольт. Так вот когда отключенный ветряк раскрутится и напряжение поднимется до 60-80 вольт, то в момент включения транзисторы моментально сгорят от перенапряжения. Ну и сам ветряк нельзя отключать, нельзя допускать чтобы он оставался без нагрузки, особенно на сильном ветре. Ничем не нагруженный он наберёт бешеные обороты, пойдёт «в разнос» и могут от перегрузок оторваться лопасти.
Контроллеры для ветрогенераторов никогда не отключают ветрогенератор. Когда напряжение на АКБ начинает превышать свой предел то контроллер или тормозит ветряк замыканием провода, то-есть закорачиванием обмоток. Или подключает дополнительную нагрузку (балласт) чтобы сжечь лишнюю энергию. А контроллеры для солнечных батарей просто отключают солнечные панели при превышении напряжения на АКБ.
Но я нашёл простой и эффективный выход чтобы ветряк во время отключения не оставался без нагрузки. Помогли мне в этом светодиоды. Если взять светодиодную матрицу на 24 или 36 вольт, то она ничего не потребляет и не светится при напряжении 14 вольт. Рассмотрим матрицы на 36 вольта. Начинают они светится и потреблять энергию начиная с 19 вольт, и выходят на полную мощность при 36 вольт.
Если мы на вход контроллера подключим параллельно ветрогенератору такую светодиодную матрицу (или несколько) то пока ветрогенератор работает на зарядку АКБ (14в) матрица светится и потреблять энергию не будет, ей не хватает напряжения. Но как только контроллер отключит ветрогенератор, напряжение сразу подскочит. И светодиодная матрица начнёт потреблять энергию и остановит рост напряжения. Ветрогенератор окажется нагружен на светодиодные матрицы. Их количество нужно набрать чтобы в сумме они были немного мощнее максимально возможной мощности ветрогенератора. Тогда ветрогенератор во время отключения контроллером будет всегда нагружен, и будет работать на светодиодные матрицы.
Получается как-бы уздечка, которая ограничивает напряжение и нагружает ветрогенератор пока он отключен контроллером. Также можно использовать диоды. Последовательно соединить порядка 35 диодов шоттки, и они примерно так-же будут работать, ничего не потреблять при 14-15 вольт, и если напряжение будет выше то они начнут потреблять энергию.
Выглядит это вот так,: берём любой PWM солнечный контроллер. Вместо солнечной батареи или вместе с ней подключаем ветрогенератор. Естественно от ветрогенератора подключаем плюс и минус после диодного моста. И на этот вход подключаем блок светодиодных матриц мощность чуть мощнее максимальной мощности ветрогенератора. К примеру если ветряк на 300 ватт, то надо набрать на 300 ватт светодиодных матриц. Светодиодные матрицы сейчас стоят совсем недорого.
>
На рисвнке изображена схема подключения ветрогенератора к контроллеру и светодиодного балласта. Ниже на видео я в качестве эксперимента показал как работает контроллер с ветрогенератором.

В видео лишь эксперимент, блок светодиодов всего на 90 ватт, а для моего ветряка требуется порядка 500 ватт светодиодов чтобы даже на сильном ветру и при полном заряде АКБ этот балласт мог сжигать энергию от ветряка оставляя его нагруженным. Ну и светодиоды в данном видео испорченные, поэтому некоторые из них частями или полностью отказывают. И отдельные светодиоды в матрицах светят уже при 14 вольт. Потребление там нулевое, оно начинается где то с 20 вольт, светодиодные матрицы соединены по три штуки последовательно , то есть на 36 вольт, и нормальные светодиоды при таком включении не светятся вообще при 14 вольт.

Эксплуатация устройства

Порядок подключения ветрогенератора является важным моментом эксплуатации устройства, от которого зависит возможность выполнения комплектом своих функций, сохранность оборудования в рабочем состоянии и долговечность аппаратуры. Неправильное подключение может вывести из строя отдельные узлы, аккумуляторные батареи. Для того, чтобы исключить возможность ошибки, надо заранее уяснить себе схему присоединения элементов комплекса друг к другу, правильное подключение балласта и нагрузки.

Как правильно подключить ветрогенератор?

Прежде, чем начинать рассмотрение правил подключения, надо определиться с составом комплекта. Ветрогенератор представляет собой целую систему оборудования, из которого вращающийся ветряк — только преобразователь энергии ветра во вращательное движение, заставляющее функционировать генератор.

Дальше напряжение подается на контроллер сигнала. Это прибор, следящий за состоянием аккумуляторных батарей. Если они загружены полностью, контроллер переключает их с режима зарядки на режим потребления, параллельно включая балластное сопротивление (потребитель) для снятия лишнего заряда.

Напряжение с аккумуляторов идет на инвертор, который преобразует постоянный ток аккумуляторов в стандартные 220 В, 50 Гц, которые питают бытовую технику, освещение и прочие приборы потребления.

Основные схемы

Возможны различные схемы подключения ветрогенератора. Основная коммутация остается неизменной, варианты касаются только присутствия дополнительного источника энергии. Различают:

  • питание только от ветроустановки
  • ветрогенератор работает в паре с сетевым электричеством. При разряде аккумуляторов происходит переключение на сетевые ресурсы, после зарядки батарей установка вновь переключается на обеспечение потребителей
  • подключение параллельно с бензогенератором. Разряд батарей инициирует запуск бензогенератора, затем обратное подключение ветряка
  • параллельное подключение с солнечными батареями. Один из наиболее часто встречающихся комплектов. Используются солнечные батареи, работающие параллельно с ветряком и, по необходимости, берущие на себя основное обеспечение потребителей
  • на Западе излишки выработанной энергии сбрасываются в сеть, за что владелец ветряка получает некоторую плату. В России такого оборудования пока не имеется, поэтому излишки попросту утилизируются с помощью балластных сопротивлений.

Сетевая схема подключения

Сетевая схема представлена в двух вариантах:

  • сетевая схема без аккумуляторов. Выработанная энергия отдается в сеть, а потребители питаются из нее. Владелец платит только за разницу между выработанной и потребленной энергией. В России такой вариант не реализован
  • сетевая схема с аккумуляторами. В данном случае подключение к сети используется только при разряде аккумуляторов, т.е. сетевые ресурсы используются как гарантия.

Такая схема подключения имеет свои достоинства и недостатки, но для того, чтобы она была действительно выгодной, надо, чтобы выработанной энергии хватало на обеспечение большого количества потребителей, а оборудование стоило довольно дешево. В противном случае проще постоянно пользоваться сетевой энергией, а ветряк держать на случай внезапных перебоев. Так будет надежнее, проще и появится возможность увеличить срок службы ветрогенератора.

Как подключить контроллер к ветрогенератору?

Контроллер — это самый первый прибор, на который подается напряжение, выработанное генератором. Подключение контроллера производится посредством специальных клемм. Генератор подключается ко входу, а выходные клеммы соединяются с аккумуляторными батареями.

Функции контроллера могут быть значительно расширены, он способен производить мониторинг состояния аккумуляторов, следить за напряжением от генератора и вовремя переключать систему на сетевое питание.

Функционал контроллера полностью зависит от того, кто его собирал (заводское исполнение или самоделка), от типа конструкции, модели и т.д.

Существует множество схем для самостоятельного изготовления, в которых всего несколько простых деталей. Такие схемы легко реализуются даже людьми с начальной подготовкой, они надежны и нетребовательны. При самостоятельном изготовлении ветряка такие схемы обеспечивают полноценное функционирование, а отсутствие каких-то дополнительных возможностей не является значительным минусом. Чем меньше элементов в схеме, тем она надежнее и меньше подвержена отказам или поломкам, поэтому вариант наиболее удачный.

Подключение ветряка к аккумулятору

Подключение аккумулятора к генератору производится через выпрямитель — диодный мост. Аккумуляторные батареи нуждаются в постоянном токе, а генератор ветряка выдает переменку, причем, весьма нестабильную по амплитуде. Выпрямитель изменяет переменный ток, модифицируя его в постоянный. Если генератор трехфазный, то необходимо использовать трехфазный выпрямитель, на это надо обращать особенное внимание.

Прямое подключение ветряка к аккумулятору — опасное решение, поскольку параметры напряжения, выдаваемого ветряком, не имеют стабильности. Резкое повышение напряжения, выходящее за пределы номинала батарей, способно вывести их из строя.

Аккумуляторы обычно не новые, они способны закипеть. Поэтому настоятельно рекомендуется использовать хотя бы простенький контроллер, изготовленный из реле-регулятора. Он вовремя отключит зарядку и сохранит работоспособность аккумуляторных батарей. В любом случае не следует экономить на оборудовании и сокращать состав комплекта, так как от него зависит полноценная работа всей ветроустановки.

Подключение однофазного ветрогенератора к трехфазному контроллеру

Однофазный генератор может быть подключен к трехфазному контроллеру либо на одну фазу, либо параллельно на все три. Более правильным вариантом считается использование одной фазы, т. е. ветряк подключается к двум контактам — защемляющему и одному фазному. Это обеспечит правильную обработку напряжения и выдачу его на приборы потребления.

В целом, использование таких разнородных устройств нецелесообразно. Кроме того, путаница с вариантами подключения способна создать значительную угрозу целостности оборудования, что недопустимо. При сборке комплекта надо сразу определиться с его составом и типом смежных приборов, чтобы не допустить использования разноплановых устройств в единой связке. Допускать рискованные соединения можно только подготовленным людям, являющимися специалистами в электротехнике, хотя сами они подобные действия решительно отвергают.

Оставьте комментарий