Как сделать контроллер для ветрогенератора своими руками

Контроллер – это устройство, отвечающее за преобразование переменного напряжения, вырабатываемого генератором, в постоянное, и контроль заряда. Можно приобрести это устройство, а можно сделать самостоятельно.

У нас вы можете купить контроллеры для ветрогенератора следующих производителей:

1. Hefei Win Power
2. Zonhan Windpower
3. Ветрогрей (Россия, собственное производство).

Все эти контроллеры 100% совместимы с ветрогенерами Exmork (Zonhan) и большинством заводских бытовых ветрогенераторов из Азии и Европы.

Ветрогенераторы для которых точно не подходят наши контроллеры:
Hummer (Китай), для всех Российских самодельных ветряков (Мельников, Махаон, ГРЦ-Вертикаль).

Гарантийный и послегарантийный ремонт осуществляются собственным сервисным центром.

Ветрогенераторы и контроллеры заряда АКБ

Если механический ветряк вполне возможно сделать самостоятельно, можно ли сделать своими руками ещё и контроллер ветряка?

Чтобы иметь какое-то представление о контроллерах ветрогенераторов и успешно воспроизводить такую технику своими руками, не лишними будут базовые сведения об этих приборах.

Контроллер, обслуживающий аккумуляторные батареи, призван в первую очередь управлять процессом заряда АКБ. Это его основная функция, но ее условно следует разделить ещё на целый ряд подфункций.

Например, одним функционалом отслеживается ток заряда и ток саморазряда. Другой функционал реализует действия, направленные на измерение температуры и давления. Третий отвечает за компенсацию разницы энергетических потоков, когда одновременно с потреблением тока нагрузкой осуществляется заряд АКБ.

Приборы промышленного изготовления наделены полноценным функционалом. А вот относительно любительских конструкций такого не скажешь. Устройства, выполненные на базе простейших схемных решений в домашних условиях своими руками – это контроллеры, далёкие от совершенных моделей.

Тем не менее, они работают и достаточно продуктивно позволяют эксплуатировать разные виды ветрогенераторов. Как правило, в самодельных конструкциях реализована лишь одна функция – защита от перенапряжения и от глубокой разрядки.

Почему внедрение контроллера в систему ветряка является обязательным моментом?

Потому что в режиме энергетической подпитки АКБ без применения контроллера следует ожидать неприятных последствий:

1. Деградацию структуры аккумулятора по причине неконтролируемых химических процессов.
2. Неконтролируемый рост давления и температуры электролита.
3. Утрату аккумулятором свойств подзарядки в связи с имеющим место долговременным разрядом.

Контроллер заряда для схемы ветрогенераторной установки выполняется, как правило, в виде отдельного электронного модуля. Этот модуль съёмный и быстро отключаемый. Приборы промышленного изготовления обязательно оснащаются индикацией режимов и состояний – световой или визуально передаваемой через дисплей.

На практике могут применяться два вида устройств – встраиваемые непосредственно в корпус ветрогенератора и подключаемые к аккумуляторной батарее.

Принцип действия контроллера для ветрогенератора

Для различных типов ветровых генераторов используют различные виды и конструкции контроллеров, но основные принципы работы подобных устройств, можно разделить на два типа, это:

1. Для ветровых установок относительно не большой мощности: при достижении напряжения на клеммах аккумуляторных батарей выше 15,0 В, контроллер перемыкает обмотки генератора, что приводит к остановке вращения лопастей ветровой установки. При снижении напряжения до 13,5 В, контроллер дает команду на разблокировку обмоток, и установка начинает работать в нормальном режиме.
2. Для мощных ветровых установок – в комплекте с электронным блоком контроллера монтируется балластный резистор с большим сопротивлением. При достижении напряжения на клеммах аккумуляторов в 14,0 – 15,0 В, контроллер не отключает ветровую установку, а «лишнюю» энергию сжигает на балластном сопротивлении. В качестве балласта могут быть использованы нагревательные элементы (ТЭНы), служащие для нагрева воды в системах горячего водоснабжения или отопления зданий и сооружений.

Схемные решения для сборки своими руками

За всё время с момента появления первых самодельных ветряков количество схемных решений контроллеров выросло многократно. Многие из схемных разработок далеко не совершенны, но есть и такие варианты, на которые следует обратить внимание.

Для бытового применения, конечно же, актуальными являются простые схемы, требующие небольших финансовых вложений, эффективные и надёжные.

Отталкиваясь от этих требований, начать можно с контроллера для ветрогенератора, созданного на базе реле-регуляторов автомобилей. В схеме применимы как реле с минусовым управляющим контактом, так и реле с плюсовым управляющим контактом.

Этот вариант привлекает малым количеством деталей и простейшим монтажом. Потребуется всего одно реле, один силовой транзистор (полевой), один резистор.

Схема носит название «балластная», так как в ней используется дополнительная нагрузка в виде обычной лампочки накаливания. Таким образом, список деталей пополнится ещё одним элементом – лампой.

Используется автомобильная лампа (или несколько ламп) на 12 вольт в зависимости от мощности системы. Также вместо этого элемента допустимо применять нагрузочное сопротивление иного типа: мощный резистор, электронагреватель, вентилятор и т.п.

Работа «балластной» схемы с минусом

Действие автомобильного реле-регулятора напрямую связано с уровнем заряда аккумуляторной батареи. Если напряжение на клеммах АКБ поднимается выше 14.2 вольт, реле срабатывает и размыкает минусовую цепь силового транзистора.

В свою очередь на транзисторе открывается переход, подключающий лампу прямого накала к аккумулятору. В итоге зарядный ток сбрасывается через нить лампы накаливания. При понижении напряжения на клеммах АКБ – обратный процесс. Так осуществляется поддержка стабильного уровня напряжения батареи.

Как действует «балластная» схема с плюсом

Слегка модернизированным вариантом «балластного» контроллера заряда для ветряка является вторая схема на реле-регуляторе с плюсовым управляющим контактом. Например, подойдут реле от автомобилей марки «ВАЗ».

Отличие от предыдущей схемы – применение твердотельного реле, например, GTH6048ZA2 на ток 60A вместо транзистора. Преимущества очевидны: схема выглядит ещё проще и при этом обладает большей надёжностью и эффективностью.

Особенность этого простого решения – прямое подключение на клеммы аккумулятора генератора ветряка. Проводники контроллера заряда тоже «посажены» непосредственно на контакты аккумулятора.

По факту обе этих части схемы никак не связаны между собой. Напряжение с ветрогенератора подаётся на батарею постоянно. Когда напряжение на клеммах АКБ достигает значения 14.2 Вт, твердотельное реле подключает нагрузку для сброса. Так аккумулятор защищается устройством от перезаряда.

Здесь балластной нагрузкой может выступать не только лампа накаливания. Вполне реально подключить любое иное устройство, рассчитанное на ток до 60 А. Например, электрический трубчатый нагреватель.

Что ещё важно в этой схеме – действие твердотельного реле характеризуется плавно нарастающей амплитудой. По сути, налицо эффект профессионально изготовленного ШИМ-контроллера.

Усложнённый вариант схемы контроллера

Если предыдущий вариант схемного решения контроллера заряда АКБ только лишь напоминает устройство ШИМ (широтно-импульсная модуляция), здесь данный принцип реализуется конкретно.

Эта схема контроллера для ветряка с трёхфазным генератором отличается некоторыми сложностями, так как предполагает использование микросхем – в частности, операционных усилителей на полевых транзисторах в составе сборки TL084.

Однако на монтажной плате всё выглядит не так сложно, как на бумажном листе.

Так же, как и в предыдущих решениях, используется реле в качестве коммутационного элемента для балластной нагрузки. Реле рассчитано на работу с 12-вольтовым аккумулятором, но при желании можно подобрать модель на 24 Вт.

Балластный резистор сделан в виде мощного сопротивления (намотка на керамике нихром). Для регулировки рабочего диапазона напряжений (11.5-18 Вт) в схеме используются  переменные резисторы, включенные в цепь управления микроэлектронной сборки TL084.

Работает такой контроллер заряда аккумулятора ветряка следующим образом. Трёхфазный ток, полученный от ветрогенератора, выпрямляется силовыми диодами.

На выходе диодного моста образуется постоянное напряжение, которое подаётся на вход схемы через контакты реле, дополнительный диод, аккумулятор и дальше на внутрисхемный стабилизатор (78L08) и на вход сборки TL084.

Момент переключения триггера в одно из состояний определяется значениями переменных резисторов (Low V и High V) нижнего и верхнего порога напряжений.

Пока на клеммах аккумуляторной батареи присутствует напряжение, не превышающее 14.2 вольта (удовлетворяющее значению настройки R High V), выполняется заряд. Как только значения изменяются в сторону увеличения, операционный усилитель TL084 подаёт сигнал на базу транзистора, которым управляется реле.

Происходит срабатывание реле, цепь питания схемы разрывается и замыкается на балластный резистор. Сброс по балласту проходит до момента разряда аккумулятора, близкого к значению настройки переменного резистора Low V.

Как только это значение достигнуто, вторым операционным усилителем TL084 схема переключается в обратное состояние. Так осуществляется работа контроллера.

Технические характеристики

При покупке контроллера заряда для ветрогенератора необходимо внимательно изучить его техпаспорт. При выборе важны характеристики:

• мощность — должна соответствовать мощности ветровой установки;
• напряжение — должно соответствовать напряжению АКБ, установленных на ветряк;
• макс. мощность — обозначает максимально допустимую мощность для модели контроллера;
• макс. ток — обозначает, с какими максимальными мощностями ветрогенератора может работать контроллер;
• диапазон напряжения — показатели макс. и мин. напряжения АКБ для адекватной работы устройства;
• возможности дисплея — какие данные об устройстве и его работе выводятся на дисплей у той или иной модели;
• условия эксплуатации — при каких температурах, уровне влажности может работать выбранное устройство.

Если вы не можете подобрать устройство контроля заряда самостоятельно, свяжитесь с консультантом и покажите ему технический паспорт своего ветряка. Прибор выбирается в соответствии с возможностями ветровой установки. Неправильные условия эксплуатации и отклонения от диапазона напряжения пагубно скажутся на работе всей ветровой системы.

Контроллеры заряда для ветрогенератора от производителя

Контроллеры Hefei Win Power — имеют жидкокристаллический экран и современный алгоритм преобразования электроэнергии, плюс они имеют невысокую стоимость. Это самый популярный тип контроллеров для ветрогенераторов, в месяц продаётся более 20-ти контроллеров Hefei Win Power.
Все контроллеры Hefei Win Power являются гибридными — то есть обслуживают как ветряки так и солнечные батареи. На экране можно смотреть основные параметры. Настройки — заводские, нерегулируемые.

Контроллеры Zonhan Windpower — устаревшей конструкции: информация о силе тока и напряжении стрелочная, но из-за того что на 12 вольт другие производители не делают столь мощных контроллеров — они пользуются неизменно стабильным спросом.

Виды

В настоящее время отечественные и зарубежные компании, специализирующиеся на производстве альтернативных источников энергии, а также их комплектующих, выпускают несколько видов контроллеров, успешно работающих в ветровых установках.

PWM (ШИМ) контроллеры – устройства с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). В аппаратах данного вида осуществляется процесс управления мощностью, путём изменения импульсов, при постоянной частоте.

Достоинствами данного вида являются:

• Относительно не большие габаритные размеры, в сравнении с аналогами;
• Способность к быстродействию в процессе работы;
• Надежность конструкции.

МРРТ контроллеры – как правило используются в солнечных установках, но могут применяться и в комплекте с ветровыми генераторами. Основой работы устройств данного вида является способность определять точку максимальной мощности, которая характеризуется напряжением и силой тока в конкретный момент времени.

Достоинствами данного вида — являются наиболее эффективными устройствами, в сравнении с аналогами.

Основной недостаток – более высокая стоимость.

Контроллер для ветрогенератора и солнечных панелей

Для работы с ветровым генератором можно использовать контроллер, изначально предназначенный для работы с солнечной электростанцией, главным условием для этого, является наличие возможности, у конкретной модели, выполнить настройку «выхода» (load).

Ветровой генератор подключается на вход используемого контроллера, единственное, что необходимо сделать, это установить диодный мост, для преобразования переменного напряжения, вырабатываемого генератором в постоянное, на котором осуществляется работа аккумуляторных батарей.

В контроллерах, используемых в солнечных электростанциях, отсутствует диодный мост на входной группе, т.к. солнечные батареи производят постоянный электрический ток.

Аккумуляторные батареи подключаются в соответствие со схемой используемого контроллера, а на «выход» подключается балластное сопротивление, в качестве которого может быть использована любая нагрузка, единственное условие при этом – мощность нагрузки должна соответствовать мощности генератора.

После того, как контроллер включен по выше обозначенной схеме, необходимо выполнить настройки режимов работы, задающие пороги отключения и включения балласта.

Выбор аккумуляторных батарей

Нестабильность объемов выработки и расхода электричества приводит к необходимости использовать накопители электроэнергии – аккумуляторные батареи. 

Чтобы правильно выбрать аккумулятор для домашней ветроэлектростанции, необходимо обратить внимание на следующие критерии:

• тип устройства (щелочной, кислотный и т. д.);
• емкость АБ;
• количество циклов заряда-разряда, на которые рассчитана батарея, а также средний срок ее службы.

Китайская электронная альтернатива

Изготовление контроллера ветрогенератора своими руками – дело престижное. Но учитывая скорость развития электронных технологий, нередко смысл самостоятельной сборки теряет свою актуальность. К тому же большая часть предлагаемых схем уже морально устарела.

Получается дешевле купить уже готовый продукт, сделанный профессионально, с высоким качеством монтажа, на современных электронных компонентах. Например, приобрести подходящее устройство по разумной стоимости можно на Aliexpress.

Ассортимент предложений на китайском сайте впечатляет. Контроллеры для ветрогенераторов под различный уровень мощности продаются по цене от 1000 руб. Если отталкиваться от этой суммы, в плане сборки аппарата своими руками игра явно не стоит свеч.

Так, например, среди предложений китайского портала есть модель для 600-ваттного ветряка. Устройство стоимостью 1070 руб. пригодно для работы с аккумуляторами 12/24 вольта, в режиме рабочего тока до 30 А.

Качественный всепогодный корпус контроллера размерами 100х90 мм оснащён мощным радиатором охлаждения. Исполнение корпуса соответствует классу защиты IP67. Диапазон внешних температур от – 35 до +75ºС. На корпусе выведена световая индикация режимов состояния ветрогенератора.

Спрашивается, какой резон тратить время и силы на сборку простенькой конструкции своими руками, если есть реальная возможность купить нечто подобное и технически серьёзное?

Ну а если этой модели недостаточно, у китайцев имеются варианты совсем «крутые». Так, среди новых поступлений отметилась модель мощностью 2 кВт под рабочее напряжение 96 вольт.

Правда, стоимость этого контроллера уже в пять раз дороже предыдущей разработки. Но опять же, если соизмерять затраты на производство нечто подобного своими руками, покупка выглядит рациональным решением.

Единственное что смущает в китайских продуктах – они имеют свойство неожиданно прекращать работу в самых неподходящих случаях. Поэтому купленное устройство часто приходится доводить до ума – естественно, своими руками. Но это значительно легче и проще, чем делать контроллер заряда ветрогенератора своими руками с нуля.

Для любителей самоделок на нашем сайте есть серия статей, посвященная изготовлению ветрогенераторов:

1. Ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками: технология сборки ветряка и разбор ошибок
2. Как соорудить лопасти для ветрогенератора своими руками: примеры самостоятельного изготовления лопастей для ветряка
3. Ветрогенератор своими руками из стиральной машины: инструкция по сборке ветряка
4. Как произвести расчет ветрогенератора: формулы + практический пример расчета

Контроллер своими руками (схема)

Зная основы электротехники и умея работать паяльников, можно изготовить контроллер ветровой установки самостоятельно.

В настоящее время есть возможность найти различные схемы подобных устройств различных видов, мощности и прочих технических характеристик, для этого достаточно зайти в сеть интернет и обраться к поиску по требуемому заданию или найти техническую литературу в специализированных магазинах и издательствах.

Один из вариантов схемы контроллера и включение его в схему работы ветрогенератора, приведен ниже:

Данная схема отличается простотой, но способна обеспечить работу ветровой установки в автоматическом режиме.

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.

Средние цены

Как правило контроллер для ветровой установки изготавливается компанией, производящей ветровые генераторы и поставляется комплектно с прочим оборудование. Однако, по ряду причин, иногда появляется потребность приобрести данный прибор отдельно от основного комплекта. В этом случае необходимо выбрать устройство в соответствии с техническими характеристиками системы и бренда производителя, который является предпочтительнее для каждого индивидуального пользователя.

На рынке данного оборудования представлены следующие, наиболее популярные модели:

«WWS03A-12», производство Китай.

Технические характеристики:

• Мощность — 0.2 кВт;
• Максимальная входная мощность – 0,3 кВт;
• Напряжение постоянного тока – 12,0 В;
• Технология – PWM;
• Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 9000,00 рублей.

«WWS04A-12», производство Китай.

Технические характеристики:

• Мощность — 0.4 кВт;
• Максимальная входная мощность – 0,6 кВт;
• Напряжение постоянного тока – 12,0 В;
• Технология – PWM;
• Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 12000,00 рублей.

«WWS10A-24-E», производство Китай.

Технические характеристики:

• Мощность — 1.0 кВт;
• Максимальная входная мощность – 2,0 кВт;
• Напряжение постоянного тока – 24,0 В;
• Технология – PWM;
• Назначение – универсальное (ветрогенератор/солнечная батарея).

Стоимость устройства – от 22000,00 рублей.

«Exmork ZKJ-B 1.5 KW-48 Vdc», производство Россия.

Технические характеристики:

• Мощность — 1.5 кВт;
• Максимальная входная мощность – 2,0 кВт;
• Напряжение постоянного тока – 48,0 В;
• Технология – PWM;
• Внешний блок – ТЭНы;
• Температура эксплуатации — -30,0 — +65,0 ℃;
• Габаритные размеры – 430х340х220 мм;
• Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 360х330х200 мм;
• Вес контроллера – 9,0 кг;
• Вес блока внешних ТЭНов – 5,0 кг.

Стоимость устройства – от 27000,00 рублей.

«Exmork ZKJ-B 2KW-24 Vdc», производство Россия.

Технические характеристики:

• Мощность — 2.0 кВт;
• Максимальная входная мощность – 2,5 кВт;
• Напряжение постоянного тока – 24,0 В;
• Технология – PWM;
• Внешний блок – ТЭНы;
• Температура эксплуатации — -30,0 — +40,0 ℃;
• Габаритные размеры – 590х490х315 мм;
• Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 490х460х310 мм;
• Вес контроллера – 23,0 кг;
• Вес блока внешних ТЭНов – 15,5 кг.

Стоимость устройства – от 46000,00 рублей.

«Exmork ZKJ-B 5KW-48Vdc», производство Россия.

Технические характеристики:

• Мощность — 5.0 кВт;
• Максимальная входная мощность – 5,5 кВт;
• Напряжение постоянного тока – 48,0 В;
• Технология – PWM;
• Внешний блок – ТЭНы;
• Температура эксплуатации — -30,0 — +40,0 ℃;
• Габаритные размеры – 590х490х315 мм;
• Габаритные размеры внешнего блока ТЭНов – 490х460х310 мм;
• Вес контроллера – 43,0 кг;
• Вес блока внешних ТЭНов – 17,0 кг.

Стоимость устройства – от 89000,00 рублей.

Выбор инвертора для ветроэлектростанции

Если электроприборы, которые вы панируете подключать к ветрогенератору, являются потребителями постоянного тока (к примеру, это может быть линия светодиодного освещения), то, выбрав аккумуляторы подходящей емкости, комплектацию альтернативной электростанции можно завершить. Потребители, в данном случае, подключаются на выход «Load» контроллера (через автомат защитного отключения), после чего системе остается пожелать умеренного ветра и исправной работы.

Если задачи, которые возлагаются на ветрогенератор, выходят за рамки обслуживания цепей постоянного тока, то без инвертора – не обойтись.

Большинство современных электроприборов работают от переменного тока бытовой частоты (50 Гц) и напряжения (220 Вольт). Инвертор приводит параметры тока аккумуляторных батарей к значениям, которые характерны для бытовых систем электроснабжения. К инвертору подключается все бытовое электрооборудование, при этом сам инвертор, через защитную автоматику, подключается к аккумуляторным батареям.

Перечислим ключевые параметры, по которым следует выбирать инвертор для домашней ВЭУ:

Номинальная мощность

Номинальная мощность инвертора должна соответствовать максимальной потребляемой мощности подключенных к нему потребителей. Например, если все лампочки, телевизоры и другие потребители, подключенные к инвертору и одновременно задействованные в работу, потребляют 0,5 кВт*ч, то номинальная мощность инвертора не должна быть ниже этого значения, имея при этом определенный запас (примерно 30%).

Пиковая мощность

Если к инвертору подключен холодильник, одномоментная пусковая мощность которого достигает 1 кВт, то пиковая мощность инвертора (максимальная кратковременная нагрузка, действующая на устройство в течение нескольких секунд) должна быть примерно на треть выше этого значения.