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.
Когда я в первой части рассказал о малой выработке генератора — в комментариях были высказаны предположения о недостаточном сечении провода 3х2.5 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 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.
в
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 ключи контроллера закрыты. По мере роста оборотов и напряжения до 15-20В ключи контроллера, если он сконфигурирован на 12В начинают открываться и он начинает заряжать аккумулятор, отдавая напряжение 12-14В 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 вышесказанного следует, что на малых оборотах и мощностях ветряка ток мал, и мало напряжение, потери в линии 3х2.5 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 3х2,5 мм2 проводе.
Но вот при переходе на 24В систему ситуация становится еще интересней. 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 3х2,5 мм2 проводе.
Из этого следует следующий вывод — провод 3х2.5 мм2 в моем случае даже при длине линии в 100 м работает достаточно неплохо, чтобы на нем не было неприемлемых потерь. Можно уложить провод 3х6 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 вышесказанного 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.
UPD. В комментариях тут и на Ютубе к моим видео появилось множество адептов постройки самодельных ветряков, поющих мантру «Китайский ветряк туфта, самодельный руллез и дает мощность даже без ветра!» Но я как человек сам умеющий работать руками и занимавшийся по нужде «колхозингом» на основе личного опыта считаю, что они не правы. И на это есть достаточно веские причины, особенно в моем личном случае.
Причина номер 1 строить самодельный «самый лучший на свете ветряк» вместо покупки хорошего китайского.
Вы богатый человек с источниками дохода не требующими работать по 200 и более часов в месяц, у вас есть куча свободного времени которое вы можете потратить на расчет и изготовление деталей ветрогенератора, есть мастерская где вы можете изготовить все необходимые детали. Для вас постройка ветряка — хобби и самореализация от самого процесса когда потраченные время и деньги не важны. как и конечный результат.
К сожалению это не мой случай. Я вынужден работать более 200 часов в месяц сменами 12-часовыми дневными и ночными, по 17-19 смен, чтобы получить свои 25-27К рублей чистыми. И у меня просто не остается времени на изготовление ветряка своими руками. Мне проще собрать денег и купить готовый агрегат, чем тратить пару лет жизни на самодельный ветрогенертор.
Причина номер 2 строить самодельный «самый лучший на свете ветряк» вместо покупки хорошего китайского.
Ваши условия позволяют использовать ветряк, но стандартные конструкции либо слишком дороги — европейского производства, либо не могут эффективно работать — китайские. Это либо постоянный но слабый ветер 1-4 м/с дующий 24/7/365 в году который просто не раскручивает толком китайские ветряки, либо наоборот сильный постоянный ветер 17-35 м\с который уводит ветряк в режим защиты по превышению скорости ветра.
В случае со слабым постоянным ветром придется рассчитывать лопасти под него большого удлинения и генератор способный работать на малых оборотах. Повышающий редуктор в таких системах как правило исключен, на нем слишком большие потери мощности, ветряк просто не будет проворачиваться слабым ветром. И обязательно нужно будет предусмотреть системы торможения при сильном ветре и достаточную прочность и жесткость лопастей, чтобы они небыли сломаны внезапным шквалом или не ударили по мачте изогнувшись.
В случае с сильным ветром тоже придется рассчитывать лопасти, но наоборот хорошо работающие при большой скорости ветра, тонкие, в большом количестве и небольшого удлинения, по типу морских яхтенных ветряков. Возможно, если скорость движения концов лопастей окажется близкой к звуковой или даже сверхзвуковой — придется рассчитывать и изготавливать лопасти саблевидного профиля работающие на таких скоростях.
Кроме того, при изготовлении лопастей и «хаба» ветрогенератора самодельного нужно предусмотреть достаточную прочность, что без опыта совсем не факт что получится. Если конечно вы не хотите поймать черепом лопасть, или чтобы оторвавшаяся лопасть не прилетела в череп соседа и вы не сели в тюрьму по «105-й» лет на 7-10.
И еще вопрос — а не будут ли лопасти вашего ветряка шуметь так, что вы сам его разобьете или сосед которого шум противный достал — разобьет вам лицо, а потом ваш ветряк.
Вот только в этих двух случаях самостоятельный расчет и изготовление своего ветряка уникальной конструкции оправданы. В иных случаях в сумме дешевле, а главное быстрее будет поставить китайский ветряк, особенно если вы неуверены в отдаче от него и не готовы рискнуть поставить дорогой европейский.
И еще маленький момент — в комментариях были рассуждения про воздушный винт для ветряка с механизмом автоматического изменения шага. Так вот, желающие могут изучить эпопею с ВИШ в авиации 30-40х 20-го века, и какие проблемы технологические в внедрением этой системы были. Воздушный винт для ветряка регулировкой шага, если это не 100 кВт установка в месте с устойчивым ветром, сделает ветряк «бриллиантовым». Скучающий миллионер себе это позволить может, а я к сожалению — нет.
Комментарии (34)
VaalKIA
10.11.2019 01:28По поводу проводов, думаю, что обязательно преобразовывать к какому-нибудь стандарту напряжение сразу на выходе с генератора ветряка, что-нибудь в районе 40-60В, я бы предпочёл постоянку, так будет проще объединять несколько ветряков в параллель, не нужна синхронизация, возможно, постоянный ток даст сильные потери, не владею этим вопросом, знаю только, что на тысячах вольт постоянка предпочтительней для передачи на расстояния. Ну и как бы, без мозгов ветряк, идея — так себе.
Saber-Toothed Автор
10.11.2019 02:10Все упирается в то что у генератора ветряка очень сильно меняется напряжение и частота. Что посылает лесом повышение напряжения трансформаторами, магнитопроводы не могут работать на таком разбросе от единиц до сотен герц одинаково эффективно. А напряжение гуляющее от 10 до 110В шлет лесом DC-DC, которые еще для своей работы и так маленькие мощности выдаваемые жрут. Все это преодолевать — вкладывать деньги которые без постоянного ветра не отобьются никогда вообще. А при постоянном ветре все конечно иначе и проще и оптимизировав ветряк под скорость ветра можно снимать уже серьезные мощности. А в моем случае — лучше купить китайскую поделку вот такую получше прочих и не глумить себе мозг дальше.
VaalKIA
10.11.2019 02:28Конечно, трансформаторы вам не помогут. Касательно жрущих DC-DC:
MAX668EUB+: 200рублей, КПД 90%, от 3 до 28 входное напряжение, от 3 до 100 выходное, при токе в 6А, то есть от 18Вт до 600Вт. Выпрямители тоже не только на диодах бывают, на диодах при больших токах, конечно, выгодней, но при сильном ветре и на КПД уже как бы всё равно.
poznawatel
10.11.2019 15:35А Вам предлагал электролиз — ставьте электролитические ячейки и переключайте с паралельной на последовательную работу по мере роста напруги. И лишнее напряжение погасить ими можно.
Vladimirsencov
11.11.2019 11:44Ну надо тогда делать у ветряка электромагнитное возбуждение. Чтобы можно было регулировать выходное напряжение. Это позволит использовать DC-DC преобразователь. Однако тут будут дополнительные потери на возбуждение.
Saber-Toothed Автор
11.11.2019 11:45Это имеет смысл только когда есть постоянный ветер, в ином случае может сложится ситуация что система ветряка съест больше чем он выработает.
Vladimirsencov
11.11.2019 12:02+1Считать надо. Решение с регулятором тока возбуждения очень простое, при использовании постоянных магнитов невозможно регулировать МДС, что приводит к увеличению ЭДС генератора при увеличении скорости вращения практически пропорционально этой скорости. С другой стороны если нет ветра, то как не регулируй, то никакого напряжения на выходе и не будет.
NiTr0_ua
10.11.2019 02:07+1Из потенциальных проблем ветряка, которые китайцы не факт что успешно решили:
1. ШИМ-контроллер с PFC, ограничением выходного напряжения И ограничением мощности для оптимального КПД (генератор имеет огромное реактивное сопротивление — и оптимально для него когда рабочее напряжение равно примерно 70% ЭДС при чисто активной нагрузке) — особенно актуально на малых оборотах
2. Торможение самого ветряка при снятии с него мощности. Тут надо 1) ставить флюгер для определения силы ветра (и, соответственно, расчета насколько ветряк затормозился) и 2) поднимать гору литературы по расчету ветряков чтобы определить тот самый оптимальный % торможения, при котором будет максимум КПД винта (ну или «методом научного тыка», дождавшись устойчивого ветра).
но в целом — да, альтернативные источники хороши там, где традиционных вообще нет. иначе — дорого и печально, обычная сеть + генератор для резерва гораздо дешевле обойдутся.
GiperBober
10.11.2019 07:49В общем, ТС уже в который раз говорит, что проблема в нестабильности ветра. Может, как раз с этим стоит попробовать побороться механическими, а не электрическими способами? Может попробовать создать простой концентратор ветра, который ветер 3-5 м/с будет преобразовывать в поток ветра 10-15м/с (что-то типа конуса, в устье которого будет ветряк)? Правда, тут уже будут сложности с тем, что делать с ветром 15-20 м/с…
Собственно, практических вариантов два — либо городить на крыше/возвышенности какую-то большую конусную конструкцию, которая даже слабый ветер будет преобразовывать в приличное давление, либо же лепить концентратор прямо на ветряке (если шум ветряка+концентратора получится сильно ужасный), причём интернеты говорят о том, что можно создать более хитрую конструкцию — конус узкой частью будет за ветряком, а расширение — по ветру (это оптимальнее с точки зрения самоориентации ветряка по оси давления ветра), эффект за счёт разрежения широкой части конуса.
Дополнительно напрашивается изменить схему лопастей в направлении увеличения площади или более оптимальной формы, глядя на ветряк ТС-а, глаз режет сужение лопастей от центра к окончанию, ИМХО, должно быть наоборот — лопасти на концах должны быть максимально широкими. То, что у ТС-а, описывается как «высокоскоростной пропеллер», что изначально намекает, что работать оно будет только при больших оборотах (и сильном ветре), при тихом ветре надо мудрить с тихоходными вентиляторами и повышающими редукторами.Saber-Toothed Автор
11.11.2019 11:47У моего ветряка лопасти универсального профиля, которые нормально работают и на сильном, и на слабом ветре.
aydahar
10.11.2019 10:22По-хорошему, все эти китайские ветряки — чисто флюгеры для красоты.
Здесь можно идти двумя путями:
— самодельные ветряки, собранные на самомотанных двигателях и лопастях из рыжей трубы (нужны знания и прямые руки)
— нормальные «заводские» ветряки с изменяемым углом атаки лопастей и немного переразмеренным ротором, вроде украинского «Мир ветра» (нужны деньги)
Добавьте к этому нормальную мачту в 17-20 м. (тоже деньги)Bedal
10.11.2019 17:53+1неплохо бы добавить и шарнир в основании мачты с механикой её подъёма, чтобы не заниматься героическим преодолением трудностей на верхотуре.
Хинт: очень и очень неплохие мачты есть на военных радиорелейках. Но это нужно знать, где подбирать выброшенное после списания.
drWhy
10.11.2019 18:06Только военные не на шарнире, а телескопические.
Bedal
11.11.2019 09:21+1да, конечно. И они, безусловно, лучше. Но самому телескопическое городить мягко, говоря, сложно. А шарнир можно и самому дендрофекальным способом устроить.
Gutt
12.11.2019 14:48+1Бывают телескопические на шарнире, лично такую для Р-409 поднимал. Да и классическая с выдвижными секциями (a la Р-414) для ветряка даже лучше будет за счёт лучшей жёсткости.
Saber-Toothed Автор
10.11.2019 22:27Самодельный ветряк будет иметь те-же проблемы что китаец, но будет дороже и на его изготовление будет потрачена куча времени и на расчет.
В моем случае мне оптимальней было купить китайца чем тратить полгода-год времени на самодельный и поиметь все ту-же проблему с нестабильным ветром. Я выбрал потратить деньги но выиграть время на другие дела.
alex-open-plc
10.11.2019 13:55… если он сконфигурирован на 12В начинают открываться и он начинает заряжать генератор отдавая напряжение и ток ...
Заряжать генератор, это как?
ky0
10.11.2019 15:11Вы ещё спросите, где половина запятых, дефисов и пробелов, о которых я ещё вчера педантично сообщил автору с помощью Ctrl+Enter :)
Saber-Toothed Автор
11.11.2019 13:14Поправил все что указали, спасибо товарищи. Статьи обычно пишу по вечерам после работы, так что опечатки у меня частые.
Kisennger
10.11.2019 22:24-1игрушка — несерьезно все это
для частного домовладения, если это не отдаленный от цивилизации объект — нет смысла
— экономически выгодны мощные ветряки 100 квт-мегаваты
— нужно выбирать место где сильные ветры и существует возвышение с сужением — возникает сжатие потока воздуха — резко повышается эффективность ветряка
— рядом не должно быть высоких объектов создающих завихрения воздуха — резко снижается
эффективность ветряка
короче надо быть спецом в гидродинамикеalex-open-plc
11.11.2019 04:26короче надо быть спецом в гидродинамике
Этот «девайс» будет работать в жидкостях?
Может всё же газодинамика?Kisennger
11.11.2019 08:06это почти одно и то же
помнится модели самолетов и авто проверяли в воде
вода просто плотность в тысячи раз выше
super-guest
11.11.2019 03:24Подскажите, чем можно замерить скорость и постоянство ветра? Какой приборчик прикупить (желательно, на Али), чтобы он повисел недельку на мачте, постоянно замеряя ветер, а потом выдал график?
Буду рад ссылкам.Kisennger
11.11.2019 03:56+1Анемо?метр, ветроме?р (от др.-греч. ?????? — ветер и ?????? — измеряю) — прибор для измерения скорости движения газов, воздуха
По принципу действия различают механические, тепловые, ультразвуковые
Bedal
11.11.2019 09:29вот, на алиэкспрессе. От 600 до 6000руб. Есть варианты с usb. Можно передать в комп, там и подбить бабки про постоянство.
Saber-Toothed Автор
11.11.2019 11:56Прибор называется анемометр. Проблема в том, что там у китайцев либо ручные приборы которые не пишут статистику, либо датчики для подключения к Ардуино и прочим МК под которые ПО надо самому писать.
drWhy
11.11.2019 13:06Анемометр можно сколхозить из вентилятора с датчиком частоты вращения и любого счётчика импульсов. Если использовать в качестве счётчика материнскую плату, частоту вращения можно будет опрашивать программно.
Останется пересчёт частоты вращения в скорость потока.
yar3333
11.11.2019 14:11Вопрос заданный в видео про то, почему лампочка на 50В горит, но аккумулятор не заряжается не совсем корректен. Дело в том, что напряжение для разомкнутой цепи можно сделать практически сколько угодно большим — это ни о чём не говорит. А вот для замкнутой — тут важна мощность, которую может обеспечить генератор (если мощность мала, то на замкнутой цепи напряжение просто просядет). Если лампочка у автора на 3Вт и генератора хватает только на неё — то это очень мало. Обычная лампа накаливания на 60Вт, например, у вас по ходу даже не засветится.
Saber-Toothed Автор
11.11.2019 15:03У мня в видео вообще видно на ваттметре мощность 3-6 Вт. Но некоторые уверяют что ветряк даст сотню ватт на таком ветре, их уникальной самодельной конструкции, и давать энергию будет вовсе без ветра не крутясь. :)
VaalKIA
На мой взгляд, самодельный генератор, в видео о вертикальном ветряке — не эффективен, магниты надо было ставить вертикальные и проводники должны тоже идти вертикально, фактически, нормальная конструкция должна быть похожа на ротор и статор асинхронного двигателя, проводники с шагом в толщину магнита объединить в фазу, так как на них потенциал будет изменяться синхронно. Напомню, что наибольшая генерация тока происходит при перпендикулярном расположении проводника силовым линиям поля, в показанном видео нет ни одного перпендикулярного: наилучший вариант у дуги, при этом будет течь встречный паразитный ток, поскольку потенциалы на маленьких дугах внутренней стороны катушек и больших дугах внешних радиусов будут разными в силу разной эффективности и внутри самих дуг тоже будет сильный паразитный ток. Соглашусь с тем, что в данном случае, генератор без сердечников и залипаний — правильный выбор, хоть и потребует избыток меди.
Ну да ладно, пара десятков процентов сути того видео не изменят, однако, на видео показывали напряжение на холостом ходу, не увидел совсем выдаваемую мощность, то что, при снятии мощности ветряк «глохнет», вполне возможно, но в таких системах не возможно сделать генератор идеально подходящий под рабочие обороты, гораздо проще будет сделать мощный генератор, но снимать с него мощность, в зависимости от скорости ветра, а не всё что он может выдать, можно сделать обратную связь от оборотов самого ветряка.
Далее, да, в вертикалном ветряке половина цилиндра сопротивляется, кроме того, образуется воздушная подушка гасящая эффективность, при сильном несовпадении скоростей ветра и лопасти (возвращаемся опять к адаптивному отбору мощности). Но и у обычного ветряка, работает только часть лопасти, остальные движутся быстрей и медленней скорости ветра, соотвественно резко снижая КПД, части лопастей движущихся быстрей скорости ветра, зачастую генерируют ультразвук из-за чего такие ветряки запрещено устанавливать частным лицам. Факт, что и тот и другой имеют не высокие КПД, но относительно друг друга никаких 3 раз быть не может. При этом, зачастую, вертикальные ветряки требуют меньше места для размещения и менее раздражительны и могут быть больше по площади взаимодействия, что практично. Видео технически безграмотное и по нему можно только сделать вывод о разной конструкции генераторов с разными рабочими характеристиками.