Как сделать ветряной генератор для дома своими руками?

Как сделать ветрогенератор своими руками

Ветер – это бесплатная энергия! Так давайте же её использовать в личных целях. Если создание ВЭС в промышленных масштабах это очень дорого, потому что кроме генератора нужно провести ряд исследований и расчётов, государство не берет на себя такие расходы, а инвесторам в странах бывшего СССР – это, почему-то не вызывает особого интереса. То в частном порядке можно сделать мини-ветряк для собственных нужд. Стоит понимать, что проект перевода вашего дома на альтернативную энергию очень дорогое занятие.

Как уже было сказано: нужно произвести длительные наблюдения и расчёты, чтобы подобрать оптимальное соотношение размеров ветряного колеса и генератора, подходящее к вашему климату, розе ветров и среднегодовой скорости ветра.

Эффективность ветроэлектрической установки в пределах одного региона может отличаться в разы, это связано с тем, что движение ветра зависит не только от климатического пояса, но и от рельефа местности.

Однако вы можете узнать, что такое ветроэнергетика с минимальными затратами собрав бюджетную установку для питания маломощной нагрузки, типа смартфона, лампочек или радиоприёмника. При должном подходе вы можете обеспечить электроэнергией небольшой дом или дачный участок.

Давайте рассмотрим каким образом можно сделать простейшую ветроэлектрическую установку своими руками.

Содержание статьи

Маломощные ветряки из подручных средств

Компьютерный кулер представляет собой бесколлектроный двигатель, который в своем первоначальном виде не представляет практической ценности.

Его нужно перемотать, так как в оригинале обмотки соединены неподходящим образом. Мотать катушки поочередно:

По часовой стрелке;

Против часовой стрелки;

По часовой стрелке;

Против часовой стрелки.

Соединять соседние катушки нужно последовательно, а еще лучше мотать одним куском провода переходя от одного паза к другому. Толщину провода в этом случае подбирать произвольно, лучше будет если вы намотаете как можно больше витков, а это возможно при использовании наименее тонким проводом.

Выходное напряжение с такого генератора будет переменным, а его величина будет зависеть от оборотов (скорости ветра), установите диодный мост из диодов Шоттки, чтобы выпрямить его до постоянного, обычные диоды подойдут, но будет хуже, т.к. на них упадёт напряжение от 1 до 2-х вольт.

Лирическое отступление, немного теории

Запомните величина ЭДС равняется:

где L – длина проводника помещенного в магнитное поле; V – скорость вращения магнитного поля;

При модернизации генератора вы можете влиять только на длину проводника, то есть на количество витков каждой из катушек. Количество витков – определяет выходное напряжение, а толщина провода – максимальную токовую нагрузку.

На практике влиять на скорость ветра нельзя. Однако из этой ситуации тоже есть выход, можно, узнав типовую скорость ветра для вашей местности спроектировать подходящий по оборотам винт для ветроэлектрической установки, а также редуктор или ременную передачу, для обеспечения достаточных оборотов для генерации нужного по величине напряжения.

ВАЖНО: Быстрее не значит лучше. При слишком большой скорости вращения ветрогенератора сократиться его ресурс, ухудшаться смазочные свойства втулок или подшипников ротора, и он заклинит, а быстрее всего произойдет пробой изоляции обмоток в генераторе.

Генератор состоит из:

Промышленные конструкции ветрогенераторов:

Увеличиваем мощность генератора из компьютерного кулера

Во-первых, чем больше лопастей и диаметр колеса – тем лучше, поэтому присмотритесь к 120-мм кулерам.

Во-вторых, мы уже сказали, что напряжение зависит и от магнитного поля, дело в том, что промышленные генераторы высокой мощности имеют обмотки возбуждения, а низкой мощности – сильные магниты. В кулере магниты крайне слабые и не позволяют добиться хороших результатов от генератора, да и зазор между ротором и статором весьма велик – порядка 1 мм, и это при и без того слабых магнитах.

Решение этой проблемы кардинально изменить конструкцию генератора. Вернее, от кулера потребуется только крыльчатка, в качестве самого генератора применим моторчик от принтера или любой другой бытовой техники. Наиболее часто встречаются щеточные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

В результате это будет выглядеть так.

Мощности подобного генератора хватит, чтобы запитать светодиоды, радиоприемник. Для подзарядки телефона его не хватит, телефон будет отображать процесс заряда, но ток будет крайне мал, до 100 Ампер, при ветре 5-10 метров в секунду.

Шаговые двигатели в роли ветрогенератора

Шаговый двигатель очень часто встречается в компьютерной и бытовой технике, в различных проигрывателях, флоппи-дисководах (интересны старые модели 5.25”), принтерах (особенно матричных), сканерах и т.д.

Данные двигатели без переделок могут работать в роли генератора, они представляют собой ротор с постоянными магнитами, и статор с обмотками, типовая схема подключения шагового двигателя в режиме генератора изображена на рисунке.

В схеме установлен линейный стабилизатор на 5 Вольт, типа L7805, что позволит без опасения подключать мобильные телефоны к такому ветряку для их зарядки.

На фото генератор из шагового двигателя с установленными лопастями.

Двигатель в конкретном случае с 4-мя выходными проводами, схема соответственно под него. Двигатель с такими габаритами в режиме генератора выдаёт примерно 2 Вт при слабом ветре (скорость ветра около 3 м/с) и 5 м/с при сильном (до 10 м/с).

Кстати вот аналогичная схема со стабилитроном, вместо L7805. Позволяет заряжать Li-ion батареи.

Доработка самодельного ветряка

Чтобы генератор работал эффективнее нужно сделать ему направляющий хвостовик и закрепить его на мачте подвижно. Тогда при изменении направления ветра – будет изменяться направление ветрогенератора. Тогда возникает следующая проблема – кабель, идущий от генератора к потребителю будет закручиваться вокруг мачты. Чтобы это решить нужно обеспечить подвижный контакт. На Ebay и Aliexpress продаётся готовое решение.

Нижних три провода – неподвижны идут вниз, а верхний пучок проводов – подвижен, внутри установлен скользящий контакт или щеточный механизм. Если у вас нет возможности купить, проявите смекалку, и, вдохновившись решением конструкторов автомобиля Жигули, а именно реализацией подвижного контакта кнопки сигнала на руле и сделайте что-то похожее. Или воспользуйтесь контактной площадкой от электрочайника.

Соединив разъёмы, вы получите подвижный контакт.

Мощный ветрогенератор из подручных средств.

Для получения большей мощности вы можете использовать два варианта:

1. Генератор из шуруповерта (10-50 Вт);

2. Ветрогенератор из автомобильного генератора.

Из шуруповерта понадобиться только моторчик, вариант аналогичен предыдущему, в качестве винта вы можете использовать лопасти от вентилятора, это увеличит итоговую мощность вашей установки.

Вот пример реализации такого проекта:

Обратите внимание как здесь реализована шестеренчатая повышающая передача – вал ветрогенератора расположен в трубе, на его конце расположена шестерня, которая передаёт вращение меньшей шестерне закрепленной на валу двигателя. Повышение оборотов двигателя имеет место и в промышленных ветряных электроустановках. Редуктора применяются повсеместно.

Однако в условиях самоделки изготовить редуктор становиться большой проблемой. Вы можете извлечь редуктор из электроинструмента, он там нужен чтобы понизить высокие обороты на валу коллекторного двигателя в нормальные обороты патрона на дрели, или диска болгарки:

В дрели установлен планетарный редуктор;

В болгарке установлен угловой редуктор (станет полезным для монтажа некоторых установок и уменьшит нагрузку с хвоста ВЭУ);

Редуктор от ручной дрели.

Такой вариант самодельного ветрогенератора уже может заряжать 12 В аккумуляторы, однако нужен преобразователь для формирования зарядного тока и напряжения. Эту задачу можно упростить применив автомобильный генератор.

Ветрогенератор из автомобильного генератора

Автомобильный генератор состоит из статора с трёхфазной обмоткой, и ротора со щёточным узлом и катушкой возбуждения. К нагрузке такой генератор подключается через диодный мост собранный по схеме Ларионова, он обычно расположен на задней крышке генератора.

Преимущество такого генератора – возможность использовать его для зарядки автомобильных аккумуляторов, в принципе он для этого и предназначен. Автогенераторы имеют встроенное реле-регулятор напряжения, что избавляет от необходимости покупать дополнительные стабилизаторы или преобразователи.

Однако автолюбители знают, что на низких холостых оборотах, примерно 500-1000 Об/мин мощность такого генератора мала, и он не обеспечивает должного тока для заряда аккумулятора. Это приводит к необходимости подключения к ветроколесу через редуктор или ременную передачу.

Отрегулировать количество оборотов при нормальной для ваших широт скорости ветра можно с помощью подбора передаточного числа либо с помощью правильно спроектированного ветроколеса.

Полезные советы

Пожалуй, самая удобная для повторения конструкция мачты для ветряка – изображена на картинке. Такая мачта растягивается на тросах, закрепленных на держателях в земле, что обеспечивает устойчивость.

Важно: Высота мачты должна быть как можно большей примерно 10 метров. На большей высоте ветер сильнее, потому что для него нет препятствий в виде наземных сооружений, холмов и деревьев. Ни в коем случае не устанавливайте ветрогенератор на крыше своего дома. Резонансные колебания крепежных конструкций могут вызвать разрушение его стен.

Позаботьтесь о надёжности несущей мачты, ведь конструкция ветряка на базе такого генератора значительно утяжеляется и представляет собой уже довольно серьезное решение, которое может осуществлять автономное электроснабжение дачи с минимальным набором электрических приборов. Устройства, которые работают от 220 Вольт можно запитать от инвертора 12-220 В. Самый распространённый вариант такого инвертора – блок бесперебойного питания для ПК.

Лучше использовать генераторы от дизельных, в т.ч. грузовых автомобилей, ведь они рассчитаны для работы на низких оборотах. В среднем дизельный двигатель крупного грузовика работает в диапазоне оборотов от 300 до 3500 об/мин.

Современные генераторы выдают 12 или 24 Вольт, а ток в 100 Ампер – уже давно стал нормальным. Проведя несложные вычисления можно определить, что такой генератор максимально выдаст вам до 1 кВт мощности, а генератор от жигулей (12 В 40-60 А) 350-500 Вт, что уже довольно приличная цифра.

Каким должно быть ветроколесо для самодельной ВЭУ?

Я упомянул в тексте о том, что ветроколесо должно быть большим и с большим количеством лопастей, на самом деле это не так. Это утверждение было справедливо для тех микро-генераторов, которые не претендуют на звание серьезных электрических машин, а скорее экземпляры для ознакомления и досуга.

На самом деле проектирование, расчёт и создание ветроколеса – это очень сложная задача. Энергия ветра будет использоваться рациональнее, если оно выполнено очень точно и идеально выведен «авиационный» профиль, при этом он должен быть установлен с минимальным углом к плоскости вращения колеса.

Реальная мощность ветроколес с одинаковым диаметром и разным количеством лопастей – одинаково, разница лишь в скорости их вращения. Чем меньше крыльев – тем больше оборотов в минуту, при том же ветре и диаметре. Если вы собираетесь добиться максимальных оборотов вы должны максимально точно смонтировать крылья с минимальным углом к плоскости их вращения.

Ознакомьтесь с таблицей из книги 1956 года «Самодельная ветроэлектростанция» изд. ДОСААФ Москва. На ней показана связь диаметра колеса, мощности и оборотов.

Диаметр ветроколеса (м) 1,6 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
Число оборотов в минуту (при ветре 7 — 8 м/с) 670 450 360 300 225 180
Мощность (при ветре 7—8 м/сек) (ватт) 65 – 80 100 – 130 200 300 500 1000

В домашних условиях эти теоретические выкладки дают мало толку, любители делают ветроколеса из подручных средств, в ход идёт:

Пластиковые канализационные трубы.

Собрать своими руками быстроходное 2-4 лопастное ветроколесо можно из канализационных труб, кроме них нужна ножовка или любой другой режущий инструмент. Использование этих труб обусловлено их формой, после обрезки они имеют вогнутую форму, что обеспечивает высокую отзывчивость к потокам воздуха.

После обрезки их закрепляют с помощью БОЛТОВ на металлической, текстолитовой или фанерной болванке. Если вы собрались делать её из фанеры – лучше переклейте и скрутите саморезами с обеих сторон несколько слоев фанеры, тогда у вас получится добиться жесткости.

Вот идея двух лопастной цельной крыльчатки для генератора из шагового двигателя.

Выводы

Вы можете сделать ветроэлектрическую установку начиная от малых мощностей – единиц Ватт, для питания отдельных светодиодных светильников, маячков и мелкой техники, до хороших значений мощности в единицах киловатт, накапливать энергию в аккумуляторе, использовать её в исходном виде или преобразовывать до 220 Вольт. Стоимость такого проекта будет зависеть от ваших потребностей, пожалуй, самым дороги элементом является мачта и аккумуляторы, может оказаться в пределах 300-500 долларов.

Сделаем ветряной генератор своими руками

Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания. Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, бензиновый или дизельный генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии (солнечного излучения, энергии текущей воды или ветра) в электричество.

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.

Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора. Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.

Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция, а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

  • Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
  • Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³
))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.

В Интернете часто можно найти статьи под броскими заголовками наподобие «Ветрогенератор для отопления дома». На самом же деле, как вы уже могли понять из приведенных расчетов, постоянно поддерживать потребляющее несколько киловатт-часов электрическое отопление сможет разве что сеть из не одного десятка самодельных установок.

Предлагаем посмотреть еще один рассказ про ветрогенератор и его изготовление в домашних условиях

Выбор генератора

Наиболее логичным вариантом генераторной установки для самодельного ветряка кажется автомобильный генератор. Такое решение позволяет легко скомпоновать установку, так как генератор уже имеет и крепежные точки, и шкив для ременного мультипликатора. Купить и сам генератор, и запчасти к нему нетрудно. Кроме того, встроенное реле-регулятор позволяет непосредственно подключить его к 12-вольтовой аккумуляторной батарее, а к ней, в свою очередь — инвертор для преобразования постоянного тока в переменный напряжением 220В.

Но, как уже было сказано выше, КПД генераторов с обмоткой возбуждения достаточно низок, что весьма чувствительно для и без того маломощного ветряного генератора. Второй минус в том, что при разряженном аккумуляторе автомобильный генератор не сможет возбудиться.

В ряде самодельных конструкций можно встретить тракторные генераторы Г-700 и Г-1000. Их КПД ничуть не больше, полезным отличием являются лишь намагниченность ротора, позволяющая возбудить генератор даже без аккумуляторной батареи, и низкая цена.

Некоторые авторы при постройке ветрогенераторов пользуются свойством обратимости коллекторных электродвигателей — принудительно вращая их ротор, с него можно снимать постоянный ток. Статор двигателей подобного типа состоит либо из постоянных магнитов, что более предпочтительно в наших целях, либо имеет обмотку. Для применения двигателя в режиме генератора она подключается к автомобильному реле-регулятору, чтобы обеспечить нужное напряжение. Рассмотрим подключение реле-регулятора на примере узла от ВАЗовской классики (оно удобно тем, что не объединено в один блок с щеточным узлом):

  1. Одну из щеток двигателя соедините с корпусом — это будет отрицательный полюс генератора. Сюда же надежно подключите металлический корпус реле-регулятора и клемму «-» аккумулятора.
  2. Клемму 67 реле соедините с одним из выводов статорной обмотки, второй временно с корпусом.
  3. Клемму 15 соедините через выключатель с положительным полюсом аккумулятора (при этом на обмотку подастся ток возбуждения). Придайте ротору вращение в том же направлении, что будет обеспечивать винт ветроустановки, и подключите между свободной щеткой и корпусом вольтметр. Если на щетке обнаружится отрицательный потенциал, поменяйте местами соединения статора с реле-регулятором и массой.

Основной особенностью подключения генератора постоянного тока к аккумуляторной батарее является необходимость в разделении их полупроводниковым диодом, не дающим аккумулятору разряжаться на обмотку ротора при остановке генератора. В современных автомобильных генераторах эту функцию выполняет трехфазный диодный мост, и мы также можем его использовать, параллельно соединив его фазы для уменьшения падения напряжения на нем.

Наибольшую же мощность можно снять с генератора, ротор которого состоит из неодимовых магнитов. Распространены конструкции на основе автомобильной ступицы с тормозным диском, по краю которого закрепляются мощные магниты. На минимальном расстоянии от них располагается статор с однофазной или трехфазной обмоткой.

Такой генератор хорош многим: он возбуждается уже при низких оборотах даже при севшем аккумуляторе, не требует обслуживания щеточного узла. Но при этом его выходное напряжение невозможно отрегулировать, так как оно зависит только от частоты вращения. Домашняя электростанция с генератором на неодимовых магнитах потребует подключения его к дополнительному инвертору для обеспечения зарядки аккумуляторной батареи в большом диапазоне скоростей ветра. Также это устройство часто называется контроллером заряда батарей.

Существует несколько различных вариантов реализации контроллера в зависимости от конкретного решения конструкции генератора. Так как у подобных самоделок большой разброс параметров, приведенную схему стоит рассматривать как иллюстрацию общего принципа устройства контроллера, а не как обязательное решение.

Как видно, эта схема рассчитана на использование в качестве генератора коллекторного электродвигателя. Если же вы использовали самодельный генератор переменного тока, добавьте диодный мост на его выход.

Напряжение с генератора через контрольный узел, состоящий из вольтметра и амперметра, подается на вход двух импульсных стабилизаторов. Зарядку аккумулятора осуществляет блок 2, в то время как задача блока 1 — защита от ухода генератора в разнос при сильном ветре и малом потреблнеии тока нагрузкой: при превышении напряжением порога, задаваемого движком потенциометра R3, блок 1 начинает подавать напряжение на подключенный к его выходу мощный нагрузочный резистор, о чем сообщает загорающийся светодиод LED2.

Нагрузка, не требующая точной стабилизации напряжения (например, низковольтные лампы накаливания), подключаются в обход стабилизатора к выводу диода D2.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Мачта

Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.

Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:

  • Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
  • Оптимальная конструкция мачты — это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант — это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
  • Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.

Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора

Дополнительное электрооборудование

Как уже было сказано выше, неотъемлемой частью ветряной электростанции является аккумулятор, берущий на себя питание потребителей. при его выборе нужно помнить, что чем больше его емкость, тем дольше он сможет поддерживать напряжение в сети, но при этом и дольше будет заряжаться. Приблизительное время работы можно определить как то время, за которое исчерпается половина емкости аккумулятора (после этого падение напряжения станет уже ощутимым, кроме того, глубокий разряд снижает ресурс свинцово-кислотных батарей).

Пример: Так, аккумулятор емкостью 65 А*ч условно сможет отдавать в нагрузку 30-35 ампер-часов энергии. Много это или мало? Обычная лампа освещения мощностью 60 ватт потребует, с учетом наличия инвертора, преобразующего 12 В постоянного тока в 220 В переменного и имеющего собственный КПД в пределах 70%, тока в 7 ампер — это чуть больше четырех часов работы. Восстанавливать же растраченную энергию наш ветряк с условной мощностью 90 ватт даже в лучшем случае, при постоянном сильном ветре, будет не менее пяти часов. Как вы видите, при использовании ветрогенератора исключительно как автономного источника энергии электричество в вашем доме будет доступным лишь на несколько часов в день.

Вторым узлом системы электроснабжения становится инвертор. В нашем случае можно использовать как готовый автомобильный, так и извлеченный из источника бесперебойного питания. В любом случае важно не перегружать его потреблением тока, учитывая, что реальная эксплуатационная мощность его в 1,2-1,5 раза меньше указываемой максимальной мощности.

Как вы можете видеть, привлекательность использования даровой энергии упирается во многочисленные ограничения, и даже единственный эффективный в средней полосе России вариант — ветрогенератор — неспособен обеспечивать длительную автономность.

Но вместе с тем эта идея неплоха и как источник аварийного электропитания и, особенно, как конструкторская задача — удовольствие от создания своими руками ветрогенераторной установки может в разы превосходить ее мощность.

Сделал ветрогенератор своими руками (21 фото)

Идея сделать ветрогенератор своими руками, возникла, когда был получен земельный участок, где не подведено электричество.

На участке не было подведено электричество, и каждый решал эту проблему по своему, в основном за счет солнечных панелей и бензогенераторов.

Как только был построен домик, то первым делом надо было подумать о освещении, и была приобретена солнечная панель 120 ватт. Летом она хорошо работала, но зимой её эффективность сильно упала и в пасмурные дни она давала ток всего 0,3-0,5А/ч, это никак ни устраивало, так-как даже на свет еле хватало, а еще надо было питать ноутбук и другую мелкую электронику.

Поэтому было решено построить ветрогенератор в домашних условиях, чтобы использовать еще и энергию ветра.

Сначала было желание построить парусный ветрогенератор. Такой тип ветрогенераторов очень понравился, и после некоторого времени проведенного в интернете в голове и на компьютере накопилось много материалов по этим ветрогенераторам. Но строить парусный ветрогенератор довольно затратное дело, так-как такие ветрогенераторы маленькие не строят и диаметр винта для ветрогенератора такого типа должен быть как минимум метров пять.
Большой ветрогенератор не было возможности потянуть, но все-таки очень хотелось попробовать сделать ветрогенератор, хотя бы небольшой мощности, для зарядки аккумулятора. Горизонтальный пропеллерный ветрогенератор сразу отпал так-как они шумные, есть сложности с изготовлением токосьемных колец и защитой ветрогенератора от сильного ветра, а так-же трудно изготовить правильные лопасти.

Хотелось чего-то простого и тихоходного, посмотрев некоторые видеоролики в интернете очень понравились вертикальные ветрогенераторы типа Савониус.

По сути это аналоги разрезанной бочки, половинки которой раздвинуты в противоположные стороны. В поисках информации нашел более продвинутый вид этих ветрогенераторов — ротор Угринского.

Обычные Савониусы имеют очень маленький КИЭВ ( коэффициент использования энергии ветра), он обычно всего 10-20%, а ротор Угринского имеет более высокий КИЭВ за счет использования отражённой от лопастей энергии ветра.

Ниже наглядные картинки для понимания принципа роботы данного ротора

Схема разметки координат лопастей

КИЭВ ротора Угринского заявлен аш до 46% , а значит он не уступает горизонтальным ветрогенераторам. Ну а практика покажет что и как.

Изготовление лопастей ветрогенератора

Прежде чем приниматься за изготовление ротора, сначала были изготовлены модельки из пивных банок двух роторов. Одна моделька классического Савониуса, а Вторая Угринского. На модельках было заметно что ротор Угринского работает заметно на более высоких оборотах в сравнении с Савониусом, и было принято решение в пользу Угринского.

Решено было сделать двойной ротор, один над вторым с разворотом под 90 градусов чтобы добиться более ровного крутящего момента и лучшего старта.

Материалы для ротора выбраны самые простые и дешевые. Лопасти сделаны из алюминиевого листа толщиной 0,5мм. Из фанеры толщиной 10мм вырезаны три круга. Круги были расчерчены по рисунку выше и были сделаны бороздки глубиной 3 мм для вставки лопастей. Крепление лопастей сделано на маленьких уголочках и стянуто на болтики. Дополнительно для прочности всей сборки фанерные диски стянуты шпильками по краям и в центре, получилось очень жёстко и прочно.

Размер получившегося ротора 75*160см, на материалы ротора потрачено примерно 3600 рублей.

Изготовление генератора

Перед тем как делать генератор было много поисков готового генератора, но их в продаже почти нет, а то что можно заказать через интернет стоило приличных денег. У вертикальных ветрогенераторов небольшие обороты и в среднем для этой конструкции около 150-200 об/м. А для таких оборотов трудно найти что-то готовое и не требующее мультипликатора.

В поисках информации на форумах оказалось многие люди делают генераторы сами и в этом нет ничего сложного. Решение было принято в пользу самодельного генератора на постоянных магнитах. За основу была взята классическая конструкция аксиального генератора на постоянных магнитах, сделанная на автомобильной ступице.

Первым делом были заказаны неодимовые магниты шайбы для этого генератора в количестве 32 шт размером 10*30мм. Пока шли магниты изготавливались другие детали генератора. Вычислив все размеры статора под ротор, который собран из двух тормозных дисков от автомобиля ВАЗ на ступице заднего колеса, были намотаны катушки.

Для намотки катушек сделан простенький ручной станочек. Количество катушек 12 по три на фазу, так-как генератор трехфазный. На дисках ротора будет по 16 магнитов, это соотношение 4/3 вместо 2/3, так генератор получится тихоходнее и мощнее.

Для намотки катушек сделан простой станочек.

На бумаге размечены места расположения катушек статора.

Для заливки статора смолой изготовлена форма из фанеры. Перед заливкой все катушки были спаяны в звезду, а провода выведены наружу по прорезанным канальцам.

Катушки статора перед заливкой.

Свеже залитый статор, перед заливкой на дно был постелен кружок из стеклосетки, и после укладки катушек и заливкой эпоксидной смолой поверх них был уложен второй кружок, это для дополнительной прочности. В смолу добавлен тальк для крепости, от этого она белая.

Так-же смолой залиты и магниты на дисках.

А вот уже собранный генератор, основа тоже из фанеры.

После изготовления генератор сразу был покручен руками на предмет вольт-амперной характеристики. К нему был подключен мотоциклетный аккумулятор 12 вольт. К генератору была приделана ручка и смотря на секундную стрелку и вращая генератор были получены некоторые данные. На аккумулятор при 120 об/м получилось 15 вольт 3,5А, быстрее раскрутить рукой не позволяет сильное сопротивление генератора. Максимум в холостую на 240 об/м 43 вольта.

Подключение генератора

Для генератора был собран диодный мост, который был упакован в корпус, а на корпусе были смонтированы два прибора это вольтметр и амперметр. Так-же знакомый электронщик спаял простенький контроллер для него. Принцип контроллера прост, при полном заряде аккумуляторов контроллер подключает дополнительную нагрузку, которая съедает все излишки энергии чтобы аккумуляторы не перезарядились.

Первый контроллер спаянный знакомым не совсем устраивал, по этому был спаян более надежный программный контроллер.

Установка ветрогенератора

Для ветрогенератора был сделан мощный каркас из деревянных брусков 10*5 см. Для надежности опорные бруски были вкопаны в землю на 50 см, а так-же вся конструкция была дополнительно усилена растяжками, которые привязывались к уголкам вбитым в землю. Такая конструкция очень практична и быстро устанавливается, а так-же в изготовлении проще чем сварная. Поэтому было принято решение строить из дерева, а металл дорого и сварку некуда включать пока.

Вот уже готовый ветрогенератор.

На этом фото привод генератора прямой, но в последствии был сделан мультипликатор для поднятия оборотов генератора.

Привод генератора ременной, передаточное соотношение можно менять заменой шкивов.

В последствии генератор был соединен с ротором через мультипликатор. В общем итоге ветрогенератор выдает 50 ватт на ветру 7-8 м/с, зарядка начинается на ветру 5 м/с, хотя начинает вращаться на ветре 2-3 м/с, но обороты слишком маленькие для зарядки аккумулятора.

Со временем, планируется поднять ветрогенератор по выше и переработать некоторые узлы установки, а также возможно изготовление нового более большого ротора.

На что обратить внимание при выборе инвертора для солнечной батареи

Дата публикации: 5 апреля 2019

  • Выбор инвертора для солнечной батареи: обзор параметров
  • Виды солнечных инверторов
  • Инвертор для солнечных батарей своими руками

Инвертор отвечает за трансформацию постоянного тока в переменный. В солнечной батарее источником постоянного тока выступают фотоэлементы, которые собирают энергию Солнца. Инвертор нужен, чтобы эта энергия превратилась в ток (220В). Именно от тока питаются все ваши электроприборы, лампочки, генераторы. Давайте разберемся, как грамотно выбрать инвертор для солнечных панелей и можно ли сделать его своими руками.

Выбор инвертора для солнечной батареи: обзор параметров

Все устройства обладают разными параметрами и стоимостью. Выбор прибора зависит от характеристик солнечной батареи и предполагаемой нагрузки. Немаловажно учитывать и такие параметры, как вес, количество установленных защит, наличие режима ожидания. Чтобы купить инвертор и не прогадать, обратите внимание на перечисленные ниже параметры.

Входное напряжение и выходная мощность

Чем оно больше, тем выше у инвертора КПД. Для стабильной работы солнечных модулей вам нужно согласовать входное напряжение с мощностью устройства. Высокое входное напряжение позволяет снизить входной ток и свести потери к минимуму. Это не означает, что вам нужен сверхмощный прибор с максимальным входным напряжением. Но если ваши солнечные батареи выступают единственным источником электроэнергии для всех приборов, то инвертор нужно брать помощнее (от 12 до 48В).

Выходная мощность прибора должна равняться или быть больше всех суммированных нагрузок. Чтобы перестраховаться, возьмите модель помощнее. Спустя время вы можете подключить больше приборов или модернизировать солнечные батареи (увеличить отдачу энергии), и чтобы не менять инвертор, лучше заранее взять более мощный.

Форма выходного напряжения

У инверторов бывает три формы: чистый синус, квазисинусоида, прямоугольная. Наиболее качественные приборы с синусоидной формой выходного напряжения. Такой прибор «вытягивает» все индуктивные нагрузки, в то время как прямоугольная форма с ними не работает. К индуктивным нагрузкам относятся холодильники, кондиционеры, бритвы, насосы, электродвигатели. Если устройство с синусоидной формой вам не по карману, а справляться с индуктивными нагрузками как-то надо, тогда остановите выбор на форме квазисинусоида.

Количество и характер защит

При выборе инвертора для солнечной батареи обратите внимание, какие на нем стоят защиты. Чем их больше, тем лучше прибор. Защиты могут быть от короткого замыкания, от перегрева, перегрузок, защита по выходу. Немаловажно, чтобы на приборе стояла защита от высокого и низкого напряжения на аккумуляторе.

Коэффициент полезного действия

Располагая солнечными батареями, вы не захотите, чтобы много энергии тратилось впустую. Особенно это актуально, если панели — единственный источник электричества. Коэффициент полезного действия показывает, сколько энергии будет потрачено. Например, если КПД инвертора составляет 95%, то те самые 5% — это потраченная энергия. При покупке обязательно обратите внимание на показатель КПД: брать модели с КПД в 90% или ниже не целесообразно. Современные устройства всегда располагают КПД в 90-95%, чтобы минимизировать потери.

Температурный диапазон для бесперебойной работы

Этот параметр обозначает, при какой температуре прибор будет адекватно функционировать. Если вы планируете поставить устройство в холодном или неотапливаемом помещении (подвал, погреб, амбар, тамбур), тогда нужно выбрать прибор, который работает при низких температурах. Производители должны указывать температурный диапазон в техническом паспорте. Если же вы будете ставить инвертор в жилом отапливаемом помещении, тогда этот параметр не столь важен.

Дополнительные характеристики

К другим немаловажным характеристикам, влияющими на выбор инвертора для солнечной батареи, относят:

  • вес — в легких моделях используется бестрансформаторная схема, которая быстро выходит из строя;
  • наличие режима ожидания — позволяет экономить энергию в аккумуляторах;
  • потребление мощности в режиме ожидания — если вы купили прибор с функцией режима ожидания, он должен потреблять не больше 1% мощности;
  • вентилятор для охлаждения — актуален для устройств, нуждающихся в охлаждении при перегреве.

Полезно знать! Если вы купили устройство с вентилятором, обязательно уточните, выключается ли он автоматически при небольших нагрузках. Режим ожидания должен регулироваться кнопкой ручного включения и выключения. В противном случае прибор может не выйти из ожидания при подаче малой нагрузки, а это чревато сбоями. Приемлемый вес качественного инвертора рассчитывается по формуле: 1 кг на 100 Вт.

Виды солнечных инверторов

Магазины предлагают потребителям три вида инверторов для солнечных панелей:

  • сетевые — работают на нагрузке от общей сети;
  • автономные — питаются от аккумуляторных батарей, заряженных от солнечных батарей;
  • гибридные — могут работать и от сети, и от аккумуляторных батарей.

Сетевые подойдут тем, кто пользуется солнечными батареями и при этом подключен к общей сети. В таких случаях батареи используются в качестве дополнительного источника энергии, который обеспечивает дом электричеством при поломке на линии. Автономные инверторы актуальны для людей, что питают дом электричеством только от солнечных батарей и не подключены к общей сети. Иными словами, такие приборы хороши для автономного эко-дома.

Гибридные модели универсальны. Если сейчас вы используете панели как дополнительный источник энергии, но в будущем планируете отключаться от общей сети, то проще всего купить гибридную модель. Гибридные модели хороши своей универсальностью, но и стоимость у них соответствующая.

Инвертор для солнечных батарей своими руками

Если вы собрались самостоятельно сделать инвертор для солнечных батарей, схема включает в себя такие компоненты:

  • солнечная панель (полупроводниковая);
  • регулятор напряжения типа SG3524;
  • аккумуляторная батарея (количество опционально);
  • МОП-транзисторы (силовые);
  • схема для управления МОП-транзисторами;
  • трансформатор.

Купить прибор гораздо проще, чем сделать его самому. Для конструирования этого устройства необходимы навыки и знания электрика, а тестирование самодельного прибора стоит проводить на нейтральной территории. Установка производится либо самостоятельно, либо специалистами. Если вы не владеете соответствующими навыками монтажа, доверьте это профессионалам, чтобы избежать сбоев в сети!

  • Будь в режиме On-line даже вдали от цивилизации
  • Долгожители солнечных систем энергообеспечения
  • Что такое инсоляция
  • World Solar Challenge 2015 стартует 18 октября

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Солнечный инвертор

Пост опубликован: 17 ноября, 2017

В настоящее время альтернативная энергетика все более прочно входит в повседневную жизнь современного человека и причин тут несколько. Это и экологическая безопасность подобных производств, и возможность создать автономную систему электроснабжения, которая, по истечении срока окупаемости, может приносить определенный доход пользователю.

Одним из видов производства электрической энергии, использующем альтернативный и возобновляемый источник, является солнечная энергетика, а одним из устройств, обеспечивающим работу солнечной электростанции в автоматическом режиме, является инвертор.

Что это такое

Солнечный инвертор – это техническое устройство, служащее для преобразования постоянного электрического тока, напряжением 12/24/48 В, вырабатываемого солнечными батареями, в переменный, используемый для освещения и питания различных приборов и устройств напряжением 220/380 В.

Зачем он нужен

Работа солнечной электростанции в качестве основного или резервного источника электроснабжения, предполагает подключение определенного количества нагрузки, в качестве которой выступают бытовые приборы и технические устройства, для работы которых требуется переменный ток напряжением 220/380 В.

В свою очередь, солнечная батарея (панель), вырабатывает постоянный ток напряжением более низкого порядка, посредством которого заряжаются аккумуляторные батареи, входящие в состав солнечной электростанции (накопители выработанного электричества).

Схема работы солнечной электростанции приведена на рисунке:

Для того, чтобы преобразовать, накопленную в аккумуляторах электрическую энергию, в параметры, соответствующие параметрам подключаемых устройств, и служат технические устройства, называемые инверторами.

Типы солнечных инверторов

Инверторы, для солнечных электростанций, производятся в различной исполнении и отличаются друг от друга по техническим характеристикам, стоимости и наличию средств автоматики и защиты. А вот типов подобных устройств, определяющих их способность работать по отношению к традиционной сети электроснабжения (от энергоснабжающих организаций), всего три, это:

  1. Автономные («off grid») – способны работать только отдельно от внешних электрических сетей, используются для автономных систем электроснабжения.
  2. Сетевые («on grid») –работают в синхронном режиме с внешней сетью электроснабжения. Инверторы данного типа, кроме своей основной функции, (преобразования напряжения), контролируют качество электрической энергии внешней сети (напряжение и частота), а также способны передавать излишки генерированной энергии для реализации во внешнюю сеть электроснабжения.
  • Гибридные («hybrid») – совмещают в себе функции автономных и сетевых устройств, обладают большим количеством настроек, позволяющих отрегулировать различные режимы работы.

Инверторы сетевого типа

Отличительной особенностью сетевых инверторов является характер их работы по отношению к вешней электрической сети.

Устройства данного типа устанавливаются в электрическую цепь между солнечной панелью и электрической сетью 220/380 В. Установка сетевого инвертора предполагает работу солнечной электростанции без наличия накопителей энергии (аккумуляторов), когда выработанный солнечными батареями ток идет на питание отдельных потребителей, подключаемых непосредственно к инвертору, а излишки – во вешнюю сеть. Работа такого устройства осуществляется только в дневное время, когда есть солнечный свет.

Инверторы автономного типа

Инверторы автономного типа работают в составе солнечных электростанций, обеспечивающих автономное электроснабжение потребителей электрической энергии. Технические устройства данного типа преобразуют накопленную в аккумуляторах энергию до требуемых параметров и обеспечивают надежность автономного электроснабжения.

В зависимости от формы выходного сигнала по току, инверторы данного типа подразделяются на: синусоидальные и квази-синусоидальные.

Синусоидальные инверторы обладают лучшими техническими показателями, но больше по габаритным размерам и стоимости, нежели квази-синусоидальные, что определяет сферу их использования и распространение на рынке подобных устройств.

Основные технические характеристики

При выборе типа инвертора и возможности его установки в той или иной схеме электроснабжения, основными параметрами, определяющими выбор, служат его технические характеристики, каковыми являются:

  • Мощность – определяет количество нагрузки (приборов и устройств), которое можно подключить к конкретному устройству. Номинальная мощность, указывает на длительно допустимую нагрузку, при подключении которой инвертор способен работать продолжительное время. Максимально допустимая (пиковая) мощность, определяет способность преобразовывать электрический ток не продолжительное время, в моменты запуска электрических двигателей или иных устройств, при включении которых в работу происходит скачек электрического тока (ток запуска).
  • Вид выходного сигнала (форма синусоиды) – определяет возможность подключения того или иного оборудования к конкретной модели инвертора. При использовании более дешевых устройств, с квази-синусоидальной формой сигнала по электрическому току, возможны сложности в процессе эксплуатации приборов и агрегатов, чувствительных к качеству электрического тока (отопительные котлы, насосы, электронные устройства).
  • Напряжение на входе и выходе – определяет возможность установки с определенным видом солнечных панелей, вырабатывающих электрический ток напряжением 12/24/48 В, и в соответствии с этим, напряжением сети питания потребителей – 220 и 380 В.
  • Наличие защитных элементов – зависит от конкретной модели устройства. Основными видами защиты являются – защита от короткого замыкания и перегрузки.
  • Дополнительные опции – также зависит от модели устройства. Это может быть установка встроенной розетки, жидкокристаллического дисплея, зарядного устройства и прочих элементов.

Популярные модели

Каждый пользователь выбирает для себя сам какую модель выбрать и где ее купить. Конечно же оптимальным местом для выбора и приобретения сложных технических устройств, к каковым относится солнечный инвертор, являются компании дилеры производителей подобных изделий, но не везде они присутствуют, поэтому можно воспользоваться сетью интернет, где можно найти модель, соответствующую предъявляемым к ней требованиям.

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются серии и модели:

  • «СибВольт» (Россия) – сетевые инверторы, номинальной мощностью от 1,5 до 3,0 кВт, на напряжение 12/24/48 В.
  • «Sunrise» (Китай) – гибридного типа, номинальной мощностью 3,2 и 4,0 кВт, на напряжение 48 В.
  • «UMA» (Россия) – автономного типа, номинальной мощностью от 2,4 до 4,0 кВт, на напряжение 24/48 В.
  • «S300» (Тайвань) – автономного типа, номинальной мощностью 300,0 Вт, на напряжение 12/24 В.
  • «Stark Country» (Китай) — гибридного типа, номинальной мощностью от 1,6 до 4,0 кВт, на напряжение 12/24/48 В.
  • «Sunville SV15000s» (Россия) – сетевое устройство, номинальной мощностью 15,0 кВт.

Серии и конкретные модели, на рынке подобных товаров, представлены достаточно обширно, как в плане технических характеристик, так и компаний их выпускающих. В связи с этим всегда есть возможность выбрать устройство в соответствии с личными пожеланиями пользователя основываясь на критериях выбора рассмотренных ниже.

Как выбрать лучший?

Как уже было указано выше, на рынке подобных устройств, представлено большое количество моделей различных производителей, которые схожи по своим техническим характеристикам. Для того, чтобы выбрать инвертор, и при этом не ошибиться, необходимо следовать критериям выбора, которыми являются:

  1. Номинальная мощность.
  2. Максимальная (пиковая) мощность.
  3. Форма выходного сигнала по току.
  4. КПД.
  5. Эксплуатационные показатели (температура, влажность, высота установки над уровнем моря).
  6. Напряжение на «входе» и «выходе» устройства.
  7. Наличие средств защиты от токов КЗ и перегрузки.
  8. Наличие «спящего» режима, вентилятора охлаждения и дополнительных опций.
  9. Габаритные размеры и вес.
  10. Бренд и надежность производителя.
  11. Стоимость.

Опираясь на выше приведенные критерии и зная параметры сети, каждый пользователь способен самостоятельно выбрать лучшую модель, из представленных, в настоящее время, в конкретном регионе или на интернет ресурсах.

Подключение инвертора к солнечной батарее

Инвертор является устройством, работающим в комплексе с другими элементами солнечной электростанции, которыми являются:

  • Солнечная панель – источник электрической энергии;
  • Аккумуляторная батарея – накопитель выработанной энергии;
  • Контроллер заряда – отвечает за состояние аккумуляторных батарей, контролирует режим их работы — «заряд-разряд»;
  • Провода и кабели – обеспечивают соединение всех устройств в единую электрическую цепь;
  • Несущие конструкции – обеспечивают надежное крепление монтируемого оборудования, некоторые устройства, позволяют регулировать положение солнечных панелей в пространстве, в соответствии с расположением солнца.

Подключение инвертора в схему работы электрической станции, зависит от типа устройства, т.е. способности работать по отношению к внешней электрической сети.

Подключение, в зависимости от типа инвертора, выполняется по следующей схеме, для:

  • Автономных («off grid») моделей.
  • Модели данного типа устанавливаются между нагрузкой и аккумулятором, зарядка которого также осуществляется через контакты инвертора. У некоторых моделей, как показано на рисунке, может быть предусмотрен отдельный вход для подключения к электрической сети переменного тока, для обеспечения зарядки аккумуляторов, в случае невозможности их заряда от солнечных батарей.
    • Сетевых («on grid») моделей.

    Инверторы данного типа, включаются в электрическую цепь между солнечной батарей и элементами нагрузки и внешней электрической сетью. У данного типа устройств не предусмотрено подключение аккумуляторных батарей. В случаях, когда количество вырабатываемой электрической энергии превышает требуемые значения, излишки перераспределяются во внешнюю сеть.

    • Гибридных («hybrid») моделей.

Гибридный тип подобных устройств, предполагает установку инвертора между аккумуляторами, внешней сетью и нагрузкой одновременно.Использование инвертора, в схемах солнечных электростанций, позволяет осуществлять их работу в автоматическом режиме, что значительно упрощает их использование и расширяет сферу применения.

Инверторы для солнечных батарей, их виды и обзор лучших моделей

Солнечные батареи — современная альтернатива стационарным электростанциям. Высокая стоимость их установки вполне окупает себя за счет экономии на услугах электричества. Их устанавливают на теплицах, жилых домах, фермерских комплексах и т.д. Инвертор для солнечных батарей — основная составляющая, так сказать сердце всей системы. Благодаря ему происходит преобразование постоянного тока в переменный, который подходит для освещения помещения, зарядки автомобильных аккумуляторов, сварочных аппаратов и других бытовых и промышленных нужд.

Устройство и принцип работы

Инверторы для гелиостанций — технические устройства, служащие для превращения накопленной в аккумуляторах электроэнергии в переменный ток, параметры которого соответствуют параметрам подключаемых к батареям устройств. Электростанция состоит из панелей, контроллера, аккумулятора и инвертора.

Сам инвертор конструктивно состоит из:

  • адаптера;
  • варикапа;
  • динисторов;
  • трансформатора (не обязательно);
  • вентилятора;
  • обкладки.

Некоторые модели оснащаются блоками-бесперебойниками. Задачей источника бесперебойного питания является отслеживание уровня напряжения за счет микроконтроллера. Если по каким-то причинам остановилась подача основного электричества, он дает команду к подключению резервных источников питания.

Работа гелиостанции предполагает подключение определенного количества бытовые приборы и электротехники, для работы которых требуется переменный ток напряжением 220-380 В. Солнечные лучи, попадая на поверхность панелей, преобразуются в электрический ток. Затем он поступает в контроллер, где происходит его заряд правильным током и напряжением, далее идет в аккумулятор, накапливается и сохраняется. Оттуда поступает в инвертор, преобразовывается в переменный ток и идет для осуществления хозяйственных нужд.

На электростанциях случаются аварийные ситуации, что приводит к отсутствию подачи постоянного тока. Засечет установки солнечных батарей можно не бояться остаться без света, т.к. не они прекратят подачу электричества в аккумуляторную батарею.

Несколько однофазных инверторов можно объединить в нескольких трехфазных установок на 380 В. При этом у них также увеличится мощность и расширятся возможности.

Как выглядит инвертор для солнечных батарей

Как у любого оборудования гелиостанции есть плюсы и минусы. Небольшого размера устройства можно размещать в местах, где нет централизованного электричества или брать с собой в походы для зарядки телефонов и другой техники. К тому же ток, получаемый от таких батарей, абсолютно бесплатный, даже, если они работают параллельно с общим электричеством.

Недостаток фотоэлектростанций в их большой стоимости, а окупятся они только через 10 лет. Для установки большого количества панелей придется пожертвовать дизайном крыши или стены, т.к. они занимают много места. Если электричество будет поступать только от солнечной электростанции, то придется мириться с его непостоянством. Мощность работы устройства зависит от погоды, а в зимнее время года часто бывает пасмурно.

Виды инверторов и их конструктивные особенности

Существует три вида инверторов для солнечных батарей, отличающихся по принципу своего действия: сетевые, автономные и гибридные (многофункциональные).

Сетевые

Сетевой инвертор для солнечных батарей работает совместно с централизованным электроснабжением. Помимо преобразования энергии в задачи таких установок входит контроль за напряжением и частотой тока внешней сети. Также они передают лишнее электричество в основную электросеть. Кстати, владелец фитоэлектростанции может неплохо на этом заработать, продавая излишки энергии частным компаниям.

Сетевые преобразователи электроэнергии создаются на основе емкостных диодов с низкочастотным модулятором. Чаще всего их используют для солнечных панелей в виде тарелок. Преимущества устройств в их компактности, высокой степени защиты и относительно быстрой скорости преобразования, при низком уровне энергопотребления.

Кроме своей основной функции сетевые инверторы имеют ряд дополнительных возможностей:

  • регулировка частоты напряжения;
  • регулировка амплитуды тока;
  • защита оборудования от перегрева;
  • защита сети от коротких замыканий;
  • некоторые модели оснащены Wi-Fi-связью, благодаря которой можно выводить информацию на экран телефона, планшета или ПК.

Сетевые устройства монтируются в электрическую цепь между солнечной батареей и электрической сетью 220-380 В. Их использование предполагает работу гелиостанции без накопительных аккумуляторов. Функционировать они могут только в дневное время, когда есть солнечный свет.

Автономные

Инверторы автономного типа включены в общую конструкцию солнечной электростанции и обеспечивают постоянное поступление к потребителям электроэнергии. Устройства данного вида преобразуют накопленную в АКБ энергию до требуемых параметров и направляют ее для дальнейшего использования.

Автономный инвертор для солнечных батарей

Автономные инверторы в зависимости от формы выходного сигнала по току, делятся на синусоидальные и квази-синусоидальные. Первые установки отличаются повышенными техническими параметрами, но при этом они более габаритные и стоят дороже. Это сужает круг потребителей, которые могут позволить себе такие устройства.Однако они обеспечивают надежную работу электроприборов, которые чувствительны к перепадам напряжения.

Автономные инверторы квази-синусоидального более востребованы нежели синусоидальные. Они меньше в размерах и стоимость их более доступная. Минус в том, что такое оборудование нежелательно устанавливать в местах с нестабильным электроснабжением, иначе чувствительные приборы могут просто сгореть от скачка напряжения.

Многофункциональные

Гибридный инвертор для солнечных батарей включил в себе преимущества первого и второго вида. Это самое надежное оборудование, обладающее большим количеством настроек:

  • повышает мощность сети при перегрузках;
  • продолжает работу при снижении напряжения;
  • исключает проблемы со счетчиками.

Многофункциональный тип инвертора подойдет как для домашней, так и для промышленной солнечной станции. Он может параллельно получать нагрузку из сети и от аккумуляторной батареи, выбирая, что в данной ситуации наиболее приоритетно. Единственный его недостаток — дороговизна.

Критерии выбора

Выбор инвертора для установки солнечной электростанции очень важен. От того, какое устройство будет подключено, зависит будущая работа всей системы. Есть несколько основных технических параметров, от которых стоит отталкиваться перед тем, как выбрать подходящий инвертор.

  1. Мощность — от этой величины зависит мощность работы всей электростанции. Через инвертор проходит весь ток, который потом предается в помещение и питает подключенные приборы. Номинальная мощность указывает на допустимую нагрузку, которую может испытывать преобразователь, как во время подключения, так и на протяжении всей работы. Выбирают мощность исходя из следующих критериев:инвертор в12 В подойдет для системы мощностью до 600 Вт, устройство на 24 В устанавливают при мощности 600-1500 Вт и 48 В при мощности свыше 1500 Вт.
  2. Возможность превышения номинальной нагрузки. Эта крайне важно для таких приборов, как стиральные машины, холодильники и кондиционеры, в которых присутствуют электродвигатели. При их запуске, требуется немного больше электроэнергии, и если мощности инвертора не достаточно для этого, то устройства могу в лучшем случае не запуститься, а в худшем — выйти из строя.
  3. Вид выходного сигнала — синусоидальная форма отвечает за возможность подключения какого-либо оборудования к конкретной модели инвертора. Преимущества в том, что такой тип выходного сигнала защищает электроприборы от перепадов напряжения.
  4. Коэффициент полезного действия — определяется количеством пустой энергии, которую прибор потратил, например, на самого себя. Этот показатель не должен превышать 5-15%, иначе установка солнечных батарей будет невыгодной, а их работа малоэффективной. КПД основной массы поставляемых на рынок инверторов составляет 85-95%.
  5. Однофазные или трехфазные инверторы. Первые стоят дешевле вторых, но они подходят только тогда, когда потребляемая мощность менее 10 кВт. Величина напряжения у таких преобразователей энергии 220 В, частота 50 Гц. Трехфазные инверторы имеют более широкий выбор в плане напряжения — 315 В, 400 В, 690 В.
  6. Количество инверторов в системе. Сколько устройств устанавливать зависит от мощности мощность солнечных батарей. Если она не больше 5 кВт, то достаточно одного инвертора. При большей мощности потребуется от двух устройств. Определяют необходимое количество из расчета, что на каждые 5 кВт необходим один инвертор.
  7. Масса инверторов указывает в первую очередь на их качество. Легкими хорошие устройства не могут быть. Но некоторые производители предлагают низкопробные преобразователи для солнечных аккумуляторов. В них нет трансформатора. Это чревато тем, что, если ток повысится, то вся систем может выйти из строя.

При выборе инвертора для солнечных батарей нужно учитывать его мощность

Кроме этого разные модели имеют ряд дополнительных опций и защитных элементов. Это может быть встроенная розетка, ЖК-дисплей, зарядное устройство и др. При проблемах с электричеством лучше подобрать инвертор с защитой от короткого замыкания и перегрузки.

Также нужно учитывать пусковую мощность преобразователя. Она используется всего в течение нескольких секунд, но очень важна для запуска устройства. После этого инвертор начинает работать в обычном режиме. Пусковая мощность должна в 1,5 раза превышать величину номинальной мощности.

Нюансы подключения инвертора к солнечной батарее

Подключение инвертора, как и установку всей солнечной электростанции лучше предоставить специалисту. Он проведет работу по всем правилам, соблюдая необходимые нюансы. В момент подключения нужно учитывать следующее:

  • соединительный кабель выбирается средней длины, чтобы он доставал от инвертора к остальным элементам цепи, но при этом не путался потом под ногами, если буде слишком длинным. Длина проводов от панелей до инвертора не должна превышать трех метров;
  • сечение кабеля должно быть максимальным;
  • крепление кабеля к преобразователю должно быть очень прочным, иначе при малейших внешних воздействиях может образоваться искра, а в дальнейшем и пожар.Если устанавливается автономный тип устройства, тодля обеспечения бесперебойного электроснабжения, электроцепь должна быть укомплектована автоматическими выключателями;
  • необходимо знать, какая чистота сигнала предпочтительней. Это поможет избежать поломок электротехники, т.к., например, газовые котлы, насосы, аудио-и видеокамеры не смогут работать при искаженной форме синуса.

Обзор популярных моделей

Современный рынок солнечных электростанций предлагает большой выбор комплектующих. Хорошо зарекомендовали себя как зарубежные, так и отечественные инверторы разного вида. Все он отличаются по своим характеристикам, функциональным и техническим возможностям, а также различны по цене и качеству. Необходимо четко понимать, какой именно преобразователь подойдет для того или другого типа солнечной электростанции.

Инверторы отечественного производства

Российские инверторы от компании «UMA», это устройства высокого качества с номинальной мощностью 2,5 кВт и максимальной — 5 кВт. Рабочее напряжение таких установок 24 В при мощности системы в 220 В. Объединяет в себе функции не только инвертора, но и бесперебойника, контроллера и сетевого зарядного устройства, мощностью 20 А-30 А.

Устройство SV15000s от российской фирмы «Sunville». Относится к трехфазному сетевому типу инверторов с номинальной мощностью 15,0 кВт. Максимальный КПД — 97,8%. Номинальное рабочее напряжение составляет 720 В.

Отдельного внимания заслуживает компания МАП «Энергия». Она предлагает широкий ассортимент преобразователей мощностью от 800 до 1200 Вт.

Инверторы от «Энергии» подходят для аккумуляторов всех типов. Устанавливаются они в частных домах, а также во многих отраслях промышленности, медицинских центрах, на метеостанциях, применяются в строительстве.

Именно «Энергия» выпустила первый инвертор с повышенной мощностью — 20 кВт, выдерживающий максимальную нагрузку 25 кВт. Данное устройство способно подавать электроэнергию в многоэтажный дом с большим количеством различной техники и приборов.

Зарубежные инверторы

Хорошо зарекомендовали себя инверторы от французского производителя «Schneider Electriс». Фирма выпускает оборудование для солнечных электростанций, обладающее высоким функционалом. Использовать такие инверторы можно в регионах с разными климатическими условиями.

Корпус преобразователей покрывают специальными составами, стойкими к образованию коррозии, а также воздействию агрессивных веществ. Использовать установки от «Schneider Electriс» можно в частных домах, многоэтажках и на частных производствах.

Инвертор для солнечных батарей «Schneider Electriс»

Инверторы серии «Conext» выпускаются с КПД более 96% даже с учетом максимальных нагрузок. Некоторые модели оснащены распределительным блоком, поэтому монтаж внешнего электрощитка необязателен. В ассортименте изделий можно найти модели с разными показателями мощности — от 4 до 20 кВт.

Тайваньские инверторы «ABi-Solar» на рынке России представлены серией автономных преобразователей с КПД не менее 94%, а также многофункциональными устройствами НТР и НТ. Установки комплектуются контроллерами заряда от фитопанелей. Также они совмещают в себе три функции:

  • преобразовывают энергию;
  • выполняют функцию контроллера;
  • работают, как зарядное устройство.

Вмонтированный ЖК-дисплей позволяет отслеживать основные показатели всей гелиосистемы.

Сетевые инверторы для гелиосистем «Kostal» — это высококачественные одно- или трехфазные устройства нового поколения с мощностью от 1,6 до 25 кВт. В конструкцию входит автоматический выключатель переменного тока, МРР-трекеры, дисплей, счетчик и многое другое, что делает работу преобразователей удобной и надежной, а также позволяет подключать их к системе «умный дом».

Благодаря материалам корпуса, инверторы от «Kostal» можно устанавливать как на доме, так и внутри помещения. В любом случае, повредить их достаточно сложно. Все модели собираются в Европе и соответствуют мировым стандартам качества.

Голландская фирма TBS Electronics уже более 20 лет производит инверторы разной мощности. Модели линейки Powersine характеризуются чистым синусоидальным выходным сигналом, поэтому их применение гарантирует бесперебойную и длительную эксплуатацию приборов, чувствительных к перепадам напряжения. Оборудование оснащено защитой от перепадов температур и скачков напряжения. С такими преобразователями можно давать нагрузки до 500 В с пусковой силой, которая в десятки раз превышает рабочую.

Инвертор для солнечных батарей, как правильно выбрать

Инвертор одна из неотъемлемых составляющих любой системы солнечных батарей и ветрогенератора. Его задача преобразовывать постоянный ток, вырабатываемый панелями, в переменный 220 вольт, который используют большинство современных бытовых и промышленных приборов.

Но, несмотря на то что все инверторы выполняют одинаковую функцию, не все они могут подойти непосредственно под ваши задачи.

Как выбрать инвертор

Важные параметры этого устройства

  1. Мощность, которую он может отработать.
  2. Число одновременно подключаемых линий панелей.
  3. Рабочая частота
  4. Коэффициент полезного действия, на прямую влияет на производительность всей станции.
  5. Вес оборудования, как показатель его качества.

Теперь обо всем этом, и не только, подробнее!

Прежде чем приступить к выбору такого оборудование нужно определится с типом вашей солнечной электростанции и ее задачей.

1 Автономная электростанция. Ваша электростанция не подключена к внешней электрической сети и вы получаете всю электроэнергию только от панеле. В этом случае вам нужен инвертор типа off grid.

В зависимости от свое мощности автономные инверторы подразделяются на однофазные и трёхфазные, а также могут преобразовывать различный вольтаж постоянного тока начиная от 12В, 24В, 48В, 96В и т.д.

Это самый дешевый вариант данного оборудования, стоимость, в зависимости от мощности и страны производителя, составляет 25-600 долларов.

2 Сетевая электростанция. Ваша солнечная электростанция может работать совместно с центральной электрической сетью, но не имеет аккумуляторов.

Инвертор регулирует отбор электричества из сети, но не из аккумуляторных батарей, если панели не вырабатывают достаточного количества. Также он может отправлять излишки выработанной электроэнергии обратно в центральную сеть, например если вы хотите продавать ее по “зеленому тарифу”. Такое оборудование имеет класс on grid.

Кроме своей основной функции это оборудование имеет ее ряд возможностей:

  • регулировать частоту напряжения,
  • выставить 220 В,
  • регулировать амплитуду тока,
  • защищать оборудование от перегрева,
  • защитить сеть от коротких замыканий.
  • выводить информацию на экран телефона, планшета или монитор ПК через Wi-Fi.

Стоимость такого оборудование значительно выше и колеблется в пределах 200-20 000 долларов.

Стоит отметить что цена напрямую зависит от мощности устройства, к примеру инвертор 3-6 КВт будет стоят 2000$, на 1000 КВт уже около 20 000$. Для домашней станции вполне хватит 5 КВт.

3 Аккумуляторно-сетевая. Ваша электростанция обеспечивает электроэнергией все приборы, а излишек отправляет в аккумуляторные батареи, которые отдают накопленный заряд ночью или когда батареи не справляются с нагрузкой.

В случае если батареи не справляются и заряда аккумуляторов не достаточно вы планируете брать недостающую энергию из центральной сети. Для такой задачи вам необходим гибридный (hybrid) инвертор. Он также имеет все функции сетевого, и может продавать излишки в сеть, как например работает “Зеленый тариф” в Украине.

Что касается цены, такое оборудование не дороже сетевого, в некоторых производителях даже отчасти дешевле. Однако цена начинается от 600$ и заканчивается 20 000$ на оборудование большой мощности.

Более подробно о всех этих видах систем можно почитать здесь.

Таким образом можно выделить всего 3 вида инверторов:

  • Автономний (off grid).
  • Сетевой (on grid).
  • Гибридный или универсальный (hybrid).

Подробный видео обзор, как выбрать инвертор

Как рассчитать мощность инвертора

Мощность этого оборудования зависит от номинальной мощности солнечных батарей (по стороне постоянного тока) и максимальной мощности нагрузки по стороне переменного тока.

Другими словами, нужно учесть полную мощность всех солнечных панелей (допустимая погрешность от 90% до 120%) в сети и мощность всех устройств, которые могут быть одновременно запитаны в эту сеть.

Если с панелями все понятно, их номинальная мощность указана в характеристиках, то с потреблением все сложнее. Определять нужно потребляемую пиковую или пусковую мощность устройств, которая может быть в 5-7 раз больше рабочей.

Даже непродолжительная нагрузка во время запуска 2-3 секунды, превышающая мощность инвертора, не позволит запустить через него такой прибор.

Выбираем по напряжению

Такой параметр как входное напряжение также важен, поскольку напрямую влияет на эффективность работы системы. Рекомендуемые параметры:

  • 12 В при мощности системы до 600 Вт,
  • 24 В при мощности системы от 600 до 1500 Вт,
  • 48 В при мощности системы более 1500 Вт.

Выбираем по КПД

Такой показатель определяется количеством энергии, которую прибор потратил впустую, например на свою работу. Энергопотребление самого инвертора не должно превышать 5-10% проходящей через него энергии. Иначе это устройство можно считать малоэффективным.

Большинство современным инверторов имеют КПД 90-95%.

Вес оборудование

Качественный инвертор не может быть легким, так как использует трансформатор. Условно можно взять следующие цифры: 1 килограмм на 100 Ватт.

Если 10 ти киловаттный прибор весит значительно ниже 10 кг, значит он низкого качества. При этом 30 ти киловаттный может весить и 15 кг, если меньше, это уже повод усомнится в его качестве.

Меандровые и синусоидальные, тип сигнала

Слева- синусоиндальная система, справа — меандровая.

Меандровые, более дешевый вариант, однако такие приборы не защищают сеть от перепадов напряжения и допускают его резкие скачки, что может негативно сказаться на работе бытовой техники и много оборудования. Это проблему можно решить установкой дополнительного стабилизатора.

Синусоидальные более дорогие, но напряжение на входе и выходе практически одинаковое, а колебания более плавные и не вредит технике.

Синусоидальный инвертор подойдет для частного дома поскольку все индуктивные нагрузки (холодильники, стиральные машины, насосы, кондиционеры и т.п.) просто не будут работать при прямоугольной форме выходного напряжения.

Квазисинусоид — это своего рода компромисс между прямоугольной формой и чистым синусом. Большинство синусоидальных моделей являются качественными, однако встречаются и ненадежные экземпляры.

1 или 3 фазный

Здесь все просто, для частного дома подойдет любой из них. Если даже вам не нужны 3 фазы, будете использовать одну. Для промышленности необходимо только 3х фазный, так как большинство оборудования работаю именно по такому принципу.

Сколько инверторов должно быть в системе

В теории 1 прибора необходимой мощности должно хватить для всей электростанции. Но, если у вас большое количество фотоэлементов и они собраны в несколько линий, лучшу на каждую их них поставить такой преобразователь.

Почему так? Дело в том что нестабильная работа одной линии, например она расположена не на солнечной стороне, будет негативно сказываться на работе инвертора и его КПД будет в целом ниже. Если важно получить максимальную эффективность электростанции, такой вариант не подходит.

Альтернативный вариант, это инвертор на несколько независимых MMP входов. Их может быть 2-4 и стоят такие модели значительно дороже.

Схема без инвертора

Несмотря на все вышеописанное, без этого оборудования можно обойтись. Но, в этом случаи можно подключить напрямую к фотоэлементам только те приборы, которые работают от 12-24 вольт. Этот список будет очень не большим, а значительную его часть будут занимать приборы освещения. Другими словами, такую схему можно использовать по большей части для различных ламп, которым достаточно такого вольтажа и их не пугают перепады напряжения.

Подключение инвертора, правильные схемы

Важно, необходимо обеспечить качественное соединение всех элементов в системе, особенно если мощность электростанции более 500 Вт.

Стандартная схема подключения сетевого инвертора

Использование 2 устройств для более стабильной работы системы а АКБ

Использование двух устройств при двух линиях фотоэлементов

Схемы подключения солнечных панелей в одну систему смотрите здесь.

Читайте также:
Тепловой насос воздух-воздух для отопления дома: как он работает?
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: