Модернизация системы. Ветряк

Мой опыт автономного электроснабжения

Здравия всем, друзья! В настоящее время уже достаточно много людей мечтают жить в гармонии с природой: дышать свежим воздухом, слушать пение птиц, ощущать красоту природы. Однако трудно совсем обойтись без различных технических средств: электроинструментов, освещения, средств коммуникации. В то же время, по разными причинам: большое расстояние до ЛЭП а так же отсутствие разрешений, подключение к централизованному электроснабжению затруднительно. Поэтому хочу поделиться своим довольно большим опытом автономного электроснабжения в поместье моих родителей.

Мое образование и увлечения были тесно связаны с электроникой, и я обладал всеми необходимыми знаниями и умениями для того, что бы разработать свое собственное оборудование, а опыт использования в реальных условиях позволил понять какими свойствами должна обладать система, что бы быть удобной. Довольно много времени и сил потратил на то что бы прийти к желаемому результату, потому считаю своим долгом поделиться опытом, надеюсь это поможет многим избежать повторения моих и подобных ошибок и получить желаемый результат с минимальными затратами времени и финансов.
Для начала расскажу историю, в том порядке, как развивалась моя система автономного электроснабжения.

Начало

В самом начале, когда жили в палатках и строили временный домик, то для работы электроинструментом использовали дешевый китайский бензогенератор FORTE, мощностью 2, 5кВт. В основном пользовались дисковой электропилой (1600Вт), которой обрезали доски, иногда болгаркой (1800Вт), дрелью и другими инструментами. Как показала практика 2, 5кВт – это оптимальная мощность бензогенератора: большинство инструментов он тянет, а более мощный будет слишком расточительно расходовать топливо.

Потом, когда временный домик был уже построен, я установил в нем первую систему автономного электроснабжения, состоящую из двух аккумуляторов 200Ач 12В, самодельного инвертора 24В/220В 2, 5кВт с чистым синусом на выходе, самодельного зарядного устройства для заряда аккумуляторов от бензогенератора (ток заряда составлял 20 – 22 А), и коммутатора для автоматического переключения нагрузки либо к генератору, если он включен, либо к инвертору. Все это, естественно, было уже заранее куплено, сделано, заготовлено… К стати разработка инвертора это была моя дипломная работа в КПИ, и чем он в первую очередь превосходил существующие аналоги, так это потреблением на холостом ходу (5-6Вт).
Такая система работала по принципу компьютерного «бесперебойника». Если мне нужно было много работать электроинструментом, я запускал генератор и все нагрузки автоматически переключались на питание от него, параллельно заряжались аккумуляторы. Как только я выключал генератор, нагрузки начинали питаться от аккумуляторов через инвертор – это очень удобно: в домике вечером можно включить свет (энергосберегающие лампочки) при выключенном генераторе, все таки, он сильно шумит и расходует более литра бензина в час. Если нужно сделать что-то по мелочи: просверлить, пропилить и т.п., то не нужно запускать и глушить генератор, что часто тоже очень удобно.

В принципе запас энергии в аккумуляторах довольно большой, порядка 4 кВт*ч, однако заряжаются они довольно медленно при этом используя малую долю мощности бензогенратора (порядка 400Вт), потому включать генератор только для заряда аккумуляторов нерационально. Когда мы много работали бетономешалкой, а она потребляет как написано 500Вт, но в действительности, наверное, 300-400Вт, а с учетом перерывов еще меньше, то можно было запускать генератор через раз: один день или пол дня от генератора, а потом примерно столько же от аккумуляторов.

Временный домик Бензогенератор в пристройке за домиком

Оборудование в домике Первые аккумуляторы в веранде (по 200АЧ)

Щиток с коммутатором в домике

В первую зиму в домике никто не зимовал, потому все оборудование было демонтировано, остались только провода, выключатели, патроны для лампочек. Сначала думали забирать и провода, но потом передумали, и правильно сделали: если провода на месте и подписаны, то подключение в следующем сезоне заняло совсем немного времени.

Модернизация системы. Ветряк

В следующем году нам захотелось поставить ветряк, так как он уже был куплен на перспективу и лежал без дела, да еще и столб на участке стоял от бывшей ЛЭП(большую часть столбов повытаскивали, а этот тройной было сложно вытащить).

Зимой я сделал новую версию инвертора со встроенным зарядным устройством от ветряка, в добавок, он еще был трехфазный, так как планировали использовать станок с трехфазным двигателем. Мощность инвертора примерно 2, 5кВт с возможностью перегрузки при пусках, правда напряжение между его фазами было не 380В, а 220В, а нулевого провода не было: однофазные нагрузки включались между фазами – просто такая особенность схемотехники, не буду сильно вдаваться в подробности. Главное что на однофазную нагрузку он так же мог отдавать свою номинальную мощность.
Были, правда, и недостатки в этом инверторе – все таки малый запас пусковой мощности, особенно при сильно заряженном аккумуляторе, при пусках инструмента часто срабатывала защита. Пришлось включать инструмент через плавный пуск, сделал я его предельно просто: сначала нагрузка включается через резистор 10Ом, а затем, через 1с, резистор замыкается контактами реле. Сделал я это устройство в отдельном корпусе с вилкой и розеткой – просто включал «капризный» инструмент через него.

Количество аккумуляторов было увеличено до 4-х, параллельно две секции по два последовательно, полный теоретический запас энергии порядка 8кВт*ч.

Так вот теперь про ветряк. Был у нас, год назад купленный, ветряк мощностью 1, 5кВт, называется WE-1500, трехлопастной, производства WindElectric (Киев). Что он собой представлял: генератор на неодимовых магнитах с поворотным подшипником и токосъемниками, флюгер и лопасти. Штангу для крепления сварили сами.

Поднять все это дело на столб было так же не просто, так как весил комплект порядка 100кг и еще штанга в добавок около 40кг. В общем придумали как, подняли при помощи электролебедки «вниз головой», а потом перевернули на оси и прижали штангу мощными хомутами к столбу.
Здесь было допущено кучу ошибок:

1. На данном этапе лучше было поставить солнечные батареи, а не ветряк. Когда покупали ветряк, то мыслили: «электричество больше нужно зимой, чем летом, а солнца зимой мало», однако, особенно в период строительства, электричества летом тоже нужно не мало, тем более если еще качать воду для полива.

2. Ветряк установлен в очень плохом месте: по статистике в нашем регионе (северо-восток Украины, Черниговская область) преобладают южные ветра, а с юга деревья закрывают, и даже когда нет листьев, деревья нарушают ламинарность потока, потому средняя вырабатываемая мощность в 10 – 30 раз, а может и более, меньше чем могла бы быть.

3. Я совсем неправильно сделал систему регулирования отбора мощности, так как руководствовался приведенной в инструкции на ветряк таблицей и графиком, который на самом деле всего лишь отображал свойство генератора, без учета аэродинамических свойств ветроколеса. Фирма WindElectric продавала ветряки вместе со своими контроллерами и потому держала в секрете всю эту информацию, но их контроллер меня никак не устраивал, так как был расcчитан на напряжение аккумуляторов 240В, а это целых 20 штук. Потом я пытался устранить недостатки своего устройства прямо на месте, но все равно работало оно кострубато, нужно было менять все кардинально.

4. И в добавок, как следствие недостатков инвертора с контроллером заряда, аккумуляторы не заряжались полностью, а может еще и дефектов в аккумуляторах, зимой замерзла одна из банок одного из аккумуляторов. Да и до этого ощущалось, что заряда хватает не на долго.

В итоге польза от установки ветряка почти не ощущалась, все равно приходилось пользоваться бензогенератором, и только если дул хороший северный ветер, можно было обойтись без бензогенератора, но такое бывало не так часто. И

И еще: бывали периоды когда работ с электроинструментом не было, а аккумуляторы на освещение и всякую мелочевку все равно разряжались. Для того что бы просто заряжать аккумуляторы купили маленький бензогенератор мощностью 850Вт, так как он меньше потребляет топлива. Кроме того, в зимнее время, его можно было занести в помещение для прогрева, так как при низкой температуре завести бензогенератор дело проблематичное.

Разработка нового инвертора Внутренности инвертора

Новый инвертор установлен в веранде Пульт управления инвертором

Ветряк, установленный на столбу бывшей ЛЭП