Модернизация электроники. Солнечные батареи

Поняв свои ошибки, как мелкие технические, так и глобальные, и набравшись опыта я продолжил свои разработки. Мне хотелось сделать максимально удобную именно для применения в поместье электронику. Начать я решил с контроллера заряда аккумулятора от ветряка и солнечных батарей, так как больше всего недостатков было именно в части работы с ветряком, и, в добавок, мы запланировали поставить солнечные батареи.

С наступлением холодов я взялся за работу. В добавок мне предложили поработать на фирме WindElectric, где был куплен ветряк. Проработал я там всего пол года, с оплатой там, правда, было туго и атмосфера не особо приятная, но зато узнал все что только можно было узнать про их ветряки. В итоге сделал контроллер, который в части работы с ветряком был существенно лучше их «родного». Среди существенных преимуществ получились такие, как:

- вопервых, я вобще не встречал контроллеров для работы с низковольтными акумуляторами и высоковольтным ветрогенератором (до 250В), высокое напряжение существенно снижает потери при передаче на значительное расстояние от ветряка к контроллеру, иначе пришлось бы прокладывать толстенный кабель.

- регулирование мощности отбора в зависимости от частоты вращения ветряка, а не напряжения;

- режим «буря» с ограничения частоты вращения на безопасном уровне, вместо полной остановки и прекращения генерации мощности;

- защита от обрыва кабеля ведущего от ветряка до контроллера, в их родном варианте такое не предусматривалось, и обрыв кабеля при наличии достаточно сильного ветра мог привести к неограниченному раскручиванию и разрушению ветряка.

- В части работы с солнечными батареями был реализован алгоритм поиска максимальной мощности (по иностранному MPP).

- Возможность использования избыточного электричества как от солнца так и от ветра для полезных целей, например нагрева воды.

И вот новый контроллер был доставлен и подключен. Еще были куплены три солнечные панели 180Ват 36В, производства завода «Квазар». Солнечные батареи были установлены на примитивном поворотном устройстве для ориентации на солнце (поворот вручную). Ветряк пока остался на прежнем месте, но был подключен к новому контроллеру.

И еще были куплены два новых аккумулятора 12В 200А*ч, только уже не автомобильных, а герметичных гельевых, так как одна пара автомобильных была отключена из-за замерзания одного из них.

И с этого момента качество электроснабжения существенно изменилось. Во первых: мы с конца апреля, момента установки нового оборудования, по конец октября, забыли про бензогенератор. С электроинструментом можно было работать так, как будто есть электросеть и особо ни о чем не думая. В добавок купили электрочайник, что бы экономить газ и электродуховку для того что бы печь хлеб летом, так как появился большой избыток электричества. Можно было при необходимости включить насос, что бы накачать воды для полива или в летний душ, если год назад это делали только вместе с другими работами, когда включали генератор. В общем уровень «комфорта» поднялся до приемлемого для нас уровня, что безусловно радовало.
Затем мы перенесли ветряк на другую сторону участка, где рядом небыло высоких деревьев. Ветряк стал существенно лучше работать: чаще и больше вырабатывать. После этого даже в осенне-зимнее время электричества почти всегда стало хватать. Хотя равномерность выработки электроэнергии все равно оставляла желать лучшего, да и все равно бывали периоды по пару недель, когда электричества нехватало и приходилось или сильно экономить или пользоваться бензогенератором.

«Ветро-солнечный» контроллер без корпуса Солнечные батареи на поворотном устройстве

И, наконец, я «подмарафетил» электронику: произвел некоторые доработки контроллера ветряка и солнечных батарей, а так же кардинально переделал инвертор. Разместил всю электронику в одном ящике и назвал все это устройство: «электрификатор». Новый инвертор в составе «электрификатора» стал совершеннее предыдущих собратьев. Он был трехфазно-однофазный – сам определял, и если к нему подключена трехфазная нагрузка, формировал на выходе трехфазное напряжение, если нагрузки только однофазные, то только однофазное напряжение, что позволяло снизить потребление на холостом ходу. Он мог отдавать до 5кВА в нагрузку, а в пусковые моменты и до 10…15кВА. Для облегчения запуска мощных двигателей был реализован алгоритм плавного пуска: при сильной перегрузке происходит понижение выходного напряжения, а затем его плавное повышение. На холостом ходу потреблял не более 4Вт, и то это еще вместе с контроллером заряда. Реализован так же и режим поиска нагрузки, в котором потребление составляет вообще около 1, 2Вт. В режиме поиска нагрузки, при отсутствии нагрузки выходное напряжение появляется импульсами, если устройство обнаруживает нагрузку, то начинает формирование на выходе нормального напряжения.

От нового «электрификатора» запускаются и работают любые электроприборы и инструменты. В принципе даже 3-х кВА-ного такого инвертора хватит для работы практически любых инструментов и бытовых приборов, зачастую даже 2 – 3 одновременно работающих потребителя, не считая лампочек, компьютера, и другой мелочи, не вызывают перегрузки.

На этом в плане модернизации «электросистемы» я пока решил остановиться. Единственное, что планирую перенести «электрификатор» вместе с аккумуляторами из временного домика в специальный отсек подвала в новом доме.

«Электрификатор» в процессе разработки

«Электрификатор» установлен во временном домике и ветряк установленный на новом месте

Дальнейшее развитие «Электрификатора»

После изготовления первого образца и установки его в поместье у моих родителей, я занялся доводкой изделия до состояния, когда его можно предлагать другим людям. В период конца 2014г – начала 2015г, была несколько усовершенствована конструкция изделия, что позволило улучшить некоторые характеристики, а так же повысить технологичность изготовления. Был разработан конструктив изделия закрытом исполнении, с радиаторами охлаждения выведенными на корпус, что позволило защитить внутренние узлы устройства от влаги, пыли, насекомых и т.п.

Так выглядит «Электрификатор» в защищенном исполнении снаружи и внутри (мощность инвертора 3КВА, максимальная мощность солнечных батарей 700Вт)

А так выглядит «Электрификатор» установленный в доме у заказчика и временно поставленные солнечные батареи

Также, специально для поселения Южные Сокольники, Херсонской обл., была добавлена возможность автоматического включения насоса для полива при избытке электричества. Это позволяет максимально использовать электроэнергию непосредственно вырабатываемую солнечными батареями, а не запасенную в аккумуляторах. Это позволяет продлить ресурс аккумулятора и увеличить производительность, так как в процессе заряда/разряда аккумулятора есть потери. Для удобства, что бы не тащить отдельный кабель от электрификатора к насосу, был разработан передатчик и приемник-коммутатор, включающий насос, которые позволяли передавать команду включения насоса по проводам 220В.

Электрификатор был изготовлен в разных модификациях в четырех экземплярах для поселения Южные Сокольники, Херсонской области.

Планы на будущее

В ближайшем будущем хотелось бы разработать комплексную систему для обеспечения электричеством, теплом, горячей водой, при необходимости и кондиционированием. Основной принцип такой системы – взаимное дополнение разный ее составляющих.

Например:

- Недостаток выработки электроэнергии солнечными батареями в зимнее время можно покрыть за счет печи с электрогенератором.

-Холодную воду из скважины или колодца, которая используется на полив и для бытовых нужд, можно одновременно использовать для кондиционирования помещения в жаркие летние дни.

- Горячую воду от солнечного коллектора можно использовать не только для душа и мытья посуды, но и для подогрева сушильной камеры и сушки овощей, фруктов, ягод и прочего.

Благодаря такому подходу можно как снизить общую стоимость, так и повысить эффективность, а так же удобство пользования и обслуживания. Подробнее о такой комплексной системе я напишу в следующих статьях.