Если сам ветрогенератор можно назвать сердцем ветроустановки, то контроллер — это её мозг.

В старых моделях контроллеров ставилась одна простая задача — выпрямить переменное напряжение генератора и не допустить перезаряда аккумуляторной батареи. С данной задачей контроллеры вполне успешно справлялись. Но практика использования ветряных генераторов показала, что одного этого мало.

Опишем несколько типичных проблем:

• При сильном ветре, вся мощность генератора идёт на аккумуляторы и ток заряда никак не ограничивается, что сокращает срок службы аккумуляторной батареи.

• После полного заряда аккумуляторов, ветрогенератор продолжает вращаться, а излишняя мощность сбрасывается в дополнительную нагрузку, попросту нагревая воздух. Сокращается ресурс подшипников и лопастей ветрогенератора.

• Многие производители ветрогенераторов указывают в паспорте изделия максимальную допустимую скорость ветра, называя её скоростью выживания. Обычно это 40-50 м/сек. Но в тоже время настоятельно рекомендуют останавливать ветрогенератор при штормовом предупреждении. К сожалению не всегда пользователи ветроустановок могут это сделать. Часто ветрогенератор установлен в удаленном и необслуживаемом месте. Как результат – сломанные лопасти, погнутый вал генератора, оторванный хвост и поваленная мачта.

• Очень часто проблема неудовлетворительной работы ветрогенератора – это слабый ветер. Пользователь видит, что лопасти вращаются, ветрогенератор правильно ориентирован по ветру, но аккумуляторы не успевают заряжаться. Отсюда претензии – почему Вы продали и установили мне систему, которая не вырабатывает достаточное количество энергии. Не каждый рядовой пользователь понимает, или не хочет понимать, что номинальную мощность ветрогенератор может выдать только при скорости ветра не менее 8-10 м/сек. Основной и наверное правильный мотив покупателя — я заплатил Вам деньги – дайте мне достойный продукт!

Решить эти и некоторые другие проблемы позволяет наш новый «умный» контроллер. В основе его схемы лежит современный микропроцессор, а в качестве регулирующих элементов используются мощные полевые транзисторы или IGBT сборки. Многие люди, близкие к электротехнике, знают — для того чтобы вывести из строя правильно подобранную IGBT сборку, нужно очень сильно постараться! Все основные параметры контроллера можно менять непосредственно с клавиатуры дисплея. Если необходимо отслеживать все процессы в режиме реального времени или записывать и архивировать данные, можно воспользоваться программным обеспечением для ПК. Подключить компьютер или флеш-накопитель к контроллеру можно с помощью портов USB, RS-485 или RS-232.

Часто клиенты задают вопрос: «каким образом работает контроллер и какие параметры можно и нужно менять в меню контроллера ?» Если Вы не очень большой специалист в электронике – Вы можете просто подключить контроллер к ветрогенератору и аккумуляторам. По умолчанию в меню выставлены усреднённые типовые значения параметров. Но если Вы хотите использовать возможности системы на 100%, Вам необходимо более точно подогнать значения параметров контроллера к остальным компонентам.

Для этого Вам необходимо:

• Указать ёмкость аккумуляторной батареи

Надпись на дисплее контроллера 1. System Info Batt: 100 Ah 1/9

Этот же параметр в программном обеспечении для ПК

• Указать сколько полюсов у генератора. Этот параметр важен для вычисления количества оборотов. В зависимости от мощности генератора и его конструкции этот параметр варьируется от 4 до 30.

Надпись на дисплее контроллера 2. Wind Info Pole: 23 D 3/9

Этот же параметр в программном обеспечении для ПК

• Следующий очень важный параметр — ограничение максимальных оборотов. В настоящее время на рынке присутствуют несколько типов ветрогенераторов, которые можно условно поделить на три группы:
  • Первая – генераторы со складывающимся хвостом и смещенным центром вращения. По нашему мнению, не самый лучший способ ограничения оборотов. Дело в том, что вращающийся ротор имеет большой момент инерции. Можно сказать, что это большой гироскоп. Раскрученный ротор всегда стремится остаться в одной плоскости вращения. Лопасти современных ветрогенераторов обычно изготовлены из различных пластиков и композитных материалов и конечно же могут изгибаться в некоторых пределах. Когда ротор отклоняется (становится ребром к потоку ветра), оконцовки лопастей стараются остаться в плоскости вращения. В результате этого отклонения лопасти постоянно изгибаются в процессе работы и в конце концов разрушаются. Мгновенно наступает сильный дисбаланс всей ветроустановки, что приводит к непредсказуемым последствиям.
  • Вторая группа — ветрогенераторы с неподвижным хвостом. Лопасти таких генераторов имеют крученный аэродинамический профиль. При определенных оборотах (слегка превышающих номинальные) на такой лопасти происходит срыв воздушного потока и скорость вращения стабилизируется. «Рысканье» у такого ротора намного меньше. Но при ураганном ветре все же остается сильное лобовое давление (за счёт парусности раскрученного ротора) и бывали случаи когда это приводило к разрушению ветрогенератора.

  • Третья группа — ветрогенераторы с изменяемым углом атаки лопастей. Ветроустановки данного типа являются самыми прогрессивными и эффективными. При скорости ветра от 0 до 3 м/с угол атаки лопастей имеет стартовое значение. Именно под этим углом лопастей ротор запускается легче всего. Как только скорость ветра достигает 3 м/с — ротор начинает вращаться. Во время вращения наиболее отдаленный от центра край лопасти управляется центробежным грузом для наклона по направлению к плоскости вращения ротора. До тех пор, пока законцовка лопасти будет параллельна плоскости вращения ротора, генератор будет производить номинальную выходную мощность. При скорости ветра от 8 до 20 м/с центробежные грузы будут плавно изменять угол атаки лопастей, стабилизируя таким образом обороты и выходную мощность. При скорости ветра от 20 до 50 м/с лопасти переходят в положение с углом атаки, имеющим отрицательное значение. В таком состоянии они создают сопротивление вращению и происходит стабилизация оборотов вращения ротора.

    Таким образом ротор ветрогенератора не разрушается при сильном ветре. Так же лопасти имеют аэродинамический профиль, который не допускает срыва потока с задней кромки. Это снижает шум при вращении ротора.

    Установки данного типа позволяют применять механический тормоз. С помощью троса и лебедки, а в ветрогенераторах большой мощности гидравликой или электроприводом, лопасти устанавливаются в нулевой угол.

    Не смотря на «продвинутость» конструкции, остаётся такой фактор, как лобовое давление ветра. Поэтому необходимо останавливать генератор при ураганне. В нашем контроллере для этого предусмотрена специальная функция. В паспорте каждого генератора есть параметр — обороты вращения ротора при максимальной мощности. Мы рекомендуем установить в меню контроллера число оборотов на 5% больше.

Надпись на дисплее контроллера 2. Wind Info Rota: 500R 2/9

Этот же параметр в программном обеспечении для ПК

Разберёмся как работает эта функция.

Когда ротор раскручивается выше максимально допустимых оборотов, контроллер останавливает ветрогенератор на заданное время. После паузы тормоз снимается и цикл повторяется.

• Для увеличения ресурса работы подшипников и лопастей в контроллере есть опция — остановка ротора при достижении на аккумуляторной батарее определенного напряжения. Вы можете задать «гистерезис» для заряда батареи. Когда напряжение на аккумуляторах достигнет максимального значения (устанавливается в зависимости от типа используемых аккумуляторов — AGM, GEL или другие) контроллер затормозит генератор. Напряжение на батарее начнёт снижаться и, когда оно опустится до нижнего порога, контроллер отпустит тормоз. Ротор начнёт вращаться. В итоге, если потребляемая от аккумуляторов мощность незначительна, то большую часть времени ваш ветрогенератор будет заторможен.

• И теперь самый больной вопрос — слабый ветер. Часто бывает, лопасти вращаются, ветрогенератор правильно ориентирован по ветру, но аккумуляторы не заряжаются. Это болезнь обычных классических контроллеров. Дело в том, что пока напряжение на генераторе не достигнет значения напряжения на аккумуляторной батарее, выпрямительные диоды закрыты обратным напряжением.

  Для примера возьмём ветрогенератор мощностью 1000 Ватт и напряжением 24 Вольта, со скоростью вращения 600 об/мин при максимальной мощности. Как правило, почти все ветрогенераторы стартуют при скорости ветра около 3 м/с. Если в паспорте генератора есть график зависимости выходного напряжения от частоты вращения — можно увидеть, что при скорости ветра 4-5 м/с ротор вращается со скоростью примерно 100-150 об/мин и напряжение на генераторе не превышает 18-20 Вольт. В итоге — выпрямительные диоды закрыты и аккумуляторы не заряжаются. Даже при таком слабом ветре генератор развивает мощность 80-150 Ватт, но эта мощность пропадает впустую. Доля таких слабых ветров в разное время года может достигать 30-50%.

  Параметры программного обеспечения, отвечающие за данные функции

  Для решения этой проблемы в наш контроллер интегрирован программируемый модуль преобразования напряжения, позволяющий заряжать аккумуляторы при малой скорости ветра. Можно установить порог включения преобразователя равный, например, 15 Вольтам. И в аккумуляторы польется небольшой, но всё же реальный зарядный ток, даже если ветряк выдаст лишь 1/10 своей мощности. Когда скорость ветра повысится и напряжение генератора сравняется с напряжением батареи, блок преобразования автоматически отключится. Начнётся «прямая» зарядка аккумуляторной батареи через выпрямительные диоды.

• В последних версиях наших контроллеров добавлена очень важная, с нашей точки зрения функция. Иногда пользователь не очень внимательно следит за состоянием аккумуляторной батареи и вспоминает о ней только тогда, когда она полностью разряжена. Как правило — просто отключается инвертор. Такие глубокие разряды сокращают срок службы аккумуляторов. Вы можете установить в меню любой порог разряда батареи и включить опцию сигнализации. Если аккумуляторы будут разряжены до этого порога, контроллер подаст звуковой сигнал и предупредит Вас об этом — нужно ограничить потребление и зарядить батарею.

Это основные, и на наш взгляд очень важные отличия нашего контроллера от классических. Можем добавить, что наш контроллер является гибридным ветро-солнечным, то есть имеет второй канал для зарядки аккумуляторов от солнечных панелей. Мощность солнечных панелей, которые можно подключить к контроллеру составляет обычно 30% от мощности ветрогенератора. Конечно можно увеличить этот параметр и до 100%, даже до 500%, но это уже получится солнечный контроллер. При нынешних ценах на солнечные панели можно увеличивать долю солнца до 200-500% от общей мощности гибридной ветро-солнечной установки. Но для таких систем с большой долей солнечной энергии, более разумно устанавливать отдельный MPPT солнечный контроллер.