Jak vyrobit regulátor pro větrný generátor svépomocí: konstrukce, princip činnosti, schéma zapojení

Mechanická konstrukce větrného generátoru v čisté podobě představuje pouze část plnohodnotné větrné energetické jednotky. Plně provozuschopný systém má kromě mechanické konstrukce také řadu elektronických komponent.

Proto je například nezbytně nutný regulátor pro větrný generátor – zařízení konstrukčně určené ke stabilizaci parametrů nabíjení akumulátoru při provozu větrníku.

Podíváme se, jaké funkce zařízení plní, a uvedeme schémata zapojení regulátoru pro vlastní montáž. Kromě toho nastíníme zvláštnosti provozu a účelnost nákupu čínského elektronického modulu pro větrník.

Větrné generátory a regulátory nabíjení akumulátorů

Pokud je možné mechanický větrník vyrobit svépomocí, lze si svépomocí vyrobit i regulátor pro větrný generátor?

Pro základní představu o regulátorech větrných generátorů a úspěšnou vlastní výrobu takového zařízení se budou hodit základní informace o těchto přístrojích.

Regulátor obsluhující akumulátorové baterie je určen především k řízení procesu nabíjení akumulátorů. To je jeho hlavní funkce, ale je třeba ji dále podmíněně rozdělit na celou řadu dílčích funkcí.

Například jedna funkcionalita sleduje nabíjecí proud a proud samovybíjení. Jiná funkcionalita realizuje činnosti zaměřené na měření teploty a tlaku. Třetí zajišťuje kompenzaci rozdílu energetických toků, kdy současně s odběrem proudu spotřebičem probíhá nabíjení akumulátorů.

Regulátor nabíjení akumulátorové baterie pro větrný generátor malého výkonu. Kontrola některých parametrů systému se provádí prostřednictvím LCD displeje zabudovaného do konstrukce

Průmyslově vyráběné přístroje disponují plnohodnotnou funkčností. O amatérských konstrukcích se to však říci nedá. Zařízení vyrobená na základě nejjednodušších obvodových řešení v domácích podmínkách vlastníma rukama jsou regulátory, které jsou daleko od dokonalých modelů.

Nicméně fungují a poměrně produktivně umožňují provozovat různé typy větrných generátorů. Zpravidla je v domácích konstrukcích realizována pouze jedna funkce – ochrana proti přepětí a proti hlubokému vybití.

Jedna z mnoha variací regulátorů pro větrné turbíny vyrobených vlastníma rukama. Takové konstrukce se vyznačují jednoduchými technickými řešeními a nejjednodušším provedením montáže.

Proč je začlenění regulátoru do systému větrné turbíny povinné?

Protože v režimu energetického dobíjení akumulátoru bez použití regulátoru lze očekávat nepříjemné následky:

1. Degradaci struktury akumulátoru v důsledku nekontrolovaných chemických procesů.
2. Nekontrolovaný nárůst tlaku a teploty elektrolytu.
3. Ztrátu schopnosti akumulátoru dobíjení v důsledku dlouhodobého vybíjení.

Regulátor nabíjení pro schéma větrné elektrárny je obvykle proveden jako samostatný elektronický modul. Tento modul je vyjímatelný a rychle odpojitelný. Průmyslově vyráběné přístroje jsou nutně vybaveny indikací režimů a stavů – světelnou nebo vizuálně přenášenou přes displej.

V praxi lze použít dva typy zařízení – vestavěná přímo do krytu větrného generátoru a připojitelná k akumulátorové baterii.

Schémata pro vlastní montáž

Za celou dobu od okamžiku objevení prvních domácích větrných turbín počet obvodových řešení regulátorů mnohonásobně vzrostl. Mnohá z obvodových řešení nejsou zdaleka dokonalá, ale existují i takové varianty, kterým je třeba věnovat pozornost.

Pro domácí použití jsou samozřejmě relevantní jednoduchá schémata, vyžadující malé finanční investice, účinná a spolehlivá.

Na základě těchto požadavků lze začít s regulátorem pro větrný generátor, který je postaven na bázi reléových regulátorů z automobilů. V obvodu lze použít jak relé s minusovým řídicím kontaktem, tak relé s plusovým řídicím kontaktem.

Tato varianta láká malým počtem součástek a nejjednodušší montáží. Bude potřeba pouze jedno relé, jeden výkonový tranzistor (unipolární), jeden rezistor.

Schéma regulátoru nakreslené jakýmsi elektronikářem vlastníma rukama. Zde je vše jednoduché a srozumitelné bez zbytečných slov. V podstatě stejně jako v samotné technologičnosti řešení. Minimum součástek – maximum úspor (+)

Schéma se nazývá „balastní“, protože je v něm použita přídavná zátěž v podobě obyčejné žárovky. Tím se seznam součástek rozšíří o další prvek – žárovku.

Používá se automobilová žárovka (nebo několik žárovek) na 12 voltů v závislosti na výkonu systému. Také místo tohoto prvku je možné použít zátěžový odpor jiného typu: výkonný rezistor, elektrický ohřívač, ventilátor apod.

Funkce „balastního“ zapojení s mínusem

Činnost automobilového relé-regulátoru přímo souvisí s úrovní nabití akumulátoru. Pokud napětí na svorkách akumulátoru stoupne nad 14.2 voltu, relé sepne a rozpojí mínusový obvod výkonového tranzistoru.

Na tranzistoru se poté otevře přechod, který připojí žárovku s přímým ohřevem k akumulátoru. Výsledkem je, že nabíjecí proud je odveden přes vlákno žárovky. Při poklesu napětí na svorkách akumulátoru probíhá opačný proces. Tím je udržována stabilní úroveň napětí baterie.

Jak funguje „balastní“ zapojení s plusem

Lehce modernizovanou variantou «balastního» regulátoru nabíjení pro větrnou turbínu je druhé schéma s relé-regulátorem s plusovým řídicím kontaktem. Například se hodí relé z automobilů značky «VAZ».

Odlišnost od předchozího schématu je použití polovodičového relé, například GTH6048ZA2 na proud 60A místo tranzistoru. Výhody jsou zřejmé: schéma vypadá ještě jednodušeji a zároveň má větší spolehlivost a účinnost.

Další velmi jednoduché schéma řešení pro sestavení regulátoru nabíjení akumulátoru větrného generátoru. Účinnost a spolehlivost schématu se zvyšuje díky použití polovodičového relé (+)

Zvláštností tohoto jednoduchého řešení je přímé připojení na svorky akumulátoru generátoru větrné turbíny. Vodiče regulátoru nabíjení jsou také «usazeny» přímo na kontakty akumulátoru.

Ve skutečnosti tyto dvě části schématu nejsou nijak propojeny. Napětí z větrného generátoru je na baterii přiváděno trvale. Když napětí na svorkách akumulátoru dosáhne hodnoty 14,2 V, polovodičové relé připojí zátěž pro odlehčení. Tím je akumulátor chráněn zařízením před přebitím.

Zde může být balastní zátěží nejen žárovka. Je zcela možné připojit jakékoli jiné zařízení dimenzované na proud do 60 A. Například elektrický trubkový ohřívač.

Co je na tomto schématu ještě důležité – činnost polovodičového relé se vyznačuje plynule narůstající amplitudou. V podstatě je zde efekt profesionálně vyrobeného PWM regulátoru.

Složitější varianta zapojení regulátoru

Pokud předchozí varianta schématu regulátoru nabíjení akumulátoru pouze připomíná zařízení PWM (pulzně šířková modulace), zde je tento princip realizován konkrétně.

Toto schéma regulátoru pro větrnou turbínu s třífázovým generátorem se vyznačuje určitými složitostmi, protože vyžaduje použití integrovaných obvodů – konkrétně operačních zesilovačů na tranzistorech FET v sestavě TL084.

Na montážní desce to však vypadá méně složitě než na papíře.

Obvodové řešení pro vlastní sestavení regulátoru, kde je použita mikrosestava TL084. Princip činnosti je rovněž postaven na použití relé pro přepínání režimů, ale je zde možnost regulovat body odpojení (+).

Stejně jako v předchozích řešeních je použito relé jako spínací prvek pro zátěž. Relé je navrženo pro práci s 12V akumulátorem, ale v případě potřeby lze vybrat model na 24 W.

Předřadný rezistor je vytvořen jako výkonný odpor (navinutý nichrom na keramice). Pro regulaci pracovního rozsahu napětí (11,5–18 W) jsou v obvodu použity proměnné odpory zapojené do řídicího obvodu mikrosestavy TL084.

Tento regulátor nabíjení akumulátoru větrné turbíny funguje následovně. Třífázový proud získaný z větrného generátoru je usměrňován výkonovými diodami.

Na výstupu diodového můstku vzniká stejnosměrné napětí, které je přivedeno na vstup obvodu přes kontakty relé, přídavnou diodu, akumulátor a dále na vnitřní stabilizátor (78L08) a na vstup sestavy TL084.

Okamžik přepnutí klopného obvodu do jednoho ze stavů je určen hodnotami proměnných odporů (Low V a High V) dolní a horní prahové úrovně napětí.

Dokud je na svorkách akumulátoru napětí nepřesahující 14,2 V (odpovídající nastavení R High V), probíhá nabíjení. Jakmile se hodnoty změní směrem nahoru, operační zesilovač TL084 vyšle signál na bázi tranzistoru, který ovládá relé.

Výrobek realizovaný vlastníma rukama podle schématu s mikrosestavou TL084. Vše je extrémně jednoduché, dokonce místo kvalitní desky plošných spojů byla zvolena deska pro závěsnou montáž. Těmito okamžiky vždy potěší vlastnoručně vyrobené konstrukce.

Dojde k sepnutí relé, napájecí obvod je přerušen a uzavřen na předřadný rezistor. Vybití přes předřadník probíhá až do okamžiku vybití akumulátoru blízkého nastavené hodnotě proměnného odporu Low V.

Jakmile je této hodnoty dosaženo, druhý operační zesilovač TL084 přepne obvod do opačného stavu. Tímto způsobem regulátor pracuje.

Čínská elektronická alternativa

Výroba regulátoru větrného generátoru vlastníma rukama je prestižní záležitost. Ale vzhledem k rychlosti rozvoje elektronických technologií často smysl vlastní montáže ztrácí na aktuálnosti. Navíc většina nabízených schémat je již morálně zastaralá.

Ukazuje se, že je levnější koupit hotový výrobek, vyrobený profesionálně, s vysokou kvalitou montáže, na moderních elektronických součástkách. Například vhodné zařízení za rozumnou cenu lze zakoupit na Aliexpressu.

Nabídka na čínském webu je působivá. Regulátory pro větrné generátory pro různé výkonové úrovně se prodávají od ceny 200 Kč. Pokud vycházíte z této částky, v otázce sestavení zařízení vlastníma rukama hra rozhodně nestojí za svíčku.

Tak například mezi nabídkami čínského portálu je model pro 600wattovou větrnou turbínu. Zařízení v ceně 214 Kč je vhodné pro práci s akumulátory 12/24 voltů, v režimu pracovního proudu do 30 A.

Docela slušný, určený pro 600wattový větrný generátor, regulátor nabíjení v čínském provedení. Takové zařízení si můžete objednat z Číny a doručením poštou přibližně za měsíc až měsíc a půl.

Kvalitní celoroční pouzdro regulátoru o rozměrech 100x90 mm je vybaveno výkonným chladičem. Provedení pouzdra odpovídá stupni krytí IP67. Rozsah vnějších teplot od –35 do +75 °C. Na pouzdru je vyvedena světelná indikace režimů stavu větrného generátoru.

Nabízí se otázka, jaký důvod ztrácet čas a úsilí na sestavení jednoduché konstrukce vlastníma rukama, když je skutečná možnost koupit něco podobného a technicky seriózního?

No pokud tento model nestačí, Číňané mají varianty zcela skvělé. Tak například mezi novými přírůstky se objevil model o výkonu 2 kW pro pracovní napětí 96 voltů.

Čínský produkt ze seznamu nových přírůstků. Zajišťuje kontrolu nabíjení baterií při práci ve dvojici s větrným generátorem o výkonu 2 kW. Na vstupu přijímá napětí do 96 voltů.

Pravda, cena tohoto regulátoru je již pětkrát vyšší než u předchozího vývoje. Ale opět, pokud porovnáte náklady na výrobu něčeho podobného vlastníma rukama, nákup vypadá jako racionální řešení.

Jediné, co je na čínských produktech znepokojivé – mají ve zvyku neočekávaně přestat fungovat v těch nejnevhodnějších situacích. Proto je často nutné zakoupené zařízení doladit – samozřejmě vlastníma rukama. Ale to je mnohem snazší a jednodušší, než vyrábět regulátor nabíjení větrného generátoru od nuly vlastníma rukama.

Pro milovníky vlastnoručních výrobků je na našem webu série článků věnovaná výrobě větrných generátorů:

1. Větrný generátor z automobilového alternátoru svépomocí: technologie montáže větrné turbíny a rozbor chyb
2. Jak vyrobit lopatky pro větrný generátor svépomocí: příklady vlastnoruční výroby lopatek pro větrnou turbínu
3. Větrný generátor svépomocí z pračky: návod na sestavení větrníku
4. Jak provést výpočet větrného generátoru: vzorce + praktický příklad výpočtu

Závěry a užitečné video k tématu

Touha vyrobit zařízení pro domácí použití vlastníma rukama je někdy silnější než jednodušší řešení – nákup levného zařízení. Co z toho vzešlo, podívejte se ve videu:

Při hodnocení vyhlídek na výrobu elektroniky vlastními silami, bez ohledu na její účel, narážíme na myšlenku, že věk „kutilů“ končí.

Trh je přesycen hotovými elektronickými zařízeními a modulárními komponenty prakticky pro každý domácí výrobek. Amatérským elektronikům nyní zbývá jediná činnost – sestavovat domácí stavebnice.

Máte co doplnit, nebo máte dotazy k tématu sestavení a používání regulátorů pro větrný generátor? Můžete zanechat komentáře, klást otázky a přidávat fotografie svých výrobků – kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.