X

Dobór grzałek do elektrowni wiatrowej

09 Feb 2014 22:11 VVvvoody
  • #1 09 Feb 2014 22:11
    vvoody
    Level 5  
    Helpful post? (+2)
    Witam

    Mam taki problem, przeszukałem już chyba całe forum na temat małych elektrowni wiatrowych i nie znalazłem konkretnej odpowiedzi na moje pytanie.
    Otóż robię projekt urządzenia do podgrzewania wody zasilane energią wiatru, czyli prosta elektrownia wiatrowa, która podgrzewałaby wodę w zbiorniku grzałką elektryczną.
    Danych na temat samej turbiny nie mam, wiem jedynie, że najprawdopodobniej będzie to typowa pozioma turbina z 3ma łopatami.
    Oczywiście wielkość grzałki musi być odpowiednio duża, aby jej nie spalić przy silnym wietrze, ale właśnie...

    Pytanie moje brzmi:

    Czy lepiej zastosować jedną większą grzałkę czy kilka mniejszych dołączanych wraz ze wzrostem prędkości wiatru.
    Chodzi o sprawność takiego układu oraz wydajność turbiny.


    Na forum i nie tylko znalazłem kilka odpowiedzi na to pytanie, lecz bez większego uzasadnienia a na tym mi najbardziej zależy.
    Jedni twierdzą, że nie można podłączyć dużej grzałki, bo będzie zbyt duże obciążenie i elektrownia nie ruszy.
    Ale czy nie jest tak, że przecież napięcie wzrasta wraz z prędkością, czyli przy rozruchu mamy bardzo mały opór?
    Znalazłem jeden artykuł, w którym autor tak właśnie twierdzi, że nie ma większego to znaczenia jak duża grzałka.

    Skłaniam się do użycia kilku grzałek (np 3) szczególnie, że może to służyć jako hamulec przy silnych wiatrach ale potrzebuje konkretnego uzasadnienia najlepiej opartego jakimiś obliczeniami, jako, że nie znam się dobrze na tym chciałem poradzić się specjalistów ( Was ;) ) Mam nadzieje, że mi pomożecie bo jest to dla mnie bardzo ważne.
  • Helpful post
    #2 09 Feb 2014 22:34
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    vvoody wrote:

    Jedni twierdzą, że nie można podłączyć dużej grzałki, bo będzie zbyt duże obciążenie i elektrownia nie ruszy.
    Ale czy nie jest tak, że przecież napięcie wzrasta wraz z prędkością, czyli przy rozruchu mamy bardzo mały opór?
    Znalazłem jeden artykuł, w którym autor tak właśnie twierdzi, że nie ma większego to znaczenia jak duża grzałka.


    W uproszczeniu grzałka ma stałą rezystancję, czyli zawsze stawia taki sam opór (w uproszczeniu powtarzam dla czepialskich).
    Czyli można powiedzieć, że turbina musi pokonać taki sam opór przy słabym i silnym wietrze. Czyli nie ruszy zanim nie będzie wichury.

    Moc grzałki musi być większa o jakieś 10-20% większa od mocy turbiny, żeby przy wichurze mogła działać jako hamulec.
    Co do załączania grzałki może być kaskada składająca się z 3-5 mniejszych grzałek, ale sądzę że lepiej dać sterownik oparty na PWM bo będzie ładne płynne zwiększania obciążenia przy wzroście produkcji turbiny.
  • #3 09 Feb 2014 23:08
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (0)
    putas wrote:

    ale sądzę że lepiej dać sterownik oparty na PWM bo będzie ładne płynne zwiększania obciążenia przy wzroście produkcji turbiny.


    I wówczas starczyła by jedna grzałka o tej 10-20% większej mocy? Czy nie była by ona zbyt mała nawet gdyby sterownik na zwarł by ja na stałe aby działać jako hamulec przy naprawde dużych wiatrach?
  • Helpful post
    #4 09 Feb 2014 23:33
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    Wystarczy, bo większego przeciążenia pewnie i tak nie wytrzyma turbina i się spali. Więc nie ma co przesadzać z obciążeniem.
  • #5 10 Feb 2014 16:17
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (0)
    putas wrote:


    W uproszczeniu grzałka ma stałą rezystancję, czyli zawsze stawia taki sam opór (w uproszczeniu powtarzam dla czepialskich).
    Czyli można powiedzieć, że turbina musi pokonać taki sam opór przy słabym i silnym wietrze. Czyli nie ruszy zanim nie będzie wichury.


    A od czego dokładniej zależy rezystncja grzałek? znalazłem, że wraz ze zrostem temperatury rośnie rezystancja aż do stanu ustalonego (pracy), czy od czegoś jeszcze i jak duże procentowo są to różnice czy w obliczeniach można założyć że jest stałe?

    A co z napięciem grzałki? domyślam się, że zbyt małe napięcie grzałki w stosunku do generatora być nie może ale jak bardzo można (zaleca się) wykroczyć w drugą stronę?
  • Helpful post
    #6 10 Feb 2014 16:25
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    Rezystancja głównie zależy od grubości i długości nawiniętego przewodu oporowego.
    Faktycznie jest zmienna w zależności od temperatury, dlatego napisałem "w uproszczeniu".
    Każda grzałka jest wyliczana do konkretnej mocy przy danym napięciu zasilania.
    Oczywiście jak masz grzałkę 230V i zasilisz ją 24V to też będzie grzała, ale powiedzmy 10 razy słabiej, bo przepuści przez siebie prąd wyliczony na 230V.
    Ale jak weźmiesz grzałkę 24V i podasz 230V to jej żywot będzie krótki, ale ekspresyjny. Spali się po chwili. Bo wydzieli się na niej moc blisko 10 raz większa.
    Dlatego grzałkę trzeba dobrać do zakładanego napięcia i mocy układu. Oczywiście przekroczenie 10-20% raz kiedyś nie spali jej, ale z grubsza trzeba przyjąć jakieś założenia.
    I jak na sterowniku PWM ustawisz zadane napięcie to on będzie tak zasilał grzałkę żeby miała swoje znamionowe napięcie, w turbina będzie się kręciła równo. Bo PWM kilkadziesiąt razy na sekundę koryguje zasilanie grzałki.
  • Helpful post
    #7 10 Feb 2014 20:11
    potegat
    Level 16  
    Helpful post? (0)
    Ja mam 4 grzałki w jednej obudowie, każda ma 1350W połączone są równolegle. Napięcie grzałek to 48V steruje nimi 5 szt tranzystorów IRF 1407, największa moc jaką osiągnąłem to 55V i prawie 70A chwilowo a ciągle 30-40A.
  • #8 10 Feb 2014 20:39
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (0)
    potegat wrote:
    Ja mam 4 grzałki w jednej obudowie, każda ma 1350W połączone są równolegle. Napięcie grzałek to 48V steruje nimi 5 szt tranzystorów IRF 1407, największa moc jaką osiągnąłem to 55V i prawie 70A chwilowo a ciągle 30-40A.


    a Jaka moc turbiny?
  • Helpful post
    #9 10 Feb 2014 21:12
    potegat
    Level 16  
    Helpful post? (0)
    Prądnica jest duża waży 90 kg nawinięta drutem 4,5mm² ale śmigło nie wyprodukowało więcej niż 3800W a obroty były już kosmiczne. Teraz nawinąłbym na ciut wyższe napięcie żeby ładowała przy niższych obrotach. Złotym środkiem byłby zakup oryginalnego śmigła wtedy dopasowałbym prądnicę do niego, a teraz mam drewniane o bliżej nieokreślonych parametrach i dane z Wiatrak 1.1 więc jest margines błędu chociaż nieduży.
  • Helpful post
    #10 11 Feb 2014 09:28
    lamer1
    Level 21  
    Helpful post? (0)
    putas wrote:
    Moc grzałki musi być większa o jakieś 10-20% większa od mocy turbiny, żeby przy wichurze mogła działać jako hamulec. ...

    putas wrote:
    Wystarczy, bo większego przeciążenia pewnie i tak nie wytrzyma turbina i się spali. Więc nie ma co przesadzać z obciążeniem.

    Masz jakiś wiatrak? Chyba nie wiesz co piszesz.
    Może napiszę jak to wygląda w praktyce.
    Moc nominalna turbiny, prądnicy 5 kW, podczas silnych wiatrów podpinam grzałki o łącznej mocy 10 kW i co się dzieje? Wiatrak pompuje w grzałki 10 kW jakby nigdy nic.
  • #11 11 Feb 2014 09:44
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    lamer1 wrote:
    Moc nominalna turbiny, prądnicy 5 kW, podczas silnych wiatrów podpinam grzałki o łącznej mocy 10 kW i co się dzieje? Wiatrak pompuje w grzałki 10 kW jakby nigdy nic.

    Tak. Mam wiatrak.
    To co piszesz jest niezgodne z prawami fizyki.
    Skoro prądnica ma moc max 5kW to powiedzmy przy 6-7kW się spali. Bo się spalą druty nawojowe, przez które pójdzie zbyt duży prąd.
    Jeśli Twoja daje 10kW to znaczy, że tyle ma w określonych warunkach, czyli bardzo silny wiatr. A w innych (słabszy wiatr) ma 5kW.
    Każda prądnica ma zakładaną moc przy określonych obrotach. Twoja też. Jeśli rozkręcisz ją bardziej to albo się spali, albo i nie. W zależności jak została wykonana. Jeśli bebechy są liczone na styk, to się spalą, jak z dobrym zapasem to przeżyje.
  • Helpful post
    #12 11 Feb 2014 09:52
    lamer1
    Level 21  
    Helpful post? (0)
    putas wrote:

    Skoro prądnica ma moc max 5kW...

    Nie chcę się czepiać szczegółów, ale niektóre są dość istotne, napisałem wyraźnie moc nominalna 5 kW, moc maksymalna pewnie coś około 10 kW, zależy też od czasu przeciążania.
  • #13 11 Feb 2014 10:03
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    Tak, masz rację. Też myślałem o nominalnej, a błędnie napisałem max.
    Ale obaj wiemy o co chodzi.
  • Helpful post
    #14 11 Feb 2014 10:10
    lamer1
    Level 21  
    Helpful post? (0)
    Jedno jest pewnie grzałkami można hamować do pewnego stopnia, a potem musi zadziałać dodatkowe zabezpieczenie. Ewentualnie na zwarcie, ale to zanim wiatrak się rozpędzi i przeczekać silne wiatry.
  • #15 25 Feb 2014 17:08
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (0)
    Moja praca idzie w dobrym kierunku, wszystkie wasze rady były bardzo przydatne, jednak spotkałem kolejny problem gdyż:

    Na początku zakładałem aby użyć zwykły generator trójfazowy, gdyż o ile mi wiadomo jest on prostrzy, tańszy i znacznie wytrzymalszy niż komutator a dla grzałki i tak to jest bez znaczenia.

    Sugerując się waszymi radami, zdecydowałem się użyć regilator PWM i znalazłem również fajny projekt poświęcony temu zagadnieniu:

    http://www.portalnaukowy.edu.pl/index.php?option=com_content&view=article&id=202%3Aregulator-mocy-maej-elektrowni-wiatrowej&catid=66%3Aenergia-wiatru&Itemid=123&showall=1

    Jednak tu autor twierdzi że "by móc w prosty sposób obciążać je grzałką ogrzewającą wodę użyteczną i regulować ilość odbieranej mocy należy wygenerowane trójfazowe napięcie wyprostować do postaci stałej".

    Czy jest to konieczne? prostowanie pociąga za sobę małe straty oraz to dodatkowe koszty. Potrafi mi ktos wytłumaczyć jak to dokłądnie wygląda?

    Z góry dziękuje i pozdrawiam ;)
  • #16 25 Feb 2014 17:51
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    Konieczność wyprostowania jest jedna.
    Z turbiny wychodzą 3 fazy, a grzałka jest jedna.
    Inaczej nie zasilisz jednej grzałki z trzech źródeł zasilania (bo każda faza to w pewnym sensie osobne źródło).
  • #17 25 Feb 2014 18:03
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (+1)
    I tylko z tego względu?
    A gdyby zastosować grzałke potrójną o odpowiedniej łącznej mocy. np.

    http://wiatrowe.pl/photos/grzalka-3x1000w48v-elektrownia-wiatrowa-3149128380.jpg

    wówczas można by było bez problemu sterować ją jednym sterownikiem?

    Poprostu zastanawiam się co by się bardziej opłacało.
  • Helpful post
    #18 25 Feb 2014 18:12
    CzystyZYSK
    Level 23  
    Helpful post? (0)
    Jak masz 3 grzałki po 1000W w jednej to nie ma problemu - działa to jak 3 niezależne układu wtedy.
  • #19 10 Mar 2014 18:28
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (0)
    A to znowu ja ;p
    Napotkałem kolejny problem (mam nadzieje, że ostatni) otóż problem dotyczy sterowania, wszystko inne mam już dobrane i dopracowane. Wszędzie (również tu) ludzie doradzają sterownik impulsowy (PWM) i taki również postanowiłem użyć w swoim projekcie (dokładniej praca inżynierska ;p). Projekt mój przewiduje dobranie typowych elementów katalogowych więc szukałem „sterowników małych elektrowni wiatrowych”. I to jest problem, bo albo ja nie potrafię szukać, albo nie wiem grze, ale wszystkie znalezione sterowniki przewidują ładowanie akumulatorów albo uwzględniają kilka(3-5) grzałek, aby stopniowo obciążać turbinę, albo jedno i drugie.

    Stąd moje pytanie do Was (specjalistów/maniaków/posiadaczy) podobnych instalacji. Czy trzeba samemu budować układ sterowania, czy są może dostępne takie proste sterowniki pasujące do mojej instalacji? Czy może są jakieś uniwersalne układy sterowania? Jak to było w Waszym przypadku?


    Wiem, że dla niektórych pytania mogą wydać się banalne lub też śmieszne, dla mnie natomiast są bardzo ważne, a niestety o sterownikach i sterowaniu nie wiem kompletnie nic.
    Dla przejrzystości podam parametry turbiny, grzałki oraz zbiornika:

    Turbina:
    Moc znamionowa 1kW
    Moc maksymalna 1,2kW
    Napięcie znamionowe 110V

    Zbiornik:
    Pojemność 120L

    Grzałka:
    Moc 3x500W (1,5kW)
    Napięcie znamionowe 110V

    Pozdrawiam
  • Helpful post
    #20 10 Mar 2014 19:06
    prose
    Level 28  
    Helpful post? (0)
    vvoody wrote:
    Stąd moje pytanie do Was (specjalistów/maniaków/posiadaczy) podobnych instalacji. Czy trzeba samemu budować układ sterowania, czy są może dostępne takie proste sterowniki pasujące do mojej instalacji? Czy może są jakieś uniwersalne układy sterowania? Jak to było w Waszym przypadku?

    Odpowiedni mosfet i wszystko gra.
    http://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=2670598&highlight=
  • Helpful post
    #21 17 Mar 2014 11:42
    newmax
    Level 11  
    Helpful post? (0)
    Witam Panów.
    Napotkałem ten wątek na forum i postanowiłem wtrącić swoje trzy grosze.
    Otóż obciążając generator prądu napędzany wiatrem stałą mocą od stanu spoczynku automatycznie zaczynamy go hamować czyli zmniejszamy jego zdolność rozpędzania się i możliwość produkcji większej mocy na czym nam najbardziej zależy. Aby uniknąć tego efektu należy stosować regulator lub inwerter który pracuje po charakterystyce mocy wiatraka. To znaczy że będziemy mogli pobrać taką moc jaką aktualnie produkuje turbina i nie będziemy jej hamować. Zagadnienie wbrew pozorom nie jest takie proste jak to przedstawia większość amatorów czy nawet firm niby profesjonalnych. Proponuje zobaczyć takie turbiny i ich charakterystyki. To rozwiązanie jest bardzo wysoko sprawne i stosowane inwertery przy tych turbinach umożliwiają wycisnąć z nich maksimum mocy w danej chwili w zależności od wiatru.
    http://www.youtube.com/channel/UCe_RacnU-boqoyiD7jTRDRQ
    www.ekoenergiagrupa.pl
  • #22 17 Mar 2014 13:04
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    newmax wrote:
    Zagadnienie wbrew pozorom nie jest takie proste jak to przedstawia większość amatorów czy nawet firm niby profesjonalnych. Proponuje zobaczyć takie turbiny i ich charakterystyki.

    Masz rację i zapewne myślisz o układzie MPPT.
    Z tym, że taki układ jest znacznie droższy od PWM i bardziej skomplikowany. Owszem, sprawność jest większa. Ale PWM tu raczej w zupełności wystarczy. Kompromis między ceną i prostotą, a sprawnością.
  • #23 18 Mar 2014 01:06
    vvoody
    Level 5  
    Topic author Helpful post? (0)
    newmax wrote:
    Owszem, sprawność jest większa


    O jakiej orientacyjnej różnicy sprawności mówimy porównując oba układy?
  • Helpful post
    #24 18 Mar 2014 08:53
    CzystyZYSK
    Level 23  
    Helpful post? (0)
    Między 8 a 40%. Jak jest słonecznie to mniejsza różnica, przy pochmurnej pogodzie większa. Test tutaj:

    http://www.schams-solar.de/download/DESCRIPTION/comparison-mppt-pwm.pdf
  • #25 18 Mar 2014 09:33
    putas
    Specjalista - odnawialne źródła energii
    Helpful post? (0)
    CzystyZYSK wrote:
    Między 8 a 40%. Jak jest słonecznie to mniejsza różnica, przy pochmurnej pogodzie większa.

    A jakie tu ma znaczenie nasłonecznienie? ;-)
    Czy w słońcu wiatrak pracuje lepiej czy gorzej?
    Szymon, siła wiatru ma tu znaczenie, a nie nasłonecznienie. ;-)
  • Helpful post
    #26 18 Mar 2014 14:55
    CzystyZYSK
    Level 23  
    Helpful post? (0)
    A ja mówię na przykładzie tego porównania. ;-)
Mouser  Search 4 million + Products
Browse Products