Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej

Alpha 09 Nov 2021 10:18 3294 13
Tespol
  • DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
    Witajcie
    Chciałbym zaprezentować Wam prosty kontroler do ładowania akumulatorów z małej turbiny wiatrowej, z wykorzystaniem gotowego modułu przetwornicy up/down na układzie XL6009.

    Zacząć muszę jednak od tego, że posiadanie małej turbiny wiatrowej marzyło mi się od dawna. I choć lektura wielu wypowiedzi w sieci przekonywała, że nie spełniają one pokładanych w nich nadziei, byłem już zdecydowany zamówić coś taniego na polskim lub chińskim portalu aukcyjnym i samemu to sprawdzić.
    Turbina miała wspomóc niewielki system solarny ładujący akumulatory 12 V i zasilający różne urządzenia ;).
    Na całe szczęście w ostatniej chwili pojawiła się możliwość zakupu używanej markowej turbiny Rutland 910, z której skorzystałem.
    Jej parametry to:
    - średnica wirnika 91 cm
    - 6 łopat
    - moc maksymalna 80 W
    - waga ok. 15 kg
    Od siebie mogę dodać dobre wyważenie, cichą pracę i małe opory obrotu.
    Wiatrak został zamocowany na szczycie budynku, na wysokości około 10 m nad ziemią.
    Za budynkiem jest ściana lasu, a działka znajduje się w dość sporym zagłębieniu, jednak wiatrak rozkręca się zaskakująco ochoczo już przy niewielkich podmuchach wiatru.
    Potwierdziły się jednak obawy, że wysokość generowanego napięcia podczas zdecydowanej większości czasu pracy jest za niska, aby można było z niego skorzystać w bezpośredni sposób. Nawet - subiektywnie odbierane - całkiem szybkie obroty łopat, generowały napięcie wyjściowe w granicach 7-9 V. Wyższe napięcie pojawiało się niezwykle rzadko.
    Chciałem jednak wykorzystać choćby część energii, która powstaje i stąd pomysł na zastosowanie przetwornicy, która podwyższy lub obniży napięcie wejściowe w zależności od potrzeby.
    Konstrukcja miała być prosta i zbudowana z łatwo dostępnych elementów.
    Postanowiłem wykorzystać któryś z gotowych modułów dostępnych w wielu odmianach na chińskim serwisie i po ich przejrzeniu, wybór padł na układ XL6009. Spełnia on wszystkie moje założenia: napięcie wejściowe 3,5 V-32 V, prąd do 3 A i - co bardzo ważne - wejście Enable, które umożliwia załączanie i wyłączanie przetwornicy.
    Można też wykorzystać moduł z układem XL6019, który ma dodatkowo zaaplikowaną funkcję soft-startu, za to jego wydajność to zaledwie 1,5 A.
    Nie nadają się natomiast przetwornice z układem LM2577, bo nie posiadają wspomnianego wejścia Enable.
    Należało tylko dorobić układ, który będzie załączał pracę przetwornicy tak, aby pracowała ona w bezpiecznym zakresie napięć (powyżej Umin.), oraz nie zadusiła obrotów turbiny. Spore pojemności kondensatorów na wejściu miały wydłużyć cykle pracy przetwornicy. Napięcie wyjściowe XL6009 było ustawione na 14,5 V.
    Od razu powstał też układ detekcji zbyt dużego napięcia wejściowego, który załączał obciążenie hamujące w postaci żarówki 50 W.
    I choć układ działał i miał spore właściwości desulfacyjne (;-)), to nie podobało mi się ciągłe taktowanie start-stop przetwornicy (ponieważ podawanie napięcia 14,5 V na rozładowane akumulatory o sporej pojemności wywoływało przepływ sporego prądu, który natychmiast rozładowywał kondensatory wejściowe i komparator wyłączał przetwornicę).
    Postanowiłem więc uzależnić napięcie wyjściowe z przetwornicy od napięcia wejściowego, zmagazynowanego w kondensatorach.
    Rolę tą spełnia jeden tranzystor, który zwiera napięcie sprzężenia zwrotnego w układzie przetwornicy: każdy wzrost napięcia wejściowego powoduje mocniejsze wysterowanie tranzystora, zwarcie rezystora RFB, obniżenie napięcia na końcówce FB XL6009, a przez to podwyższenie napięcia wyjściowego przez przetwornicę, która dąży do osiągnięcia na końcówce FB poziomu 1,25 V.
    Efektem tego, prąd płynący do akumulatorów wzrasta wraz z prędkością wiejącego wiatru :).
    Schemat i wykres pracy komparatorów i przetwornicy:
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej

    Wartości elementów nie są krytyczne i można je zmieniać w zależności od potrzeb.
    Zastosowany tranzystor npn niskosygnałowy, z beta >200, oraz Mosfet-N o niewyśrubowanych parametrach (200 V, 0,3 ohm), którego nigdzie bym już nie wykorzystał.
    Bateria kondensatorów wejściowych ma u mnie całkowitą pojemność ok. 50 mF, ale można ją zmniejszyć.
    Maksymalne napięcie wejściowe warunkuje zastosowany LM324 oraz XL6009 i wynosi 32 V.
    Do wizualizacji parametrów zastosowałem dwa mierniki panelowe. Tu mała uwaga: zastosowany kombajn pomiarowy Atorch 150V/8A nie może być zasilany jak na poniższym schemacie, bo część prądu wyjściowego upływa bezpośrednio do zasilającego go akumulatora, fałszując (zaniżając) przez to pomiar dokonywany miernikiem U/I.
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
    Regulację najlepiej przeprowadzić, podłączając układ pod zasilacz regulowany.
    Ustawić na zasilaczu napięcie >15 V, skręcić P2 maksymalnie w lewo (by maksymalnie wysterować bazę tranzystora Q1) i ustawić potencjometr wieloobrotowy P1 na przetwornicy na napięcie wyjściowe 14,5-14,7 V (max napięcie ładowania, wg uznania). Zmniejszyć napięcie zasilania do minimalnego, przy którym nie następuje jeszcze wyłączenie przetwornicy (około 6 V), P2 skręcamy maksymalnie w prawo, a P4 (Rfb2) ustawiamy napięcie, od którego przetwornica zacznie ładować akumulator po starcie (u mnie niecałe 12 V). Ponownie zwiększyć napięcie zasilania do takiego, przy którym chcielibyśmy uzyskać pełne napięcie ładowania (czyli 14,5 V) i potencjometrem P2 kręcimy w lewo, do uzyskania na wyjściu takiego właśnie napięcia.
    Potencjometrem P3 możemy ustawić, przy jakich progach komparator będzie włączał i wyłączał przetwornicę. Histereza wynosi około 2 V.
    Całość zapakowałem do obudowy plastikowej, która już kiedyś była użyta w podobnym projekcie. Nie jestem specjalnym estetą, więc nie oceniajcie mnie pod względem wykończenia całości. Napięcie jest tu niskie, prądy małe - dom mi od tego nie spłonie ;). Jest to prototyp i pewnie tak już zostanie na wieki.
    Jak powieje, postaram się nagrać jakiś film z działania i wskazań mierników.
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
    Na koniec chciałem też napisać kilka słów o realnych uzyskach z takiego wiatraka.
    Nie posiadam przyrządów do pomiaru prędkości wiatru, umiejscowienie turbiny też ma duże znaczenie, ale podczas wietrznej doby, gdzie człowiek czuje już spory dyskomfort podczas spaceru, układ taki generując średnio ok. 2-5 W, jest w stanie upchnąć w akumulatory ok. 11 Ah.
    Przypominam - 24h silnego wiatru. Nie powala, prawda? ;)
    Załączam schemat i wzór płytki gotowy do druku (po drobnych poprawkach, m.in. zamiana obudowy Q1 z Sot-23 na TO-92, oraz dodatkowe otwory pod mniejsze potencjometry).
    Projekt robiony w Dip-Trace.

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    Alpha
    Level 23  
    Offline 
    Has specialization in: kolekcjonowanie części
    Alpha wrote 776 posts with rating 290, helped 43 times. Live in city Skoki. Been with us since 2003 year.
  • Tespol
  • Tespol
  • #3
    khoam
    Level 40  
    Plusik ode mnie. Jestem zainteresowany instalacją takiej turbiny - mała moc to nie problem, wystarczy do oświetlenia ogródka w zimie. U mnie dmucha dość regularnie. Czy mógłbyś coś więcej napisać na temat zamocowania samej turbiny FM910, ze zdjęciami? Druga kwestia, czy zdarzają się kolizje turbiny z ptactwem?
  • #4
    Alpha
    Level 23  
    Wiatrak zamocowany jest do konstrukcji dachu za pomocą masztu antenowego aluminiowego oraz uchwytów antenowych/kominowych. Całość jest stabilna i przeżyła już niejedno.
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
    W maszcie antenowym musiałem zwiększyć (wyszlifować) trochę średnicę wewnętrzną, bo tuleja mocowania wiatraka nie chciała tam wejść, ale w końcu się udało.
    Na dachówkach to nie kable leżą, tylko lina, która dodawała trochę odwagi przy wspinaniu po konstrukcji dachu ;). Zamontowałem w ten sposób uchwyty i przygotowałem instalację. Samą turbinę musiałem jednak mocować z wysięgnika koszowego, co i tak przy wadze 15 kg na 2-metrowym maszcie było nie lada akrobacją.
    Nie zaobserwowałem żadnego wpływu na ptaki, a przyznam, że nie było mi to obojętne. Nadal budują one gniazda w niewielkiej odległości od wirujących łopat, a ich śpiew nadal cieszy :). Wypadków też żadnych nie było.
    Nie obserwuję też przenoszenia się drgań wywoływanych wirującym śmigłem na konstrukcję dachu/domu.
  • #5
    JohnKaldachar
    Level 4  
    Czy tego typu instalacje mają uzasadnienie ekonomiczne? Czy to raczej "migający brelok do kluczy"? Ot taki niepotrzebny gadżet.
  • #6
    Alpha
    Level 23  
    Szczerze - nie, nie mają.
    Do niedawna- sprzed dopłat i prosumentów- fotowoltaika też taka była.
    To po prostu hobby - ono zawsze kosztuje. Ale też motywuje do działania, cieszy i uczy.
    Nie kupię sobie za to nowego, błyszczącego auta, bo stare jeszcze jeździ, jest ekonomiczne i bezawaryjne, ale było by "migającą błyskotką" ;)
  • #7
    actron
    Level 12  
    JohnKaldachar wrote:
    Czy tego typu instalacje mają uzasadnienie ekonomiczne? Czy to raczej "migający brelok do kluczy"? Ot taki niepotrzebny gadżet.


    Niekoniecznie, ale to czasami spełnienie marzeń, dążenie do celu, zrealizowanie go a przede wszystkim nauka i kierunek do dalszego rozwoju.
  • #9
    Alpha
    Level 23  
    Widziałem kiedyś ten wątek, ale nie pamiętałem, że dotyczy XL6009 - dzięki za przypomnienie.
    U siebie nie zauważyłem żadnych niepokojących objawów - z tego względu, że nad pracą przetwornicy czuwa komparator. Niemniej uwaga słuszna - trzeba zachować ostrożność.
  • #10
    akajarz
    Level 23  
    Zgodnie z kartą katalogową tej turbiny moc powinna być większa niż te kilka watów, więc jest coś nie tak. Albo uszkodzona prądnica (może diody, bo to prądnica trójfazowa) albo twoja przetwornica nie obciąża w wystarczającym stopniu tej prądnicy. Patrzyłeś oscyloskopem jaki jest kształt napięcia wychodzącego?

    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
  • #11
    Alpha
    Level 23  
    Dzięki @akajarz za zainteresowanie i tą uwagę, przyznam, że zasiałeś we mnie ziarno niepokoju - będę musiał wdrapać się na górę i jeszcze raz wszystko sprawdzić.
    Moja wersja to mkII, schemat instalacji poniżej:
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
    Mi to nie wygląda na prądnicę trójfazową, ale może się mylę.
    Oscylogram z prądnicy obciążonej rezystorem 100 Ω, bez kondensatorów filtrujących:
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej
    Wydaje mi się, że przy uszkodzonym bezpieczniku termicznym (co chyba byłoby najbardziej prawdopodobne) i rozwartym obwodzie prostownika, napięcie byłoby wyprostowane jednopołówkowo i oscylogram wyglądałby inaczej.
    Ale nadal nie można wykluczyć uszkodzenia którejś diody. Tego dowiem się już tylko wspinając się na górę z miernikiem.
    Fotka i filmik z pracy przetwornicy:
    DIY Kontroler ładowania akumulatora z turbiny wiatrowej

    Prognozowana dzisiejsza prędkość wiatru to 23 km/h (ok. 6 m/s). Osiągi jak widać na filmie.
  • #12
    tokrzych
    Level 16  
    Może i takie instalacje nie mają uzasadnienia ekonomicznego, ale w w razie awarii prądu zawsze pozwolą oświetlić dom i naładować sobie telefon, co daje komfort psychiczny. Ja mieszkam w bloku i mam mały panel w oknie, który na co dzień zasila mi zegar elektroniczny LED i ładuje zieloną energią telefon. W razie braku napięcia mogę oświetlić także pokój.
  • #13
    gulson
    System Administrator
    Dokładnie, w dzisiejszych czasach ludzie nie zdają sobie sprawy, że powinni nawet w małym mieszkaniu posiadać mały akumulator bezobsługowy z 7Ah naładowany lub w pracy buforowej, aby chociaż naładować telefon i posłuchać komunikatów z radia, w razie W.
  • #14
    Damian_Max
    Level 15  
    Fajna konstrukcja :D

    Czy dobrze rozumiem, że ponad 12-20% energii wydziela się na diodach prostowniczych (tych zaraz za turbiną)?
    Mamy turbinę (cewkę), indukuje ona prąd, który jest podawany na mostek prostowniczy, za którym jest przetwornica, czyli płynący prąd pokonuje dwie diody prostownicze, czyli jakieś 2x0.7 V = 1.4 V, co podzielone przez 7-9 V daje powyższy szacunek.
    Jeśli tak, to czy da się to zoptymalizować(?) na przykład używając do prostowania mostka H na jakiś tranzystorach posiadających niskie napięcie przewodzenia (nie pamiętam już jakie to były, wiem tylko, że w górnej i dolnej gałęzi używało się tego samego typu + driver)?
    A może są gotowe takie 'mostki prostownicze' na tranzystorach ze zintegrowanym driverem + sterownikiem?