Hoe u zelf een controller voor een windgenerator maakt: opbouw, werkingsprincipe, montageschema

De mechanische constructie van een windgenerator op zichzelf vormt slechts een deel van een volledige windenergie-installatie. Een volledig operationeel systeem omvat naast de mechanische constructie ook een aantal elektronische componenten.

Zo is bijvoorbeeld een controller voor de windgenerator absoluut noodzakelijk – een apparaat dat functioneel ontworpen is om de laadparameters van de accu te stabiliseren tijdens de werking van de windmolen.

Laten we bekijken welke functies het apparaat vervult, en we geven schema's voor het zelf bouwen van de controller. Bovendien bespreken we de kenmerken van de werking en de zin van de aanschaf van een Chinees elektronisch aggregaat voor de windmolen.

Windgeneratoren en laadregelaars voor accu's

Als u een mechanische windmolen heel goed zelf kunt maken, kunt u dan ook zelf een controller voor de windmolen maken?

Om enig idee te hebben over windgeneratorcontrollers en om dergelijke apparatuur met succes zelf te bouwen, is basiskennis over deze apparaten niet overbodig.

De controller die de accu's bedient, is in de eerste plaats bedoeld om het laadproces van de accu te beheren. Dit is zijn hoofdfunctie, maar deze moet voorwaardelijk worden onderverdeeld in een aantal subfuncties.

Bijvoorbeeld, de ene functie bewaakt de laadstroom en de zelfontlaadstroom. Een andere functie implementeert acties gericht op het meten van temperatuur en druk. Een derde is verantwoordelijk voor het compenseren van het verschil in energiestromen wanneer de accu tegelijkertijd met stroomverbruik door de belasting wordt opgeladen.

Acculaadcontroller voor een windgenerator met klein vermogen. Het bewaken van sommige systeemparameters gebeurt via een ingebouwd lcd-scherm.

Industrieel vervaardigde instrumenten zijn uitgerust met volledige functionaliteit. Maar dat kan niet gezegd worden van amateuristische constructies. Apparaten die thuis met de hand zijn gemaakt op basis van de eenvoudigste schakeloplossingen, zijn verre van perfecte modellen.

Desalniettemin werken ze en stellen ze in staat om verschillende soorten windturbines productief te exploiteren. In de regel is in zelfgebouwde constructies slechts één functie geïmplementeerd – bescherming tegen overspanning en diepontlading.

Een van de vele variaties op zelfgemaakte controllers voor windturbines. Dergelijke constructies kenmerken zich door eenvoudige technische oplossingen en de eenvoudigste montage.

Waarom is het inbouwen van een controller in het windturbinesysteem verplicht?

Omdat in de modus van energievoeding van de accu zonder gebruik van een controller, onaangename gevolgen te verwachten zijn:

1. Degradatie van de accustructuur als gevolg van ongecontroleerde chemische processen.
2. Ongecontroleerde drukstijging en temperatuur van de elektrolyt.
3. Verlies van oplaadeigenschappen van de accu als gevolg van langdurige ontlading.

De laadregelaar voor het schema van de windgeneratorinstallatie wordt meestal uitgevoerd als een aparte elektronische module. Deze module is verwijderbaar en snel loskoppelen. Industrieel vervaardigde apparaten zijn noodzakelijkerwijs uitgerust met indicatie van modi en toestanden – verlicht of visueel weergegeven via een display.

In de praktijk kunnen twee soorten apparaten worden gebruikt: direct in de behuizing van de windgenerator ingebouwd en aangesloten op de accu.

Schema-oplossingen om zelf te bouwen

Sinds het verschijnen van de eerste zelfgebouwde windmolens is het aantal schakelingsoplossingen van regelaars vele malen toegenomen. Veel van de schakelingsontwerpen zijn verre van perfect, maar er zijn ook opties waar u op moet letten.

Voor huishoudelijk gebruik zijn natuurlijk eenvoudige schakelingen die kleine financiële investeringen vereisen, efficiënt en betrouwbaar, relevant.

Uitgaande van deze vereisten kunt u beginnen met een regelaar voor een windgenerator die is gebaseerd op relaisregelaars van auto's. In de schakeling kunnen zowel relais met een negatief stuursignaal als relais met een positief stuursignaal worden toegepast.

Deze optie trekt aan door het kleine aantal onderdelen en de eenvoudigste montage. Er is slechts één relais, één veldeffecttransistor, één weerstand nodig.

Regelaarschakeling, door een elektronica-liefhebber met de hand getekend. Alles is hier eenvoudig en duidelijk zonder overbodige woorden. Eigenlijk zoals in de technologische eenvoud van de oplossing. Minimum aan onderdelen – maximum aan besparingen (+)

De schakeling draagt de naam 'ballast', omdat er een extra belasting in de vorm van een gewone gloeilamp wordt gebruikt. De lijst met onderdelen wordt dus aangevuld met nog een element – een lamp.

Er wordt een autolamp (of meerdere lampen) van 12 volt gebruikt, afhankelijk van het vermogen van het systeem. Ook is het toegestaan om in plaats van dit element een belastingsweerstand van een ander type te gebruiken: een krachtige weerstand, elektrische verwarmer, ventilator, enz.

Werking van het «ballast»-schema met min

De werking van het autorelaisregelaar is direct gerelateerd aan de laadtoestand van de accu. Als de spanning op de accupolen boven 14,2 volt stijgt, schakelt het relais en verbreekt de negatieve stroomkring van de vermogenstransistor.

Op zijn beurt wordt op de transistor een junctie geopend die de gloeilamp rechtstreeks op de accu aansluit. Als gevolg hiervan wordt de laadstroom afgevoerd via de gloeidraad van de lamp. Bij verlaging van de spanning op de accupolen treedt het omgekeerde proces op. Zo wordt een stabiel accuspanningniveau gehandhaafd.

Hoe het «ballast»-schema met plus werkt

Een licht gemoderniseerde versie van de 'ballast'-laadregelaar voor een windturbine is het tweede circuit op een relaisregelaar met een positief stuursignaal. Bijvoorbeeld relais van auto's van het merk 'VAZ' zijn geschikt.

Het verschil met de vorige schakeling is het gebruik van een halfgeleiderrelais, bijvoorbeeld GTH6048ZA2 voor 60A stroom in plaats van een transistor. De voordelen zijn duidelijk: de schakeling ziet er nog eenvoudiger uit en heeft tegelijkertijd een grotere betrouwbaarheid en efficiëntie.

Nog een allereenvoudigste schakeltechnische oplossing voor de montage van een laadregelaar voor de accu van een windgenerator. De efficiëntie en betrouwbaarheid van de schakeling worden verhoogd door het gebruik van een vastestandsrelais (+)

Het kenmerk van deze eenvoudige oplossing is de directe aansluiting op de aansluitklemmen van de accu van de windturbinegenerator. De geleiders van de laadregelaar zijn ook direct op de accucontacten aangesloten.

In feite zijn deze twee delen van de schakeling niet met elkaar verbonden. De spanning van de windgenerator wordt continu aan de accu geleverd. Wanneer de spanning op de accupolen de waarde van 14,2 W bereikt, schakelt het vastestandsrelais een belasting in om te dumpen. Zo wordt de accu door het apparaat beschermd tegen overladen.

Hier kan niet alleen een gloeilamp als ballastbelasting dienen. Het is heel goed mogelijk om een ander apparaat aan te sluiten dat is ontworpen voor een stroomsterkte tot 60 A. Bijvoorbeeld een elektrische buisverwarmer.

Wat verder belangrijk is in deze schakeling: de werking van het vastestandsrelais wordt gekenmerkt door een geleidelijk toenemende amplitude. In wezen is het effect van een professioneel vervaardigde PWM-controller aanwezig.

Complexere variant van het controllerschema

Als de vorige variant van de schakeloplossing van de laadregelaar slechts lijkt op een PWM-apparaat (pulsbreedtemodulatie), wordt dit principe hier concreet toegepast.

Deze regelaarschakeling voor een windturbine met een driefasige generator kent enige complexiteit, omdat er gebruik wordt gemaakt van microchips – met name operationele versterkers met veldeffecttransistoren in de TL084-samenstelling.

Op de montageplaat ziet het er echter niet zo ingewikkeld uit als op papier.

Schakeloplossing voor het zelf monteren van een regelaar, waarbij de microsamenstelling TL084 wordt gebruikt. Het werkingsprincipe is ook gebaseerd op het gebruik van een relais voor het schakelen van modi, maar er is de mogelijkheid om de afschakelpunten in te stellen (+).

Net als in de vorige oplossingen wordt een relais gebruikt als schakelelement voor de ballastbelasting. Het relais is ontworpen voor gebruik met een 12-volts accu, maar indien gewenst kan een model voor 24 W worden gekozen.

De ballastweerstand is uitgevoerd als een krachtige weerstand (wikkeling op keramiek van nichroom). Voor het instellen van het werkingsspanningsbereik (11,5-18 W) worden in de schakeling variabele weerstanden gebruikt die zijn opgenomen in de stuurketen van de micro-elektronische samenstelling TL084.

Zo'n laadregelaar voor de accu van een windturbine werkt als volgt. De driefasige stroom van de windgenerator wordt gelijkgericht door vermogensdiodes.

Aan de uitgang van de diodebrug ontstaat een gelijkspanning, die via de relaiscontacten, een extra diode, de accu en verder naar de interne stabilisator (78L08) en naar de ingang van de TL084-samenstelling wordt geleid.

Het moment waarop de trigger naar een van de toestanden schakelt, wordt bepaald door de waarden van de variabele weerstanden (Low V en High V) voor de onder- en bovenspanningsdrempel.

Zolang er op de klemmen van de accu een spanning aanwezig is die niet hoger is dan 14,2 volt (overeenkomend met de instelwaarde R High V), wordt er geladen. Zodra de waarden toenemen, geeft de operationele versterker TL084 een signaal aan de basis van de transistor waarmee het relais wordt aangestuurd.

Een zelfgemaakt product volgens het schema met de micro-assemblage TL084. Alles is uiterst eenvoudig, er is zelfs gekozen voor een plaat voor opbouwmontage in plaats van een kwalitatief hoogwaardige printplaat. Dit soort details maken zelfbouwconstructies altijd aantrekkelijk.

Het relais wordt geactiveerd, de voedingsketen van de schakeling wordt onderbroken en via een ballastweerstand gesloten. De reset via de ballast duurt tot de accu is ontladen tot een waarde die dicht bij de instelling van de variabele weerstand Low V ligt.

Zodra deze waarde is bereikt, schakelt de tweede operationele versterker TL084 de schakeling terug naar de oorspronkelijke toestand. Zo werkt de controller.

Chinees elektronisch alternatief

Het zelf maken van een windturbinecontroller is een prestigieuze zaak. Maar gezien de snelheid van de elektronische technologische ontwikkelingen verliest de zin van zelfbouw vaak zijn relevantie. Bovendien is een groot deel van de aangeboden schakelingen al moreel verouderd.

Het is goedkoper om een kant-en-klaar product te kopen dat professioneel is gemaakt, met een hoge montagekwaliteit en moderne elektronische componenten. U kunt bijvoorbeeld een geschikt apparaat tegen een redelijke prijs aanschaffen op AliExpress.

Het assortiment aanbiedingen op de Chinese website is indrukwekkend. Controllers voor windturbines voor verschillende vermogensniveaus worden verkocht vanaf 10 €. Als u van dit bedrag uitgaat, is het beslist niet de moeite waard om het apparaat zelf te bouwen.

Zo is er bijvoorbeeld in het aanbod van het Chinese portaal een model voor een windturbine van 600 watt. Het apparaat kost 10,70 € en is geschikt voor gebruik met accu's van 12/24 volt, met een bedrijfsstroom tot 30 A.

Een heel behoorlijke, op een 600-watt windturbine berekende laadregelaar in Chinese uitvoering. U kunt zo'n apparaat uit China bestellen en het via de post ontvangen in ongeveer een tot anderhalve maand.

De kwalitatieve, weerbestendige behuizing van de controller met afmetingen 100x90 mm is voorzien van een krachtig koellichaam. De behuizing voldoet aan de beschermingsklasse IP67. Het buitentemperatuurbereik is van –35 tot +75 ºC. Op de behuizing bevindt zich een lichtindicatie van de bedrijfstoestanden van de windturbine.

De vraag is: waarom zou u tijd en moeite steken in het in elkaar zetten van een eenvoudige constructie, als u de reële mogelijkheid hebt om iets soortgelijks en technisch degelijks te kopen?

En als dit model niet voldoende is, hebben de Chinezen ook echt 'coole' opties. Zo is er onder de nieuwe aanwinsten een model met een vermogen van 2 kW voor een bedrijfsspanning van 96 volt.

Een Chinees product uit de lijst van de nieuwe voorraad. Het zorgt voor laadcontrole van accu's in combinatie met een windturbine van 2 kW. Het accepteert ingangsspanning tot 96 volt.

De waarheid is dat de kosten van deze controller al vijf keer hoger zijn dan de vorige ontwikkeling. Maar nogmaals, als u de kosten van het zelf maken van zoiets vergelijkt, lijkt de aankoop een rationele oplossing.

Het enige dat verontrustend is aan Chinese producten is dat ze de neiging hebben onverwacht te stoppen met werken op de meest ongelegen momenten. Daarom moet het gekochte apparaat vaak worden afgesteld – uiteraard met de eigen handen. Maar dit is aanzienlijk eenvoudiger en gemakkelijker dan het helemaal zelf maken van een laadcontroller voor een windturbine.

Voor liefhebbers van zelfbouw is er op onze website een reeks artikelen over de productie van windturbines:

1. Windgenerator van een autodynamo zelf maken: montagetechniek van de windmolen en analyse van fouten
2. Hoe u zelf rotorbladen voor een windgenerator maakt: voorbeelden van zelfgemaakte wieken voor een windturbine
3. Windgenerator zelf maken van een wasmachine: montage-instructie voor een windturbine
4. Hoe u een windgenerator berekent: formules + een praktisch rekenvoorbeeld

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De wens om apparatuur voor thuisgebruik zelf te maken is soms sterker dan de eenvoudigere oplossing – de aankoop van een goedkoop apparaat. Wat daarvan is gekomen, ziet u in de video:

Bij het beoordelen van de vooruitzichten om zelf elektronica te maken, ongeacht het doel, wordt men geconfronteerd met de gedachte dat het tijdperk van de 'zelfbouwers' ten einde loopt.

De markt is oververzadigd met kant-en-klare elektronische apparaten en modulaire componenten voor bijna elk huishoudelijk product. Voor hobby-elektronici blijft er nu nog maar één taak over: het assembleren van thuisbouwdozen.

Heeft u nog iets toe te voegen of heeft u vragen over het assembleren en gebruiken van controllers voor windturbines? U kunt opmerkingen achterlaten, vragen stellen en foto's van uw zelfbouwprojecten toevoegen – het contactformulier bevindt zich in het onderste blok.