Come realizzare un controller per generatore eolico fai da te: dispositivo, principio di funzionamento, schema di montaggio

La struttura meccanica del generatore eolico, di per sé, costituisce solo una parte di un sistema eolico completo. Il sistema completamente operativo, oltre alla struttura meccanica, comprende anche una serie di componenti elettronici.

Ad esempio, è indispensabile un controller per il generatore eolico, un dispositivo progettato per stabilizzare i parametri di carica della batteria durante il funzionamento della turbina.

Vediamo quali funzioni svolge il dispositivo e forniamo gli schemi per l'assemblaggio fai-da-te del controller. Inoltre, indichiamo le caratteristiche di funzionamento e l'opportunità di acquistare un dispositivo elettronico cinese per la turbina.

Generatori eolici e controller di carica della batteria

Se è possibile costruire da soli la turbina eolica meccanica, è possibile realizzare anche il controller per la turbina fai-da-te?

Per avere un'idea dei controller per generatori eolici e riprodurre con successo tale tecnica autonomamente, sono utili alcune nozioni di base su questi dispositivi.

Il controller che gestisce le batterie di accumulo è principalmente destinato a gestire il processo di carica della batteria. Questa è la sua funzione principale, ma si può suddividere condizionatamente in una serie di sottofunzioni.

Ad esempio, una funzionalità monitora la corrente di carica e la corrente di autoscarica. Un'altra funzionalità implementa azioni volte a misurare temperatura e pressione. Una terza si occupa della compensazione della differenza dei flussi energetici, quando contemporaneamente al consumo di corrente da parte del carico avviene la carica della batteria.

Controller di carica della batteria per un generatore eolico di piccola potenza. Il controllo di alcuni parametri del sistema viene effettuato tramite un display LCD integrato nella struttura.

Gli strumenti di fabbricazione industriale sono dotati di funzionalità complete. Lo stesso non si può dire per le costruzioni amatoriali. I dispositivi realizzati con soluzioni circuitali molto semplici in casa con le proprie mani sono controller lontani dai modelli perfetti.

Tuttavia, funzionano e consentono di sfruttare in modo abbastanza produttivo diversi tipi di generatori eolici. Di solito, nelle costruzioni fatte in casa viene implementata una sola funzione: la protezione da sovratensione e da scarica profonda.

Una delle numerose varianti di controller per generatori eolici realizzati con le proprie mani. Queste costruzioni si distinguono per soluzioni tecniche semplici e per la semplicità di montaggio.

Perché l'inserimento di un controller nel sistema del generatore eolico è obbligatorio?

Perché in modalità di alimentazione energetica della batteria senza l'uso del controller si possono verificare conseguenze spiacevoli:

1. Degradazione della struttura della batteria a causa di processi chimici incontrollati.
2. Aumento incontrollato della pressione e della temperatura dell'elettrolita.
3. Perdita delle proprietà di ricarica della batteria a causa di una scarica prolungata.

Il controller di carica per il circuito di un impianto eolico è realizzato, di solito, come modulo elettronico separato. Questo modulo è rimovibile e rapidamente scollegabile. Gli strumenti di fabbricazione industriale sono obbligatoriamente dotati di indicatori di modalità e stato, luminosi o visualizzati tramite display.

In pratica possono essere utilizzati due tipi di dispositivi – quelli integrati direttamente nel corpo del generatore eolico e quelli collegati alla batteria.

Soluzioni circuitali per l'assemblaggio fai-da-te

Da quando sono comparsi i primi generatori eolici fatti in casa, il numero di soluzioni circuitali dei controller è aumentato molteplicemente. Molte delle soluzioni circuitali sono tutt'altro che perfette, ma ci sono anche opzioni a cui prestare attenzione.

Per uso domestico, ovviamente, sono rilevanti i circuiti semplici, che richiedono piccoli investimenti finanziari, efficienti e affidabili.

Partendo da questi requisiti, si può iniziare con un controller per generatore eolico realizzato sulla base di relè regolatori di automobili. Nel circuito sono applicabili sia relè con contatto di controllo negativo, sia relè con contatto di controllo positivo.

Questa variante attrae per il ridotto numero di componenti e la semplicità di montaggio. Sarà necessario un solo relè, un transistor di potenza (a effetto di campo), un resistore.

Circuito del controller, disegnato a mano da un appassionato di elettronica. Qui è tutto semplice e chiaro, senza troppe parole. In effetti, come nella stessa tecnologia della soluzione. Minimo di componenti – massimo risparmio (+).

Il circuito è chiamato 'a zavorra', poiché utilizza un carico aggiuntivo sotto forma di una normale lampadina a incandescenza. Pertanto, l'elenco dei componenti sarà arricchito da un altro elemento: la lampada.

Si utilizza una lampada per auto (o più lampade) da 12 volt a seconda della potenza del sistema. Inoltre, al posto di questo elemento, è possibile utilizzare una resistenza di carico di altro tipo: un resistore di potenza, un riscaldatore elettrico, un ventilatore, ecc.

Funzionamento del circuito 'ballast' con negativo

L'azione del relè regolatore dell'auto è direttamente legata al livello di carica della batteria. Se la tensione ai morsetti della batteria sale oltre 14,2 volt, il relè si attiva e apre il circuito negativo del transistor di potenza.

A sua volta, sul transistor si apre una giunzione che collega la lampada a filamento diretto alla batteria. Di conseguenza, la corrente di carica viene scaricata attraverso il filamento della lampada a incandescenza. Quando la tensione ai morsetti della batteria diminuisce, avviene il processo inverso. In questo modo si mantiene un livello di tensione stabile della batteria.

Come funziona il circuito 'ballast' con positivo

Una versione leggermente modernizzata del controller di carica 'a zavorra' per l'aerogeneratore è il secondo circuito su relè regolatore con contatto di controllo positivo. Ad esempio, sono adatti i relè delle automobili del marchio 'VAZ'.

La differenza dal circuito precedente è l'uso di un relè a stato solido, ad esempio GTH6048ZA2 per una corrente di 60A al posto del transistor. I vantaggi sono evidenti: il circuito sembra ancora più semplice e allo stesso tempo ha maggiore affidabilità ed efficienza.

Un'altra semplicissima soluzione circuitale per l'assemblaggio di un regolatore di carica della batteria di un generatore eolico. L'efficienza e l'affidabilità del circuito aumentano grazie all'impiego di un relè a stato solido (+)

La particolarità di questa soluzione semplice è il collegamento diretto ai morsetti della batteria del generatore eolico. Anche i conduttori del controller di carica sono collegati direttamente ai contatti della batteria.

In effetti, entrambe queste parti del circuito non sono collegate tra loro. La tensione del generatore eolico viene applicata continuamente alla batteria. Quando la tensione ai terminali della batteria raggiunge il valore di 14.2 W, il relè a stato solido collega il carico per lo scarico. In questo modo la batteria viene protetta dal sovraccarico dal dispositivo.

Qui, come carico di ballast può agire non solo una lampada a incandescenza. È perfettamente possibile collegare qualsiasi altro dispositivo progettato per una corrente fino a 60 A. Ad esempio, un riscaldatore elettrico tubolare.

Un'altra cosa importante in questo circuito è che l'azione del relè a stato solido è caratterizzata da un'ampiezza gradualmente crescente. In sostanza, si ha l'effetto di un regolatore PWM professionalmente costruito.

Versione complessa del circuito del controller

Se la versione precedente della soluzione circuitale del regolatore di carica della batteria ricorda solo un dispositivo PWM (modulazione di larghezza di impulso), qui questo principio viene implementato concretamente.

Questo circuito di regolatore per un generatore eolico con generatore trifase presenta alcune complessità, poiché prevede l'uso di circuiti integrati – in particolare, amplificatori operazionali a transistor a effetto di campo nel gruppo TL084.

Tuttavia, sulla scheda di montaggio tutto non appare così complesso come su un foglio di carta.

Soluzione circuitale per l'assemblaggio fai-da-te di un regolatore, in cui viene utilizzato il microcircuito TL084. Anche il principio di funzionamento è basato sull'uso di un relè per la commutazione delle modalità, ma è possibile regolare i punti di intervento (+).

Come nelle soluzioni precedenti, viene utilizzato un relè come elemento di commutazione per il carico di ballast. Il relè è progettato per funzionare con una batteria a 12 volt, ma se lo si desidera si può scegliere un modello da 24 W.

Il resistore di ballast è realizzato come una resistenza potente (avvolgimento in nichelcromo su ceramica). Per regolare l'intervallo di tensione di lavoro (11.5-18 W) nel circuito vengono utilizzati resistori variabili, inseriti nel circuito di controllo del microcircuito TL084.

Un tale regolatore di carica della batteria eolica funziona come segue. La corrente trifase ottenuta dal generatore eolico viene raddrizzata da diodi di potenza.

All'uscita del ponte a diodi si genera una tensione continua, che viene inviata all'ingresso del circuito attraverso i contatti del relè, un diodo aggiuntivo, la batteria e poi al regolatore interno (78L08) e all'ingresso del gruppo TL084.

Il momento di commutazione del trigger in uno degli stati è determinato dai valori dei resistori variabili (Low V e High V) delle soglie di tensione inferiore e superiore.

Finché ai morsetti della batteria è presente una tensione non superiore a 14,2 volt (che soddisfa il valore impostato di R High V), la carica viene eseguita. Non appena i valori aumentano, l'amplificatore operazionale TL084 invia un segnale alla base del transistor che controlla il relè.

Un prodotto realizzato in proprio secondo lo schema con il microcircuito TL084. Tutto è estremamente semplice, addirittura al posto di un circuito stampato di qualità è stata scelta una basetta per montaggio volante. Sono questi dettagli che rendono sempre piacevoli le costruzioni fai da te.

Il relè scatta, il circuito di alimentazione viene interrotto e chiuso su un resistore di carico. La scarica sul carico prosegue fino a quando la batteria non raggiunge un valore prossimo all'impostazione del potenziometro Low V.

Non appena tale valore viene raggiunto, il secondo amplificatore operazionale TL084 commuta il circuito nello stato opposto. Ecco come funziona il controller.

Alternativa elettronica cinese

Costruire un controller per generatore eolico con le proprie mani è un'impresa prestigiosa. Ma considerando il rapido sviluppo delle tecnologie elettroniche, spesso il senso dell'autoassemblaggio perde la sua rilevanza. Inoltre, la maggior parte degli schemi proposti sono già moralmente obsoleti.

Risulta più economico acquistare un prodotto già pronto, realizzato professionalmente, con un'alta qualità di assemblaggio e con componenti elettronici moderni. Ad esempio, è possibile acquistare un dispositivo adatto a un prezzo ragionevole su AliExpress.

La varietà di offerte sul sito cinese è impressionante. I controller per generatori eolici di vari livelli di potenza sono venduti a partire da 10 €. Considerando questa cifra, in termini di assemblaggio fai da te, l'impresa non vale chiaramente la candela.

Ad esempio, tra le offerte del portale cinese c'è un modello per un aerogeneratore da 600 watt. Il dispositivo, dal costo di 10,70 €, è adatto per funzionare con batterie da 12/24 volt, con una corrente operativa fino a 30 A.

Un controller di carica di fattura cinese, piuttosto decente e progettato per un generatore eolico da 600 watt. Un dispositivo del genere può essere ordinato dalla Cina e ricevuto per posta in circa un mese o un mese e mezzo.

Un robusto contenitore per tutte le stagioni del controller, di dimensioni 100x90 mm, è dotato di un potente dissipatore di calore. Il grado di protezione del contenitore corrisponde a IP67. L'intervallo di temperatura ambiente va da -35 a +75 °C. Sul contenitore è presente una spia luminosa che indica le modalità operative del generatore eolico.

Viene da chiedersi: che senso ha perdere tempo e fatica ad assemblare una semplice struttura fai da te, quando c'è la possibilità concreta di acquistare qualcosa di simile e tecnicamente serio?

E se questo modello non basta, i cinesi hanno opzioni davvero «eccezionali». Ad esempio, tra le nuove arrivate spicca un modello da 2 kW con tensione di esercizio di 96 volt.

Prodotto cinese dal nuovo elenco di arrivi. Garantisce il controllo della carica delle batterie, funzionando in abbinamento con un generatore eolico da 2 kW. Accetta in ingresso una tensione fino a 96 volt.

Tuttavia, il costo di questo controllore è già cinque volte superiore rispetto al precedente sviluppo. Ma ancora una volta, se si confrontano i costi di produzione di qualcosa di simile con le proprie mani, l'acquisto sembra una soluzione razionale.

L'unica cosa che preoccupa dei prodotti cinesi è che tendono a smettere di funzionare inaspettatamente nei momenti più inopportuni. Pertanto, il dispositivo acquistato deve spesso essere perfezionato – naturalmente, con le proprie mani. Ma questo è molto più facile e semplice che realizzare un controllore di carica per generatore eolico da zero con le proprie mani.

Per gli appassionati del fai-da-te, sul nostro sito c'è una serie di articoli dedicata alla realizzazione di generatori eolici:

1. Generatore eolico da un alternatore automobilistico fai-da-te: tecnologia di assemblaggio dell'impianto eolico e analisi degli errori
2. Come costruire le pale per un generatore eolico fai da te: esempi di realizzazione autonoma delle pale per un aerogeneratore
3. Generatore eolico fai da te da una lavatrice: istruzioni per il montaggio dell'aerogeneratore
4. Come calcolare un generatore eolico: formule + esempio pratico di calcolo

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il desiderio di realizzare apparecchiature per uso domestico con le proprie mani a volte è più forte di una soluzione più semplice – l'acquisto di un dispositivo economico. Per vedere cosa ne è venuto fuori, guardi il video:

Valutando le prospettive di realizzare l'elettronica con le proprie forze, indipendentemente dal suo scopo, ci si imbatte nell'idea che l'era dei 'fai-da-te' stia volgendo al termine.

Il mercato è saturo di dispositivi elettronici già pronti e componenti modulari per quasi ogni prodotto domestico. Agli appassionati di elettronica ora rimane solo una cosa – dedicarsi all'assemblaggio di kit fai-da-te.

Ha qualcosa da aggiungere, o ha domande sul tema dell'assemblaggio e dell'uso dei controllori per generatori eolici? Può lasciare commenti, fare domande e aggiungere foto delle sue creazioni fai-da-te – il modulo di contatto si trova nel blocco inferiore.