Primus Air 30:lle erillinen lataussäädin?

[johkar]

Huonolla paikalla laaksojen ja kukkuloiden keskellä on käytössä AIR30 voimala paikkaamassa aurinkopaneelin tuottoa pimeimpinä aikoina. Se on n 14m korkealla mastossa, mutta siitä huolimatta tuottaa vain kovimmilla tuulilla. Tuossa on käytössä 5min välein toistuva jännitteen mittaus joka tallentuu palvelimelle. Huiput tuossa ovat pahimmillaan olleet melkein 17V luokkaa. Voimala on alkuperäisissä säädöissään. Nyt näyttää että 4v vanha geeliakku joudutaan vaihtamaan, liekö sitten voimala puhkunut siihen myrskyissä vähän liikaa jännitettä.

Voimalaa on hankala säätää ilman nostinta, mutta toki se onnistuu. Mietin kuitenkin että olisiko tuohon hyvä jokin edullinen pienikokoinen säädin alakaappiin, jolla pidettäisiin jännite kurissa? Äkkiä kun katsoin, tuulivoimaloille tarkoitettavat säätimet ovat kaikki vaihtovirtamyllyille. Tästä tulee 12V alas. Suosituksia?

 

[kotte]

Kaiketi sekä myllyn jarruttamisen että akun kannalta olisi järkevintä vain tuhlata asetetun rajan ylittävä jännite? Tuon voisi tehdä periaatteessa hyvin yksinkertaisesti neljällä komponentilla, eli n. 14V:n luokka olevalla zenerdiodilla, tämän kanssa sarjaan kytketyllä virranrajoitusvastuksella, edelliseltä NPN-tyyppiselle tehobipolaaritransistorin kantaelektrodille ja saman transistorin kollektorille akun "+"-navasta tehovastuksen kautta viedyllä johtimella. Tehotransistorin emitteri yhdistetään "-"-napaan. Tuo rajoittaa akun jännitteen maksimissaan n. 14,7 volttiin. Vastusten arvot täytyy valita zenerdiodin ja tehotransistorin virrankeston perusteella, mutta kytkentä ei kuluta käytännössä lainkaan sähköä silloin, kun sen tarjoama suoja ylijännitettä vastaan ei vallitsevasta ylijännitteestä aktivoidu. Monta muutakin vaihtoehtoa toki on. Jänniterajaksi muodostuu zenerdiodin jännitearvon n. 0,7V:lla ylittävä (jos halutaan jokin muu asetusraja). Nuo eivät yhteensä järin monta euroa maksa (ehkä luokkaa kympin, korkeintaan pari).

 

[johkar]

Kiitos Kotte, tuo voi olla hyvä ratkaisu. Tosin kun paikka on +200km päässä niin ei viitsisi kokeilla ja jos se sitten lakkaakin toimimasta.. Voiko noissa käyttää aurinkopaneelien säätimiä?

 

[kotte]

Voiko noissa käyttää aurinkopaneelien säätimiä?

Periaatteessa varmaan voisi, kun asentaa suoraan laturin ja akun välilln. Jarruvaikutus voi jäädä pois, jolloin jännite nousee aika korkeaksi (ja on vaikea ennustaa, kuinka korkeaksi voi nousta, jos säädinkin vielä katkoo virtaa). Mutta saahan noita säätimiä jopa satojen volttien jännitekestoon asti.

Itse ehkä lisäisin jonkinlaisen ylijännitesuojan ja jarrutusvastussäädön laturin lähtöön, mutta tuo ei ole ainakaan yksinkertaisempi toteuttaa kuin edellä esittämäni ylijännitteen tuhlausratkaisu, jollaisen olen todennut toimivaksi esimerkiksi tapauksessa, jossa tavanomainen auton vaihtovirtalaturi on kytketty akkuun sillä tavoin löysästi, että akku saattaa irrota koska tahansa laturin rinnalta. Laturin säädin nimittäin ei tyypillisesti selviydy kunnialla akun irtikytkeytymisestä, kun magnetointia ei saa pois silmänräpäyksessä pois päältä ja suurin piirtein kaikki elektroniikka saattaisi palaa tapahtuman seurauksena ilman tuollaista suojausta. Tuossa tilanteessa säädin alkushokin jälkeen osaa säätää jänniteen paikalleen, vaikkakin kaikki kuormanmuutokset ilman rinnalla olevaa akkua voivat johtaa uudelleen samaan tilanteeseen. Nämä opit nyt poikkeavat jonkin verran kestomagnetoidun tuulilaturin tilanteesta (joka on periaatteessa helpommin hallittavissa).

 

[johkar]

Periaatteessa varmaan voisi, kun asentaa suoraan laturin ja akun välilln. Jarruvaikutus voi jäädä pois, jolloin jännite nousee aika korkeaksi (ja on vaikea ennustaa, kuinka korkeaksi voi nousta, jos säädinkin vielä katkoo virtaa). Mutta saahan noita säätimiä jopa satojen volttien jännitekestoon asti.

Nythän tuo on tosiaankin suoraan akkuun sulakkeen kautta kytketty. Aurinkopaneelin säädin on siinä rinnalla. Primuksessa on se oma säätimensä siellä ylhäällä. Se Primuksen säädin päästää voimalan pyörimään vapaasti jos sillä ei ole kuormaa. Onko sittenkään hyvä, että aurinkopaneelin säädin irrottaa tuuligeneraattorin tulon välillä, kun ohjeessakin mainitaan että voimakkailla tuulilla ei myllyä saisi jättää vapaana pyörimään.

 

[kotte]

Nythän tuo on tosiaankin suoraan akkuun sulakkeen kautta kytketty. Aurinkopaneelin säädin on siinä rinnalla. Primuksessa on se oma säätimensä siellä ylhäällä. Se Primuksen säädin päästää voimalan pyörimään vapaasti jos sillä ei ole kuormaa. Onko sittenkään hyvä, että aurinkopaneelin säädin irrottaa tuuligeneraattorin tulon välillä, kun ohjeessakin mainitaan että voimakkailla tuulilla ei myllyä saisi jättää vapaana pyörimään.

Samaahan aprikoin itsekin edellä, minkä toteat käyttöohjeenkin kertovan, eli tuuligeneraattoria kannattaisi kuormittaa mahdollisimman paljon kovalla tuulella, niin laakerit ja muut osat kestävät paremmin. Itse asiassa akun jännitteen pitäminen suurimman turvallisen akun latausjännitteen tasolla nimenomaan hoitaa akun ja tuuligeneraattorin suojauksen samalla kertaa ja jarruttaa lähes optimaalisesti. Suojan vain pitää kestää generaattorin maksituottoa jatkuvasti ja kunnon pelivarakin pitää jäädä. Tuon saavuttaminen sen tapaisella ratkaisulla, mitä aluksi ehdotin, ei ole mikään ongelma, vaikka generaattorin maksimiteho olisi jopa kymmeniä kilowatteja. Osat vain pitää valita generaattorin ominaisuuksien mukaan (maksiteho ja -jännite varmuuskertoimin). Voisi noita olla useampikin rinnan, kun ovat toisistaan riippumattomia jopa niin, että laitteen harkittu mitoitus suojaa sitä itseään tilanteessa, jossa liikatehoa saattaa olla enemmän kuin yksi tällainen suojalaite sietää.

Jollei lähde rakentelemaan itse, ei taida olla vaihtoehtoa aidon valmiin tuuligeneraattorisäätimen hankinnalle ja asennukselle generaattorin ja akun väliin (aurinkopaneelisäätimen rinnalle), vaikka hinta kirpaiseekin. Noissa kyllä täytyy olla valmius myllyn vastusjarrutukseen myrskyn sattuessa kohdalle nostamatta akun jännitettä haitallisen korkeaksi.

 

[Savonius]

Vajaa parikymmentä vuotta sitten rakensin Savonius tuulimyllyn. Ensin metrin korkuisen mutta lopussa 2,2m korkean ja 1,38m leveän. Generaattorin rakensin jenkki tuulimyllyvideoilta saamani opin mukaan. Generaattorista tulikin kaikki odotukset ylittävä sillä polkupyörään liitettynä sillä sai työnnettyä 24V akkupankkiin yli 450W teholla. Polkija oli kyllä silloin kokenut työmatkapolkija, itse pääsin hiukan yli 300W tehoihin. Savoniukseen liitettynä generaattori pyöri 6 kertaa kun Savonius pyörähti kerran. Suuri halkaisija rajoittaa tehokkaasti pyörimisnopeutta joten noin neljän metrin tuulella mylly pyöri kerran sekunnissa. Välitys generaattoriin toimi hammashihnalla.
Kaikesta ylläolevasta seurasi että kun vallitsevat tuulennopeudet olivat 2-4m/s niin generaattorista tuleva jännite ei ylittänyt akun jännitettä mutta myrskyssä jännite nousi 50-60 volttiin. Ratkaisin tuon alijännitteen niin että lisäsin systeemiin DC-DC muuntimen joka muunsi jännitteen n. 27V jolla se latasi akkuja.
Kun generaattorilta tuleva jännite nousi tuohon 27 voltin tienoille (ennen muunninta) jännite ohjautui kuvan alumiinipalkissa kiinni olevaan näppyläään (mikä lie nimeltään) joka lämmetessään jarrutti Savoniukaen pyörintänopeuden vastaamaan 27V tuottoa generaattorista.
Systeemi toimi alusta alkaen moitteettomasti kymmenkunta vuotta kunnes purin voimalan.
Saattaa olla että tuo Kotten systeemi muistuttaa tätä.

 

[vesioinas]

Tämän

https://www.primuswindpower.com/files/8216/1256/5164/PWP_MANUAL-_NOV_2020_-_3-CMLT-2020-REV_A_12-23-20.pdf

mukaan säätöalue on 13 - 17V ja oletusarvo on 14.1V

Ulkoisen säätimen käyttöä on ohjeistettu niin, että lähtöjännite säädetään tappiin eli 17V ja säätimen pitäisi olla diversion style regulator eli ohjaus, joka kytkee kuormaksi joko akun tai keinokuorman. Erityisesti vapaata kuormittamatonta käyttöä ei suositella ja solar-säätimet toimivat usein ilman keinokuormaa.
***
USING AN ALTERNATE CHARGE CONTROLLER There are some conditions under which the AIR wind turbine’s internal regulator is not optimal as the primary regulator and instead an external diversion load controller can be substituted. These conditions include: • Systems where battery temperature varies widely: Battery charge efficiency varies in extreme temperatures. If these conditions exist, use an external regulator with a temperature compensation sensor to optimize the charge rate. • Batteries that are extremely sensitive to charge voltage: Follow the recommendations of the battery manufacturer. For most batteries the turbine’s internal voltage regulator is adequate. However, the most conservative approach is the use of a diversion load controller due to 3 stage charging. • Multiple turbine installations with a bus system will typically function best using a single voltage regulator (i.e. diversion load controller) close to the battery bank. This is particularly true if the wire lengths connecting each turbine to the bus vary by distance or wire gauge. Without a diversion load controller, multiple turbines may shift into battery regulation at slightly different times due to line loss differences, etc.

The turbine’s internal voltage regulator cannot be completely turned off. However, by setting the voltage regulation set-point to its highest value the internal regulator is virtually nullified. If an external charge controller is utilized, it must be a diversion style regulator which diverts the excess power to a resistive load. IMPORTANT: Do not use a pulse width modulated (PWM), maximum power point tracking (MPPT) or shunt style controller (other than as diversion load controller). The AIR wind turbine is not designed to work with these types of controllers where the controller is wired between the wind turbine and the battery bank. Additionally, most controllers designed to work with solar panels are not suitable for use with the AIR wind turbine. These controllers “disconnect” the solar panels – or in this case the AIR - from the battery bank when the batteries are charged, allowing the turbine to spin free, which is not recommended.
***
Mulla on tuuliruuvissa tämä 58V rajoitin https://ilmaisenergia.info/foorumi/threads/3d-tulostettu-tuuliruuvi.2416/page-4#post-38250
Jos saman haluaisi kopioida pienemmälle jännitteelle niin ensiksi pitäisi valita pienempijännitteinen TVS-diodi esim 12V. Lisäksi transistoreiden biasvirrat vaatisivat ehkä vähän vastusarvojen hienosäätöä.

 

[kotte]

Ratkaisin tuon alijännitteen niin että lisäsin systeemiin DC-DC muuntimen joka muunsi jännitteen n. 27V jolla se latasi akkuja.
Kun generaattorilta tuleva jännite nousi tuohon 27 voltin tienoille (ennen muunninta) jännite ohjautui kuvan alumiinipalkissa kiinni olevaan näppyläään (mikä lie nimeltään) joka lämmetessään jarrutti Savoniukaen pyörintänopeuden vastaamaan 27V tuottoa generaattorista.

Saan tuosta käsityksen, että systeemi ei kovalla tuulella kuormita generaattoria juuri lainkaan, vaan antaa tuottojännitteen nousta hyvin lähelle generaattorin kuormittamatonta jännitettä. Savonius-roottorilla tuo ei haitanne, jos laitos on ns. robusti, eli ei hyppää vaaralliselle kiertonopeudelle myrkyssäkään.

Tuo oma ehdotukseni edellä on oikeastaan yhdistelmä jarruvastusta ja lataussäädintä. Käyttömoodi vaihtuu portaatta lataussäätimestä jarruvastukseksi, mutta niin, että akkua ladataan jatkuvasti ja jarruvaikutus kasvaa jyrkemmin, kuin joko/tai jarruvastuksella, edellyttäen, että jarruvastuksen resistanssi on riittävän pieni ja tehonkesto riittävän suuri. Transistorin täytyy myös kestää myrskytuulen aiheuttama virta (mutta teho hukkuu pääasiassa vastukseen, kunhan zener-piirin vastuksen resistanssi on riittävän pieni ja itse diodi kestää virran).

Vesioinaan viittaama kaupallinen tuote vaikuttaa ohjeistuksenaan oikein passelilta esillä olevaan tarkoitukseen, vaikka lataussäädön ja vastusjarrun säätöperiaate onkin erilainen, mitä itse aikaisemmin ehdotin.

 

[Savonius]

Saatoin selittää huonosti mutta itse asiassa tuo alumiinipalkki kuumentuessaan jarrutti generaattoria varsin ihanteellisesti.
Tuo muunninhan oli käytännössä varsinainen oivallus sillä lataus alkoi parin metrin tuulilla. Ampeerit eivät kaksisia olleet mutta plussalla kumminkin. Keskituulihan meillä on tuollaista kahden kolmen metrin luokkaa. Ajallisesti nuo myrskytuulet ovat rikka rokassa joten pieni jarruttelu ei haitannut.

 

[vesioinas]

Saatoin selittää huonosti mutta itse asiassa tuo alumiinipalkki kuumentuessaan jarrutti generaattoria varsin ihanteellisesti.
Tuo muunninhan oli käytännössä varsinainen oivallus sillä lataus alkoi parin metrin tuulilla. Ampeerit eivät kaksisia olleet mutta plussalla kumminkin. Keskituulihan meillä on tuollaista kahden kolmen metrin luokkaa. Ajallisesti nuo myrskytuulet ovat rikka rokassa joten pieni jarruttelu ei haitannut.

Vähän alkuperäisen aiheen vierestä, mutta kuitenkin mielenkiinnosta kysyn, että millä tehoilla tuo iso savonius toimi suunnilleen?

 

[Savonius]

Hetkellisesti akkuun joskus 280W eli noin 10,5A virralla.

 

[Savonius]

Ihan vaan kaverin puolesta kysyn että kävisikö tuo savoniuksessa käyttämäni jarru normaaliin tuulimyllyyn kuormitusjarruksi.

 

[kotte]

Ihan vaan kaverin puolesta kysyn että kävisikö tuo savoniuksessa käyttämäni jarru normaaliin tuulimyllyyn kuormitusjarruksi.

Luultavasti kävisi. En kyllä saanut selvää, mikä tuo puolijohdekompenenttisi oli, muuttaa saattaa olla aika samantapainen kytkentä, mitä itse ehdotin (päätelleen tuon jäähdytysiilin koosta, kompenentti tuhlaa ylimääräisen tehon, eli toimii jarruvastuksena ja on joko bipolaari- tai jonkinlainen MOS-transistori; voihan tuo olla jopa tyristorikin tms, eli muuttaisi joko itse generaattorin käämit jarruvastuksisksi tai sitten tekee jotakin mystisempää; eli tuossa on monta vaihtoehtoa toimivaksi, mutta myös huonosti jarrun virkaa toimittavaksi kytkennäksi).

Useimmat toimivista kytkennöistä samoin kuin tuo itse ehdottamani vaikuttavat sykkivinä, eli jarru kytkeytyy päälle ja pois sykkivästi suhteellisen korkealla taajuudella. Sykkimistä voi varmentaakin muutamalla lisäosalla hystereesin lisäämiseksi, mistä hyötynä olisi jarrutusta säätävän tehopuolijohdekomponentin lämpenemisen vähentyminen (jos se on jonkinlainen transistori, eli jarrutusteho muuttuisi lämmöksi pääasiassa käämeissä tai erillisessä jarruvastuksessa eikä ko. puolijohdekomponentissa). Esim. oman edellä ehdottamani kytkennän osalta ei ole varmuutta, mikä on transistorin yli vaikuttava jännite sen johtaessa, eli miten suuri osa häviölämmöstä syntyy transistorissa ja miten suuri puolestaan transistorin kollektorivastuksessa. Edellisen osuuden minimointi ja jälkimmäisen maksimointi (mikä on yleensä toivottavaa puolijohdeventtiilin rasituksen pienentämiseksi) edellyttää säätövärähtelyn stabilointia esim. sopivan passiivisen resonanssipiirin avulla aiheutetun vaihesiirretyn jarrutusohjausignaalin positiivisella takaisinkytkennällä puolijohdekytkimelle.

 

[Savonius]

Kyllä tuo alumiinipalkin pätkä ajoittain tuntui melko lämpimältä eli se lämpö syntyy siinä puolijohdekomponentissa. Suuri osa tehosta menee sen muuntimen kautta akkuihin. En tehnyt tuota härveliä itse, tiesin vain mitä halusin, Kaverini taas osasi tehdä sellaisen.