Ветро-солнечная электрогенераторная установка BEKAR (Германия)

Ветроэнергетическая установка с системой солнечной подзарядки аккумулятора необходима для выработки качественной электрической энергии, и снабжения жилых и промышленных объектов электроэнергией либо обеспечения электрической энергией центральных электросетей. Согласно проекту и тех. условиям заказчика, система может включать в себя одну либо несколько турбин ветрогенераторов, мачту генератора, инверторы, контролеры, солнечные фото-электрические модули с мощностью 3 000 Ватт и более, приспособления и аксессуары для монтажа и соединения модулей ФЭ, приспособления для строительства фундамента мачты, батареи аккумуляторные, генераторы бензиновые инверторного типа. Для того чтобы понять как работает ветро-солнечная гибридная система и некоторые ее части, узнать о предназначении и комплектации оборудования, предлагаем ознакомиться с техническим бюллетенем.

Какими преимуществами обладает система?

Наличие надежного, независимого от электросетей источника электрической энергии;
Высокая степень эффективности при низкой стоимости;
Безопасность и оптимальность комбинации (солнце - ветер).

Согласно мнению специалистов в сфере возобновляемых энергетических источников, и опыту потребителей, ветрогенераторы, потребляющие энергию солнца и ветра, обладают целым рядом преимуществ по сравнению с только солнечной либо ветровой системой. На основной части российской и восточно-европейской территории, скорость ветра в летний период небольшая, однако довольно много солнца и длительный по времени световой день. В зимний же период все наоборот, сильные ветра и мало солнечного света. Пик выработки электрической энергии у солнечной и ветровой систем приходится на разное время года и суток, следовательно, гибридная система способна произвести гораздо больше энергии, и именно тогда, когда это особенно необходимо.

Принцип действия ветро-солнечной гибридной установки?

Основным элементом в системе выступает ветровой генератор, вырабатывающий электрическую энергию и заряжающий аккумуляторные батареи. Чтобы избежать зависимости системы от отсутствия либо наличия энергетических ресурсов и обеспечить ее наибольшую эффективность и стабильность, мы дополнили систему фотоэлектрическими модулями, генерирующими солнечную энергию и заряжающими ее батареи.

Данная гибридная установка способна функционировать как автономно – без электрической сети, так и с использованием генераторной либо городской сети. В случае отсутствия солнца и ветра, система будет снабжать энергией от аккумуляторов, а когда иссякнет их заряд, будет работать за счет генератора или городской сети, которые смогут обеспечить электрической энергией потребителей, и зарядят аккумуляторы. У системы, должны быть несколько управляющих контроллеров – для ФЭ модулей, и для ветрогенератора – электроустройства для осуществления контроля и управления зарядом батарей, и инверторы – для обеспечения переменным током 220 Вольт для потребителей электрической энергии из постоянного тока аккумуляторов. МРРТ контроллер заряда для модулей ФЭ больше чем на 30% увеличивает энергетический поток от ФЭ модулей к аккумулятору, и выполняет задачи 2-х приборов: управление зарядом батареи и усилитель уровня мощности ФЭ модулей.

Принципиальная электрическая схема гибридной установки представлена на рисунке:

Другие функции контроллера-инвертора

Для того, чтобы система работала надежно, максимальная мощность потребителей не должна превышать ее номинальную мощность. Поэтому еще одной функцией контроллера является защита системы, в случае превышения нагрузки потребителей системного номинала.

К примеру, если общая потребляемая мощность электрической энергии составляет не более 1200 Вт – это нормально, горит лампочка зеленого цвета. Но если нагрузка превышена, контроллер отключит систему автоматически, и пользователю потребуется

включить контроллер-инвертор вручную, для перезапуска всей системы, отключив заранее приборы, которые потребляют энергии свыше номинальной мощности. Такой принцип работы системы поможет пользователю держать уровень потребляемой энергии под контролем согласно возможностям системы и увеличить период службы батарей и главное - непрерывно получать электрическую энергию.

Дополнительные возможности контроллера

Кроме вышеуказанных функций контроллер оснащен жидкокристаллическим монитором, отражающим 2 важных системных параметра – напряжение батареи и ток зарядный. Прибор обладает несколькими отдельными контактными терминалами для разных комбинаций системы.

Помимо этого, у контроллера ВЭУ турбины есть «красная кнопка» – выключатель, являющийся так называемым «системным тормозом». Его применяют только в случае установки, демонтажа либо обслуживания ветрогенератора, Необходимо включить кнопку, чтобы энергия ветряного двигателя смогла поступать на резистор - разгрузочный блок, находящийся в контроллере-инверторе. Это прекратит вращение турбинных лопастей, и даст возможность безопасного осуществления необходимых работ. Следует отметить, что у инвертора чистый синус волны, а его эффективность - более чем 90%.

Какие батареи наиболее подходят для использования в системе?

Для системы следует применять гелевые аккумуляторные батареи 12 Вольт, для ветро-солнечной системы – минимум 100 АЧ. Батареи последовательно объединяются в систему 48 Вольт. Целесообразнее использовать батареи, имеющие большую емкость, к примеру, 200 АЧ и более, и несколько соединенных последовательно - паралельно рядов батарей в систему 48 Вольт, в зависимости от уровня потребления мощности.

Как работает система распределения энергии и зарядки аккумуляторов?

Система автоматически подстраивается под режим потребления электрической энергии. К примеру, когда включены все потребители электрической энергии, вся энергия, полученная от ветро-солнечной системы, накапливается на аккумуляторах. При этом если пользователь будет использовать электрические приборы, вся поступившая от ветра и солнца энергия сначала будет направлена на расходование потребителями, а та часть энергии, которая осталась неиспользованной – на зарядку аккумуляторов. В случае если энергии от ветро-солнечной системы оказалось не достаточно для потребителей электрической энергии, энергия от аккумуляторов дополнит баланс электрической энергии, необходимый для потребителя.

Принцип работы системы защиты аккумуляторов от высокого напряжения

Напряжение, на которое рассчитан блок аккумуляторных батарей, составляет 48 В. Для защиты аккумулятора от высокого уровня напряжения, например, когда оно достигнет 60 Вольт и более, системой используется резистор – специальный разгрузочный блок. В ходе работы потребителей электрической энергии, весь объем вырабатываемой системой энергии направляется потребителям, а ее остаток – на резистор. Во время ветра, в отличие от других видов турбин, для нашей турбины его сила значения не имеет, турбина не остановится, и всегда будет продолжать выработку электроэнергии.

Какие еще дополнительные возможности имеет контроллер?

В дополнение к вышеуказанным функциям контроллера, мы снабдили наш прибор жидкокристаллическим монитором, который показывает пользователю два важнейших параметра системы – напряжение батареи (Вольт) и зарядный ток (Ампер). Прибор имеет несколько раздельных контактных терминалов для различных комбинаций системы.

Какая скорость вращения турбины ветрогенератора?

Технические тесты и испытания ветрогенератора показали, что при скорости вращения ротора турбины 860 оборотов в минуту, вырабатываемая турбиной мощность составляет 1,0 кВт, а при скорости вращения 1200 об/мин – около 1,7 кВт.

Что входит в стандартный комплект поставки гибридной ветро-солнечной системы?

В комплект поставки системы по заказу пользователя (поставщика) может входить:

Генератор (ветровая турбина);
Хвостовое оперение (для прецессионной ориентации по ветру);
Крыльчатка турбины генератора;
Крыльчатка турбины генератора;
Ветро-солнечный контроллер / инвертор;
МРРТ солнечные контроллеры;
Комплект кабеля для монтажа фотоэлектрических модулей;
Инвертор;
Монтажная система;
Мачта высотой 8 или 12 метров, или специально изготовленная по вашему заказу;
Комплект для фундамента мачты;
Фотоэлектрические модули;
Гелевые батареи.

Ветроэнергетическая электрогенераторная установка мощностью 1 кВт

Технические характеристики ветровой турбины:

Выходная мощность …………………………………….. 1 кВт
Максимальная мощность ……………………………….. 1,30 кВт
Номинальная скорость ветра ………………………….. 12 м/с
Мах скорость ветра ……………………………………… 25 м/с
Критическая скорость ветра …………………………… 60 м/с
Стартовая скорость ветра ……………………………… 3 м/с
Номинальная скорость вращения …………………….. 860 об/мин
Максимальная скорость вращения …………………… 1160 об/мин
Число лопастей генератора ……………………………. 3
Диаметр ротора …………………………………………… 2,00 м
Длина лопасти генератора ……………………………… 0,97 м
Материал лопастей ………………………………………. Стеклопластик
Генератор ………………………………………………….. РМ
Система торможения …………………………………….. Электромагнитная
Общий гросс вес …………………………………………. 29,50 кг
Гарантия на все изделие ………………………………… 2 года
Гарантия на генератор …………………………………… 3 года
Контроллер ………………………………………………… Автомат
Высота мачты ……………………………………………… 8 метров

Ветроэнергетическая электрогенераторная установка мощностью 5 кВт

Технические характеристики ветровой турбины:

Выходная мощность ……………….……………………..5 кВт
Максимальная мощность ………………………………..5,80 кВт
Номинальное напряжение ………..……………………..48 В
Номинальная скорость ветра ……………………….…..12 м/с
Мах скорость ветра ………………….……………………25 м/с
Критическая скорость ветра …………………………… 60 м/с
Стартовая скорость ветра …………………………….… 3 м/с
Номинальная скорость вращения …………………….. 500 об/мин
Максимальная скорость вращения …………………… 560 об/мин
Число лопастей генератора ………………………….…. 3
Диаметр ротора …………………………………………… 4,10 м
Длина лопасти генератора ……………………….………2,10 м
Материал лопастей ……………………………….……….Стеклопластик
Генератор ………………………………………………….. РМ
Система торможения ………………………….………….Электромагнитная
Общий гросс вес ………………………………………… 120,0 кг
Гарантия на все изделие …………………………………2 года
Гарантия на генератор ……………………………………3 года
Контроллер ………………………………………………… Автомат
Высота мачты ………………………………………………12 / 18 / 24 метров

Инновационные технологии

Влагозащищенный корпус;
Высокоэффективная аэродинамическая конструкция;
Коррозионостойкие алюминиевые сплавы;
Специальные материалы конструкции;
Низкий уровень шума.

Преимущества

Два года ограниченной гарантии;
Наивысший стандарт качества (ISO9001);
Широкий диапазон рабочих температур (-20 +65)
Надежная защита от влаги, тумана и осадков;
Защита от штормового ветра;
Высококачественные компоненты и комплектующие.

Высокая эффективность

Низкая стартовая скорость;
Большой диапазон рабочих скоростей ветра от 3 до 25 м/с;
Автоматическая система управления.

Фотоэлектрические модули BEKAR мощностью 105 Вт

Механические характеристики:
Размеры в мм (ДхШхТ): 1400x1100x38
Вес (приблизительно): 21,0 кг
Электрические соединения: МС
Длина выходного кабеля: 950 мм + 5%
Толщина сечения кабеля: 2,50 мм²
Электрические характеристики:
Максимальная мощность (Pmax): 105 Вт
Напряжение при Pmax (Vmpp): 77 В
Ток при Pmax (Impp): 1,35 A
Напряжение разомкнутой цепи (Voc): 102 В
Ток при коротком замыкании (Isc): 1,68 A
Температурные коэффициенты:
Коэффициент Pmax: -0,25%/^oС
Коэффициент Voc: -0,30%/^oС
Коэффициент Isc: +0,09%/^oС
Установочные характеристики:

Диапазон рабочей температуры -40^oС .. .+85^oС
Максимальная нагрузка 245 кг/м²
Максимальное напряжение системы 1000 В

Решения в области альтернативной энергетики от компании «Дон-Вига».

Сегодня отечественный рынок альтернативной энергетики представлен в основном ветропарками, ветроэнергетическими установками и солнечными электростанциями средней и малой мощности. И этот выбор оправдан существующими климатическими условиями российской территории. Из всех видов альтернативных источников, ветер и солнце являются наиболее потенциально энергоемкими ресурсами. Широкомасштабные проекты по созданию ветропарков и солнечных электростанций, чаще всего, требуют государственной поддержки. Обращает внимание на себя отдельный сегмент рынка, такой, как ветровые и солнечные электростанции средней и малой мощности. Построение таких электростанций, как правило, привлекает корпоративных клиентов, фермерских хозяйств и собственников частного жилого сектора. Базовыми преобразователями энергии ветра и солнца в таких электростанциях являются ветрогенераторы, как горизонтального, так и вертикального типа и солнечные батареи.

В последнее время, за счет гибкой адаптации к городским условиям, ветрогенераторы вертикального типа получают все большее распространение. Основной проблемой для отечественного производителя таких ветрогенераторов , является отсутствие собственного производства многофазных, низкооборотных электрогенераторов от которых зависит эффективная работа ветрогенераторов вертикального типа при низких скоростях ветра.

- Импортозамещение является, несомненно, важным фактором в снижении себестоимости продукта, как ветрогенератор вертикального типа и как следствие расширение его распространения.

- Предпринимаемые ранее производителями, попытки повысить эффективность ВЭУ путем увеличения количества лопастей или дополнения внешним кольцом неподвижных лопастей, приводили к увеличению материалоемкости и веса ветроколеса ВЭУ.

- Компания «Дон-Вига» специализируется на разработке и производстве высокоэффективных ветроэнергетических установок (ВЭУ )вертикального типа и периферийных устройств , таких как, контроллер заряда АКБ.

Основными преимуществами производимых компанией ВЭУ является:

не нужно использовать дополнительное устройство для того, чтобы определять направление движения ветра, и направлять генератор ему навстречу.
ветрогенераторы используются на низкой высоте, за счет чего его легче обслуживать, так как не нужны дополнительные приспособления для подъема.
движущихся деталей не много, что уменьшает затраты на ремонт.
лопасти имеют оптимальный профиль, а ветротурбина — оригинальную форму, за счет чего устройство обладает высоким КПД независимо от направления ветра.
многополюсный электрогенератор при работе обеспечивает низкий уровень шумов

- Проблемы повышения эффективности ВЭУ в компании решаются путем внедрения новых решений в построении ВЭУ. Одним из ярких примеров таких решений является компенсатор энергетических потерь, который представляет собой дополнительное приводное устройства на одной оси, вместе с валом ветротурбины и валом электрогенератора.

- Установка дополнительного приводного устройства на ВЭУ вертикального типа восполняет энергетические потери путем дополнения вращающего момента на валу ветроколеса и позволяет при малых ветрах 1-3 м/с вырабатывать электрическую энергию, достаточную для полноценной зарядки аккумуляторов автономной ветроэнергетической системы.

Компенсатор энергетических потерь, по сути управления, является интеллектуальным устройством, которое оценивает скорость, частоту порывов воздушного потока и подстраивается под него, компенсируя энергетические потери из за его непостоянства.

Такое решение позволяет придать существенные преимущества ВЭУ:

уменьшение диаметра ветротурбины
увеличение мощности ВЭУ при оптимальных скоростях ветра за счет обратимости дополнительного приводного устройства и использовании его, в качестве электрогенератора.

- для обеспечения эффективной выработки электроэнергии был разработан многофазный электрогенератор с управляемым выпрямителем и корректором коэффициента мощности (ККМ ) и ротором, на котором, впервые, вместо дорогих редкоземельных магнитов, были применены магнитопласты.

Придерживаясь комплексного подхода в решениях построения ВЭУ компания уделяет внимание и периферийным устройствам.

Недавно был разработан и принят к производству гибридный интеллектуальный контролер заряда АКБ HICC 120/80 Важной отличительной особенностью данного контроллера является его алгоритм отслеживания потоков энергии от самих источников.

Впервые, наряду с каналами для подключения ветроэнергетических установок и солнечных батарей, в контроллере присутствует двунаправленный универсальный канал, к которому могут быть подключены: дополнительный банк АКБ, в этом случае канал работает как основной канал заряда АКБ, при условии, что основной банк АКБ уже заряжен или выполнять роль буферного источника тока в моменты пиковых нагрузок и минимальных напряжений на источниках энергии (ветрогенераторы, солнечные батареи). Так же к этому каналу может быть подключен дополнительный альтернативный источник энергии (ветрогенератор, солнечная батарея).

Наличие такого двунаправленного канала было применено впервые и у контроллеров других производителей его нет.

Быстрая коммутация канала с минимальными потерями осуществляется за счет применения силовых Cree Mosfet транзисторов от компании CREE.

Такая архитектура контроллера позволяет ему выполнять не только функцию заряда АКБ, но и функцию интеллектуальной маршрутизации потоков энергии внутри самой энергетической системы, что позволяет эффективно использовать энергию незначительных ветров и солнца и гарантировать 100% заряд АКБ. Так же, впервые, примененная топология SEPIC в многофазном повышающем/понижающем преобразователе контроллера позволяет при малоэффективных значениях ветра и солнца поддерживать процесс заряда АКБ малыми токами. За счет многофазного формирования выходного напряжения и тока достигается минимальная величина пульсаций, что важно для АКБ в процессе заряда.

Использование в многофазном преобразователе повышающего/- понижающего типа дросселей EPCOS минимальных типоразмеров, представляет возможность понизить тепловые потери при коммутации больших токов и позволяет в дальнейшем расширять линейку контроллеров по мощности не изменяя базовой архитектуры контроллера.

Для реализации функций торможения и останова подключенной ветроустановки применяется метод ШИМ (широтно-импульсной модуляции) управления симисторами с нагрузочными резисторами, подключенных непосредственно к фазам генератора ветроустановки, а не после трехфазного выпрямительного моста, как это чаще всего реализовано в других контроллерах. Такой способ позволяет плавно притормаживать или останавливать ветрогенератор, как в ручном, так и в автоматическом режиме, не подвергая тепловым перегрузкам трехфазный выпрямительный мост.

В контроллере используется технология температурной компенсации напряжения в режиме заряда АКБ, для чего в комплекте поставки есть внешний температурный датчик, устанавливаемый в специальный разьём, расположенный на нижней панели корпуса. В базовой модели имеется USB разъем для подключения к PC, Программное обеспечение, поставляемое с контроллером, позволяет производить мониторинг параметров работы связки солнечная батарея - ветрогенератор — контроллер заряда — аккумуляторная батарея на удаленном компьютере. Контроллер может поставляться с платой расширения, поддерживающей подключение по интерфейсу RS-232. При необходимости можно реализовать подключение через RS-485, Ethernet.

Не менее важным параметром любого контроллера является система защиты. У данного контроллера она реализована как интегрированный модуль и обладает следующими степенями защиты:

Защита от неправильной полярности подключения СБ, АКБ и нагрузки;
Защита от короткого замыкания (КЗ) на входе СБ;
Защита от перегрева;
Защита от КЗ в нагрузке;
Защита от обрыва в цепи АКБ;
Защита от молний варистором;
Защита нагрузки от перенапряжения на входе;
Электронный предохранитель;
Предотвращение разряда АКБ через СБ в ночное время.

Контроллер, кроме напряжений АКБ 12/24/48/96 В позволяет вручную установить любые нестандартные напряжения для работы с АКБ, максимальное значение 100В . Полезно для работы с нестандартными щелочными АКБ, или с нестандартным количеством банок АКБ.

Цифровой двустрочный ЖК дисплей контроллера позволяет получать оперативную информацию о работе контроллера заряда и всей системы в целом. Панель управления упрощает контроль системы и диагностирование ошибок. Жидкокристаллический дисплей оперативно отображает всю необходимую информацию о работе контроллера. Также с помощью дисплея можно выбирать тип АКБ системы, настраивать температурную компенсацию, включать/выключать нагрузку и задавать параметры по работе нагрузки.

К отличительным особенностям сервисных функций можно отнести следующие:
• Запись статистики дневной, месячной выработки энергии;
• 5 навигационных клавиш делают все операции быстрыми и удобными
• Запись статистики энергии в реальном времени
• Звуковое оповещение об ошибках контроллера
• Выбор типа батареи: гелевые, AGM, открытые, настраиваемое пользователем
• Программирование параметров режима заряда АКБ
• Возможность считать SOC (степень заряженности аккумулятора) в процентах при установке дополнительного измерительного шунта. Тем самым даже при наличии инвертора и других зарядных устройств, контроллер может считать степень заряженности и регулировать заряд в соответствии с ее значением. Это улучшает эффективность заряда и продлевает срок службы аккумуляторов.

- Компания «Дон Вига» неустанно занимается совершенствованием типовых ВЭУ, производимых ею, применяя все больше отечественную комплектацию, снижающую себестоимость выпускаемой продукции.

- стратегия компании ориентирована не только на производство, но и на продвижение своего продукта путем применения программного сервиса.

В настоящее время в компании приступили к разработке программного комплекса, который позволит потенциальным заказчикам автоматически рассчитывать параметры, моделировать конфигурацию и подбирать оборудование для своей будущей энергосистемы.