Kombinerad vind & sol kontroller

[rdos]

Maximeringen av effekt för vindkraftverket bygger nu på summation av effekter (spänning x ström), och det verkar fungera väldigt bra.

Solpanelens batteriladdare fungerar också. Jag har en 45W solpanel, och jag mätte upp ca 20W i eftermiddag då solen lyste (vid 12.8v börvärde). Större delen av denna effekt verkar gå till laddning av batteriet, även om själva regulatorn blir en aning varm (50-60 grader). Det behövs nog en kylfläns på denna (det är en TO-220 kapsel). Jag har höjt spänningen på mitt 24v batteri ifrån 25.1v till 26.4v under dagen. Då step-up konvertern har en fast utspänning på ca 28v så kan batteriet aldrig bli överladdat.

Kretsen för att ladda bärbara datorer fungerar oxå. Den ger visserligen 20v istället för 19v, men det är nog ett mindre problem.

En intressant observation är att om man kopplar bort batteriet under drift, så fortsätter PIC-kontrollern att fungera så länge solpanelen är inkopplad, även då det är mulet.

[rdos]

Med tanke på kommande höststormar så behövs nog ett skydd för elektroniken emot extrema effekter ifrån vindkraftverket. Med tanke på att jag mätt upp över 100v när det gått frigående så kan det tänkas bli ganska stora effekter vid en storm. Marlec själva uppger att det ska klara stormar till havs utan speciella åtgärder, samt att det finns en automatisk termosäkring. Det är dock som laddare till batterier, inte med en kontroller som min.

Jag antar att man kan komtrollera max effekt genom att minska börvärdet på spänningen då man överskridit max förinställd effekt (avser att använda 983W maxeffekt). Då tvingas verket att rotera långsammare, och effektiviteten minskar, och därmed effekten. Man skulle kunna tänkas låta spänningen gå över optimalt värde oxå, men det känns inte lika attraktivt då man då riskerar extremt höga spänningar, och verket bör slitas mer när det roterar väldigt snabbt.

Källkoden till PIC-kontrollern finns förresten här för intresserade: http://rdos.net/vc/viewvc.cgi/trunk/pic ... iew=markup

[rdos]

Enligt SMHIs stationer blåser det just nu 4m/s (10m/s i byarna) i Malmö och 8m/s (13m/s i byarna) i Helsingborg. Enligt nätet (väderstationer i Eslöv och Höör) så blåser det lite dygt 8m/s. Vindkraftverket ger ca 40W kontinuerligt, och över 100W i byarna.

Ska bli intressant att se vad som händer på onsdag då vinden ska kulminera med en bit över 12m/s i Sydsverige. Effekten bör då bli flera hundra Watt, dock troligen under brytpunkten på 983W som jag satt.

Fick förresten testat brytpunkten redan idag då den var en faktor 256 fel (3.8W), vilket gjorde att spänningen ställdes ner till kring 10-15v när den optimala låg strax under 30v.

[rdos]

Hade som mest 75W i medel, med upp till 150W i byarna tidigare i veckan.

Idag har jag skapat grunderna till mitt 24v system. Jag har oxå kopplat in den första förbrukaren, som består av ett PC-kort, ett egendesignat PC/104 kort, samt 8 stycken styrningar av radiatorer runt om i huset. Det drar 0.9A vid 25v spänning (22.5W). Då solpanelen (max 45W) inte kan leverera detta i medel nu på hösten, så har jag också kopplat in reservladdaren (en 18v transformator på 100VA).

Funderar lite på vidareutvecklingen. Jag tror jag skulle behöva de två solpaneler som säljs i Web-shoppen (2 x 90W), och förmodligen större batterier (har bara 17Ah just nu, vilket känns för lite). Dessutom skulle jag behöva göra en ny version av styrkortet, då det är för mycket buggar, och jag inte fått igång vindkraftverkets laddningsfunktion, utan enbart kör med dump-load.

Få se om jag kan finansiera detta...

[rdos]

Har nu kopplat på lite last till (3-router, ett PC-kort till, en LCD-bildskärm, resten av styrsystemet för värmen). Nu har jag 2.7A last vid 24v (65W). Det som fattas är min switch (den går dessvärre på 7.5v DC, så den går inte att koppla in än). Ska byta till en Netgear FS116GE som ska gå på 12v DC. Sedan är vitala delar av mitt nätverk strömavbrottssäkert.

Gissningsvis så behöver jag ca 75W kontinuerligt. 225W solpaneler + Rutlands vindkraftverk borde räcka för att köra systemet mestadels off-grid. Med ett 100Ah batteri så ska systemet gå ca 1.5 dag utan någon laddning ifrån sol/vind. Med de batteri jag har (17Ah) går det bara 5-6 timmar utan laddning, vilket är för lite.

[rdos]

Har börjat planera version 2 av kontrollern nu. Den ska ha två stycken solpanelingångar. En för en horisontellt monterad 12v solpanel för mätning av solinstrålning (kan användas för mätning av molnighet, vilket är min nuvarande 45W panel). En andra panel monterad i ca 40-50 graders lutning mot söder (två st 90W paneler seriekopplade för 24v).

Så här hade jag tänkt allokera AD-omvandlarna:

AD0:

CH0 ström, vindkraftverk (25mA upplösning)
CH1 ström, 12v solpanel (25mA upplösning)
CH2-CH3 spänning över vindkraftverk (25mv upplösning)
CH4-CH5 spänning över 12v solpanel (25mv upplösning)
CH6 spänninng över 24v solpanel (25mv upplösning)
CH7 ström, 24v solpanel (25mA upplösning)

AD1:

CH0-CH1 batteriström (25mA upplösning)
CH2 batterispänning (25mv upplösning)
CH3 spänning över vindkraftverkets kondensator (25mv upplösning)
CH4-CH5 temperaturgivare 1 (0.025 grader upplösning)
CH6-CH7 temperaturgivare 2 (0.025 grader upplösning)

Jag behöver också 3st dubbla operationsförstärkare:

OP1:
2.7315v referens och 0.512v referens

OP2:
biasing av batteriström och invertering av spänning ifrån strömmätning på vindkraftverk

OP3:
invertering av spänninng ifrån strömmätning på solpaneler

12v solpanelen ska använda en step-up konverter för att leverera ström till batteri / belastning. Behöver ingen anslutning till dump-load (som det finns idag).

24v solpanelen ska använda en step-down konverter för att leverera ström till batteri / belastning. Ska ha en anslutning till dump-load (en switch-transistor).

Vindkraftverket är mest komplicerat. När börvärdet är över 28v (det är det när effekten är kring 10W eller mer), så ska strömmen switchas direkt till batteri / belastning utan kondensator (före likriktaren till kondensatorn). När spänningen är lägre än ca 24v så används en step-up konverter till 28v för att leverera ström till batteri / belastning (kopplas på kondensator). När det inte behövs ström till batteri, eller då börvärdet ligger mellan ca 24-28v, så switchas ström till dump-load (kopplas på kondesator).

[rdos]

Lite bakslag nu i veckan. Jag hade rekordnoteringar på leverad effekt ifrån vindkraftverket, med över 250W i topparna. Dessvärre så upptäckte jag dagen efter att vindkraftverket verkade kortslutet. Jag tror jag lokaliserat felet. Transistorn som driver basen till effekttransistorn klarar bara 50v, och när jag läste av toppeffekten så låg spänningen över 50v. Vad som troligen hände var att när spänningen översteg 50v, så började transistorn i baskretsen att leda lite grann, och då skapades en ström i effekttransistorn, som dessvärre inte bottnade. Då hamnade det mesta av effekten över effekttransistorn vilket inte kylflänsen klarade av, med följd att effekttransistorn havererade.

I nästa version måste jag välja en transistor som klarar minst 100v.

[rdos]

Jag har nu två extra 90W solpaneler som jag köpte av Göran. Jag har fixat några skenor att montera dem på, men de är än så länge inte uppsatta på taket där de ska sitta.

Jag funderar lite på om det inte borde vara möjligt att koppla dem direkt på batteriet nu när det är höst. Min 45W panel ger inte mer än ca 20W max nu, och det bara under några timmar. Den är visserligen horisontalt monterad, men även med en montering på ca 45 grader mot söder så borde inte batterierna kunna bli överladdade. Jag har ca 65W konstant last just nu. Eller kan de bli det?

[rdos]

Lite uppdatering. Jag har problem med stabilitet i mätningen med 1.024v referens. AD-omvandlaren är egentligen bara testad med 2.5 och 5v referens, och inte med 1v. Det gör att det är bättre att använda en 4.096v referens. Sådana finns även som hålmonterade utan att kosta så mycket. Med 4.096v referens, så blir upplösningen 1mv på AD-omvandlarens ingång.

Uppdaterad allokering av AD-kanaler (ström mäts över 0.01 ohms motstånd):

AD0:

CH0-CH1 spänning, vindkraftverk (25mv upplösning, 0-102.4v, 25 ggr dämpning)
CH2-CH3 spänning, vindkraftverkets kondensator (25mv upplösning, 0-102.4v, 25 ggr dämpning)
CH4 ström, vindkraftverk (10mA upplösning, 0-40.96A, 10 ggr förstärkning)
CH5 ström, 12v solpanel (2.5mA upplösning, 0-10.24A, 40 ggr förstärkning)
CH6-CH7 temperaturgivare 1 (0.1 grader upplösning)

AD1:

CH0-CH1 spänning, 12v solpanel (5mv upplösning, 0-20.48v, 5 ggr dämpning)
CH2 ström, batteri (10mA upplösning, -20.48 - +20.48A, 10 ggr förstärkning)
CH3 spänninng, 24v solpanel (10mv upplösning, 0-40.96v, 10 ggr dämpning)
CH4 ström, 24v solpanel (10mA upplösning, 0-40.96A, 10 ggr förstärkning)
CH5 batterispänning (10mv upplösning, 0-40.96v, 10 ggr dämpning)
CH6-CH7 temperaturgivare 2 (0.1 grader upplösning)

Jag behöver 2 st dubbla operationsförstärkare:

OP1:
biasing av batteriström och invertering av spänning ifrån strömmätning på vindkraftverk

OP2:
invertering av spänninng ifrån strömmätning på solpaneler

12v solpanelen använder en step-up konverter för att leverera ström till batteri / belastning. Ingen anslutning till dump-load (som det finns idag). Regulatorn prioriterar 12v solpanelen för att mätningen ska fungera (kopplar ur andra källor under tiden som step-up konvertern är aktiv).

24v solpanelen kopplas direkt på batteriet via en switch-transistor. När batteriet är fullladdat, eller effekten för liten, så kopplas den ur. På så sätt slipper man förluster i en step-down konverter. Denna design behöver ingen kondensator. Nackdelen är att det inte går att räkna ut maximal effekt, men det gör inte så mycket då detta görs på 12v solpanelen. Ingen anslutning till dump-load.

Vindkraftverket kopplas direkt på batteriet (före kondensatorn) när spänningen är över batterispänningen före kondensatorn med switch-transistor. Dumpload kopplas på en kondensator via likriktare. Regulatorn har ett börvärde för spänning över vindkraftverket som den strävar att hålla konstant. Den använder i första hand switching till batteri (om spänning före kondensatorn är högre än batterispänningen). Som reservväg används dump-load för att mätningen alltid ska fungera.

[rdos]

Glömde "batteriladdaren". Idag har jag en 20v transformator som batteriladdare. Avser dock att inte längre använda den som batteriladdare, utan enbart som backup. Det gör man genom att sätta en diod i serie med batteriet. Då kan backupen enbart driva lasten, och inte ladda batteriet. Backupen kopplas ur när batterispänningen ökar över en förutinställd nivå, och kopplas in igen efter en viss tid (som beror på batterikapaciteten). Detta bör vara bäst för batteriet + förmodligen effektivast, då det enbart är solpaneler & vindkraftverk som laddar batteriet.

[rdos]

Då vindkraftverket inte längre fungerar, och ett nytt inte kommer att komma upp under närmaste tiden, så tror jag att jag bygger en ren solpanelskontroller istället.

Ny allokering av AD-kanaler

CH0-CH1 spänning, 12v solpanel (5mv upplösning, 0-20.48v, 5 ggr dämpning)
CH2 ström, 12v solpanel (2.5mA upplösning, 0-10.24A, 40 ggr förstärkning)
CH3 spänninng, 24v solpanel (10mv upplösning, 0-40.96v, 10 ggr dämpning)
CH4 ström, 24v solpanel (10mA upplösning, 0-40.96A, 10 ggr förstärkning)
CH5 batterispänning (10mv upplösning, 0-40.96v, 10 ggr dämpning)
CH6-CH7 temperaturgivare (0.1 grader upplösning)

Jag behöver 1 st dubbel operationsförstärkare för invertering av spänninng ifrån strömmätning på solpaneler

12v solpanelen använder en step-up konverter för att leverera ström till batteri / belastning. Ingen anslutning till dump-load (som det finns idag). Regulatorn prioriterar 12v solpanelen för att mätningen ska fungera (kopplar ur andra källor under tiden som step-up konvertern är aktiv).

24v solpanelen kopplas direkt på batteriet via en switch-transistor. När batteriet är fullladdat, eller effekten för liten, så kopplas den till dumpload via likriktare.

Denna design är betydligt enklare än den som även har vindkraftverksingång, och blir billigare att tillverka.