Como fazer um controlador para aerogerador com as próprias mãos: dispositivo, princípio de funcionamento, esquema de montagem

A estrutura mecânica de um aerogerador, em sua forma pura, é apenas uma parte de um sistema completo de energia eólica. Um sistema totalmente operacional, além da estrutura mecânica, possui ainda vários componentes eletrônicos.

Por exemplo, é imprescindível um controlador para o aerogerador – um dispositivo projetado para estabilizar os parâmetros de carga da bateria durante o funcionamento do aerogerador.

Vamos entender quais funções o aparelho desempenha e apresentar esquemas de montagem do controlador com as próprias mãos. Além disso, destacaremos as características de funcionamento e a viabilidade de comprar um módulo eletrônico chinês para o aerogerador.

Aerogeradores e controladores de carga da bateria

Se é perfeitamente possível fazer você mesmo um aerogerador mecânico, será que também é possível fazer com as próprias mãos o controlador do aerogerador?

Para ter uma ideia sobre os controladores de aerogeradores e reproduzir com sucesso essa técnica com as próprias mãos, é útil ter informações básicas sobre esses dispositivos.

O controlador responsável pelas baterias recarregáveis destina-se, em primeiro lugar, a gerenciar o processo de carga da bateria. Esta é sua função principal, mas ela deve ser convencionalmente dividida em uma série de subfunções.

Por exemplo, uma funcionalidade monitora a corrente de carga e a corrente de autodescarga. Outra funcionalidade executa ações destinadas a medir a temperatura e a pressão. Uma terceira é responsável por compensar a diferença dos fluxos de energia quando a bateria é carregada ao mesmo tempo em que a carga consome corrente.

Controlador de carga da bateria para um aerogerador de baixa potência. O controle de alguns parâmetros do sistema é feito por meio de um display LCD integrado à estrutura.

Os aparelhos de fabricação industrial têm funcionalidade completa. No entanto, o mesmo não se pode dizer das construções amadoras. Dispositivos montados em casa, com as próprias mãos, a partir das soluções de circuito mais simples, são controladores muito distantes dos modelos perfeitos.

No entanto, eles funcionam e permitem operar de forma bastante produtiva diferentes tipos de turbinas eólicas. Geralmente, nas construções caseiras, apenas uma função é implementada – proteção contra sobretensão e descarga profunda.

Uma das inúmeras variações de controladores para turbinas eólicas, feitos à mão. Tais construções se distinguem por soluções técnicas descomplicadas e pela montagem mais simples.

Por que a introdução de um controlador no sistema da turbina eólica é obrigatória?

Porque no modo de alimentação da bateria sem o uso de um controlador, podem-se esperar consequências desagradáveis:

1. Degradação da estrutura da bateria devido a processos químicos descontrolados.
2. Aumento descontrolado da pressão e da temperatura do eletrólito.
3. Perda da capacidade de recarga da bateria devido a uma descarga prolongada.

O controlador de carga para o sistema de turbina eólica geralmente é implementado como um módulo eletrônico separado. Este módulo é removível e rapidamente desconectável. Os dispositivos fabricados industrialmente são obrigatoriamente equipados com indicação de modos e estados – luminosa ou transmitida visualmente através de um display.

Na prática, dois tipos de dispositivos podem ser utilizados – embutidos diretamente no corpo da turbina eólica e conectados à bateria.

Soluções de esquema para montagem com as próprias mãos

Desde o surgimento das primeiras turbinas eólicas caseiras, o número de soluções de circuito para controladores cresceu várias vezes. Muitos dos projetos de circuitos estão longe de serem perfeitos, mas existem variantes que merecem atenção.

Para aplicação doméstica, é claro, os circuitos simples são relevantes, exigindo pequenos investimentos financeiros, eficientes e confiáveis.

Partindo desses requisitos, pode-se começar com um controlador para turbina eólica baseado em relés reguladores de automóveis. No circuito, são aplicáveis tanto relés com contato de controle negativo quanto relés com contato de controle positivo.

Esta variante atrai pela pequena quantidade de componentes e pela montagem mais simples. Será necessário apenas um relé, um transistor de potência (de efeito de campo) e um resistor.

Circuito de controlador desenhado por um eletrônico amador à mão. Aqui tudo é simples e claro sem palavras desnecessárias. Assim como na própria tecnologia da solução. Mínimo de componentes – máximo de economia (+)

O circuito é chamado de 'lastro', pois utiliza uma carga adicional na forma de uma lâmpada incandescente comum. Assim, a lista de componentes é acrescida de mais um elemento – a lâmpada.

Utiliza-se uma lâmpada automotiva (ou várias lâmpadas) de 12 volts, dependendo da potência do sistema. Também, em vez deste elemento, é permitido usar uma resistência de carga de outro tipo: um resistor potente, aquecedor elétrico, ventilador, etc.

Funcionamento do circuito de lastro com negativo

A ação do relé-regulador automotivo está diretamente relacionada ao nível de carga da bateria. Se a tensão nos terminais da bateria subir acima de 14.2 volts, o relé é ativado e abre o circuito negativo do transistor de potência.

Por sua vez, no transistor abre-se uma junção, conectando a lâmpada de incandescência direta à bateria. Como resultado, a corrente de carga é descarregada através do filamento da lâmpada incandescente. Quando a tensão nos terminais da bateria diminui – processo inverso. Assim, é mantido um nível estável de tensão da bateria.

Como funciona o circuito de lastro com positivo

Uma versão ligeiramente modernizada do controlador de carga 'lastro' para aerogerador é o segundo esquema com relé-regulador de contato de controle positivo. Por exemplo, relés de automóveis da marca 'VAZ' são adequados.

A diferença do esquema anterior é o uso de um relé de estado sólido, por exemplo, GTH6048ZA2 para corrente de 60A em vez do transistor. As vantagens são óbvias: o circuito parece ainda mais simples e, ao mesmo tempo, possui maior confiabilidade e eficiência.

Mais uma solução esquemática muito simples para montagem de um controlador de carga de bateria de aerogerador. A eficiência e confiabilidade do circuito são aumentadas pelo uso de um relé de estado sólido (+)

A peculiaridade desta solução simples é a conexão direta aos terminais da bateria do gerador eólico. Os condutores do controlador de carga também estão 'assentados' diretamente nos contatos da bateria.

Na verdade, ambas as partes deste circuito não estão conectadas entre si. A tensão do aerogerador é aplicada constantemente à bateria. Quando a tensão nos terminais da bateria atinge o valor de 14.2 W, o relé de estado sólido conecta a carga para descarga. Assim, a bateria é protegida pelo dispositivo contra sobrecarga.

Aqui, a carga de lastro pode ser não apenas uma lâmpada incandescente. É perfeitamente possível conectar qualquer outro dispositivo classificado para corrente de até 60 A. Por exemplo, um aquecedor elétrico tubular.

O que também é importante neste circuito – a ação do relé de estado sólido é caracterizada por uma amplitude gradualmente crescente. Na verdade, está presente o efeito de um controlador PWM fabricado profissionalmente.

Versão mais complexa do esquema do controlador

Se a variante anterior da solução do circuito do controlador de carga da bateria apenas lembra um dispositivo PWM (modulação por largura de pulso), aqui este princípio é implementado concretamente.

Este circuito controlador para aerogerador com gerador trifásico apresenta algumas complexidades, pois envolve o uso de circuitos integrados – em particular, amplificadores operacionais em transistores de efeito de campo na montagem TL084.

No entanto, na placa de montagem, tudo não parece tão complicado como no papel.

Solução esquemática para montar o controlador você mesmo, usando o microchip TL084. O princípio de funcionamento também é construído com o uso de relés para alternar modos, mas há a possibilidade de ajustar os pontos de corte (+).

Assim como nas soluções anteriores, um relé é usado como elemento de comutação para a carga de lastro. O relé é projetado para funcionar com uma bateria de 12 volts, mas se desejar, pode-se escolher um modelo para 24 W.

O resistor de lastro é feito como uma resistência de alta potência (enrolamento de nicrômio sobre cerâmica). Para ajustar a faixa de tensão de operação (11,5-18 V), são usados resistores variáveis no circuito de controle do microchip TL084.

Esse controlador de carga de bateria eólica funciona da seguinte maneira. A corrente trifásica obtida do gerador eólico é retificada por diodos de potência.

Na saída da ponte retificadora, forma-se uma tensão contínua que é aplicada à entrada do circuito através dos contatos do relé, um diodo adicional, a bateria e, em seguida, ao regulador interno (78L08) e à entrada do chip TL084.

O momento de comutação do trigger para um dos estados é determinado pelos valores dos resistores variáveis (Low V e High V) dos limites inferior e superior de tensão.

Enquanto houver uma tensão nos terminais da bateria que não exceda 14,2 volts (satisfazendo o valor de ajuste de R High V), a carga é realizada. Assim que os valores aumentam, o amplificador operacional TL084 envia um sinal para a base do transistor, que controla o relé.

Produto implementado por você mesmo de acordo com o esquema com o microchip TL084. Tudo é extremamente simples, até mesmo uma placa de montagem suspensa foi escolhida em vez de uma placa de circuito impresso de qualidade. Esses detalhes sempre agradam em construções caseiras.

O relé é acionado, o circuito de alimentação é interrompido e conectado ao resistor de lastro. A descarga pelo lastro continua até que a bateria esteja descarregada próxima ao valor de ajuste do resistor variável Low V.

Assim que esse valor é atingido, o segundo amplificador operacional TL084 comuta o circuito para o estado inverso. Assim funciona o controlador.

Alternativa eletrônica chinesa

Construir um controlador de gerador eólico por você mesmo é algo prestigioso. Mas considerando a velocidade do desenvolvimento das tecnologias eletrônicas, muitas vezes o sentido da montagem própria perde sua relevância. Além disso, a maioria dos esquemas propostos já está moralmente ultrapassada.

Acaba sendo mais barato comprar um produto pronto, feito profissionalmente, com alta qualidade de montagem e componentes eletrônicos modernos. Por exemplo, é possível adquirir um dispositivo adequado a um preço razoável no Aliexpress.

A variedade de ofertas no site chinês é impressionante. Controladores para geradores eólicos de diferentes níveis de potência são vendidos a partir de 10 €. Considerando esse valor, em termos de montagem do dispositivo por conta própria, definitivamente não vale a pena.

Assim, por exemplo, entre as ofertas do portal chinês existe um modelo para turbina eólica de 600 watts. Dispositivo com custo de 10.70 € adequado para trabalhar com baterias de 12/24 volts, em modo de corrente operacional até 30 A.

Um controlador de carga bastante decente, projetado para um gerador eólico de 600 watts, em versão chinesa. Tal dispositivo pode ser encomendado da China e recebido pelo correio em aproximadamente um mês a um mês e meio.

O gabinete resistente a todas as intempéries do controlador, com dimensões de 100x90 mm, é equipado com um dissipador de calor potente. O gabinete possui classificação de proteção IP67. Faixa de temperatura ambiente de -35 a +75 °C. O gabinete possui indicadores luminosos dos modos de operação do gerador eólico.

Pergunta-se: qual o sentido de perder tempo e esforço montando uma estrutura simples por conta própria, se existe a possibilidade real de comprar algo semelhante e tecnicamente sério?

Bem, se esse modelo não for suficiente, os chineses têm opções realmente "avançadas". Assim, entre as novas remessas, destacou-se um modelo de 2 kW para tensão de operação de 96 volts.

Produto chinês da lista de novas chegadas. Garante o controle de carga das baterias, operando em conjunto com um gerador eólico de 2 kW. Aceita tensão de entrada de até 96 volts.

Na verdade, o custo deste controlador já é cinco vezes maior que o do desenvolvimento anterior. Mas, novamente, se considerarmos os custos de produção de algo semelhante por conta própria, a compra parece uma solução racional.

A única coisa que preoucupa nos produtis chinesses é que eles tendem a parar de funcconar inesperadamente nos momentos mais inoportunos. Por isso, o disositivo comprado muitas vezes precia ser ajustado – naturalmente, por conta própria. Mas isso é muito mais fácil e simples do que fazer um controlador de carga para gerador eólico do zero.

Para os entusiastas de projetos DIY, nosso site tem uma série de artigos dedicados à fabricação de geradores eólicos:

1. Gerador eólico caseiro com alternador de carro: técnica de montagem do aerogerador e análise de erros
2. Como construir pás para gerador eólico caseiro: exemplos de fabricação artesanal de pás para aerogerador
3. Gerador eólico caseiro feito de uma máquina de lavar: instruções para montagem do aerogerador
4. Como calcular um aerogerador: fórmulas + exemplo prático de cálculo

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O desejo de fazer equipamentos para uso doméstico com as próprias mãos às vezes é mais forte do que a solução mais simples – comprar um dispositivo barato. Veja no vídeo o que resultou disso:

Avaliando as perspectivas de fabricar eletrônicos por conta própria, independentemente da sua finalidade, somos confrontados com a ideia de que a era dos 'faça-você-mesmo' está terminando.

O mercado está saturado de dispositivos eletrônicos prontos e componentes modulares para praticamente todos os produtos domésticos. Para os eletrônicos amadores, resta apenas uma tarefa: montar kits caseiros.

Se há algo a acrescentar ou dúvidas sobre o tema de montagem e uso de controladores para aerogeradores, pode deixar comentários, fazer perguntas e adicionar fotos de suas próprias criações – o formulário de contato está no bloco inferior.