25.03.2016 - Ladenie turbíny je nateraz hotové. Stačilo 6 krát upraviť program TriStaru. Začínam turbínu púšťať prakticky vždy keď to má nejaký význam. Automatické spustenie (odbrzdenie), ani motorické roztáčanie pri slabom, ale už efektívnom vetre (podrobnejšie na konci článku), zatiaľ nie sú hotové. Ale, až na malé výnimky, ju nevypínam pri silnom vetre.  Aj napriek tomu, že druhý, tretí a štvrtý stupeň ochrany (podrobnejšie ďalej) ešte stále nie sú nainštalované. 

     Včera, po dlhšej dobe zafúkalo celkom slušne. Predpoveď hovorila: vietor do 8 m/s a do 18 m/s v nárazoch. To prvé trochu podcenili, lebo slušný anemometer ukázal aj 8,7 m/s, to druhé bolo do 16. Úvodný obrázok tohto článku  je kópia voľne dostupnej živej informácie o denných dátach  regulátoru turbíny TriStar MPPT 60 (Dáta TriStar MPPT - VAWT  - v menu Dáta ONLINE vľavo). To sú dáta zo dňa 24.3., vlastne len z polovica dňa, lebo TS sa preklápa do nového dňa podľa nejakej vlastnej logiky.

Pri solárnej aplikácii vie, že keď dávajú panely 0V, je noc a ďalšie Wh budú patriť novému dňu, ale pri vetre nevie nič... Vtedy nastalo preklopenie okolo 10.00 ráno, screen je z 22.00 večer. Priemerný výkon turbíny bol za uvedené obdobie viac ako 200 W, pri maximálnom výkone 787 W a 303 RPM. Pravdepodobne turbíne povolím ešte mierne zvýšiť maximálne otáčky na 330, čo by malo viesť k povolenému maximu okolo 900 W. Ako? Zatiaľ jednoducho malým zvýšením limitu sledovaného výstupného napätia generátora, ktorého prekročenie má za následok pribrzdenie turbíny krátkodobým skratovaním generátora. Toto sa už týka ochrán,  k tejto téme sa ešte vrátim nižšie. Výstup z logovania meteostanice na obr. vľavo dostatočne ukazuje naozaj veľké kolísanie sily vetra. Meteostanica Giom meria priemerný vietor v krátkych intervaloch, preto tam sú vyššie hodnoty ako spomínam v úvode.

     Dva obrázky vpravo sú logy dát TriStaru. Ide o obdobie jedného mesiaca, pre presnejšiu lokalizáciu času uvádzam, že tieto dáta boli uložené presne pred desiatimi dňami. Z tohto ešte nie je možné urobiť serióznejší odhad budúcich výnosov, lebo turbína predsa len nebola zapnutá vždy. Išlo o priemerne veterné obdobie s jedným extrémom (denný výnos bol 4410 Wh a maximálny výkon 804 W (podľa datalogu, ale v dennom výpise analogickom z úvodného obrázku bolo 875 W). Vtedy som turbínu po očku sledoval z práce a odstavil som ju na 6 hodín aj preto, aby som sa mohol sústrediť na pracovné povinnosti :-), ale hlavne preto, že som nevedel ako sa zachová umelá odporová záťaž v situácii, keď je do nej dodávaných non-stop minimálne 500-700W.  Bola totiž chladičom pripevnená k drevenej stene a nemal som žiadnu predstavu o jej teplote. Vedel som len, že chladiace ventilátory záťaže sa už vôbec nevypínajú. Ak by som ju neodstavil, boli by to minimálne 3 kWh navyše, pretože vietor ako taký, by turbína ustála bez problémov. Trvalý vietor podľa Giomu dosahoval miestami 11 m/s a nárazy až 20 m/s. V niektorých chvíľach elektronická brzda pracovala veľmi často. Aj preto, že akosi často sa regulátor dostával do absorbcie. To som neskôr vyriešil tým, že som na výstup TS MPPT aj TS 45, ktorý riadi umelú záťaž, dal konečne poriadne hrubé 10mm2 laná. Pomohlo to, predchádzajúce vodiče naozaj nestíhali. Obr. vľavo - po úprave (TS-45, TS MPPT, umelá záťaž).

     Keď je reč o elektronickej brzde, poďme k tým ochranám. Už som ich na pár miestach aj v minulých článkoch spomínal, ale zhrniem to znova. 

     - (1) Lan relé - diaľkovo ovládané aj cez internet. Spúšťa alebo zastavuje turbínu. Ovláda dve sériovo zapojené 12 V autorelé so 40A kontaktami. Zapnutie turbíny je zapnutie relé. To znamená že problém s výpadkom batériovej siete turbínu zastaví, lebo relé odpadnú. V druhom rade meria napätie turbíny a pri dosiahnutí nastaveného maxima ju vypína (v budúcnosti bude slúžiť ako posledná ochrana s vyšším nastaveným napätím ako ochrana č. 2). A v poslednom rade vypne turbínu pri výpadku internetu, ktorý trvá nastavenú dobu. (V tomto časej je Lan relé ešte stále jedinou ochranou. Na ochrane č. 2 sa práve pracuje. Meranie napätia má nastavenú hysteréziu, takže nevypne turbínu trvale, len ju na sekundu pribrzdí.)

    - (2) Relay Driver - je originálne príslušenstvo k TriStaru. Obsahuje 4 relé, ktorých funkčnosť je nastaviteľná. Hlavnou úlohou bude elektronická brzda. Pri prekročení nastaveného napätia generátora dvomi 24V autorelé so 70A kontaktami skratuje na 3 sekundy generátor, čim ho výrazne pribrzdí, ale nezastaví. Ak by mal Relay Driver viac logiky, nastavil by som po troch tesne po sebe idúcich trojsekundových pribrzdeniach jedno dlhšie pribrzdenie. Ide o snahu aj v extrémnejších vetroch neodstaviť turbínu hneď, ale pokúsiť sa pribrzďovaním prečkať najhoršie fázy vetra.

    - (3) Meteo senzor - zapne Lan relé (1) pri použiteľnom vetre a vypne keď hodnota klesne pod použiteľnú hranicu. Vypne (1) pri opakovaných extrémnych poryvoch ak ich početnosť dosiahne nastavenú hodnotu.

    - (4) - Otáčkomer - vypne (1) pri dosiahnutí nastavenej hranice otáčok.

     Mimochodom,  všetko vyššie uvedené by zvládlo jedno Arduino, ale nie som si istý, či je dobré zveriť celú bezpečnosť jedinému zariadeniu.  Tiež treba povedať, že veľa z vyššie uvedeného zvládajú niektoré (aj nie drahé čínske) regulátory pre veterné turbíny, takže to vôbec nemusí byť tak zložité, ako to vyzerá. 

     A prečo toľko o ochranách? VAWT nemajú možnosť vychyľovania zo smeru vetra, alebo naklápanie listov pri silnom vetre ako HAWT. Ich limitom je v takom prípade "preplnenie" a následné odtŕhanie prúdnic od listov, čo zamedzí ďalšiemu zrýchľovaniu. Môj generátor je 1500 Wattový, a vrtuľa dosť veľká, aby ho v silnom vetre k tomuto výkonu aj naozaj dohnala. V záujme dlhodobého používania nechcem ísť až na ich limity a vyššie uvedenými spôsobmi budem hranice maximálneho výkonu radšej znižovať.

     Dajme tomu, že s menšou turbínou by bolo aj menej problémov. Je to naozaj tak, ale to je zasa v konflikte s užitočnosťou. Malá turbína dá menší výkon a pri slabšom vetre podstatne menší. Veľká dá pri slabšom vetre (nie slabom) v mojom prípade napr. pri 6,5 m/s 200 W, čo spoľahlivo potiahne v noci celý dom a zostane aj pre baterky. Malá 200 Wattová dá pri tom istom vetre tiež len pätinu. Nehovorím, aj 40 W je fajn, ale 200 je predsa len, akosi, viac fajn... :-) Ale je tu jedno ALE! Ale len v tom prípade, ak dokážeme bezpečne skrotiť veľkú turbínu v silnom vetre.

     Krátke video z 24.3.2016, vietor v tom čase cca 6,5 m/s (plus-mínus) a výkon  trvale 200 W (tiež plus-mínus).

      Na záver ešte k tomu motorickému roztáčaniu: je to taký výmysel, kvôli momentálnym špecifikám, konkrétne kvôli ťažkej vrtuli. Pri rýchlosti vetra 3 m/s sa turbína točí, ale nerozbehne sa do prevádzkových otáčok, rýchlobežnosť sa neodlepí od 1. Stačí pár desiatok sekúnd svižnejšieho vetra a naštartuje. Ale sú dni, keď bude celý čas fúkať tých 3 m/s, skoro stabilne, a výťažok je 0 Wh, lebo ten trochu dlhší silnejší poryv vetra neprišiel. Ak sa ale rozbehne, či už tým spomínaným silnejším poryvom, alebo motorom (samotným generátorom, ktorý sa na niekoľko sekúnd odpojí od systému a pripojí sa naň správne "namodulované" trojfázové napätie), bude to mať zmysel. Zo skúseností viem, že ak fúka 3 m/s, stačí vrtuľu roztočiť na 40 ot/min a ďalej sa už bude rozbiehať sama. Pri vetre 3 m/s dáva turbína 15-20W, čo pri celodennej prevádzke je rozhodne viac Wh ako 0. Minimálne vyrobí dosť energie pre svoju obslužnú elektroniku a aj baterke sa niečo ujde. Na záver sa ešte raz dostávam k začiatku tohto odstavca. Ak by bola vrtuľa aspoň o tretinu ľahšia, ako terajších cca 60 kg, nebolo by o žiadnom umelom roztáčaní vôbec potrebné uvažovať. Táto myšlienka prišla ako podružná pri návrhu nového regulátora a jeho "otec" sa jej nebránil. Má ísť podľa neho len o reverzné využitie meniča regulátora, čo nie je problém. Probematickejšie už bude naprogramovať správne pulzy pre generátor ako motor, pričom treba vedieť vyhodnotiť aj smer otáčania a postupne frekvenciu pulzov zvyšovať. Tak uvidíme, či sa to podarí. 

     A celkom na záver jeden 100 percentne pravdivý "bonmot", ktorý som práve vymyslel: Ak je niečo ľahké, tak to nie je ťažké! :-)  Držme sa toho priatelia a robme veci ľahšie... :-) Aj život bude menej ťažký.