Μελέτη σύνδεσης μικρών ανεμογεννητριών σε μικρής κλίμακας εφαρμογές με αποθήκευση σε συσσωρευτές και μελέτη,σχεδίαση και κατασκευή ρυθμιστή φόρτισης συσσωρευτών με απορριπτικό φορτίο

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της σύνδεσης ανεμογεννητριών μικρού μεγέθους σε μικρής κλίμακας εφαρμογές με αποθήκευση σε συσσωρευτές και η μελέτη, προσομοίωση, κατασκευή και βελτιστοποίηση ρυθμιστή φόρτισης συσσωρευτών με απορριπτικό φορτίο.

Αρχικά γίνεται μία παρουσίαση γενικά μεγεθών και χαρακτηριστικών των ανεμογεννητριών και ειδικότερα αυτών που είναι χρήσιμα για την περαιτέρω διεξαγωγή της έρευνας όπως είναι τα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά καθώς και η κατανομή του ανέμου που παίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο κατά την εύρεση της ενεργειακής απόδοσης της ανεμογεννήτριας.

Eισάγεται η έννοια των μικροδικτύων και μελετώνται τα μοντέλα ανάλυσης της σύνδεσης των ανεμογεννητριών,τα οποία είναι το AC και το DC. Παρουσιάζονται πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα και αιτιολογείται η επιλογή του AC μοντέλου στη συνέχεια της έρευνας.

Μελετάται αρχικά η σύνδεση της ανεμογεννήτριας των 850W που έχει κατασκευαστεί στο εργαστήριο, απευθείας σε συστοιχία συσσωρευτών 48V και 24V και εξάγονται συμπεράσματα όσον αφορά στην ισχύ των μπαταριών καθώς και της ενεργειακής απόδοσης του συστήματος.

Ασχολούμαστε στη συνέχεια με τα καλώδια σύνδεσης της γεννήτριας με τους συσσωρευτές και προχωράμε σε βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης ανάλογα με το μήκος και το τύπο του καλωδίου.

Προτείνεται η σύνδεση αυτεπαγωγής εν σειρά για την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης. Αξιοποιούμε το μοντέλο των 48V, προσομοιώνουμε τη λειτουργία του και προτείνουμε βέλτιστες τιμές παραμέτρων όσον αφορά στην αντίσταση του καλωδίου σύνδεσης και στης τιμή της αυτεπαγωγής.

Προχωράμε στην παρουσίαση τόσο εμπορικών όσο και μή εμπορικών ελεγκτών φόρτισης συσσωρευτών και παρουσιάζουμε τη δική μας υλοποίηση χαμηλού κόστους η οποία κατασκευάστηκε εξ' ολοκλήρου στο εργαστήριο και δοκιμάστηκε σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.

Έπειτα παρουσιάζουμε τη πειραματική διάταξη που στήθηκε για την διεξαγωγή των απαραίτητων πειραμάτων και γίνεται σύγκριση μεταξύ των αποτελεμάτων των θεωρητικών υπολογισμών και των πειραματικών μετρήσεων.

Τέλος εξάγονται συμπεράσματα και προτείνονται βελτιώσεις σε τμήματα της έρευνας μας.

Subject of the present work is the study of connection of small wind turbines in small scale applications concerning storage to batteries and also the study, simulation, construction and optimization of batteries charge controller with dump loads.

In the beggining we present general characteristics of the wind turbine and especially those which are useful for further progress of our study such as the aerodynamic characteristics and the wind allocation that plays an important role during the calculation of the energy efficiency.

The concept of microgrids is introduced an the models of connection are being studied, the AC model and the DC model. Advantages and disadvantages concerning the two models are presented so as to justify the ΑC model as the most appropriate for our causes.

At first we study the 850W wind turbine which was constructed in our laboratory directly to 48V and 24V batteries and useful conclusions are exported cooncerning batteries power and energy efficiency.

Then we deal with the connection cables between the batteries and the rectifier and we try to maximize energy efficiency depending on the type and wire length.

We suggest the introduction of an induction in series so as to maximize energy efficiency.We deal with the 48V AC model, simulate its' operation and we suggest optimal parameter values concerning the cable resistance and induction value.

We proceed to the introduction of both commercial an non – commercial charge controllers and present our low cost implementation which was manufactured and tested in real time conditions in our laboratory.

Then we present our experimental setup that was used for the conduc of our experiments and we compare the experiments' results an those of our theoretical work.

Finally conclusions are deducted and further optimizations concerning various parts of our work are proposed.