Подключение и установка ветряка
Токоприемник для генератора можно изготовить самостоятельно:
- Возьмите толстую проволоку с прямоугольным сечением.
- Припаяйте контакты с сечением не меньше 4 кв. мм.
- Накройте контакты стаканчиком из пластика. Закройте пробелы в опорной втулке и залейте эпоксидкой (эпоксидной смолой).
- После застывания сточите деталь до появления контактов. Для подвижного контакта хорошо подойдут медно-графитовые щетки из автомобильного стартера.
Вал мотора прикрепите к металлическому фиксатору с подходящим по диаметру резьбовым отверстием. Также должны быть предусмотрены отверстия для 4-х болтов. Для крепления остальных деталей ветряка нужна рама – стальная пластина или отрезок швеллера 6-10 мм толщиной. Для свободной фиксации рамы на мачте используйте подшипник с диаметром внутри от 60 мм.
Важно грамотно произвести расчеты
Простейшая схема предполагает зарядку аккумуляторов, которые питают в режиме константного напряжения (24 В). Чтобы применять их для запитывания техники в режиме переменного напряжения (220 В), в цепь должен быть включен специальный инвертор. Мачта конструкции может быть стальной, с диаметром не меньше 100 мм. Высота — 6-7 м для открытой местности, в ином случае минимум на 1 м выше соседних препятствий. В основании мачты должен быть бетон.
Внимание! Нельзя крепить ветряк на крыше – вибрация пагубно повлияет на строение. Прежде чем крепить ветроколесо, отбалансируйте его
В закрытом помещении закрепите его вертикально и посмотрите, не проворачивается ли конструкция самопроизвольно, из-за разницы в массе лопастей. Исправьте, если это так. Также все лопасти должны проворачиваться в одной плоскости, с перекосом не более 2 мм
Прежде чем крепить ветроколесо, отбалансируйте его. В закрытом помещении закрепите его вертикально и посмотрите, не проворачивается ли конструкция самопроизвольно, из-за разницы в массе лопастей. Исправьте, если это так. Также все лопасти должны проворачиваться в одной плоскости, с перекосом не более 2 мм.
Частные ветряные электростанции
Для России наиболее актуальным вопросом является распространение именно небольших станций, обеспечивающих один дом или усадьбу. Строительство крупных ВЭС в климатических условиях нашей страны нецелесообразно и нерентабельно. Самая большая ценность ветрогенераторов кроется в создании возможности обеспечить энергией отсталые или отдаленные населенные пункты, где нет сетевого подключения.
Для таких районов применение небольших частных станций является оптимальным способом решения вопроса, так как работа ветряка не требует обеспечения топливом, устройство несложно и свободно поддается ремонту. Обеспечить такие регионы дополнительным оборудованием намного проще и дешевле, чем выделять большие средства на проведение линии электропередач, особенно, если речь идет о гористой местности. Небольшие ветряки способны вырабатывать достаточное количество энергии, не нуждаясь в расходах на содержание или топливо, что делает их весьма перспективными и привлекательными вариантами решения проблемы.
Средние цены
Оборудование, используемое в альтернативной энергетике, в том числе и в ветровых установках, стоит не дешево. Это связано с тем, что как правило, новые модели выпускаются в штучном исполнении, а то, что уже поставлено не поток, не реализуется в массовом порядке, что обусловлено тем, что данный способ получения энергии еще не нашел широкого распространения среди пользователей.
Стоимость выше рассмотренных установок составляет:
- Модель «Liam F1», реализуется в странах Евросоюза и Америки, ее стоимость – от 4000,0 евро.
- Данные о стоимости модели американской компании Fiddler отсутствуют, но в связи с ее комплектацией и подачей на рынке подобных устройств, можно с уверенностью говорить, что цена установки не ниже, у голландских разработчиков.
Литература[править | править код]
- Педдер А. Ю. Современные ветродвигатели = Modern wind-engines: теория и расчет. — Петрозаводск, 1935. — 94 с.: ил.
- Е. М. Фатеев. Ветродвигатели и ветроустановки. — М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1948. — 544 с. — 15 000 экз.
- В. Н. Андрианов, Д. Н. Быстрицкий, К. П. Вашкевич, В. Р. Секторов. глава 2. Ветродвигатели, глава 3. Ветроустановки постоянного тока // Ветроэлектрические станции / под редакцией В. Н. Андрианова. — М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1960. — 320 с. — 2000 экз.
- Валерий Чумаков. Токи ветров (рус.) // Вокруг света : журнал. — 2008. — Август (№ 8 (2815)). — С. 98-106. — ISSN 0321-0669.
- Ветростанция в высотном здании // «Популярная механика»
- Ю.В. Кожухов, А.А. Лебедев, А.М. Данилишин, Э.В. Давлетгареев. Аудит характеристик ветрогенераторов с применением CFD-моделирования на суперкомпьютере (рус.) // CAD/CAM/CAE Observer : журнал. — 2016. — № 7 (107). — С. 81—87. Архивировано 20 декабря 2016 года.
Мощности промышленных станций
Промышленные ВЭС имеют весьма высокую мощность, способную обеспечивать крупные населенные пункты или регионы. Например, ВЭС «Ганьсу» в Китае имеет 7965 мВт, «Энеркон Е-126» выдает 7,58 мВт, и это еще не предел.
Следует сразу же оговориться, что речь идет о лидерах в ветроэнергетике, другие модели вырабатывают намного меньше энергии. Тем не менее, объединенные в крупные станции, ветряки способны на производство вполне достаточного количества электроэнергии. Объединенные комплексы вырабатывают суммарную мощность в 400-500 мВт, что вполне может сравниться с производительностью ГЭС.
Что такое роторный ветрогенератор?
Роторный ветрогенератор представляет собой устройство для приема энергии ветра и преобразования ее во вращательное движение. Ось вращения таких конструкций расположена вертикально, что существенно изменяет физику вращения и придает устройству массу особенностей:
- вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер. Поток, движущийся с любой стороны, одинаково воздействует на лопасти устройства
- воздействие потока происходит одновременно на рабочую и на обратную стороны лопастей, что несколько снижает эффективность крыльчатки
- вертикальные виды ветрогенераторов не используются для промышленной выработки энергии, используясь преимущественно для использования в частных целях
Самая значительная особенность вертикальный конструкций состоит в векторе приложения усилия потока. Если для горизонтальных крыльчаток усилие ветра приходится на наклонную поверхность и работает на сдвиг, то вертикальные устройства в большинстве получают импульс, направленный на лопасть во фронтальном направлении, что позволяет использовать энергию потока в максимальной степени.
При этом, одновременно с полезным воздействием поток контактирует и с обратной стороной лопасти, что создает противодействующее, тормозящее вращение усилие. Это является причиной меньшей эффективности вертикальных турбин по сравнению с горизонтальными.
Внешне большинство роторных конструкций напоминают детскую карусель — вокруг вертикальной оси расположены лопасти, числом от 2 и больше. Форма лопастей может быть разной, от подобия вертикально установленных желобов до плоскостей в форме крыла самолета, расположенных вертикально по касательной к окружности вращения.
Все разновидности имеют собственные наименования, большинство их них разработаны уже давно и являются модификациями и переосмыслениями друг друга.
Какие ветряные электрические генераторы бывают?
Выбирая ветрогенератор для дома, обращают внимание на такие его конструктивные особенности, как направление оси относительно земной поверхности. Различают ветровые генераторы для дома с вертикальной и горизонтальной осью вращения
ВЭУ с горизонтальной осью вращения ветряного колеса отличается высоким КПД, но не обошлось без недостатков. Эффективность таких электрогенераторов напрямую зависит от силы ветра. Поэтому такую установку целесообразно использовать на открытых участках. В местах, где ветряное колесо генератора заслонено от ветра зданиями, деревьями или складками местности лучше подобрать устройство другого типа.
Устройство генераторов с вертикальной осью вращения отличается между собой, что привело к появлению подкатегорий:
- Генератор Савониуса. Его «парус» состоит из половинок пустых цилиндров, установленных на вертикальную ось. Основное достоинство – вращение в независимости от направления и силы воздушного потока. Недостаток – низкий КПД, энергия ветра используется всего на 1/3.
- Генератор с ротором Дарье. Лопасти изготовлены в виде плоских пластин. Как и предыдущая модель, отличается невысоким КПД, простой конструкцией, но запускать его придется вручную.
- Генератор с геликоидным ротором (с закрученными лопастями). Устройство долговечное, обладающие высоким коэффициентом полезного действия, но дорогое. Высокая цена – основной недостаток устройства.
Самым эффективным в этой группе считается ветряной генератор со многими лопастями (с ротором Дарье).
Выбор лопастей для ветряка
Не очень сложно собрать самому ветрогенератор с горизонтальной осью на основе велосипедного мотора. Ветряное колесо – важнейший элемент в генераторе. Вариантов форм лопастей множество. На сегодня для домашнего использования наиболее эффективна крыльчатая, напоминающая крыло самолета. Такая конструкция сводит к минимуму противодействующие силы. Оптимальный угол расположение лопастей на оси составляет 10-12°C.
Форму крыльчатой лопасти лучше вырезать по шаблону. Для тихоходного ветряка проще все использовать ПВХ трубу с толщиной стенки не менее 0,4 см. Например, труба напорной канализации диаметром от 160 мм. Чтобы прикрепить лопасти к корпусу мотора, сделайте головку из мягкой стали толщиной 0,6-1 см с приваренными по числу лопастей пластин из того же материала толщиной 1,2 см и длиной около 3 см. В полосах нужны отверстия, к которым посредством болтов с контргайками крепится головка.
Внимание! Между лопастями и генератором должно быть минимум 25 см, чтобы при порыве ветра лопасти не сломались о корпус ветряка
В выборе количества «крыльев» важно найти «золотую середину». Не гонитесь за слишком быстрыми ветряками
2- или 3-лопастные действительно быстроходны, а ещё и дешевы, но имеют такие минусы:
Не гонитесь за слишком быстрыми ветряками. 2- или 3-лопастные действительно быстроходны, а ещё и дешевы, но имеют такие минусы:
В выборе количества «крыльев» важно найти «золотую середину». Не гонитесь за слишком быстрыми ветряками
2- или 3-лопастные действительно быстроходны, а ещё и дешевы, но имеют такие минусы:
Ветрогенератор
- Большая скорость – больший износ оси. Если конструкция или ее составные части отвалятся во время работы, то будут нести угрозу жизни и здоровью. По этой же причине не рекомендуется изготавливать лопасти из непрочного пластика.
- Чтобы КПД конструкции был высок, нужно очень придирчиво отнестись к аэродинамической составляющей. Даже маленькая погрешность может сильно снизить эффективность.
- Установку труднее сбалансировать на башне (мачте).
- Высокий уровень шума.
Преимущества и недостатки ветряных электростанций
К преимуществам ВЭС можно отнести:
- независимость от ископаемых ресурсов;
- используется абсолютно бесплатный источник энергии;
- экологическая чистота методики — никакого вреда окружающей природе не наносится.
При этом, есть и недостатки:
- неравномерность ветра создает определенные трудности в выработке энергии и вынуждает использовать большое число; аккумуляторных батарей;
- ветряки издают шум при работе;
- КПД ветряных электростанций низок, увеличить его очень сложно;
- стоимость оборудования и, соответственно, электроэнергии, намного выше, чем цена сетевого электричества;
- окупаемость оборудования с ростом его мощности значительно снижается. Наиболее производительные станции полностью не окупаются.
Использование небольших станций способно обеспечить энергией ограниченное количество потребителей, поэтому для крупных населенных пунктов или регионов требуются большие устройства. При этом, ветряки большой мощности нуждаются в соответствующих потоках ветра и равномерности его движения, что для условий нашей страны не характерно. В этом кроется основная причина низкого распространения ветряков по сравнению с европейскими странами.
Применение ветрогенераторов
Ветрогенераторы применяются в промышленности и в быту.
Ветроустановки промышленные используются для нужд производства или обеспечения электроэнергией небольших поселков в условиях отсутствия или дефицита электрического снабжения. Устанавливаются на открытой пустынной местности в большом количестве.
Морская ветрогенераторная электростанция
Ветряки, преимущественно простые, предназначены для домашнего использования на дачных участках. В зимнее холодное время для экономии электричества сооружаются на территории жилых домов. Простой ветрогенератор дает энергию в соответствии с количеством ветреных дней.
Какой ветряк лучше: горизонтальный или вертикальный?
ВЭУ разделяются на типы по направлению оси вращения — горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные (крыльчатые) располагают вертикальными лопастями, которые крепятся к мачте на горизонтальной оси. Такие ветрогенераторы занимают около 90% рынка; их легко отыскать в любом каталоге. Популярность крыльчатых ветряков обуславливается их высоким КПД, простым управлением, высокой устойчивостью к ураганам и демократичной стоимостью. Их можно устанавливать на любой высоте и не бояться поломки даже во время шторма.
Вертикальные ветряки (карусельчатые) получили свое название из-за вертикальной оси вращения ротора. Они отличаются легким монтажом и стабильной работой даже при малом ветре. Карусельчатые ветрогенераторы малошумны и компактны, из-за чего их часто устанавливают для домашнего использования. Минус таких ВЭУ — меньшая эффективность (в сравнении с крыльчатыми). Вертикальный ветряк нельзя поставить на высокой мачте из-за особенностей конструкции, поэтому они хорошо работают только в ветреной местности.
Горизонтальные ВЭУ более эффективны: половина работы их лопастей происходит за счет сопротивления противоположному движению ветра. Вертикальные же ветрогенераторы из-за смены направления ветра теряют свою мощность. Горизонтальные требуют меньше места и меньших затрат, они эффективны и мощны. Низкий уровень шума делает вертикальные ВЭУ привлекательным приобретением, однако они будут целесообразной покупкой только для тех домов, которые не требуют большого количества электроэнергии и располагают накопительными аккумуляторами на случай безветренной погоды.
Особенности установки
Промышленно изготовленный или самодельный ветряк необходимо устанавливать с соблюдением следующего минимума требований:
- Место установки лучше подбирать на возвышенности, вдали от препятствий, прибор располагать на высоте не менее 10 метров от поверхности земли.
- Мачта должна иметь надежное основание – лучше всего бетонное.
- Над ветряком необходимо расположить небольшой навес для защиты от осадков.
- При необходимости замены, ремонта или обслуживания облегчить доступ к оборудованию позволит складная конструкция мачты.
Видео-пример изготовления и применения ветряка для дома:
Стоимость ветрогенераторов
Цены на ветрогенераторы достаточно высокие. Это громоздкие конструкции, которые производятся из дорогостоящего материала. Имеют в комплекте аккумуляторы, контроллер, инвертор и мачту.
Комплект может состоять из: 1 — самого ветрогенератора, 2 — Мачты, 3 — Фундамента, 4 — Комплекта аккумуляторных батарей, 5 — Инвертора, 6 — Контроллера, а также проводов, коннекторов, стеллажа, дизель-генератора и прочих расходных материалов необходимых для монтажа
Технические характеристики ветрогенераторов также влияют на стоимость.
- Самый простой − это генератор с малой мощностью до 300 ватт. Производит энергию при силе ветра в 10-12 м /сек. Комплект самого простого ветряка только с контроллером стоит от 15 000 рублей. В комплектации с инвертором, аккумулятором и мачтой цена доходит до 50 000 рублей.
- Генераторы с заявленной мощностью 1 кВт. При слабом ветре в среднем производят энергии от 30-100 кВт в месяц. Для большого дома с высоким потреблением электроэнергии рекомендуется использовать в дополнение дизельный и бензиновый агрегаты. Они также будут заряжать аккумуляторы в дни полного безветрия. Стоит такой ветрогенератор от 150 000 рублей. Доходит и до 300-400 тысяч рублей с более полной комплектацией.
- Электрический расход в большом доме с приусадебным хозяйством потребует ветряк мощностью 3-5 кВт. Достаточное количество аккумуляторов, более мощный инвертор, контроллер, высокая мачта. Один комплект стоит от 300 000 рублей до миллиона.
Если дом еще и отапливался за счет ветра, то установку надо выбирать мощностью 10 кВт. И позаботиться о дополнительных источниках, таких как солнечные батареи. Возможно, понадобится и бензогенератор. Все зависит от того, сколько энергии придется держать в запасе на случай безветренных и пасмурных дней.
Самостоятельное изготовление домашней ветродуйки из шагового двигателя
Шаговые двигатели используются во многих электромеханических устройствах, например в принтерах. Если начать вращать вал такого движка, то на его клеммах появится электрическое напряжение. Это означает, что шаговый электродвигатель можно использовать в качестве электрогенератора.
Что подготовить для работы
Перед началом работы следует обзавестись маленьким шаговым электродвигателем, например от принтера. Приготовить электронные компоненты и провода для того, чтобы собрать схему выпрямителя. Потребуются обрезки тонкой листовой стали или алюминия для создания конструкции. И обязательно − мелкий крепёж. Нужен несложный слесарный инструмент и паяльник.
Чертежи и эскизы
Конструкторскую часть можно оформить в виде эскизов. Электродвигатель устанавливается на фанерную пластину по посадочным отверстиям на корпусе моторчика. Схема выпрямителя приведена на рисунке ниже.
ФОТО: YouTube.comЭлектрическая схема выпрямителя для генератора из шагового двигателя
Технология изготовления
Двигатель привинтить к фанерной пластине. Для увеличения его оборотов и получения повышенного напряжения можно сделать повышающий обороты редуктор. Для этого, тщательно определив межцентровое расстояние и выбрав параметры зуба, нужно на этой же базовой пластине на оси установить шестерню большего диаметра.
ФОТО: YouTube.comПовышающий обороты редуктор
Ручка на ведущей шестерне нужна для проверочных работ и для выработки тока при срочной зарядке микроаккумуляторов.
Популярные статьи Морская звезда из сосновых шишек
ФОТО: YouTube.comУстройство в сборе для проверки его работыФОТО: YouTube.comНа плате установлены мотор-генератор и блок выпрямителя
Проверка работоспособности
Для проверки работоспособности готового устройства к нему подключается USB-тестер. При вращении ручки на мониторе тестера появляется значение величины электрического напряжения.
ФОТО: YouTube.comПроверка работоспособности устройства
Для работы в качестве ветрогенератора на вал двигателя следует одеть крыльчатку.
Принцип действия
Устройство и принципиальная схема работы ветрогенераторов. Поток ветра заставляет лопасти вращаться, а те, в свою очередь, приводят в движение ротор генератора, который вырабатывает ток. Его сила прямо пропорциональна скорости ветра.
Закрепленные на роторе магниты, вращаясь в статоре, создают переменный ток. Такой ток необходимо выпрямить, то есть преобразовать в постоянный, поскольку только постоянным током можно зарядить аккумуляторы.
Электроэнергия сохраняется в аккумуляторе и расходуется при отсутствии ветра.
Стабильностью тока заряда батареи управляет устройство, которое регулирует скорость вращения лопастей в зависимости от величины заряда аккумулятора.
Подготовка катушек
В идеале нужно сделать детальный расчет параметров катушек. Но, для маломощного генератора, работающего на небольших оборотах, можно сделать и примерный расчет. Для этого устройства достаточно катушек, в которых совокупное количество витков будет находиться в пределах 1000-1200.
Для повышения мощности следует наращивать количество полюсов. Изготавливайте катушки посредством толстых проводов для минимизации сопротивления и, соответственно, повышения силы тока.
После сборки генератора следует произвести его проверку. Для этого не обязательно крепить агрегат к ветряку. Просто подключите к нему измерительные приборы и попробуйте вращать вручную.
Как выбрать при покупке?
При выборе ветряка для покупки необходимо определится для каких целей он нужен. Если вы хотите обеспечить свой дом электроэнергией, то тогда нужен агрегат мощностью 5 кВт с мощной аккумуляторной установкой и инвертором для бесперебойного снабжения электричеством.
Ниже приведены цены на некоторые модели ветрогенераторов:
- Exmork 5 кВт, 48 вольт, цена 301 194 руб. Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения. Номинальная скорость ветра 10 м/с, вращение начинается при скорости 2,5 м/с.
- Exmork 3 кВт, 48 вольт, цена 166 018 руб. Горизонтальная ось вращения, мощность при скорости ветра 12 м/с 3,5 кВт, при 5 м/с 0,5 кВт.
- Aero-Hunter AHV-2000, цена 192 940 руб. Вертикальная ось вращения, номинальная мощность 2 кВт, при скорости ветра 7-8 м/с.
- WW/FD 5,5 — 2 кВт/48VDC, цена 118 144 руб. Горизонтальная ось вращения, мощность 2 кВт, при скорости ветра 8,9 м/с.
Прежде чем устанавливать подобный альтернативный источник электроэнергии надо хорошо изучить все климатические условия местности, особенно ветровую нагрузку. От этого будет зависеть окупаемость ветряной электростанции, с учетом тех финансовых средств которые вложены на ее установку.
Лопасти ветрогенератора
Отдельно хотелось бы затронуть тему лопастей, от их количества и материала, из которого они сделаны, напрямую зависит эффективность работы установки. Исходя из их количества, они бывают одно- двух-трёх и многолопастные. Последние характеризуются числом лопастей больше пяти, они обладают большой инерцией и КПД,, за счёт чего могут использоваться для работы водяных насосов. На сегодняшний день уже разработан довольно эффективный в работе, способный ловить потоки воздуха без лопастей. Он работает по принципу парусника, он ловит порывы воздуха, из-за чего двигаются поршни, что размещаются в верхней части, сразу за тарелкой.
Чертежи лопасти.
По материалам, из которых сделаны лопасти в установках, различают жёсткие и парусные конструкции. Парусные являются более дешёвым вариантом из стеклопластика, или из металла, но во время активной работы они очень часто ломаются.
Что это такое?
В связи с тем, что потребность в энергетических ресурсах возрастает ежедневно, а запасы привычных носителей энергии сокращаются, использование альтернативных источников энергии становится с каждым днем всё более актуальным. В последнее время ученые и инженеры-конструкторы создают новые модели ветряных установок. Использование новейших технологий позволяет улучшить качественные характеристики агрегатов и уменьшить количество отрицательных моментов в конструкциях.
Ветрогенератор – это вид технического устройства, при помощи которого кинетическая ветряная энергия преобразуется в электрическую.
Производители ветрогенераторов
В связи с возрастающим спросом на экологически чистый способ выработки электроэнергии, на рынке появляются предложения от ведущих производителей ветрогенераторов. Вы всегда сможете подобрать оптимальный вариант.
- Дания “Vestas” c долей рынка – 12,7%
- Китай “Snovel” – 9, 0%
- Китай “ Goldwind” – 8,7%
- Испания “Gamesa” – 8,0%
- Германия “Enercon” – 7,8%
- Индия “Suzlon” – 7,6%
- Китай “Guodian United Power” − 7,4%
- Германия “Siemens” − 6,3%
- Китай “Ming Yang” − 3,6%
Наладили производство ветрогенераторов и отечественные производители: в московской области − ООО «Ветро Свет» , ООО “СКБ Искра”, ООО “Сапсан-Энергия”, ЗАО “Агрегат-Привод”, в Петербурге – ЗАО “Ветроэнергетическая компания”.
Расчёт и эффективность ветрогенератора
Ветер – это штука непостоянная и сильно зависит от окружающей среды. Один день может быть ураган, а в другой затишье. Так, что перед покупкой ветрогенератора для дачи или дома нужно тщательно изучить среднегодовую скорость ветра в своём регионе. Примерно эту величину можно посмотреть на карте ниже.
Среднегодовая скорость ветра в России
Если значение среднегодовой скорости ветра в вашей местности менее 4 метров в секунду, то не имеет смысла приобретать ветряную установку.
Если ветряк мощный, то потребуется монтаж с использованием крана. Поэтому, когда планируется ветрогенератор для дома, возведения мачты стараются избегать. При ограниченном бюджете выбор делается в пользу устройство с вертикальным расположением оси ротора. Такие модели работают на небольшой высоте без мачты при небольшой скорости ветра. В настоящее время специалисты ещё не делают однозначных выводов об их эффективности, поскольку они появились не так давно. С уверенностью можно сказать только о том, что вертикальные ветрогенераторы стоят дешевле, издают меньше шума, но вырабатывают меньше электричества.
Вертикальный ветрогенератор
Как можно оценить электроэнергию, которую вырабатывает ветрогенератор в течение года. Есть эмпирическая формула для устройств с горизонтальным ротором:
E = 1.64 * D2 * V3
В этой формуле:
E — это годовая выработка электроэнергии в кВт;
D — диаметр лопастей ротора, метры;
V — среднегодовая скорость ветра, метров в секунду.
Примерный срок службы ветрогенератора равен 25─30 лет. Подставляя в эту формулу требуемую для вашего дома выработку электроэнергии и среднегодовую скорость ветра в вашем регионе, вы сможете вычислить диаметр лопастей ротора.
В принципе мачту для ветряка можно изготовить своими руками. А вот электрооборудование лучше приобретать фабричного производства. Но многие умельцы самостоятельно собирают ветряные установки их отработавшей техники. Для этого в ход идут автомобильные генераторы, различные промышленные электродвигатели и т. п. Также своими руками изготавливают оперение «хвостовика» и лопасти для ротора. Сейчас на эту тему в интернете можно найти большое количество инструкций и схем. В результате можно сэкономить на сборке ветрогенератора. Однако нужно понимать, что самодельная установка всегда будет менее надёжна, чем фабричная. И КПД также будет меньше заводской.
Горизонтальный ветрогенератор
Стоит также отметить, что при увеличении диаметра лопастей и мощности генератора растёт выработка электроэнергии.
В некоторых промышленных ветрогенераторах большой мощности вырабатываемое электричество стоит дешевле, чем на ТЭС. Если ветрогенератор небольшой мощности, то себестоимость киловатта электроэнергии на нём выше, чем в случае традиционных источников энергии.
Минимальная скорость ветра
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз!
Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
- показания эти снимаются в аэротрубе;
- и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности.
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Виды ветряных электростанций
По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.
Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть.
Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.
В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:
- с вертикальной осью вращения;
- с горизонтальной осью вращения.
Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.
Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.
Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м
Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.
В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.
Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий
Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.
Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:
- количеством лопастей – бывают ветряки с двумя и тремя лопастями, встречаются и многолопастные модификации;
- материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
- шагом винта – регулируемый или фиксированный.
Следует отметить, что вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер.
В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.
В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.
Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.
Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс.
Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.
