Для чего используют ветрогенераторы

Автономное электроснабжение от энергии ветра: выбираем ветрогенератор

Этой статей мы открываем тему, посвященную ветроэнергетике и бытовым электростанциям, функционирующим на основе ветрогенераторов. В ее первой части мы расскажем:

Перспективы ветроэнергетики

Генерировать электричество из энергии ветра – возможно. Но сразу оговоримся: объем электрической мощности, которую можно «снять» с домашнего ветрогенератора, напрямую зависит от особенностей местности, в которой вы проживаете.

Поэтому, рассматривая автономную электростанцию как альтернативу местным электрическим сетям, предварительно изучите данные статистики по среднегодовой скорости ветра в своем регионе. Определить перспективность строительства автономной системы помогут таблицы интенсивности ветра, используемые при строительстве ветроэлектростанций (их можно найти с помощью любой поисковой системы). Также сориентироваться в вопросе поможет информация о технических характеристиках существующих ветрогенераторов и личные среднесуточные замеры скорости ветра, выполненные с помощью анемометра – прибора для измерения скорости ветра.

При слабом ветре генератор может вовсе не вырабатывать электричество, при этом свою номинальную мощность устройство развивает только при значительной скорости ветра.

Мощность при ветре 1 – 3м/с – около 3 Вт/ч (как у обычного зарядника от телефона), а при более сильном ветре мощность возрастает. В сутки ветряк вырабатывает примерно 30–60 Вт/ч (при ветре 1 – 3м/с), а при ветре 3 – 5м/с – до 100 Вт/ч. Энергия накапливается в маленьком буферном аккумуляторе, от которого осуществляется зарядка девайсов и работает светодиодное освещение.

Мы привели пример ветрогенератора небольшой мощности, который изготовлен из стандартной динамо-втулки. Он наглядно демонстрирует, что ветроэнергетика (даже на уровне хобби) имеет вполне реальные перспективы.

В целом, планируя строительство домашней ветроустановки, не следует ставить перед ней нереальных задач. Но если все сделать правильно – собрать установку, оснащенную аккумуляторами, контроллером и инвертором, то можно получить вполне удовлетворительные результаты (особенно, если ваш участок расположен вдали от централизованных электрических сетей). А дополнив систему солнечными батареями, можно получать энергию даже при полном отсутствии ветра.

Сейчас живу на даче, и электричество у меня от самодельной комбинированной системы: два ветрогенератора общей мощностью 300 Вт/ч и две солнечные панели общей мощностью 200 Вт/ч. Я расходую около 10-15кВт/ч энергии в месяц. Этой электростанции мне хватает на освещение, телевизор, Интернет и связь. Ну а если больше захочется, то и цена установки соответствующей будет.

Из чего состоит ветровая электростанция

Сам по себе ветрогенератор (независимо от мощности и других технических характеристик) никогда не сможет обеспечить бесперебойное питание подключенных к нему электроприборов. Скорость ветра – неравномерна. Как следствие, объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может очень сильно меняться (временами ветряк, и вовсе, останавливается). Поэтому классическая схема ветроэлектростанции, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду, должна иметь следующий вид:

Учитывая, что ветрогенератор является ключевым элементом электростанции, параметры, по которым следует его выбирать, мы рассмотрим в первую очередь.

Стартовая скорость ветра и момент страгивания ветряка

В регионах, где штормовые воздушные потоки – большая редкость, основной задачей является выбор ветрогенератора, способного вырабатывать электричество даже при сравнительно слабом ветре (4…5 м/с). Способность установки начинать вращение при небольшом ветре характеризуется величиной его стартовой скорости.

Стартовая скорость напрямую зависит от стартового момента (момента страгивания) ветряка – усилие, которое необходимо приложить на рабочий винт ветрогенератора, чтобы он начал свое вращение. Чем меньше стартовая скорость ветра, тем больше дней в году генератор будет радовать вас альтернативной энергией. Большинство ветрогенераторов, которые используются в домашних условиях, имеют стартовую скорость – 2…3 м/с.

При этом есть отдельная разновидность устройств (с парусным винтом), которые очень чувствительны к движению воздуха.

Они стартуют при значительно меньших скоростях ветра (от 0,2 м/с), но обладают крайне ненадежной конструкцией. Поэтому перспективы их использования мы рассматривать не будем.

Стартовую скорость не следует путать с рабочей и номинальной скоростью, поскольку не всегда при минимальных оборотах ротора генератор способен давать ток, достаточный для зарядки аккумулятора.

Рабочая скорость

Для того чтобы генератор не вращался «вхолостую» (например, при небольшой скорости ветра), его рабочие характеристики должны соответствовать погодным условиям, которые преобладают в вашей местности.

Нормальные быстроходные ветряки начинают заряд аккумуляторов при скорости ветра в 3 – 3.5 м/с.

Скорость ветра, при которой ветрогенератор начинает давать ток на нагрузку – это минимальная рабочая скорость. Номинальная (расчетная) скорость ветра – скорость, при которой силовая установка выходит на свою номинальную мощность.

Основные разновидности ветрогенераторов

Наиболее популярны сегодня классические быстроходные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и тремя лопастями.

Быстроходными считаются ветряки с минимальным количеством лопастей: 2, 3 или, вовсе, с одной (оснащенной противовесом). При сильном ветре такие генераторы очень быстро вращаются и при этом сильно шумят. Особенно это касается однолопастных устройств. Несмотря на то, что проблема шума может показаться незначительной, относиться к ней следует очень серьезно.

ВГ шуршит: начиная с 5–6 м/с ветер в ушах свистит, заглушая все звуки вокруг. Начиная с 1 кВт, контроллер начинает притормаживать ВГ, после чего устройство начинает не только шуршать, но еще и гудеть.

Форумчанин представил описание брендового быстроходного ветрогенератора, обороты которого (при скорости ветра в 10 м/с) приближаются к показателю 400 об/мин. Из него можно сделать вывод: располагая ветрогенератор вблизи жилых помещений, целесообразно рассмотреть вариант с тихоходным ВГ (если, конечно, не хотите, чтобы доброжелательные соседи однажды превратились в ваших закоренелых врагов). Такие генераторы ввиду своих аэродинамических особенностей даже при сильном ветре не развивают больших оборотов. К тому же, при сравнительно одинаковой мощности диаметр лопастей у тихоходного ветряка всегда меньше, чем у быстроходного устройства. Это делает проще и монтаж, и эксплуатацию установки.

Горизонтальный тихоходный ветряк – это установка, в конструкции которой имеется более трех лопастей, а показатель быстроходности (Z) соответствует значению Z ≤ 5. Где Z – отношение окружной (концевой) скорости лопастей ветряка к скорости ветра.

На практике характеристики тихоходного ветряка соответствуют следующим параметрам:

Частота вращения 400 об/мин – это далеко не тихоходный винт. 120 об/мин и выдача на этих оборотах номинала мощности – это тихоходный ветряк.

Дополнительным преимуществом тихоходной установки является низкая скорость страгивания. Благодаря высокому крутящему моменту, который лопасти передают на рабочий винт генератора, установка стартует даже при небольшом ветре. Высокий момент образуется за счет большей площади лопастей (в сравнении с быстроходными ветряками).

Из-за большого количества лопастей во время работы перед винтом тихоходного генератора образуется воздушная подушка (ветер не успевает проходить через лопасти). Эта особенность оказывает негативное влияние на производительность установки, и из нее вытекают основные недостатки устройства.

К основным недостаткам тихоходного ветряка можно отнести сравнительно низкий КИЭВ и высокую парусность (которая в штормовую погоду может привести к фатальным для установки последствиям). При этом тихоходные ветряки оснащаются генераторами с увеличенным диаметр ротора, а иногда – дополнительными мультипликаторами, которые облегчают запуск и вращение силовой установки. Перечисленные усовершенствования позволяют увеличить линейную скорость ротора и «снять» с генератора больше мощности при небольших оборотах. Такая конструкция генератора значительно увеличивает стоимость всей установки.

Что касается быстроходных генераторов горизонтального типа: благодаря своей простоте и относительной дешевизне эти устройства получили достаточно широкое распространение. И если в конструкции такой установки реализована защита от бури (например, механизм складывания хвоста при сильном ветре), то единственным неудобством во время ее эксплуатации может стать сильный шум.

Тихоходные горизонтальные ветрогенераторы гораздо реже используются на территории частных домовладений. Во многом это связано с характерными особенностями подобных установок.

Маленьких тихоходных генераторов (мощностью до 600 Вт/ч и с размахом винта в 1,5 метра) не бывает! И это не я так плохо искал, и даже не я так придумал. Это законы природы. Хотите тихоходный и «что-то дающий» ветряк – смотрите на вертикалки. Но весят они (даже слабые) тоже немало – у них большая материалоемкость.

На нашем форуме не так уж и много сообщений, говорящих в пользу вертикальных ветрогенераторов. Некоторые сетуют на то, что их конструкция слишком громоздка, других не устраивает низкая производительность устройств (КИЭВ), многие жалуются на недостаточную способность вертикальных установок к самозапуску и т. д.

Самыми непроизводительными считаются роторы «Савониуса». Их КИЭВ едва ли достигает значения – 0.2.

В то время как средний КИЭВ роторов с аэродинамическими крыльями (роторы «Дарье») равен 0,4 (что совпадает со средним значением КИЭВ горизонтальных ветряков). Роторы Дарье наиболее популярны среди вертикальных установок, используемых в ветроэнергетике.

Несмотря на перечисленные недостатки, если ветрогенератор получил определенное распространение, то есть у него и свои преимущества. У моделей с вертикальной осью вращения они следующие:

Сейчас закончил свой ветрячок мощностью 500Вт. Вот, что показали испытания: при 4 м/с – 180Вт, 5м/с – 280Вт, 6м/с – 350Вт, 7м/с – 400Вт, 8 м/с – 470Вт, 9м/с – 520Вт, 10м/с –600Вт. Что касается генератора: сейчас кручу машину «ДБМ185-6-0,4-2», число пар полюсов в ней 8, номинальное напряжение – 27В, частота вращения при идеальном холостом ходе – 390…450 об/мин, пусковой момент (Н*м) – не менее 21,8, сопротивление фазы – 0,28…0,636 Ом.

Диаметр установки, о которой идет речь – 1,2 м, высота – 1 м. Изготовлена она по типу ортогонального Н – ротора Дарье.

Как видим, вертикальная конструкция ветрогенератора вполне имеет право на жизнь. Выбирая подобную установку, очень важно учесть ее производительность, а главное – максимальную скорость ветра, характерную для вашей местности. Ведь вертикальный ветряк практически не имеет механической защиты от бури.

Выбор ветрогенератора по характеристикам мощности

Выбирая ветрогенератор, который развивает номинальную мощность (предположим – 800 Вт/ч) при скорости ветра 8 м/с, не стоит рассчитывать на то, что при ветре 4 м/с установка будет стабильно выдавать 400 Вт/ч.

Ниже приведена зависимость мощности от ометаемой площади рабочего винта и скорости ветра.

О мощности: обычно к описанию ветрогенератора прилагается график. Мощность установки зависит от мощности ветра. А мощность ветра пропорциональна скорости ветра в кубе. Но точные параметры генератора проще по графику посмотреть.

График мощности ветрогенератора изначально учитывает КПД установки, который выражается в коэффициенте использования энергии ветра (КИЭВ). Средний КИЭВ современных электроустановок находится в пределах – от 0,3 до 0,4. Исследуя график мощности, следует рассматривать не сколько номинальные характеристики устройства (их можно получить только при ветре 9–10 м/с), сколько показатели, характерные для среднегодовых значений ветра именно в вашей местности (например, 4–5 м/с). Только так можно правильно оценить потенциал того или иного ветрогенератора.

У вас, наверняка, приборы будут работать от переменки – 220В. При этом аккумуляторы дают ток постоянный, и его надо преобразовать в переменный. А это потери (до 10%). Еще есть потери при хранении энергии в аккумуляторах и т.д.

Следовательно, технические характеристики ветрогенератора следует соотносить не только с собственными потребностями в электричестве, но и с неизбежными потерями, возникающими во время работы альтернативной электростанции. Необходимо брать во внимание характеристики преобразователей тока, потери на сопротивление проводников (особенно, если генератор расположен на большом расстоянии от конечных потребителей) и т. д.

Напряжение генератора

В идеале номинальное напряжение на выходе генератора должно соответствовать параметрам ваших аккумуляторных батарей. Например, для двух последовательно соединенных аккумуляторов (12 В) подойдет ветрогенератор номиналом 24В. Для четырех таких аккумуляторов (также соединенных последовательно) подойдет ветряк номиналом 48 В и т. д.

Номинальное напряжение аккумуляторов должно соответствовать номинальному напряжению ветряка.

Некоторые современные контроллеры способны компенсировать большую разницу между выходным напряжением ветрогенератора и номиналом аккумуляторов. Но об особенностях дополнительных устройств, входящих в комплект домашней электростанции, мы поговорим в продолжении настоящей статьи.

Мы рассмотрели ключевые параметры, которые следует брать во внимание, выбирая установку для домашней электростанции самостоятельно. Но, как гласит народная мудрость: «учиться следует на чужих ошибках». Нам же ничто не мешает использовать это правило применительно к чужим успехам.

Я очень рекомендую взять у продавцов несколько адресов, по которым установлены ветряки, и съездить по ним. Посетив, поговорить с хозяевами, спросить – как работают, сколько кВт/ч устройства выработали и т. д. Опираясь на полученную информацию, можно принять решение, сэкономив себе и нервы, и деньги.

Руководствуясь чужим опытом, можно частично решить проблему электротехнических расчетов или, хотя бы, получить четкие ориентиры в этом направлении.

Проблемам выбора подходящего ветрогенератора на страницах FORUMHOUSE посвящена целая тема. Реальный опыт наших пользователей поможет вам немного сориентироваться в существующем многообразии. Также вы можете узнать о различных вариантах использования альтернативной энергии, посетив соответствующую страницу нашего интернет-проекта. Многие наши пользователи уже успели сформировать свое мнение относительно преимуществ или недостатков того или иного ветрогенератора. Ознакомившись с их взглядами на проблему, вы сможете более объективно судить о том, какая установка будет применима конкретно к вашему случаю. И еще: альтернативной может быть не только электрическая, но и тепловая энергия. И наш видеюсюжет наглядно это демонстрирует.

Источник

Альтернативный источник энергии для дома — ветрогенератор: принцип работы, виды, цены, где купить

Новинка, позволяющая получать энергию для питания приборов, используемых в быту, называется ветряной генератор. Сегодня они получили широкое применение. Людей всегда привлекала энергия, которой обладают воздушные массы.

Описание

Наши далекие предки научились ее использовать для вращения ветряных колес и управления парусами.

После этого более двух столетий ветер носился бесцельно по необозримым просторам нашей необъятной планеты, пока для него нашлась вновь полезная работа.

Сегодня его используют для ветрогенераторов, которые из мечты превратились в реальные устройства, используемые в быту.

Что представляют собой электростанции, использующие силу ветра?

Принцип функционирования ветряка генератора необычайно простой: лопасти, закрепленные на валу генератора, вращаются потоком ветра. В результате в обмотках генератора создается переменный ток, который в аккумуляторах накапливается и питает бытовые приборы.

Приведенная схема функционирования бытового ветрового генератора является упрощенной. На практике она намного сложнее, поскольку дополняют ее другие устройства, необходимые для преобразования тока.

Назначение основных составляющих ветряка

Дополнительные компоненты

Важно: сеть не может работать одновременно от несколько источников питания.

Все перечисленные преобразования от полученной энергии «забирают» определенную часть – до 20 процентов.

Автоматический переключатель

Если совмещают работу ветряка с аккумулятором, работающим на солнечной энергии, или иным генератором электричества, использующим бензин или дизельное топливо, то в схему добавляют также АВР. Назначением автоматического выключателя является запуск резервного источника питания в случае отключения главного.

Типы ветряных электростанций

Деление идет по четырем категориям:

Принцип действия

Используют ветрогенераторы в местах, удаленных от централизованных электросетей. Но, это не единственное их применение. Сегодня многие хотят иметь автономное электропитание, да еще и сэкономить на этом.

Выбирая для дома ветрогенератор, рекомендуется, хотя бы в общих чертах, понимать, как он работает. Состоящая из лопастей и хвостовика конструкция крепится на металлической мачте.

Под воздействием ветра, все это вращается, приводя в движение генератор.

Вырабатываемый ток в преобразователе превращается из переменного в постоянный (20В, 50 Гц). Затем он направляется в аккумулятор, а оттуда в дом для использования домашними приборами.

Схема «флюгер»

Чтобы работать максимально эффективно, ветряной генератор располагать нужно «по ветру», т.е. вдоль его потока. В системах относительно простых используется принцип флюгера, т.е. на противоположном генератору конце закрепляют вертикальные лопасти, которые разворачивают устройство навстречу потоку ветра.

Для промышленных (более мощных) установок их заменяют поворотным электрическим двигателем, управляемым датчиками направления.

Особенности ветряных генераторов

Чтобы работа устройства была эффективной, покупателям необходимо иметь представление об их особенностях.

Разновидностей, как теперь известно, существует всего две – с роторами горизонтальными, которые более распространены, и расположенными вертикально.

КПД первых достаточно высокий. Он достигает 50%.

Но такие конструкции имеют недостатки — высокий уровень вибраций и шума. А также к недостаткам относится то, что для монтажа таким конструкциям требуется много места — до 100 метров, а высота их мачты при этом немалая — начинается с 6 метров.

Второй вид ветрогенераторов, роторы которых вертикально расположены, по эффективности втрое хуже.

Рекомендуем:

Но есть у них и достоинства, к которым относят:

Установкам таким не страшны ураганы, а также они не боятся обледенения. Запустить ветрогенератор в состоянии даже слабый ветер (1,0-2,0 метра в секунду). В отличие от них, горизонтальные конструкции функционировать могут при минимальной силе ветра в 3,5 м/с.

Виды ротора

Ветрогенераторы различаются по форме ротора (рабочего колеса).

Вращаются такие роторы с небольшой частотой, составляющей порядка 200 об/мин., благодаря чему их механический ресурс во много раз больше, чем у горизонтальных.

Можно купить ветряк в торговой сети или изготовить самостоятельно.

Расчет ветрогенератора

Ветер непостоянен и капризен в отличие, например, от газа, перекачиваемого по трубам, или бесперебойно поступающей в дома электроэнергии.

То он «несется» с бешеной скоростью, сметая все на пути, то сменяется полнейшим штилем. Из-за этой особенности, необходимо, перед тем как приступать к изготовлению или решаться на покупку, оценить потенциал энергии воздуха в конкретной области, т.е. просчитать среднегодовую силу ветра.

Узнать этот показатель поможет соответствующий запрос во всемирной Сети.

Имея эту таблицу, отыскиваем свой район. Затем сравниваем интенсивность окраски с оценочной шкалой и высчитываем показатель.

При силе ветра среднегодовой менее 4,0 метров в секунду смысла в установке ветряка нет, поскольку необходимого количества энергии от него нельзя получить.

Если же показатель больше указанной величины, необходимо перейти к следующему этапу — подбору мощности.

Для автономного электроснабжения, берется в расчет среднестатистический показатель потребления электрической энергии одной семьей. Он составляет в месяц 100-300 кВт/ч.

Для регионов, у которых ветропотенциал от 5 до 8 м/сек (низкий), «выдать» нужное количество энергии может установка, мощность которой 2-3 кВт.

Понятно, что летом энергии вырабатываться будет меньше, чем в зимний период, когда сила ветра больше. Это необходимо учитывать при расчете.

Выбор ветрогенератора

При покупке ветрогенератора для частного дома, рекомендуется присмотреться к российским ветрогенераторам, которые уже успели хорошо себя зарекомендовать. Неплохими считаются и китайские устройства, которые дешевле на порядок, чем европейские.

Покупка ветрогенератора отечественного для частного дома мощностью порядка 2 кВт обойдется в среднем 100 тысяч российских рублей. Но это, если комплектация минимальна, т.е. включает генератор и лопасти.

Ни мачта, ни дополнительное оборудование (кабель, контроллер, аккумуляторы, инвертор) в комплект не входят. Вместе с ними и монтажом стоимость возрастает от 40 до 60%.

Более мощные ветрогенераторы (3-5 кВт) для дома купить можно, заплатив 350-450 рублей.

Ветряк, изготовленный своими руками

Самостоятельно изготовленный ветрогенератор многие считают забавой, но есть и иное мнение – так можно реально сэкономить финансовые расходы.

Но, все сходятся во мнении, что сделать эффективное устройство очень непросто.

Основные рекомендации к расчету

Двигатели

Для изготовления ветрогенераторов не подойдут двигатели с прямым приводом от стиральных машин и автомобилей, поскольку они от ветряного колеса могут генерировать незначительную энергию.

У первых стоят магниты ферритовые, а требуются более производительные ниодимовые. Для эффективной работы вторых требуются большие обороты, развивать которые ветряк не может.

Самостоятельный монтаж и намотка обмоток от изготовителя требуют большой точности и терпения. Мощность такого самодельного устройства не превышает 2—Вт.

Часто используют в последнее время мотор-колесо для скутеров и велосипедов.

Они оптимально отвечают требованиям, предъявляемым к устройствам, работающим с вертикальным ветровым колесом, и заряжающим аккумулятор. Выдаваемая мощность в этом случае моет достигать 1 кВт.

Изготовление винтов

Проще других изготовить винт роторный и парусный. Первый подходит для ветрогенераторов вертикальных. При простоте изготовления, они надежны в работе.

Второй состоит из прикрепленных к центральной пластине изогнутых легких трубок. Лопасти, обладающие большой парусностью, крепятся шарнирами. Это исключает их деформацию и складывание при сильных порывах ветра.

Ветрогенераторы, имеющие горизонтальную ость, изготовленные своими руками, требуют установки пропеллерного винта. Умельцы их изготавливают из ПВХ труб. Диаметр последних лежит в диапазоне 160-200 мм. Лопасти крепятся к стальной пластине круглой формы, в которой есть отверстие для генераторного вала.

Комплект

Плюсы

Минусы

Особенности установки

Есть несколько основных параметров, которые важны при выборе места для установки ветрогенератора:

Стоимость

Ветрогенераторы с мощностью 3 кВт /48V – примерная стоимость 93 000,00р. Подобные могут быть использованы не только в качестве дополнительного источника электроснабжения, но и основного. Такие модели в состоянии обеспечить электроэнергией коттедж.

Ориентировочная цена установок, в зависимости от мощности:

Важно: Цены указаны для полной комплектации, но всегда можно исключить отдельные составляющие или, наоборот, добавить.

Окупаемость

Учитывая, что за ветрогенератор цену придется заплатить немалую, потребителя интересуют сроки окупаемости.

Окупится ветрогенератор за 5-7 лет, а затем, энергия станет абсолютно бесплатной.

Отзывы

Отказался от централизованного энергообеспечения три года назад и установил в деревне на дом 3-киловатный ветрогенератор. Энергии вполне хватает на содержание дома.

Видео: Ветрогенератор для дома

Автор и редактор обзоров по гаджетам и новой техники. Ведет работы по написанию свежих рейтингов к публикациям, проверки достоверности и актуальности информации уже опубликованных статей. Отвечает на вопросы в комментариях, пишет на авто темы.

Источник