Для чего нужен ветрогенератор

Устройство ветрогенератора: как работает и сколько энергии может генерировать

Ветровой генератор является вторым наиболее распространенным источником альтернативной энергии и уступает только солнечным электростанциям (и то, далеко не во всех странах). Тем не менее, если с СЭС украинские домовладельцы хоть в какой-то мере знакомы, то как работает ветрогенератор для многих остается загадкой. Так, как же работают ветряные генераторы и могут ли они обеспечить дом электричеством?

Для чего нужны бытовые ветрогенераторы

Долгое время ветровые установки использовались исключительно для промышленной генерации энергии из-за своих крупных габаритов и дороговизны. С развитием технологии КПД ветрогенератора удалось повысить, а размеры уменьшить, что сделало ветряки доступными для частных домохозяйств.

Бытовые ветрогенераторы широко используются в местностях со стабильными ветровыми потоками и на объектах, испытывающих трудности с подключением к централизованной электросети. Эффективность современных бытовых моделей позволяет полностью обеспечить дом энергией при установке небольшой ВЭС из 3-5 генераторов или существенно снизить коммунальные расходы с помощью всего одного ветряка.

Основной принцип работы ветрогенератора

Выше описан базовый механизм генерации переменного тока, но чтобы его накапливать и стабилизировать энергопоток также требуется:

Кроме того, любой ветряной генератор имеет встроенную систему торможения, которая снижает скорость вращения лопастей (или вовсе останавливает их) при повышении скорости ветра. Это необходимо, чтобы предотвратить возможные повреждения от чрезмерной нагрузки на механизм.

Виды ветрогенераторов с высоким КПД

На производительность ветрогенератора влияет тип используемой конструкции. По этому критерию, установки можно поделить на:

Однако дизайнеры и инженеры работают над нестандартными ветрогенераторами, адаптированными специально к бытовому применению. Среди них стоит отметить:

Конструкция ветрогенератора для дома: ключевые узлы

Обсуждая принцип работы ветрогенератора, мы уже упомянули некоторые элементы ветряка. Полная же установка, пригодная для бытового или промышленного использования состоит из:

Графическая схема ветрогенератора бытового

Подробнее понять устройство ветрогенератора проще по наглядным изображениям его конструкции:

Данная схема демонстрирует ключевые элементы горизонтального ветрогенератора классического типа. На приведенном ниже изображении подробно показано устройство самой ветровой турбины:

Ее конструкция позволит лучше понять, как устроен ветрогенератор и как именно реализуется упомянутый выше основной принцип его работы.

Как самостоятельно провести расчет ветрогенератора

Чтобы установить эффективный ветрогенератор, нужно купить модель, мощности которой хватает на удовлетворение энергетических запросов домохозяйства. Мы уже писали, как рассчитать мощность СЭС, так вот общий порядок действий примерно такой же:

Однако сложность с ветрогенераторами в том, что их фактическая мощность может существенно отличаться от номинальной и сильно зависит от скорости и направления ветров в конкретном регионе. Для вычисления мощности ветрогенератора можно использовать следующую формулу:

p – плотность воздуха;

S – общая обдуваемая площадь лопастей;

При этом N отображает не мощность ветряка, а мощность потока воздуха, от которого в первую очередь и зависит эффективность ВЭС. Фактически показатель N и мощность ветряка примерно одинаковы, но могут незначительно отличаться из-за технических особенностей ветрогенераторов.

Важно: Мощность стандартного бытового ветряка, как правило, не превышает 500 Вт (при наличии места под установку турбин большого диаметра), поэтому для полного энергообеспечения дома потребуется несколько ветрогенераторов.

Чтобы получить более точный результат с учетом данных ветрового коридора в конкретном регионе, лучше доверить расчеты специалистам, которые располагают необходимой метеорологической информацией и подробной розой ветров данной местности.

Источник

Ветрогенератор для дома, как выбрать и что нужно знать

Энергию ветра люди научились использовать давно, тысячи лет уже известны ветряные мельницы и парусные системы. Она бесконечна и экологична, поэтому не удивительно что ее научились использовать в качестве альтернативных источников энергообеспечения.

Но, прогресс не стоит на месте, среди технических новинок этой области можно назвать ветрогенератор, высокотехнологичную установку, преобразовывающую потоки ветра в электрическую энергию.

Ветрогенератор для дома уже не редкость

Ветровые электростанции давно используют в промышленных масштабах. Но, сложность конструкции, а также сложность ее монтажа, не давали возможность использовать это оборудование в частных домах, как например солнечные панели.

Однако сейчас, с развитием технологий и увеличением спроса на “зеленую энергию”, ситуация изменилась. Производители наладили выпуск малогабаритных установок для частного сектора.

Принцип работы

Ветер вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора. В результате вращение в обмотках вырабатывается переменный ток. Для увеличение количества оборотов, а соответственно и количества выработанной энергии может использоваться редукторная передача (трансмиссия). Она же может блокировать вращение лопастей полностью, если возникнет такая необходимость.

Анемометр следит за направлением ветра и поворачивает установку положение при котором будет максимально эффективно работать ветряной поток.

Полученный переменный ток преобразуется в постоянный 220 Вт с помощью инвертора. Далее он поступает потребителю или, через контроллер заряда, на аккумуляторные батареи для накопления.

Полная схема работы установки от генерации энергии до ее потребления.

Виды ветрогенераторов и какой лучше для частного дома

На данный момент существуют два типа данной конструкции:

Первый тип, с горизонтальным ротором. Такой механизм считается самым эффективным. КПД составляет примерно 50%. К минусом относиться необходимость минимальной скорости ветра от 3 м.в секунду, конструкция создает много шума.

Для максимально эффективной работы необходима высокая мачта, что, в свою очередь, усложняет монтаж и дальнейшее обслуживание.

Второй тип, с вертикальным. Ветрогенератор с вертикальным ротором имеет КПД не более 20%, при этом достаточно скорости ветра всего 1-2 м в секунду. При этом он работает значительно тише, уровень выделяемого шума не более до 30 дБ, и без вибрации. Не требует большого пространства для работы, при этом не теряя эффективность.

Для установки не требуется высокая мачта. Оборудование можно смонтировать на крыше дома даже своими руками.

Отсутствие анемометра и поворотного механизма, он совсем не нужен при такой конструкции, делает этот тип ветрогенератора более дешевым по сравнению с первым вариантом.

Видео обзор

Какую установку выбрать?

Прежде чем ответить на этот вопрос нужно понять ваши требование, финансовые возможности и приоритеты в эксплуатации.

Если вы хотите получать максимум электроэнергии и готовы тратиться на периодическое обслуживание генератора, выберите первый вариант. Вложив единоразово в высокую мачту, и оплатив 1 раз в 5-10 лет замену подшипников или масла, вы получите полную энергонезависимость, и даже, если вы живете в Украине или странах ЕС, сможете продавать излишки электричества.

Высокий уровень шума этой станции требует выбрать максимально удаленное от жилых зданий место. Это момент также нужно учитывать, потому что инфразвук не останется незамеченным вашими соседями.

Если хотите выполнить монтаж самостоятельно, например на невысокой мачте или даже крыше дома, стоят выбрать ветряк с вертикальным ротором. Таких механизмов можно установить несколько на ограниченной площади без потери эффективности их работы.

Чтобы получить эквивалентную выработку в отношении с первым вариантом, необходимо будет поставить 3 ветрогенератора этого типа. Однако, в ценовом эквиваленте получается примерно одинаковая сумма (при условии самостоятельного монтажа).

Сравним два вида ВЭУ

Видео обзор эксперта в области альтернативных источников энергии

Выбор размера ветряка

Подбирать размер этой установки нужно исходя из желаемого количества электроэнергии и скорости ветра, а также его плотности, в вашем регионе. Сразу нужно уточнить что расчет мощности будет производится для ветрогенератора заводского изготовления, не сделанного своими руками из подручных деталей.

Количество необходимой электроэнергии вы можете постучать по счетам за последний год или взять произвольное (желаемое) количество.

Скорость и плотность ветра можно найти в сети, например на сайте метеослужбы. Указывать какие то цифры в этой статье я не будут, так как регионов много и климат очень быстро меняется в последние годы.

Существует несколько формул

1. Самая простая и понятная среднестатистическому человеку, однако полученные данные могут иметь определенную погрешность. По ней можно рассчитать кинетический ветрогенератор с горизонтальным валом:

2. Более сложная формула, которую используют для своих расчетов компании, занимающиеся продажей и установкой такого оборудования на профессиональном уровне.

Пример расчета P = 53 * 1,25 * 33 = 5156 Вт

Таким образом мы получили 5 квт и теперь умножим эту цифру на КПД (40%), получим реальную выработку генератора.

Эффективность выработки электроэнергии напрямую зависит от диаметра лопастей ротора, посмотреть примерную производительность можно по таблице ниже.

В этой таблице указаны примерные данные, которые можно получить в зависимости от диаметра ротора, высоты установки ветрогенератора и скорости ветра.

3. В случаи с вертикальным ротором (осью) расчеты необходимо производить по другой формуле.

Более сложная, но более точная формула

При выборе ветряки необходимо смотреть на рекомендуемую производителем скорость ветра. Как правило, установки для частного использования, имеют такой диапазон: 2-11 М в секунду.

За и против установки ветрогенератора

Данное оборудование, как и солнечные батареи, относится к разряду альтернативных источников энергии. Но, в отличии от фотоэлементов, которым нужен солнечный свет, ветрогенератор может эффективно работать 24 часа в сутки, 365 дней в году.

Бесплатная энергия в любом месте

Энергонезависимость от государства и его тарифов

Независимость от солнечного света

Зависимость от скорости ветра

Чтобы уравновесить все эти плюсы и минусы часто делают связку: ветрогенератор с солнечной панелью. Эти установки дополняют друг друга, тем самым снижая зависимость выработки электричества от солнца и ветра.

Основная схема подключения элементов ВЭУ

Немного о стоимости

Цена оборудования напрямую зависит от его типа, мощности и страны производства. Несколько примеров самых популярных моделей с мощьностью:

Как видите разброс цен очень большой. В среднем установка на 1 кВт обойдется от 25 000 до 300 000 рублей. Более дорогие модели имеют ряд значительных преимуществ, от более высокого КПД до различных дополнительных функций.

Источник

Ветрогенераторы: экзотика или необходимость?

В двадцатые годы двадцатого века об электрификации всей страны в Стране Советов только мечтали. Мечта, в общем, стала явью. Однако есть еще и на территории постсоветского пространства, и во всем мире места, не опутанные проводами ЛЭП. Вот и вынуждены фермеры, рабочие в тайге, полярники искать альтернативные источники энергии. Об одном из них, ветрогенераторах, и пойдет речь в статье.

Нужен ли вам ветрогенератор?

Итак, что же такое ветрогенератор или в просторечии ветряк? Кому и зачем он может быть полезен?

Даже если вы не проводите исследований во льдах Антарктиды и не разводите коров на ферме, не валите лес в тайге и не занимаетесь разработками различных месторождений в местах, где не ступала нога человека, не спешите отвечать отрицательно на вопрос:”Нужен ли вам ветрогенератор?”. Давайте сначала выясним, что это такое и каковы его возможности.

Как уже было сказано выше, ветряк — это альтернативный источник энергии. Если говорить конкретнее, это устройство, превращающее энергию ветра в электричество.

Может ли такое устройство быть полезным не в экстремальных условиях, а в обычной жизни? Конечно, может. На дачных участках, где нет электричества, в населенных пунктах, где оно есть, но вырабатывается с большими перебоями и часто отключается, ветряк, несомненно, пригодится.

В последнее время наметилась тенденция оснащать коттеджи автономным источником энергии. Ветрогенератор в таком случае — один из наиболее популярных вариантов, ведь он экологически чистый, не требует сырья и не образует отходов.

Как работает ветрогенератор?

Для ответа на этот вопрос сначала рассмотрим его устройство.

В любой ветроустановке обязательно должны быть:

Схему работы устройства в самом упрощенном виде можно представить так: ветер вращает лопасти, которые, в свою очередь, приводят в движение ротор. Далее происходит превращение механической энергии в электрическую.

Вращаясь, ротор генератора вырабатывает трехфазный переменный ток, от которого электроприборы работать не могут, поэтому его нужно преобразовать.

С этой целью в конструкции ветряка предусмотрены контроллер. Он превратит ток, идущий с генератора, в постоянный. От последнего заряжаются аккумуляторные батареи. Проходя через них, ток поступает на инвертор, где и приобретает характеристики, приемлемые для работы наших электроприборов. Из постоянного он вновь становится переменным, но с уже привычными нам показателями: однофазным, с напряжением в 220 В и частотой в 50 Гц.

Все ли ветрогенераторы одинаковы?

Несмотря на то, что принцип работы всех ветряков примерно одинаков, существует множество классификаций этих источников энергии. Если рассматривать именно устройства для дома, то наибольшее значение имеют материалы, используемые для изготовления лопастей, их количество, направление оси вращения по отношению к земной поверхности, а также шаговый признак винта. Рассмотрим коротко каждый из видов.

Большинство существующих на сегодняшний день ВЭУ (ветроэнергетическая установка) можно отнести к одно-, двух-, трех- или многолопастными. Небольшая часть наиболее современных устройств лопастей не содержит вообще, а ветер в них улавливает так называемый «парус», с виду напоминающий тарелку. За ним располагаются поршни, приводящие в работу гидросистему, а уже она и вырабатывает электрический ток. КПД таких установок выше, чем у всех остальных. В отношении лопастных систем тенденция такова: чем меньше лопастей, тем больше энергии вырабатывает генератор.

Разновидности ветрогенераторов

Ветрогенераторы, как уже отмечалось выше, могут отличаться не только количеством лопастей, но и материалами, которые применяются для их изготовления. Лопастная система может быть жесткой, изготовленной из металлов или стеклопластика, а может — парусной, более дешевой, но менее практичной.

Если сравнивать ВЭУ по шаговому признаку винта, то более надежными являются устройства, у которых шаг фиксирован. Существуют ветряки и с изменяемым шагом, способные менять скорость вращения, но их громоздкая конструкция влечет за собой дополнительные расходы на установку и обслуживание такой системы.

Наиболее разнообразны конструкции ветряков, если рассматривать их с точки зрения направления оси вращения относительно земли.

Устройства, лопасти которых вращаются относительно вертикальной оси, в свою очередь, можно разделить на несколько типов.

Ветряки с горизонтальной осью вращения также имеют свои достоинства и недостатки. Главный их плюс — высокий КПД. Среди недостатков таких конструкций стоит отметить необходимость улавливать направление ветра при помощи флюгера и изменение эффективности в зависимости от направления ветра. В связи с этим горизонтальные установки наиболее уместны на открытой местности. Там же, где лопасти будут заслонены от ветра строениями, деревьями или, например, холмами, лучше установить ВЭУ другой конструкции.

К тому же, такой ветрогенератор дорог, а появление его в окрестностях точно не вызовет большого восторга у ваших соседей. Лопасти его запросто могут сбить летящую птицу и сильно шумят.

Какие еще бывают ветроэнергетические установки? Ну конечно же, наши, отечественные и импортные. Среди последних лидируют европейские, китайские и североамериканские агрегаты. Вместе с тем, наличие на рынке отечественных ветрогенераторов не может не радовать.

Цена таких устройств определяется, в первую очередь, их мощностью и наличием дополнительных элементов, например, солнечных батарей и колеблется в очень широких пределах — от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч рублей.

Конструируем ветрогенератор самостоятельно

Конечно, такая цена делает ветрогенераторы доступными далеко не для всех. Если вы решили, что ветряк вам просто необходим, но купить его вы не имеете возможности, или не желаете тратить деньги на его установку, можно попробовать изготовить такой источник энергии самостоятельно. Для этого вам понадобится схема устройства, чертеж и, конечно же, набор необходимых деталей.

Описание работы со всеми схемами, чертежами и пошаговыми инструкциями (иногда даже с фото) вам выдаст любая поисковая система. Однако не спешите приступать к работе по первой же попавшейся инструкции. Лучше сначала детально изучить принцип действия и процесс сборки нескольких конструкций, выбрать ту, которая подходит вам по мощности, доступности деталей и сложности изготовления, и только потом приступать к работе.

Итак, в каждом самодельном ветряке должны быть:

Каждую из этих деталей можно изготовить самостоятельно или переделать из уже существующей. Так, например, для изготовления лопастей подойдут трубы из ПВХ или алюминия. Есть также схемы изготовления их из дерева или стеклопластика. Все эти способы изготовления лопастей подходят для горизонтальных ветряков, которые рекомендуют специалисты для самодельного домашнего или дачного ветряка. Лопасти же вертикального устройства легко изготовить из пластиковой или металлической бочки.

Способов изготовления генератора тоже существует немало. Один из самых распространенных — это самостоятельно собранный на основе неодимовых магнитов дисковый генератор. Его недостаток — это высокая цена магнитов и их большое количество, достоинством же является простота сборки.

Еще один способ — переделать готовый генератор асинхронного электродвигателя. В этом случае достаточно переточить ротор и перемотать катушки статора. Последнее — самая сложная часть процесса. Тем не менее, и она вполне осуществима в домашних условиях.

Готовые автомобильные или велосипедные генераторы тоже подойдут.

В качестве мачты послужит стальная труба длиной не менее пяти с половиной метров.

Сборка деталей в единую конструкцию осуществляется по схеме, найти которую нетрудно при помощи поисковиков. Главное, суметь в ней разобраться.

Конечно, собрать ветрогенератор своими руками — задача, которая под силу не каждому. Кому-то купить его гораздо проще, чем разбираться в процессе наклеивания неодимовых магнитов или перемотке катушек статора.

Как сделать правильный выбор?

Так на что же обратить внимание при выборе ВЭУ?

Не стоит считать, что самый дорогой и импортный ветрогенератор будет самым лучшим. Исходить, в первую очередь, нужно не из цены, а из ваших потребностей. Перед тем, как сделать покупку, посчитайте, сколько электроэнергии вы планируете расходовать.

Понятно, что выбирать нужно ту модель, которая способна вырабатывать нужное вам количество энергии. Однако будьте внимательны. Каждый ветрогенератор рассчитан на определенную скорость ветра. Это означает, что заявленную производителем мощность он способен выдавать именной при той скорости, которая указана в инструкции к нему.

Мощность ветрогенератора находится в прямой зависимости от диаметра колеса, образованного лопастями. С погрешностью 20% ее можно рассчитать по формуле: квадрат диаметра помножить на куб средней скорости ветра и разделить полученное значение на 7000. То есть при диаметре колеса, равном двум метрам и средней скорости ветра в вашей местности 3 м/с вы получите около 0,015 кВт электроэнергии. Если же диаметр увеличить в два раза, то ветрогенератор при той же скорости ветра будет выдавать в 4 раза больше электроэнергии — 0,6 кВт. Таким образом, при прочих одинаковых характеристиках, более производителен ветряк с большим размером лопастей.

Не менее важно при выборе ветрогенератора обращать внимание на ёмкость аккумулятора. Если вы живете не в прибрежной зоне, то штиль в вашей местности — явление нередкое. В этом случае система будет работать именно от аккумулятора. А он имеет свойство разряжаться. Поэтому желательно, чтобы помимо него имелся резервный источник энергии.

С этой целью можно приобрести установку сразу с солнечными батареями, или же подключить ветряк к сети. В этом случае он будет лишь компенсировать недостаток электроэнергии в случае необходимости.

Сколько же энергии нужно среднестатистической семье?

Какое место выбрать для установки ветрогенератора?

Разумеется, устанавливать ветряк нужно в местах, максимально открытых для ветра. Наиболее подходят для этих целей возвышенности, прибрежные зоны, степи, открытые пространства в удалении от зданий. Не стоит располагать ветроэнергетическую станцию и там, где поблизости есть даже невысокие деревья. Пользоваться ветряком вы будете долго, за это время деревья успеют вырасти и будут создавать помехи.

Немаловажный фактор в выборе места для установки такого устройства — наличие соседей рядом. Дело в том, что ветрогенераторы — устройства отнюдь не бесшумные. Кроме того, об их лопасти, как уже говорилось выше, иногда разбиваются птицы. Не каждый сосед готов терпеть такие неудобства. В связи с этим ветряки лучше устанавливать на расстоянии не менее 250 метров от ближайших жилых домов.

В целом, ветряк — наиболее экологически чистый источник энергии, в отличие, например, от дизельной станции. По сравнению с солнечными батареями, также не выделяющими отходов в окружающую среду, он более доступен по цене. Кроме того, ветер дует и днем, и ночью.

Однако, цена ветрогенератора все же велика, поэтому установка его должна быть целесообразной. Если приобрести такую установку из соображений только охраны окружающей среды или в надежде сэкономить сумасшедшие деньги, ничего, кроме разочарования вам это устройство не принесет. Однако, ветрогенератор станет для вас лучшим выходом из положения, если:

Пользоваться ли электроэнергией от обычной сети, приобретать автономный источник или попытаться его изготовить самостоятельно — выбор остается за вами. Если вы делаете выбор в пользу ветрогенератора, помните, что это решение должно быть продиктовано необходимостью, а не быть просто модной тенденцией. Только тщательно продумав все до мелочей, взвесив все «за» и «против», можно приобрести наиболее выгодный источник альтернативной энергии.

Источник

• Популярная книга Круть доступна для чтения прямо сейчас на нашем сайте boochi.ru. Скачать книгу в формате FB2, TXT, PDF, EPUB бесплатно без регистрации. →

Преимущества	Недостатки