0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ветряной двигатель принцип работы

Для чего вам нужен ветрогенератор?

Дата публикации: 9 ноября 2013

  • Анатомия ветряной установки
  • Плюс пишем, минус в уме держим
  • Уходим завтра в море

Начнём с ответа на вопрос, вынесенный в заголовок: для чего вам нужен ветрогенератор? И смотря для кого он потребовался? Пенсионеру он нужен, чтобы лампочки горели, телевизор работал и в доме было тепло. Предпринимателю, владельцу небольшой, на 10 номеров, придорожной гостиницы потребуется намного больше электроэнергии, а владельцу загородного дома, когда он там бывает только утром и вечером, надо даже меньше, чем пенсионеру. Когда вы точно рассчитаете потребность, тогда можно и разбираться с вопросом о том, как работает ветрогенератор с горизонтальной или вертикальной осью вращения ротора. Для этого нелишне знать и климатические условия данной местности, какое направление и с какой среднегодовой скоростью дует ветер.

Получив ответ, нетрудно рассчитать, какую по мощности установку выбрать, как подобрать инвертор, какие аккумуляторные батареи приобрести и сколько. Потребляемая энергия не может превышать мощность инвертора и скорость зарядки аккумулятора и так далее. Технических вопросов много, о которых мы сейчас и поговорим.

Если вам необходима электроэнергия редко, но с большой нагрузкой, то здесь особое внимание надо уделить выбору инвертора. Попросту говоря, преобразователя тока из переменного в постоянный. Возможно, что вам потребуется не один подобный агрегат.

Зная, что в вашей местности бывают частые случаи полного безветрия, тогда надо придать значение выбору аккумуляторов с большой ёмкостью. А чтобы они быстрее заряжались, надо делать ставку на выбор более мощного ветрогенератора. То есть, устройство одного агрегата тесно связано с характеристикой другого. Всё надо тщательно рассчитать, начиная от среднегодовой скорости ветра и до мощности каждого прибора в отдельности.

И в том случае, если вы будете знать, сколько электроэнергии вам надо в сутки, сколько часов занимает самое пиковое потребление и сколько в эти часы надо киловатт, вы можете точно сделать выбор, какой вид ветрогенератора вам потребуется.

Анатомия ветряной установки

Из чего состоит и как работает «организм» ветрогенератора в целом. Перечисляем: лопасти (пропеллер), ротор турбины (вращающаяся часть), генератор, ось генератора, инвертор, превращающий переменный ток в постоянный для зарядки батарей, аккумулятор. Схематический чертёж ветрогенератора наглядно показывает схема. Смотрите рисунок.

При вращении ротора создаётся трёхфазный переменный ток, затем идущий через контроллер на аккумуляторную батарею постоянный ток для его зарядки, далее инвертор, преобразующий ток в стабильно-переменный для подачи на потребители (освещение, телевизор, радиоприёмник, отопительные батареи и т.д.). Таково схематическое устройство ветряных установок.

Принцип работы любого вида ветрогенератора следующий: вращение вызывает три вида физического воздействия на лопасти винта – импульсную силу и подъёмную, в результате которых начинает приходить в движение маховик, и тормозящую силу. Две силы против одной преодолевают сопротивление и маховик раскручивается, ротор создаёт магнитное поле на неподвижной части генератора. Этого достаточно, чтобы по проводам пошёл электрический ток.

Как работает ветрогенератор, и из чего он состоит, узнаете из видео:

Перед покупкой ветрогенератора необходимо учесть все нюансы. Если воздушный поток по какой-либо причине обходит стороной вашу местность, то установка мощного ветрогенератора вряд ли целесообразна. Тогда для вас подойдёт генератор небольшой мощности. А бывает и так, что направление ветра меняется постоянно. Тогда, конечно же, стоит подумать о том, есть ли смысл устанавливать ветряные установки. И в случае расчётов в пользу установок, то предпочтение надо отдавать использованию ветрогенератора вертикального вида вращения оси. Чем же они отличаются друг от друга – вертикальные и горизонтальные ветряки, какие их преимущества и недостатки, разговор в следующем разделе.

Плюс пишем, минус в уме держим

До каких пор мы будем гоняться за европейскими товарами! Неужели у нас хуже мастера, или такое допотопное оборудование, чтобы выпускать на рыночный прилавок низкосортную продукцию? Конечно же, нет. Стоимость ветрогенератора напрямую зависит от суммарной мощности, какой обладает ветроэлектростанция в сборе.

Цена обычно колеблется и зависит от производителя. Зарубежный производитель – о! Тогда можно и три шкуры содрать с покупателя. Не поддавайтесь на эту дешёвую приманку. Цена от нашего, отечественного производителя, в три раза дешевле, чем от зарубежных мастеров. А разницу в качестве и под микроскопом не отличишь. Пора бы уж научиться уважать своего соотечественника, мужественно, вопреки всяким препонам, занимающегося производством товаров.

Ветряные установки по своему устройству делятся на два вида: с горизонтальным валом генератора и с вертикальным. Ветрогенераторная установка с вертикальным валом имеет следующие неоспоримые преимущества перед горизонтальной:

  1. Отпадает необходимость обустраивать флюгер. И никаких подшипников для вращения верхней коробки при изменении направления ветра. Вертикальная конструкция стоит незыблемо при всяком ветре и улавливает любое его направление.
  2. Устроена с минимальным количеством передающих редукторов.
  3. Способна улавливать малейшие колебания ветра, что даёт возможность приблизить конструкцию к поверхности земли и намного удешевить монтаж и обслуживание.
  4. Генератор меньше реагирует на изменение направления и скорость ветра.

Как и в каждом обсуждаемом деле не обошлось и без ложки дёгтя в бочке мёда. Недостатки:

  1. Лопасть турбины с вертикальным валом устроена так, чтобы достигать площади раза в три больше, чем занимают лопасти винта горизонтальной установки. Явный минус.
  2. И, как следствие, КПД станций вертикальной конструкции в три раза меньше, чем горизонтальных установок.

Уходим завтра в море

Несколько слов о конструкции «моряков», а потом о самом «морском походе». Итак, схема ветроустановок принципиально везде одинакова, разве что, с некоторыми отклонениями от нормы. Вот основные элементы ветрогенератора:

  • Роторная часть (вращающаяся). Её задача преобразовать силу ветра во вращательное движение. Сюда входят лопасти и вал.
  • Редуктор. Его задача увеличить скорость вращения вала до двух и более тысяч оборотов в минуту и передать это вращение на генератор. Простейшая схема ветряков выполнена без редуктора. Там генератор напрямую соединён валом с лопастями.
  • Генератор. Здесь с помощью магнитных полей вращение вала создаёт электроэнергию.
  • Анемометр. Это прибор, измеряющий скорость ветра. Находится сзади корпуса, рядом с флюгером, который отвечает за направление лопастей против движения ветра.
  • Башня, на которой монтируется вся система выработки электроэнергии.
  • Преобразователь напряжения (см. схему).

Такова конструкция «моряков» — ветрогенераторов.


А теперь вспомним, какое самое уязвимое место ветрогенератора любого типа, будь то вертикального или горизонтального? – Точно, это возможное безветрие, когда ветроэлектростанция полностью прекращает свою работу. И где же выход? Он есть. Как в любой жизненной ситуации. В данном случае – это выход в море. Туда, где ветра дуют практически круглый год и круглые сутки.

Вечером дует ветерок с суши на море, утром – с моря на сушу. «Бриз» называется. Вблизи высоких прибрежных гор господствует «Бора» — холодный ветер, устремляющийся в море со стороны горных вершин. «Муссон» — довольно постоянный сезонник, дующий в летнее время с моря, а зимой в противоположную сторону. У западных берегов Чёрного моря господствует восточный ветер «Абаза». А так называемый «Свежак» постоянно разгуливает над поверхностью моря вдали от пляжных берегов. Бывает и всем известный грозный «Шторм».

Вы только посмотрите, какое богатство ветровой энергии пропадает даром! Практически ветер над морем и береговой линией не утихает ни на минуту. Поэтому и пришла в голову конструкторов идея подумать над сооружением ветрогенераторов морского базирования. Задача была сделать надёжную опору. Сделали. А потом пришла идея не вкапывать в глубину дна капитальные опоры, а ставить на воде качающиеся электростанции (см. рисунок). И снова удача.

Но и на этом не остановились датские изобретатели. Они пришли к выводу, что самой дешёвой в установке будет морская плавучая ветроэлектростанция. Ветряки расположены на такую высоту от палубы, чтобы до них не доставала даже штормовая волна. И снова успех оказался налицо.

Читать еще:  Что такое воздушные пробки в системе охлаждения двигателя

Французские специалисты сконструировали морскую установку мощностью более двух мегаватт, которую запускают в декабре этого года в Средиземное море. Отличительной особенностью её будет то, что винт расположен вертикально. То есть, вертикальные виды ветрогенераторов шагнули на морские просторы.

Так пошли в море офшорные электростанции добывать дешёвую электроэнергию. (Офшор – находящийся далеко от берега, вне территории страны). И лидером в этом морском нашествии оказалась Дания. Мы об этом расскажем в следующих выпусках.

Ветрогенератор в Челябинске:

Конструкции ветродвигателей

Рост производства энергии за счет использования не возобновляемых природных ресурсов ограничен порогом, за которым стоит полная выработка сырья. Альтернативная энергетика, включая ветрогенерацию энергии, обеспечит снижение нагрузки на среду обитания.

  • Эффективность
  • Классификация
  • Линейного типа
  • Циклического типа
  • Горизонтальные
  • Вертикальные карусельного типа
  • Вертикальные: ортогональные
  • Выводы

Движение любой массы, в том числе и воздушной, порождает энергию. Ветряной двигатель преобразует кинетическую энергию воздушного потока в механическую. Это устройство основа ветроэнергетики, альтернативного направления в использовании природных ресурсов.

Эффективность

Оценить энергетическую эффективность агрегата определённого типа и конструкции, сравнить её с показателями подобных двигателей довольно просто. Необходимо определить коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). Рассчитывается он как отношение мощности, полученной на валу ветродвигателя, к мощности ветрового потока, действующего на поверхность ветроколеса.

Коэффициент использования энергии ветра для различных установок составляет от 5 до 40%. Оценка будет неполной без учёта затрат на проектирование и строительство объекта, количества и стоимости генерируемой электроэнергии. В альтернативной энергетике срок окупаемости затрат на ветродвигатель является важным фактором, но также обязателен учёт полученного экологического эффекта.

Классификация

Ветродвигатели по принципам использования выработанной энергии делятся на два класса:
• линейные;
• циклические.

Линейного типа

Линейный или мобильный ветродвигатель преобразует энергию потока воздуха в механическую энергию движения. Это могут быть парус, крыло. С инженерной точки зрения это не ветродвигатель, а движитель.

Циклического типа

В циклических двигателях сам корпус неподвижен. Потоком воздуха вращаются, совершая циклические движения, его рабочие части. Механическая энергия вращения наиболее подходит для выработки электричества, универсального вида энергии. К циклическим ветродвигателям относят ветроколеса. Ветроколеса начиная от древних ветряных мельниц кончая современными ветроэнергетическими установками, различаются по конструкционным решениям, по полноте использования силы воздушного потока. Устройства делятся на быстроходные и тихоходные, а также по горизонтальному или вертикальному направлению оси вращения ротора.

Горизонтальные

Ветродвигатели с горизонтальной осью вращения называют крыльчатыми. На вале ротора закрепляются несколько лопастей (крыльев) и маховик. Сам вал расположен горизонтально. Основные элементы устройства: ветроколесо, головка, хвост и башня. Ветроколесо монтируется во вращающейся вокруг вертикальной оси головке, в которой крепится вал двигателя, размещаются передаточные механизмы. Хвост исполняет роль флюгера, разворачивая головку с ветроколесом против направления потока ветра.

При высоких скоростях перемещения потоков воздуха (15 м/с и выше) рационально применение быстроходных горизонтальных ветродвигателей. Двух, трёх лопастные агрегаты от ведущих производителей обеспечивают КИЭВ 30%. Самостоятельно изготовленный ветродвигатель имеет коэффициент использования воздушного потока до 20%. Эффективность работы устройства зависит от тщательного расчёта и качеством изготовления лопастей.

Крыльчатые ветродвигатели и ветроустановки обеспечивают высокую скорость вращения вала, что позволяет передать мощность непосредственно на вал генератора. Существенным недостатком является, что при слабом ветре подобные ветряные двигатели не будут работать вообще. Существуют проблемы запуска при переходе от безветрия к усилению ветра.

Тихоходные горизонтальные двигатели имеют большее количество лопастей. Значительная площадь взаимодействия с воздушным потоком делает их более эффективными при слабых ветрах. Но установки обладают значительной парусностью, что требует принятия мер по их защите от порывов ветра. Лучший показатель КИЭВ 15%. В промышленных масштабах такие установки не используются.

Вертикальные карусельного типа

В подобных устройствах на вертикальной оси колеса (роторе) устанавливаются лопасти, принимающие поток воздуха. Корпус и система заслонок обеспечивает попадание ветрового потока на одну половину ветроколеса, полученный результирующий момент приложения сил обеспечивает вращение ротора.

По сравнению с крыльчатыми агрегатами карусельный ветродвигатель вырабатывает больший момент вращения. При увеличении скорости потока воздуха он быстрее выходит на рабочий режим (по силе тяги), стабилизируется по оборотам вращения. Но такие агрегаты тихоходны. Для преобразования вращения вала в электрическую энергию требуется специальный генератор (многополюсный), способный работать на малых оборотах. Генераторы подобного типа мало распространены. Применение системы редукторов ограничено низким КПД.

Карусельный ветродвигатель проще эксплуатировать. Сама конструкция обеспечивает автоматическое регулирование числа оборотов ротора, позволяет отслеживать направление ветра.

Вертикальные: ортогональные

Для большой энергетики наиболее перспективны ортогональные ветродвигатели и ветроустановки. Диапазон использования подобных агрегатов, по скорости ветра, от 5 до 16 м/с. Вырабатываемая ими мощность доведена до 50 тыс. квт. Профиль лопасти ортогональной установки подобен профилю крыльев самолёта. Чтобы крыло начало работать надо подать на него поток воздуха, как во время разбега самолёта при взлёте. Ветродвигатель тоже надо предварительно раскрутить, затратив энергию. После выполнения этого условия установка переходит в режим генератора.

Выводы

Энергия ветра один из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии. Опыт промышленного использования ветродвигателей и ветроустановок показывает, что эффективность зависит от размещения ветрогенераторов в местах, с благоприятными воздушными потоками. Использование современных материалов в конструкциях агрегатов, применение новых схем генерации и накопления электроэнергии обеспечит дальнейшее повышение надёжности и энергоэффективности ветродвигателей.


Ветряные электростанции для дома – обзор цен на популярные модели

Ветряные электростанции – это наиболее альтернативный вариант экономии электрической энергии на сегодняшний день.

Очень часто, такие установки можно встретить на дачных участках.

  • Компоненты устройства ↓
  • Типы и принцип работы ↓
  • Преимущества и недостатки ↓
  • Выбор размера и места для размещения ↓
  • Обзор цен ↓
  • Эффективность и окупаемость ↓
  • Отзывы пользователей ↓

Люди используют их в тех местах, где загородные участки удалены от основных электрических сетей. Но это не единственная причина. Большинство людей используют ветроэлектростанции в целях экономии и автономности.

Ветряные электростанции имеют свои особенности, которые необходимо знать потенциальным покупателям, иак как от их компетентности зависит продуктивность работы ветрогенератора.

Главный стимул приобретения ветряного генератора – это, несомненно, его целесообразность. Одним из главных критериев при достижении данной цели являются требования к ветру. Известно, что среднегодовая скорость ветра около 4.0-4.5 м/с., этого показателя более чем достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании, то есть давала возможность экономить электроэнергию.

В состав этого изобретения входит деталь, которая носит название анемометр. С помощью неё к вам поступает сигнал равносильный скорости ветра. Также, вам пригодится прибор, который считывает сигналы, которые подаёт анемометр. Существуют и другие приспособления этого типа.

Для того, чтобы данные получились как можно точными, такие приборы нужно устанавливать высоко, чтобы внешние факторы, такие как деревья, различные постройки и прочее, не искажали результаты прибора.

Компоненты устройства

Очень важно при покупке домашних ветроэлектростанций знать её компоненты, это вам даст возможность быть более компетентными в этом вопросе и подобрать наилучшую модель для своего дома.

В состав ветряной электростанции входит:

  1. Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
  2. Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
  3. Защитный кожух — его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
  4. «Хвост» ветряной установки — нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
  5. Аккумуляторная батарея – её основной целью является накопление электроэнергии. Связано с тем, что погодные условия не всегда благоприятны для ветряной электростанции, а с помощью этой составляющей сохраняется определённый запас энергии.
  6. Инверторная установка – предназначена для преобразования постоянного тока в переменный. Это нужно для обеспечения работы домашних электроприборов.
Читать еще:  Временами троит дизельный двигатель

Типы и принцип работы

Ветряные электростанции делят на типы по следующим четырём критериям:

  1. По направлению оси вращения лопастей (делят на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные более устойчивы к внешним условиям, но у них меньшая выработка электроэнергии) .
  2. По количеству лопастей (в этом случае ветрогенераторы бывают двух-, трёх- и многолопастные).
  3. По использованному материалу (выделяют с жёсткими и парусными лопастями. Основное отличие в том, что парусные стоят дешевле, но они менее прочны);
  4. По способу управления лопастями (существуют с фиксированным и изменяемым шагом лопастей. Специалисты рекомендуют фиксированный шаг лопастей, так как изменяемый вызывает затруднения в использовании).

При выборе электростанци,й целесообразно было бы знать, в чём заключается принцип работы ветрогенератора. Принцип действия установки предельно прост. Конструкция состоит из хвостовика с лопастями, закреплёнными на металлической мачте, которые вращаются при помощи ветра и крутят ротор генератора.

Перед подачей тока в аккумуляторный отсек, он проходит через преобразователь, где происходит преобразование переменного тока в постоянный до напряжения в 220 Вольт с частотой в 50 герц и снабжает дом электричеством в безветренную погоду.

Современному ветрогенератору нет необходимости в сильном ветре. Его конструкция столько продумана, что для частного дома достаточно скорости ветра до 4 – 5 м/c.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества ветрогенераторов:

  1. Затраты уходят на установку и профилактику прибора. Больше расходов не требуется, так как конструкция не нуждается в топливе для работы.
  2. Вам не нужно контролировать и вмешиваться в работу ветряка, так как выработка энергии происходит всегда, когда есть ветер.
  3. В зависимости от типа генератора, он не будет производить лишний шум.
  4. Приспособлению подходит большинству климатических условий.
  5. Износ деталей незначителен.

Основные недостатки ветряной электростанции:

  1. В определенных режимах или при неправильной установке мачты, ветрогенератор может издавать инфразвук.
  2. Высокая мачта обязательно требует заземления.
  3. Необходимость регулярной профилактики.
  4. Вероятность повреждения приспособления при ураганах и т.д.

Выбор размера и места для размещения

Размер ветряной электростанции является очень важным вопросом для потенциальных покупателей. Для того, чтобы определиться с размерами, вам нужно внимательно изучить – сколько энергии вы потребляете в течение одного месяца? Полученную цифру необходимо умножить на 12 месяцев.

Затем, вам нужно воспользоваться формулой: AEO = 1.64 * D*D * V*V*V.

Она даст возможность рассчитать приблизительное количество электроэнергии, которую вы сможете получить с помощью домашней установки.

Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:

  1. AEO — электроэнергия, которую вы используете за год.
  2. D – диаметр ротора, который обозначается в метрах.
  3. V – среднегодовая скорость ветра, обозначается в м/сек.

Таким образом, эти подсчёты помогут определить, какой размер генератора вам нужен, в зависимости от вашего расхода электроэнергии.

Задумываясь о приобретении ветряной электростанции для дома, нужно максимально точно изучить все детали связанные с конструкцией, так как от этого зависит то, насколько ваша цель будет удовлетворена.

При размещении ветрогенератора, вам стоит учитывать следующие факторы:

  1. Вблизи вашей установки не должно быть деревьев, разнообразных построек и прочего, что могло бы помешать максимальной продуктивности работы вашего генератора.
  2. Лучше всего установить ветрогенератор на специально сооружённую конструкцию, которая должна быть на пару метров выше, чем преграды расположенные на расстоянии как минимум 200 метров.
  3. Рекомендуется размещать ветроэлектростанции на расстоянии около 30-40 метров от жилых домов, так как они создают определённый шум, который приносит дискомфорт.

Обзор цен

В большинстве случаев, цена на ветряные электростанции зависит от их мощности. В бытовых условиях вполне достаточно генераторов с мощностью от 5 до 50 кВт.

Более детально о соотношении цен и видах генераторов:

  1. 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.
  2. Ветрогенераторы с мощностью 5 кВт /120V – приблизительно 220 100,00 р. Такая конструкция сможет обеспечить энергией целый дом. Вы сможете одновременно включать достаточно большое количество бытовых электрических приборов.
  3. Ветрогенераторы с мощностью 10 кВт/240V – цены в пределах 414 000,00 р. Его достаточно для обеспечения энергией фермерского хозяйства или нескольких домов. Помимо бытовых приборов вы без проблем сможете использовать, к примеру, электрические строительные инструменты весь день. Такие электрогенераторы часто используются для супермаркетов, чтобы обеспечить постоянную работу отделов и видеонаблюдения.
  4. Ветрогенераторы с мощностью 20 кВт/240V – цена такого устройства 743 700,00р. Электростанции такого типа являются очень мощными. Они в состоянии обеспечить электроэнергией целую водонапорную систему. В бытовых условиях он сможет более чем полностью обеспечить энергией огромный дом.
  5. Ветрогенераторы с мощностью 30 кВт/240V – стоимость в пределах 961 800,00 р. Эта модель является настолько мощной, что сможет обеспечить электрической энергией пятиэтажный дом.
  6. Ветрогенераторы с мощностью 50 кВт/380V – приблизительная цена около 3 107 000,00р. Эта модель не рациональна для использования в бытовых условиях, так как она настолько мощна, что сможет с лихвой обеспечить энергией несколько многоэтажных домов.

Эффективность и окупаемость

Ветряные электростанции для дома являются альтернативным решением при экономии электроэнергии. Они получили достаточно широкое распространение.

Для того, чтобы обеспечить энергией целый дом, достаточно использовать один ветрогенератор и при этом не ограничивать себя, экономя на электроэнергии.

Выгодно и то, что для получения такого эффекта достаточно минимальной скорости ветра от 1,8 до 4,5 метра в секунду.

Но погодные условия не всегда подходят для ветрогенератора, поэтому вам нужно приобрести резервный генератор, который обеспечит запас энергии. Это даст возможность повысить продуктивность вашей домашней ветряной электростанции.

Среди положительных сторон установки стоит отметить следующие:

  1. Потратив большую сумму на электрогенератор, вам больше не потребуется тратить денежные средства, так как топливо для работы прибора не нужно. То есть уже за несколько лет ваше приобретение сможет окупиться.
  2. Производительность ветрогенератора не зависит от времени года или других погодных условий, его работа не прекращается даже зимой, что несомненно является плюсом, так как в зимнее время года расход энергии больше чем в другие. Этот факт несомненно свидетельствует о его эффективности и окупаемости.
  3. Износ деталей генератора незначительный, учитывая регулярную профилактику ветрогенератора, которая является необходимой. При правильной и грамотной установке, а также эксплуатации ветряной электростанции для дома, она сможет прослужить вам более тридцати лет, что несомненно является значительным плюсом.

Срок полной окупаемости ветряных электростанций составляет приблизительно 5-7 лет, а далее вы сможете использовать электроэнергии абсолютно бесплатно.

Отзывы пользователей

В большинстве, пользователи отмечают, что они довольны ветряной электростанцией для дома:

Александр, г. Белгород

«3 года назад построил дом в деревне, отказался от местных электростанций. Установил ветрогенератор на 3 квт. Уже 2 года работает, хватает на содержание дома, хотя расход энергии у меня не так велик».

Евгений, г. Москва

«Приобрёл ветряк производства США, заряжающий аккумулятор 12 V. Использовал 3 года, мощности хватало для света, ноутбука, насоса угольного котла. Неплохой вариант сэкономить, только нужно аккумуляторы выбрать качественные, чтобы дольше служили».

Михаил, г. Чебоксары

« Я считаю, что эта установка нужна для частного дома, так как автономное использование энергии более удобное. Выходит дешевле».

Аркадий, г. Киров

«У меня дом двухэтажный, я купил ветрогенератор 2 квт, 4 аккумулятор 12v 150 ah AGM. Этого хватает с головой на свет, телевизор, холодильник там и т.д.»

Ветровые генераторы: обзор, принцип работы, конструкция и устройство

Системы альтернативного энергообеспечения для дома становятся все более актуальными по мере развития средств электрического преобразования. Практически бесплатную энергию природных явлений сегодня можно конвертировать в полноценный ток, который может питать бытовые приборы. Наиболее популярной концепцией такого рода является солнечная энергетика, но и ветровые генераторы имеют массу преимуществ. Прежде всего, вырабатываемой таким образом энергии может хватить на обслуживание частного дома. Другой вопрос, как технически реализовать такую станцию.

Читать еще:  Двигатель 12н360 технические характеристики

Принцип работы ветрогенератора

Начать следует с того, что в результате неравномерного нагрева атмосферы Солнцем формируются перемещающиеся потоки воздуха – от зон повышенного давления к зонам с низким давлением. В процессе воздушных течений и возникает ветер, энергию которого можно использовать в разных целях. К слову, простейшим примером ветряка-генератора является мельница – хотя она не преобразует энергию, а сразу направляет ее в рабочее русло.

Для плодотворного использования современных ветряков требуется соответствующая скорость воздушных потоков. Например, ветер со скоростью порядка 5-6 м/с дает лишь минимальный энергетический эффект. Оптимальным же считается уровень в 15-20 м/с. Этого достаточно, чтобы снабжать ветровые генераторы для дома, но промышленные станции требуют в разы большего силового воздействия. Ветер воздействует на рабочие части генератора, в результате чего активизируется двигатель. Он, в свою очередь, транслирует энергию в блок преобразователя. Конечным приемником энергии выступает аккумулятор. Батарея накапливает энергетический потенциал, отдавая его потребителю уже в виде электричества.

Общее устройство станции

Традиционное устройство ветряка предполагает наличие генераторного блока, хвостовика с мачтой (элементы забора ветровой энергии), инвертора и аккумулятора. В состав более современных станций входит и контроллер – это блок управления ветряком, который регулирует параметры конструкции и батареи.

Что касается элементов забора усилия, то они обычно представлены лопастями, которые крепятся на роторе. В результате его вращения генерирующий двигатель формирует переменный ток. Далее через преобразователь система создает напряжение в аккумуляторе. Последний выступает связующим звеном между генератором ветряка и потребителями.

Надо отметить, что в большинстве своем ветровые генераторы являются автономными устройствами. То есть они не требуют стороннего энергоснабжения. Во всяком случае, аккумулятор питается непосредственно от энергии, получаемой от преобразователя. Однако в промышленных крупных установках предусматриваются системы аварийного энергоснабжения, которые обеспечивают энергией обслуживающую генератор инфраструктуру в случаях, когда местной вырабатываемой мощности оказывается недостаточно.

Виды конструкций

В современных конструкциях ветряков используют один из двух вариантов двигателей – с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Иначе их называют, соответственно, крыльчатыми и карусельными. Что касается горизонтального устройства, то оно внешне напоминает ту же мельницу, но с меньшим количеством лопастей. Это ветровые генераторы, в которых акцент делается на аэродинамические характеристики. По расчетам специалистов, эффективность работы ветряка зависит не от количества лопастей, а от их длины и качества ротора. Поэтому крыльчатые ветродвигатели часто оснащаются всего одной-двумя лопастями, длина которых может достигать 100 м – разумеется, в крупных промышленных установках.

Карусельные модели выгодны тем, что не зависят от направления ветра. В простейших конструкциях предусматривается всего одна лентообразная лопасть, которая спиралью проходит через столбчатый стержень. Поэтому вертикальный ветровой генератор даже при небольшой скорости потоков воздуха может генерировать минимальные объемы энергии. С другой стороны, при сильном ветре такие конструкции невыгодны по той причине, что из-за сил противодействия спиральная лента тормозит саму себя, ограничивая производительность.

Проблематика использования ветряков

При всей привлекательности ветродвигателей как бесплатного источника энергии, их эксплуатация сопрягается с целым рядом неэкономических проблем. Прежде всего это непостоянство. Очевидно, что пользователь никак не может влиять на силу ветра и ему остается лишь надеяться на изменение погодных условий. Именно по этой причине на крупных ветровых станциях подключают аварийное энергоснабжение – как раз на случай длительного отсутствия ветровых потоков достаточной силы.

Этим же аспектом обусловлено и внедрение в комплекс генераторов вспомогательной аппаратуры. Наличие батареи аккумулятора, инвертора и резервного генератора обязательно для того, чтобы мощность стабилизировалась и напряжение выравнивалось, так как ветер может вовсе отсутствовать, а может выдавать разную скорость движения.

И здесь уже возникает экономический аспект, поскольку широко укомплектованные ветровые генераторы в любом случае требуют расходов на техническое содержание. Тем не менее по мере оптимизации энергетического оборудования и эта проблема постепенно утрачивает главенствующее значение, оставляя возможности для развития отрасли.

Самодельные ветряки

Реализация собственного проекта ветродвигателя вполне возможна без подключения специалистов. Конечно, если речь идет о домашнем изготовлении, то проект с расчетами мощности и балансировки будет шаблонным. Начинать подобные предприятия рекомендуется с небольших ветряков, силовой потенциал которых составляет 10-20 Вт. Такие устройства требуют минимальных затрат, но зато дадут практический опыт и наглядное представление о том, каким образом вырабатывается энергия. Далее — по мере усложнения конструкции и увеличения ее размеров — можно получить эффективный ветровой генератор для дома. Своими руками такую конструкцию можно собрать из готовых технических компонентов, агрегатов и деталей, которые доступны на рынке. Ниже представлено несколько вариантов сборки домашнего ветрогенератора.

Модели на электродвигателе

Чаще всего бытовые ветрогенераторы выполняют из электродвигателей постоянного тока, работающих на низких оборотах. Желательно ориентироваться на конструкцию с постоянными магнитами, которая позволит обеспечивать напряжение на уровне 80–100 Вт.

Нередко для подобных целей применяются автомобильные генераторы, однако в такую конструкцию должен будет войти и мультипликатор. Связано это с тем, что автогенератор способен обеспечивать достаточное напряжение лишь в условиях повышенных оборотов – частотой до 2500 об/мин. На такую нагрузку просто не рассчитан домашний ветровой генератор. Своими руками потребуется реконструировать силовую установку, дополнив ее неодимовыми магнитами в роторной области. Могут потребоваться и точные токарные работы, но это уже зависит от типа конструкции ветряка.

Модели из ротора Савониуса

Это концепция вертикально-осевого генератора, который базируется на так называемом роторе Савониуса карусельного типа. Сразу надо сказать, что самодельный ветровой генератор этого типа будет способен обеспечивать мощность на уровне 20 Вт. Этого недостаточно для энергоснабжения дома, но на питание некоторых приборов хватит. В работе будут использоваться алюминиевые листы, трубы и аккумулятор. Из листов и труб сооружается карусельный каркас с внутренними лопастями. Может получиться 2-3 секции в зависимости от объема материала.

В качестве фиксирующих элементов применяют саморезы и заклепки с уголками. Если удастся сделать ветровой генератор своими руками на базе ротора Савониуса для энергоснабжения 12-вольтных приборов, то будет смысл увеличить размеры рабочей конструкции-приемника, и тогда можно говорить о существенной экономии на энергоснабжении всего дома.

Монтажные установочные работы

С конструктивной точки зрения ветряк состоит из трех базовых компонентов – двигателя, приемника ветрового усилия (лопастей) и аккумулятора с преобразователем. Разумеется, в конструкцию могут добавляться и другие части, но для монтажа стоит рассматривать эти узлы в качестве базовых. Как же выполняется установка ветровых генераторов из разных компонентов? Работа начинается с соединения вала двигателя с несущей трубой генератора. Труба станет стержнем всей конструкции. В ней следует изначально проделать несколько отверстий на обоих концах, что облегчит монтажные операции.

На следующем этапе монтируется мачта с ротором. Она должна быть или жестко приварена, или зафиксирована специальными скобами. Затем следует другой вопрос – как сделать ветровой генератор, чтобы он физически выдерживал сильные воздушные потоки? Эта способность в немалой степени будет зависеть от фундамента, в который интегрирована труба. Желательно устроить бетонную площадку с несколькими пластами укрепления.

Заключение

Пока еще энтузиасты, которые экспериментируют с подобными источниками энергии, в основном руководствуются любительским интересом. На практике ветровые генераторы лишь в единичных случаях оказываются финансово выгодным оснащением. Безусловно, сам принцип выработки энергии из ветра действует и дает выгоды. Но полноценное обеспечение дома за счет таких стаций пока реализуется в небольшом проценте случаев. Несмотря на это, технологическое развитие компонентов генератора внушает оптимизм в успешность развития этого сегмента энергетики.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector