В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом. Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.
Принцип работы
Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.
Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов
Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.
Принципиальная схема ветрогенератора
Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:
для автономной работы;
параллельно с резервным аккумулятором;
вместе с солнечными батареями;
параллельно с дизельным или бензиновым генератором.
Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.
Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.
Система торможения вращения лопастей
Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.
Конструкция ветрогенератора и узлов
При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.
Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер
Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:
установка экологически чистая;
отсутствует потребность её заправки топливом;
не накапливаются какие-либо отходы;
устройство работает очень тихо;
имеет большой срок эксплуатации.
Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.
Увеличение мощности установки
Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.
Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.
Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.
Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.
Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.
Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора
Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.
Выбор ветрогенератора
Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.
Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)
Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.
Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.
Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.
Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.
Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.
При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.
Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.
Ветрогенераторы российского производства
В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.
Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.
tcip.ru
Устройство и принцип работы ветрогенератора
Как устроен ветрогенератор
Любой ветрогенератор состоит из таких компонентов как;
— генератор, который вырабатывает переменный ток, и в дальнейшем преобразуется в постоянное напряжение, предназначенное для зарядки аккумуляторов. От скорости ветра зависит и мощность генератора;- лопасти, предназначены для передачи вращения к валу генератора через редукторы и стабилизаторы скорости вращения ротора генератора; — мачта ветряка должна иметь достаточную высоту. Чем выше находятся лопасти, тем больше они получат энергии ветра.
Также в устройство ветрогенератора входят;
— контроллер, необходимый для преобразования переменного напряжения идущего с генератора, в постоянное напряжение и последующей зарядкой аккумуляторов. Контроллер управляет поворотом лопастей, и контролируют направление ветра; — аккумуляторы накапливают электроэнергию, чтобы использовать ее при небольшом ветре или его отсутствии. Батарея также хорошо стабилизирует электроэнергию, полученную от генератора; — датчик направления ветра помогает лопастям «поймать» ветер;
— АВР представляет собой устройство автоматического переключения между ветрогенератором и другими источниками электроэнергии, например электросетью, генератором, солнечными панелями;
— инвертор предназначен для преобразования постоянного тока, поступающего с аккумуляторов, в переменное напряжение для домашней электросети. Инверторы могут разделяться по типу синусоиды для разных потребителей электроэнергии.
electricavdome.ru
Принцип работы и область применения плоского ветрогенератора
1948 Опубликовано 3 мая 2018
Ветрогенераторы (ветряки) становятся незаменимыми в тех местностях, где центральное электроснабжение отсутствует или работает с перебоями. Это электроснабжение частных домов, подсобных хозяйств, дач, а также для питания небольших удаленных объектов.
Ветрогенератор вертикального типа можно отнести к плоскому
В последнее время все чаще оснащают ветросиловыми установками (ВСУ) частные коттеджи в черте города и в пригородах. Эта тенденция оправдана, ведь ветряк – это экологически чистый источник энергии, который не потребляет сырье и не требует никаких расходов, кроме установки и профилактического обслуживания.
Принцип работы ветрогенератора
Конструкция любого ветрогенератора состоит из следующих частей:
Лопасти, движущиеся при воздействии ветра, за счет чего приводится в движение ротор.
Генератор, который производит переменный ток.
Аккумуляторные батареи.
Контроллер – для регулировки движения лопастей и преобразования переменного тока в постоянный, что необходимо для зарядки батарей.
Инвертор – преобразует постоянный ток от аккумулятора в переменный, который и подается на осветительные приборы и оборудование.
Схема подключения устройств для работы ветрогенератора и оборудования
В результате вращения ротора образуется 3-фазный переменный ток, который не подходит для питания электроприборов.
Поэтому ветряк оснащен контроллером, трансформирующим переменный ток в постоянный, необходимый для зарядки аккумуляторных батарей. Из аккумуляторов ток идет на инвертор, где превращается в тот, который необходим для работы лампочек и приборов – однофазный с напряжением 220 В.
Разновидности ветрогенераторов
Различают несколько разновидностей ветрогенераторов. По количеству лопастей ветряки бывают трех-, двух-, одно-, многолопастными. Выпускаются устройства и вообще без лопастей, где ветроулавливающей частью служит «парус», напоминающий большую тарелку. Такое оборудование обладает более высоким КПД, чем другие устройства, но оно пока мало распространено. Интересно, что чем меньше лопастей имеет ветряк, тем больше энергии он производит.
Примеры плоских ветрогенераторов
По используемому материалу лопасти бывают жесткими (из металла или стеклопластика) и матерчатыми. Второй тип – это так называемые парусные ветрогенераторы, они более дешевые, но проигрывают жестким в практичности и эффективности.
Еще одна важная характеристика – шаговый признак винта, который обусловливает возможность изменять скорость вращения лопастей. Устройства с изменяемым шагом позволяют поддерживать эффективность работы при разных скоростях ветра. Но при этом стоимость системы повышается, а надежность – снижается за счет усложнения конструкции. Поэтому в большинстве случаев используются устройства с фиксированным шагом, простые в обслуживании и надежные.
Виды ветроустановок по расположению рабочей оси
Рабочая ось вращения ветрогенератора может располагаться как вертикально, так и горизонтально. В обоих случаях есть преимущества и минусы, на которые стоит обращать внимание при выборе.
Есть несколько типов вертикальных ветроустановок:
Ветрогенераторы Савониуса, конструкция которых состоит из нескольких полуцилиндров, которые закреплены на оси в вертикальном положении. Сильная сторона такого устройства – возможность работы при любых направлениях ветра. Но есть и серьезный недостаток – энергия ветра используется всего лишь на 25 – 30 %.
В роторе Дарье в качестве лопастей используются упругие ленты, закрепленные на балках без использования каркаса. Эффективность модели такая же, как и у предыдущей разновидности, но понадобится еще дополнительная установка для запуска системы.
Многолопастные ветряки наиболее эффективны среди вертикальных устройств.
Наиболее редкий вариант – устройства с геликоидным ротором. Специально закрученные лопасти обеспечивают равномерное вращение ветроколеса, но сложность конструкции обусловливает слишком высокую цену, что ограничивает применение механизмов этого типа.
Ветряки с горизонтальной осью встречаются чаще, чем с вертикальной, поскольку они обладают более высоким КПД, но при этом обходятся дороже.
Виды ветрогенераторов по рабочей оси
К минусам относятся зависимость эффективности от направления ветра и необходимость регулировки положения конструкции с помощью флюгера. Ветроустановку данного типа целесообразно устанавливать на открытой местности, где ее не будут закрывать деревья и постройки, и лучше подальше от постоянного места пребывания людей. Она довольно сильно шумит и представляет опасность для пролетающих мимо птиц.
Производители ветряков
На рынке представлены как устройства иностранного происхождения (в основном, это Северная Америка, Европа и Китай), так и отечественные установки. Цена зависит от мощности, так и от комплектации — например, наличия солнечных аккумуляторов, и варьируется в диапазоне от десятков до сотен тыс. рублей.
Как выбрать ветрогенератор
При выборе ориентируйтесь на необходимый вам показатель мощности устройства. Учтите, что заявленную производителем мощность агрегат будет выдавать только при определенной скорости ветра. Не ждите от ветряка чудес – если он рассчитан на 10 м/с, а в вашей местности не более 5 м/с, то нужная мощность достигнута не будет, как итог — пустая трата денег.
Обратите внимание и на емкость аккумуляторных батарей, от которых работает установка в безветренную погоду. Рано или поздно они разряжаются, поэтому желательно присутствие дополнительного источника электричества, например солнечной батареи. Как вариант, можно подсоединить устройство к сети, чтобы восполнять недостаток энергии в случае надобности.
Выбор типа ветрогенератора
Выбирать плоский ветрогенератор следует с учетом средней скорости ветра в вашем регионе:
В областях, где среднегодовая скорость ветра составляет меньше 3 м/с, лучше вообще отказаться от ветрогенератора, и вот почему. Если вы хотите получить постоянный источник электроэнергии, то понадобится бустер (устройство, состоящее из выпрямителя и стабилизатора), мощный аккумулятор, инвертор. Весь этот комплект будет стоит минимум 20 тыс. долларов, а показатель долговременной мощности составит не более 4 кВт. Но если все же вы непременно хотите купить ветрогенератор, отдайте предпочтение парусному типу.
При скоростях ветра от 3 до 5 м/с наилучшим выбором будет тихоходный ветряк с вертикальной осью или ВСУ с парусным ротором.
Для ветреных регионов (более 5 м/с) выбор зависит от требуемого показателя мощности. Самодельные ветрогенераторы с вертикальной осью применяются для 0.5 – 1.5 кВТ, 1.5 – 5 кВт – промышленные парусные системы, более 5 кВт – покупные «парусники» или горизонтальные лопастные ВСУ.
Соблюдение техники безопасности
Твердые частицы при попадании на вращающиеся детали ветряка приобретают высокую скорость, а это смертельно опасно для людей, находящихся рядом. Второй момент – это шум. Многие конструкции издают инфразвук, который не ощущается ухом, но действует негативно на здоровье.
Пример вышедшего из строя ветрогенератора, по причине нарушения правил установки
Из-за этого разрешается устанавливать ветрогенераторы не ближе 5-ти их высот от жилых домов. В собственном дворе можно поставить только промышленное сертифицированное устройство. Часто возникает соблазн поместить ВСУ на крышу, но вот этого делать и нельзя: работа устройства способна привести к резонансу здания и его разрушению.
В каких случаях стоит покупать ВСУ
Исходя из внушительной стоимости ветрогенератора, его установка окупается довольно долго, поэтому покупать его только ради будущей экономии вряд ли целесообразно. Но иногда ветряк является наилучшим выходом из положения:
Ветер в вашей местности бывает часто, а его скорость составляет как минимум 4 м/с.
В населенном пункте отсутствует электроэнергия или в ее подаче бывают перебои.
Вы располагаете свободным пространством для размещения ВСУ.
Соседи не имеют ничего против установки ветрогенератора.
Итак, установка ВСУ не всегда необходима, но в тех случаях, когда она целесообразна, ветряк становится эффективным экологически чистым источником электроэнергии.
tcip.ru
Устройство и принцип работы кинетического ветрогенератора
Современный кинетический ветрогенератор позволяет воспользоваться силой воздушных потоков, преобразовав ее в электричество. Для этой цели существуют заводские и самодельные модели устройств, которые применяют как в промышленности, так и в частных хозяйствах.
Мы расскажем о том, как устроены ветряки этого типа, познакомим с особенностями устройства и конструктивными вариантами. В предложенной нами статье приведены слабые и сильные стороны ветряной энергетической установки. Самостоятельные мастера у нас найдут полезные схемы и рекомендации по сборке.
Принцип работы ветрогенератора
В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.
Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.
Ветроэнергетика является одной из наиболее перспективных отраслей возобновляемой энергетики. Современные конструкции позволяют экономически эффективно применять силу воздушных потоков, используя ее для выработки электричества
Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.
Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV3/2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.
Устройство ветряного генератора
Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.
На приведенной схеме представлено внутреннее устройство классического горизонтального ветряного генератора. Такие модели наиболее часто используются как в промышленности, так и в быту
Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).
Типовая установка включает в себя следующие составные части:
генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.
Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:
приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.
При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора.
Типы ветряных генераторов
При классификации ветротурбин могут учитываться такие характеристики как:
назначение;
конструктивные особенности;
число лопастей;
материалы, из которых они изготовлены;
ось вращения;
шаг винта.
Рассмотрим подробно две наиболее часто используемые классификации.
Классификация ветрогенераторов по назначению
Выделяют разновидности ветроустановок, отличающиеся назначением. От этого зависят и основные характеристики устройств, например, мощность.
Промышленные ветряные турбины
Такие устройства устанавливаются крупными энергетическими компаниями либо государством для снабжения электроэнергией промышленных объектов. Турбины, имеющие мощность в десятки мегаватт, обычно размещаются на ветряных участках (открытых возвышенностях, побережьях).
Ветропарки, где устанавливаются десятки ветряных турбин, разбиваются не только на земле, но и на мелководье. Получаемое электричество обычно применяется в промышленных целях
Выработанная электроэнергия, как правило, поступает прямо в сеть, при этом для стабильности и регулирования частоты вращения лопастей ветротурбины оснащаются дополнительными механизмами.
Коммерческие ветровые генераторы
Такие установки используются для получения электроэнергии на продажу или для обеспечения электричеством производств в регионах с маломощной электросетью (либо с полным ее отсутствием). Подобные ветроэлектростанции состоят из скопления электрогенераторов, которые могут иметь разную мощность.
Энергия коммерческих установок может поступать непосредственно в электрические коммуникации либо использоваться для зарядки большого массива батарей, где она скапливается и преобразуется для подачи в энергосистему.
Бытовые ветряные устройства
Агрегаты малой мощности применяются для частного использования. Согласно правилам, ветряки с мачтами высотой менее 25 метров могут устанавливаться хозяевами участков без согласования с властями, для более высоких мачт необходимо получить особое разрешение.
Ветряки слабой и средней мощности могут служить источником электрической энергии для коттеджей, дач, загородных домов, фермерских хозяйств
Бытовые ветрогенераторы подходят для зарядки аккумуляторов с напряжением 12/24/48В, энергия из которых трансформируется в напряжение 220 Вольт. Такие устройства позволяют полностью или частично решить проблему с питанием электроэнергией небольших объектов, которые располагаются вдали от централизованной электросети.
С ориентирами выбора ветрогенератора для обеспечения энергией частного дома ознакомит статья, посвященная этому интересному вопросу.
Разновидности конструкций ветряков
По конструктивным особенностям устройства также можно разделить на ряд категорий, хотя все разновидности сводятся к двум основным типам: вертикальные и горизонтальные.
Классические горизонтальные ветрогенераторы
Подобные установки (их также называют пропеллерными или крыльчатыми) обычно имеют 3-5 лопастей, установленных на горизонтальной оси. Вращаясь с высокой скоростью, такие элементы позволяют получить максимальное количество энергии (КИЭВ до 0.4).
При этом количество выработанной электроэнергии во многом зависит от высоты устройства (чем оно выше, тем больше результат).
Горизонтальный ветрогенератор использует подъемную силу, возникающую при возрастании давления в точке, где прямой воздушный поток проходит сквозь лопасти, отражаясь от этих элементов
Подобные устройства обычно устанавливаются в ветропарках, где вырабатывается энергия для промышленного и коммерческого использования, однако они подходят и для бытового применения.
Вертикальные ветровые турбины
Действующим элементом подобных установок является вращающееся ветроколесо. Из-за конструктивных особенностей подобные конструкции различаются по типам («Бочка», «Савониус»).
Несмотря на низкий показатель КИЭВ (0.1-0.2), они находят достаточно широкое применение: вертикальные установки действуют на турбулентных потоках воздуха, благодаря чему их можно размещать даже в районах, где редко дуют сильные ветра.
Работа вертикальных ветрогенераторов не зависит от направления ветров. Они просты в монтаже и эксплуатации, к тому же такие устройства можно ставить близко к земле
Для повышения результативности вертикальных ветряков производители часто повышают их размерные параметры, что приводит к значительному увеличению стоимости. Поскольку подобные установки достаточно хрупки, им требуется повышенная защита от ураганов и других природных явлений.
Ветрогенераторы «Ротор Дарье»
Такие устройства относятся к категории вертикальных ветряных турбин, однако имеют выраженные отличия в конструкции. Благодаря подобным особенностям, достигается понижение шума, а также вырастает КИЭВ, который приближается к показателям горизонтальных моделей.
Предложенная в 1931 году французским авиаконструктором Жоржем Дарье турбина низкого давления с осью вращения, перпендикулярной воздушной среде, нашла широкое применение в ветроэнергетике
Недостатком подобных конструкций является низкий стартовый момент (из-за наличия всего двух лопастей устройству сложно стартовать самостоятельно). Для решения проблемы часто применяется гибрид «Савониус+Дарье».
Парусные ветровые установки
Для подобных установок может применяться принцип устройства как вертикального, так и горизонтального ветряков. Основной конструктивной особенностью является ветроколесо, покрытое множеством лопастей или парусов, при этом аэродинамический профиль у таких моделей отсутствует.
Существует множество моделей парусных ветряных генераторов, которые различаются по количеству лопастей, весу, мощности. Все эти параметры следует учитывать при выборе устройства
Несмотря на то, что парусные установки отличаются тихоходностью и небольшой эффективностью, их часто применяют в народном хозяйстве. Подобные конструкции легки в монтаже и эксплуатации, а сочетание высокого крутящего момента с низкими оборотами позволяет напрямую приводить в движение различные полезные механизмы, например, насос для выкачивания воды.
Генератор для ветровой турбины
Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.
В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.
Ротор генератора для ветротурбины изготовляется на неодимовых магнитах: в подобных конструкциях нецелесообразно использовать электровозбуждение, поскольку катушка потребляет много энергии
Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.
Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.
Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.
Плюсы и минусы ветрогенератора
Рассмотрим подробно достоинства и недостатки ветротурбин, так как именно от них зависит решение приобрести ветряк или отказаться от него.
Достоинства ветряных устройств
К числу преимуществ устройств, использующих ветровую энергию, относятся:
Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, которым можно пользоваться постоянно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.
Универсальность. Ветровые электростанции можно строить практически всюду: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия особенно ценится в удаленных местах, куда сложно протянуть привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы в этом случае позволяют наладить энергоснабжение объектов, обеспечивая ему независимость от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).
Эффективность использования. Современные модели перерабатывают энергию даже слабых ветров – минимальный предел составляет 3,5 м/с. Подобным образом можно производить допоставку электроэнергии в централизованную сеть, а также организовать электроснабжение отдельных объектов (островных либо локальных) вне зависимости от их мощности.
Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветровые электростанции могут полностью обеспечить электричеством жилой дом или даже некрупный производственный объект. В этом случае турбина будет накапливать в аккумуляторах требуемый запас электроэнергии, предназначенный для использования во время безветренных периодов.
Экономичность. По сравнению с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Во многих случаях постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам.
Применение ветряков может выступать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, дополнительно снижая затраты на транспортировку и хранение горючего до 80%.
Усредненная мощность ветротурбины в разы отличается от показателя пиковой нагрузки. Ветрогенератор отвечает лишь за величину выработки энергии за определенный промежуток времени при среднемесячной скорости ветра, характерной для данной местности.
Для более точной оценки ветровых ресурсов можно воспользоваться специально выведенными данными (параметрами Вейбулла). Эти показатели отражают характерное для конкретной местности распределение ветров разной силы. Подобные сведения важно учитывать при разработке проектов ветропарков, мощность которых составляет десятки МВт.
Вырабатываемая ветротурбиной мощность пропорциональна утроенной скорости ветра. Следовательно, этот показатель очень мал при слабых ветровых потоках, однако при их усилении – резко возрастает. Из-за переменчивости направления ветров и их скорости при конструкции ветровой турбины необходимо предусмотреть стабилизирующие компоненты.
Правила и формулы для расчета мощности ветрогенератора приведены здесь, рекомендуем ознакомиться с весьма полезной информацией.
В небольших автономных системах их функцию выполняют батареи, заряд которых начинает увеличиваться, как только мощность ветрогенератора превысит показатель нагрузки.
При росте нагрузки батарея может разрядиться. Такую особенность работы важно учитывать при выборе бытового агрегата, его мощность должна совпадать с месячной или годовой нормой потребления электроэнергии
Следует отметить, что эффективному применению ветровых потоков способствует разнообразие конструкций ветрогенераторов.
Горизонтальные турбины дают высокие показатели на равнинных местах, где много ветров, тогда как вертикальные турбины лучше работают в регионах с турбулентными потоками, наблюдающимися низко от земли (в верхней части холмов, горных хребтах).
Главные недостатки ветряков
В тоже время, у ветряков есть и свои негативные стороны:
Величину силы ветра сложно предсказать заранее, так как она часто меняется. Из-за этого желательно продумать подстраховку, предусмотрев дублирующий источник энергии (солярные панели, подключение к электросети).
Вертикальные устройства подвергаются опасности разрушения лопастей винта из-за воздействия центробежных сил при вращении лопастей вокруг главной оси. Вследствие подобного эффекта важные элементы конструкции со временем деформируются и разрушаются, а механизм выходит из строя.
Ветряки лучше устанавливать на свободном пространстве, поскольку расположенные рядом здания могут «гасить» ветер, образуя «мертвую» воздушную зону.
Для сохранения избыточной энергии ветротурбин необходимо предусмотреть в конструкции использование аккумуляторов и других дополнительных приборов, служащих для преобразования полученного электричества в ток с подходящими потребительскими характеристиками.
При работе ветряные генераторы издают шум, который может причинять дискомфорт людям, отпугивать животных. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.
К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.
Схемы и способы подключения
Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.
Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.
На схеме продемонстрирован наиболее простой способ применения ветрогенератора, который целесообразно использовать в регионах, где постоянно дуют сильные ветра
Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.
Идеальный вариант для частного дома или хозяйства, расположенного вдали централизованной электросети. Такая комбинированная схема позволяет использовать два вида возобновляемой энергии
Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.
Подобная схема типична для промышленных и коммерческих устройств. Подключение к электрокоммуникациям предусматривают также некоторые модели бытовых ветрогенераторов
При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.
Нюансы применения ветрогенераторов
В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.
Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях
Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС.
Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.
При этом следует учесть некоторые моменты:
Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.
При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.
Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.
Выводы и полезное видео по теме
На представленном ниже видеоролике дается подробная информация о принципе работы и устройстве бытовой модели ветряного генератора:
Ветрогенератор – отличный источник производства электрической энергии, который особенно оценят жители отдаленных мест. Различные российские и зарубежные предприятия предлагают большой ассортимент ветряных конструкций, кроме того, бытовые модели можно сделать и своими руками.
Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как сооружали ветряной генератор на вашем участке, или о том, как работает ветряк у ваших соседей. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.
