Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Содержание

Принцип работы ветрогенератора

Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

21004 7 января 2017

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.

Источник: https://tcip.ru/blog/wind/printsip-dejstviya-i-raboty-vetrogeneratora.html

Что такое ветрогенератор, принцип работы, где купить и цена

Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

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

Описание

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

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

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

Что представляют собой электростанции, использующие силу ветра?

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

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

Назначение основных составляющих ветряка

  • Генератор служит для зарядки батареи. От мощности его зависит, как быстро последние будут разряжаться.
  • Лопасти, благодаря кинетической энергии воздуха, заставляют двигаться вал генератора.
  • Мачта. От ее высоты зависит количество вырабатываемой энергии. По форме она бывает совершенно разной, как и по высоте.

Дополнительные компоненты

  • Контроллер, занимающий в электрической цепочке место за генератором, необходим, чтобы управлять лопастями и заряжать батарею, посредствам преобразования вырабатываемого переменного тока в постоянный.
  • Аккумулятор накапливает заряд для использования в безветренную погоду. Кроме этого, он стабилизирует выходное напряжение генератора, благодаря чему, даже при сильных порывах ветра, нет перебоев напряжения.
  • Датчики направления и анемоскоп собирают данные о направлении и скорости ветра.
  • АВР в автоматическом режиме производит переключение между источниками питания с периодичностью 0,5 секунд. Автоматический переключатель питания позволяет объединять ветряк с общественной электросетью, дизель-генератором и пр.

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

  • Инверторы. Как известно, большая часть бытовых устройств работать для работы не использует постоянный ток, поэтому в цепочке между аккумулятором и приборами стоит инвертор, выполняющий операцию обратную, т.е. превращающий ток постоянный в переменное напряжение 220в, необходимое для работы приборов.

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

Автоматический переключатель

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

Типы ветряных электростанций

Деление идет по четырем категориям:

  • по расположению оси – вертикальные, более эффективные, но менее устойчивые к внешним воздействиям, и горизонтальные;
  • по числу лопастей – двухлопастные, трех- и многолопастные;
  • по материалу – жесткие и парусные. Последние стоят меньше, но и прочностью не отличаются;
  • по способу управления лопастями – с фиксированным шагом и изменяемым (более сложный в использовании).

Принцип действия

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

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

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

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

Схема «флюгер»

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

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

Особенности ветряных генераторов

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

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

КПД первых достаточно высокий. Он достигает 50%.

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

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

Но есть у них и достоинства, к которым относят:

  • высокую надежность конструкции;
  • простой монтаж;
  • малый шум, который дает возможность размещать их на крышах домов и даже на поверхности земли.

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

Виды ротора

Ветрогенераторы различаются по форме ротора (рабочего колеса).

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

Можно купить ветряк в торговой сети или изготовить самостоятельно.

Расчет ветрогенератора

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

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

Узнать этот показатель поможет соответствующий запрос во всемирной Сети.

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

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

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

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

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

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

Ветряк, изготовленный своими руками

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

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

Двигатели

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

https://www.youtube.com/watch?v=_vRskp2Xoj0

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

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

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

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

Изготовление винтов

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

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

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

Комплект

  • Ротор с лопастями. Их, в зависимости от модели, может быть: одна, две, три и более;
  • Редуктор или, другими словами, коробка передач, предназначенная для регулирования скорости между генератором и ротором;
  • Кожух защитный. Назначение его понятно из названия: он защищает все составляющие конструкции от внешнего воздействия;
  • Хвост, отвечающий за поворот по направлению дующего ветра;
  • Батарея аккумуляторная. В ее задачу входит накопление энергии, т.е. запас. Поскольку погода не всегда благоприятна для электростанции, это всегда выручит в ненастье;
  • Инверторная установка. Она служит для преобразования тока постоянного в переменный, питающий электроприборы, используемые в быту.

Плюсы

  • Экономия средств. Затраты нужны лишь на установку и обслуживание (ни на топливо, ни на что другое тратиться не придется);
  • Работает, не требуя вмешательства человека (всегда в ветреную погоду);
  • Подходит для большей части климатических областей;
  • Минимальный износ деталей.

Минусы

  • Некоторые модели достаточно шумные;
  • При неправильно установленной мачте может издавать инфразвук;
  • Необходимость заземления высоких мачт;
  • Нуждается в профилактике;
  • Возможность повреждения во время сильных ураганов.

Особенности установки

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

  • наличие построек и деревьев. Это может мешать продуктивной работе;
  • рекомендуется установка ветряка на специальной конструкции, высота которой на 20 метро выше преград, расположенных в радиусе 200 метров;
  • расстояние до жилых построек не может быть меньше 30-40 метров, чтобы шум не мешал людям.

Стоимость

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

Ориентировочная цена установок, в зависимости от мощности:

  • 5 кВт /120V — 220 100,00 рублей. Обеспечивает электроэнергией целый дом с большим количеством бытовых приборов;
  • 10 кВт/240V — 414 000,00 рублей. Достаточно для нескольких домов или фермерского хозяйства, где кроме приборов используют строительные инструменты;
  • 20 кВт/240V — 743 700,00 рублей. Используется даже для водонапорных систем;
  • 30 кВт/240V — 961 800,00 рублей. Ветрогенератор для многоквартирных пятиэтажных домов;
  • 50 кВт/380V — 3 107 000,00 рублей. Обеспечит энергией несколько многоэтажек.

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

Где купитьЦена в рублях
http://invertory.ru/category/vetrogeneratory/от 58278
http://energywind.ru/katalog/vetrogeneratoryот 65000
http://www.termocool.ru/catalog/vetrogeneratoryот 59000
http://energy-ds.ru/catalog/generating/vetrogeneratory.htmlпо запросу
http://220-on.ru/catalog/vetrogenerator-dlya-otopleniya-doma/от 95790

Окупаемость

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

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

Отзывы

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

Евгений, Москва

: Ветрогенератор для дома

Источник: https://motocarrello.ru/jelektrotehnologii/1819-vetrogenerator.html

Как работает и для чего нужен ветрогенератор: разновидности, конструкция и выбор оборудования

Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Подключение к магистральной сети электроснабжения до сих пор доступно не всем. Есть немалое число населенных пунктов, до которых линии электропередач не дошли.

Да и подключенные поселки и деревни, вследствие общей изношенности линий, испытывают частые перебои с электроснабжением.

Кроме того, дачные поселки, выстроенные недавно, зачастую не имеют возможности подключиться к линии, расположенной в солидном отдалении.

Решение вопроса с электроснабжением традиционно возлагается на бензиновые или дизельные электростанции, нуждающиеся в снабжении топливом, капризные и требующие постоянного наблюдения устройства. При этом, есть альтернативные источники, не нуждающиеся в топливе. Одним из них является ветрогенератор.

Что из себя представляет ветрогенератор?

Ветрогенератор — это устройство, использующее энергию ветра для выработки электрического тока. Воздушные потоки, свободно перемещающиеся в атмосфере, имеют гигантскую энергию, причем, совершенно бесплатную. Ветроэнергетика — это попытка извлечь ее и обратить на пользу.

Ветрогенератор представляет собой набор устройств, принимающих, обрабатывающих и подготавливающих для использования энергию. Потоки ветра взаимодействуют с ротором ветряка, заставляя его вращаться.

Ротор посредством повышающей передачи (или напрямую) соединяется с генератором, который заряжает аккумуляторные батареи.

Заряд через инвертор перерабатывается в стандартный вид (220 В, 50 Гц) и подается на приборы потребления.

На первый взгляд, комплекс устроен довольно сложно. Существуют и более простые конструкции, например, ветряки, питающие насосы. Тем не менее, для сложных приборов требуется полный комплект оборудования, способный обеспечить стабильное и качественное электроснабжение.

Зачем он нужен?

Отличительное свойство электроэнергии состоит в том, что ее можно производить в любых количествах, если позволяет оборудование. Ветрогенератор как раз и относится к таким устройствам — он производит электроэнергию. Таким образом, ветряк представляет собой электростанцию, способную обеспечивать как крупные участки с большим количеством потребителей, так и отдельные дома или приборы.

Возможности устройства зависят от размеров крыльчатки и мощности генератора. Эти два параметра являются определяющими и зависят друг от друга. Чем мощнее ротор, тем большей мощности генератор он сможет вращать, вырабатывая большое количество энергии.

При этом, ветряк может быть создан самостоятельно и обеспечивать потребности отдельной группы приборов — например, освещения, водоснабжения, вентиляции и т.д. Такая избирательность удобна для сокращения расходов на электроэнергию, обеспечения бесперебойной подачи питания на старых изношенных линиях.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно ветрогенераторы сочетают механическую, электромеханическую и электрическую части.

К механической относится ветряк, непосредственно принимающий энергию ветра и преобразующий ее во вращательное движение.

Оно передается на электромеханическое устройство — генератор, преобразующий кинетическую энергию вращения в электрический ток. После этого действуют чисто электронные устройства:

  • выпрямитель. Генератор вырабатывает переменный ток, который не годится для заряда аккумуляторных батарей. Для дальнейшего использования его надо выпрямить, для чего используется выпрямительное устройство
  • контроллер заряда. Обеспечивает своевременное переключение аккумуляторных батарей с режима зарядки на режим питания потребителей, чтобы избежать выхода АКБ из строя
  • аккумулятор (АКБ). Накапливает заряд, необходимый для поддержания напряжения в сети при ослаблении ветра
  • инвертор. Преобразует постоянный ток аккумулятора в обычные 220В 50 Гц переменного тока, необходимых для питания стандартных потребителей.

Все перечисленные электронные устройства являются типичным комплектом оборудования, используемым с любым типом ветряка. Изменение конструкции крыльчатки не влияет на состав комплекта, если только не происходит значительного увеличения скорости вращения, требующего изменения параметров генератора.

Виды ветрогенераторов

Используются два основных вида ветряков, имеющих принципиальные различия:

  • горизонтальные
  • вертикальные

В обоих случаях речь идет об оси вращения ротора. Конструкция различных моделей горизонтальных устройств мало отличается друг от друга, представляя собой подобие бытового вентилятора или пропеллера. Вертикальные устройства обладают намного большим разнообразием типов конструкции, внешне значительно отличаясь друг от друга. Рассмотрим их подробнее:

Горизонтальные ветряки

Горизонтальные конструкции имеют большую эффективность, так как поток ветра они воспринимают только рабочей стороной лопастей. Наибольшее распространение получили трехлопастные крыльчатки, но для небольших конструкций число лопастей может быть увеличено.

Именно горизонтальные конструкции используются для изготовления больших промышленных образцов, имеющих огромный размах лопастей (больше 100 м), которые в объединенном виде образуют довольно производительные электростанции. Государства западной Европы, такие как Дания, Германия, скандинавские страны активно используют ветряки для обеспечения населения энергией.

Устройства имеют один недостаток — они нуждаются в наведении на ветер. Для небольших ветрогенераторов проблема решается установкой хвоста наподобие самолетного, который автоматически располагает конструкцию по ветру. Большие модели имеют специальное устройство наведения, контролирующее положение крыльчатки относительно потока.

Вертикальные конструкции

Ветрогенераторы вертикального типа имеют меньшую эффективность, вследствие чего используются для обеспечения энергией лишь отдельных потребителей — частный дом, коттедж, группу приборов и т.д.

Для самостоятельного изготовления такие устройства подходят больше всего, так как обладают широким выбором вариантов конструкции, не нуждаются в подъеме на очень высокую мачту (хотя это им и не противопоказано).

Вертикальные роторы могут быть собраны из любых подручных материалов, в качестве образца можно использовать любой тип из множества известных:

  • роторы Савониуса или Дарье
  • более современный ротор Третьякова
  • ортогональные конструкции
  • геликоидные устройства и т.д.

Описывать все типы подробно незачем, так как их количество постоянно увеличивается. Практически все новые разработки базируются на вертикальной оси вращения и предназначены для использования в частных домах или усадьбах.

Большинство разработок предлагает собственный вариант решения основной проблемы вертикальных устройств — низкого КПД.

Некоторые варианты имеют довольно высокие показатели, но обладают сложным устройством корпуса (например, конструкция Третьякова).

Расчет и выбор

Расчет мощности ветряка сводится к подсчету суммарной мощности потребления осветительными, вспомогательными и бытовыми приборами. Полученное значение увеличивается на 15-20% (запас мощности необходим при возникновении непредвиденных ситуаций), и на основании этих данных рассчитывается или выбирается готовый генератор.

От его параметров ведется построение всего остального комплекта — механические требования ложатся в основу проектирования ветряка, а эксплуатационные параметры — мощность, напряжение, сила тока — используются при создании системы накопления и обработки полученного тока.

Выбирая приборы, следует также обеспечивать небольшой (15-20%) запас мощности, который обеспечит устойчивость комплекса при возникновении форс-мажорных ситуаций.

Изготовление ветряка своими руками

Основные работы, которые предстоит сделать, это — изготовление и установка вращающегося ротора. Прежде всего следует выбрать тип конструкции и ее размеры. Определиться в этом поможет знание требуемой мощности устройства и производственные возможности.

Большинство узлов (если не все целиком) придется изготовить самостоятельно, поэтому на выбор повлияет, какие познания имеются у создателя конструкции, с какими приборами и устройствами он знаком наилучшим образом. Обычно сначала делается пробный ветряк, с помощью которого проверяется работоспособность и уточняются параметры сооружения, после чего приступают к изготовлению рабочего ветрогенератора.

Рекомендуемые товары

Источник: https://Energo.house/veter/dlya-chego-nuzhen-vetrogenerator.html

Ветрогенераторы: принцип действия, типы, применение, эффективность работы – Альтер Эйр

Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) – это прибор для превращения энергии ветра в электрическую. 

Сначала он превращает кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию. Мощность ветрогенератора может быть от 5 КВт до 4500 КВт. Современные устройства генерируют энергию даже очень слабого ветра – от 4 м/с.

Ветроэлектрические установки могут входить в состав частной независимой электростанции и позволяют продавать излишнюю энергию государству по условиям «зеленого тарифа».

Такие сооружения могут быть источником энергии для локальных и островных объектов, так как решают проблемы энергоснабжения автономно.

Как работает ветрогенератор: принцип преобразования энергии ветра

Потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора: проходят через турбину, приводит её в действие и она начинает вращаться. На валу турбины возникает энергия, которая будет пропорциональна ветровому потоку. Чем сильне ветер, тем большее количество энергии возникает.

Далее энергия передается по валу ротору на мультипликатор (если он есть), который её генерирует.

Учтите, что более продуктивными являются устройства без мультипликатора, который ускоряет вращение оси, потому что не создается, а, естественно, и не растрачивается лишняя энергия, а скорости ветра вполне достаточно для оптимальной работы ветрогенератора.

Генератор превращает механическую энергию в электрическую.

Мощность ветряка измеряется «ометаемой» площадью турбины.
Чем больший размер лопастей, тем большую мощность он создает.

Мощность ветрогенератора рассчитывается исходя из кубической зависимости скорости ветра.

Пример:

Если ветровой поток со скоростью n создает мощность 100 Вт, то поток со значеним n+1 будет создавать мощность 300 Вт, а вот n+2 – уже 900 Вт.

Поэтому, если размер турбины не большой, то нужен очень сильный поток ветра, чтобы мощность была высокой, и наоборот – большая турбина может выдавать ту же мощность при более слабом ветре.

Но для того, чтобы работа ветрогенератора была сбалансированной и выдавала нужное количество энергии нужно на этапе проектирования правильно рассчитать все необходимые параметры ветряной электростанции.

Конструкция ветряка:

  • Мачта (может быть трубчатого типа или «ферма»):
  • Турбина – это ротор, предназначенный для того, чтобы превратить энергию прямолинейного движения воздушного потока;
  • Система управления турбиной;
  • Генератор преобразовывает энергию ветра в электрическую;
  • Ланка передачи энергии (мультипликатор или сам вал);
  • Выпрямитель (поскольку зачастую в ветряках используются генераторы переменного тока для того, чтобы правильно зарядить аккумулятор или отправить энергию в сеть (бытовой сегмент));
  • Система азимутального привода или хвост (иногда устанавливаются машины, у которых к ветряку прикрепляется «хвост», он ориентируется по ветру самостоятельно).

По мощности и области применения ветрогенераторы бывают:

  • промышленные (мощность от 500 КВт);
  • бытовые (мощность 0-10 КВт).

Устройства с мощностью от 10 до 500 КВт используются крайне редко.

По конструкции бытовые типы ветряков отличаются конструкцией ротора (турбины):

  1. С горизонтальной осью. Отличаются системой управления турбины (ротора), она может быть:
  • аэромеханической (на лопастях установлены специальный «закрилышки», которые меняю угол направления ветра: чем больше скорость ветра, тем больше угол атаки лопастей и наоборот).

    Меняя угол атаки, мы можем управлять турбиной как на малых, так и на больших скоростях для эффективной и правильной работы устройства.

  • с азимутальным приводом (электроника фиксирует скорость и направление ветра, поворачивает или отворачивает турбину от ветра, если скорость ветра превышает номинальную).

  1. С вертикальной осью – это малоэффективные устройства, которые не рекомендовано использовать из-за ряда недостатков.
    Они отличаются типом турбин:
  • ротор Савониуса (Savonius). Их недостатком является коэффициент опережения.

    Если скорость ветра 10 м/с, то законцовка турбины будет вращаться со скоростью 100 м/с, соответственно, коэффициент опережения – 10. Фактически ветряк не может самостоятельно стартовать, его нужно раскручивать и только после этого он начинает работать. Если этого не делать, то он начет вырабатывать энергию только при скорости ветра 10 м/с и больше.

  • ротор Дарье (Darrieus). Применяются разве что как анемоскопы, так как малоэффективные.

Сейчас широкое применение получили ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения (крыльчатые), благодаря тому, что у них коэффициент использования энергии ветрового потока (КИЭВ) легко достигает 30% и больше, а у ветрогенераторов с вертикальной осью вращения КИЭВ составляет около 20%. 

Система бытового энергоснабжения с использованием ветрогенератора похожа на систему с солнечными модулями, в одной системе могут использоваться как ветрогенераторы, так и солнечные модули.

От высоты мачты и диаметра ротора зависит количество выработанной энергии следующим образом: на каждые 10 метров подъёма ветряка добавляется 1 м/с скорости ветра. Чем выше мачта, тем больше вероятность того, что он будет работать максимально эффективно. И та же ситуация с ротором: чем больше диаметр, тем больше выработка энергии.

Значения силы ветрового потока для работы ветряка:

  1. Скорость ветра для начала вращения лопастей, при котором мощности нет вообще – от 1,5 м/с.
  2. Минимальная скорость ветра при которой уже начинается генерация мощности – 3 м/с.

  3. Номинальная скорость ветра (для ветрогенераторов украинского производства) – 7-9 м/с.

  4. Максимальная скорость ветра, при которой ветрогенератор украинского производства сохраняет свою работоспособность– 52 м/с (200 км/час), что свидетельствует о высоком качестве сборки установки и прочности материалов изготовления.

Применение и рекомендации по месту установки ветрогенератора

Ветрогенераторы характеризуются широким применением на объектах различного назначения: частные дома и домохозяйства, предприятия, отдельные сооружения, которые требуют автономного энергоснабжения.

Их устанавливают на открытых, желательно возвышенных территориях, где есть хороший ветровой потенциал: поле, горы (холмы), остров и даже мелководье.

Ветрогенераторы могут устанавливаться как по одиночке так и группами, объединяясь в ветропарк для энергоснабжения масштабных предприятий.

Чаще всего ветряные электростанции применяются для энергоснабжения автономных зданий, где отсутствует подключение к городской электросети.

Маломощные ветряки используются на охотничьих угодьях, рыбацких станах, на дачных участках для пчеловодов, на автономных светильниках для освещения дорог.

Учитывайте, что во время работы ветряная установка может издавать небольшой шум, поэтому желательно сооружать её не под самыми окнами жилого дома. Так как этот звук не громкий, то к нему легко привыкнуть. И, кстати, домашним животным, у которых слух намного чувствительнее, чем у человека, он тоже не мешает.

В настоящее время применение ветрогенераторов как альтернативы центральному энергоснабжению нерентабельно из-за большой стоимости оборудования, но, в то же время, возможно использование ветрогенераторов в местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение или присутствуют частые перебои. Период окупаемости – 25 лет.

Также существует техническая возможность исполнения генератора выдающего переменный ток, который можно использовать для прямого питания потребителей, которые не требуют бесперебойного питания, к примеру, насос для осушения какой-нибудь территории.

В Украине на всей территории возможно использование ветрогенераторов с той или иной степенью эффективности. Наиболее выгодно, с точки зрения ветрового потенциала, размещать ветрогенераторы в Крыму и Закарпатье.

Источник: https://alterair.ua/articles/vetrogeneratoryi/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.