Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Содержание

Промышленные ветрогенераторы: образец для подражания

Не секрет, что альтернативная энергетика действительно позволяет получать электричество буквально из ветра. В странах Европы промышленные ветрогенераторы занимают огромные площади и работают автономно на благо человека.

Промышленные ветрогенераторы

Они имеют огромные размеры, расположены на открытых всем ветрам участках, возвышаются над деревьями и местными предметами.

А еще ветряки установлены на удалении друг от друга. Поэтому случайные поломки и повреждения одного не могут причинить вреда соседним конструкциям.

Эти принципы создания ветровых генераторов будем брать за основу разработки самодельных устройств. Они созданы по научным разработкам,
опробованы уже длительной эксплуатацией, эффективно работают.

Начнем с анализа характеристик местности, на которой планируем создавать ветряную электростанцию.

Особенности ветровых электростанций

Устройство ветряных электростанций предполагает использование нескольких ветрогенераторов, объединенных в общую сеть. Это один из лучших источников альтернативной энергии. Такие системы отличаются невысоким КПД (порядка 30%), однако тем не менее, их достаточно для большинства бытовых потребностей.

Ветряки устанавливаются на большой высоте, чтобы обеспечить эффективный поток воздуха. Если вокруг находится много высоких зданий и деревьев, это отрицательно повлияет на эффективность.

Ветровые электростанции не должны устанавливаться вблизи жилых домов. В противном случае это создаст постоянный дискомфорт из-за шума. Их оптимально монтировать в пустынной местности, где не плотная застройка и нет лесов.

Что такое ветрогенератор?

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).

Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.

В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.

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.

Ветрогенератор

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

Расчёт

Если известна средняя скорость ветра, то манипулируя величинами диаметра винта или его площади, можно вывести подходящую мощность установки, которая необходима.

Р = 2D*3V/7000, кВт, где
P — мощность;
D — диаметр винта в м;
V — скорость ветра в м/сек.

Данная формула расчёта эффективности ветрогенератора справедлива исключительно для крыльчатого — горизонтального типа.

к содержанию ↑

Альтернативная ветроэнергетика СНГ

Естественно, ветроэнергетика стран СНГ отстает от передовых государств. Это объясняется многими причинами, в первую очередь экономическими. Правительственные ведомства разрабатывают программы, вводятся «зеленые тарифы», способствующие развивать отрасль.

Для этого есть огромный потенциал, но препятствий к реализации достаточно много. Например, Беларусь совсем недавно начала развиваться в этом направлении, но главной проблемой республики, является отсутствие собственного производства, приходиться заказывать оборудование в странах – партнерах. Говоря о России, данное производство находится в «замороженном» состоянии, поскольку базовыми источниками являются: вода, уголь и атом. Как следствие, 64 место в рейтинге производства электричества. Для Казахстана благоприятное географическое расположение должно способствовать, однако техническая база очень устарела и требует капитальной модернизации.

Проблемы, связанные с работой ветровых электростанций

Ветряк на полеГлавная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести инверторы из строя.

Вывод можно сделать только один: за достижение колоссального экономического эффекта от использования воздушных потоков человечество платит зависимостью от их капризов, труднопрогнозируемых и совершенно непредсказуемых по времени. Напрашивается вопрос о целесообразности их использования и монтажа вообще. Зачем людям такой недобросовестный и непунктуальный помощник, к тому же еще и дикий? Ответ заключен в истории цивилизации, которая уже давно просчитала все.

Малые ветрогенераторы

К малым или бытовым ветрогенераторам обычно относят агрегаты с мощностью не свыше 5 кВт. В розничной продаже доступны агрегаты различной мощности и исполнения отечественного и импортного производства, что позволяет подобрать нужное устройство без переплаты.

Обычно агрегаты поставляются в минимальном комплекте, который:

  • включает контроллер;
  • не содержит буферной аккумуляторной батареи;
  • обеспечивает сборку агрегата на месте установки при условии отсутствия местных ограничений.

Проект установки устройств горизонтального типа из-за их технической сложности требует тщательной проработки, может потребоваться консультация специалиста.

Стоимость маломощных моделей начинается с нескольких десятков тысяч рублей, сильно зависит от отдаваемой мощности.

Назначение основных составляющих ветряка

Ветрогенератор

  • 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.

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.

Ветрогенераторы в море
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.

Устройство качающегося морского ветрогенератораНо 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.

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.

В. Ильин

Ветрогенератор в Челябинске:

Комплектация ветряков

Вертикальный, как правило, состоит из таких деталей:

  • турбина
  • хвост
  • ориентирующий против потока ротор
  • мачта с растяжками
  • генератор
  • аккумуляторы
  • инвертор
  • контроллер заряда аккумулятора
  • сеть

Минусы

  1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
  2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
  3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

Тонкопленочная батарея Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей Ветровая электростанция Ветряк для частного дома — игрушка или реальная альтернатива Принцип действия солнечных батарей. Компоновка деталей на плате Виды контроллеров для солнечных батарей и как выбирать

Все права защищены © 2019

«Электрика в доме»

Выбор модели

Стоимость комплекта ветрогенератора, инвертора, мачты, ШАВРа — шкафа автоматического включения резерва, напрямую зависит от мощности и КПД.

Максимальная мощность кВт Диаметр ротора м Высота мачты

м

Номинальная скорость м/с Напряжение

Вт

0,55 2,5 6 8 24
2,6 3,2 9 9 120
6,5 6,4 12 10 240
11,2 8 12 10 240
22 10 18 12 360

Как видим для полного или частичного обеспечения усадьбы электричеством необходимы генераторы большой мощности, установить которые самостоятельно довольно проблематично. В любом случае высокие капитальные вложения и необходимость производства работ по монтажу мачты с помощью спецтехники существенно снижают популярность ветровых энергетических систем для частного использования.

Переносной вертикальный ветрогенераторСуществуют переносные ветрогенераторы малой мощности, которые можно взять с собой в путешествие. Эти модели компактны быстро монтируются на местности, не требуют особого ухода, и дают достаточно энергии, для комфортного времяпрепровождения на природе.

И хоть максимальная мощность такой модели всего 450 Вт, этого достаточно для освещения всего кемпинга и даёт возможность использовать бытовые электроприборы вдали от цивилизации.

Монатаж ветрогенератора с помощью вертолетаДля средних и малых предприятий установка нескольких генерирующих ветровых станций могла бы дать существенную экономию в энергозатратах. Множество европейских фирм занимаются производством продукции такого типа.

Это сложные инженерные системы, требующие профилактики и обслуживания, но их номинальная мощность такова, что может перекрыть нужды всего производства. Для примера в Техасе на самой большой ветроэлектростанции в США всего 420 таких генераторов вырабатывают за год 735 мегаватт.

к содержанию ↑

Классификация

Основными критериями, определяющими типы ветряных установок, являются следующие:

  • Различие по количеству лопастей. Быстроходные и малолопастные имеют до 4 лопастей, а 4 и выше относятся к тихоходным многолопастным устройствам. Чем меньше количество лопастей, тем выше обороты двигателя.
  • Величина номинальной мощности. Бытовые – до 15 кВт, полупромышленные – от 15 до 100 кВт, промышленные – от 100 кВт до 1 Мвт. Границы между показателями довольно условные, поэтому установки применяются там, где это действительно необходимо.
  • Направление оси. В конструкциях используются два типа. В первом случае это горизонтальная ось, расположенная перпендикулярно относительно движения воздуха, напоминающая обычный флюгер. Такие генераторы отличаются более высоким КПД и приемлемой стоимостью. Второй вариант – это вертикальная ось, благодаря которой конструкция генератора становится более компактной. Она не зависит от направления ветра, а ее лопасти изготовлены в виде турбин. Нагрузка на ось значительно снижена, поэтому и мощность таких установок гораздо меньше. В некоторых электростанциях одновременно используется несколько генераторов с различными осями, объединенными в сеть, что позволяет получить высокую мощность на сравнительно небольшой площади.

Ветряные электростанции

Существует отдельная классификация ветровых электростанций по месту их расположения. Среди них можно выделить три основных типа:

  • Наземные установки, получившие наиболее широкое распространение. Они монтируются на холмах и высотах, а также на специально подготовленных площадках. Строительство ведется с использованием дорогостоящей подъемной техники, поскольку все основные конструкции устанавливаются на большую высоту. Несколько устройств объединяются в общую систему с помощью электрических кабелей.
  • Прибрежные ветровые электростанции. Строятся неподалеку от берегов морей и океанов. Работа системы зависит от морского бриза, который создает воздушные потоки с определенной периодичностью. Сам бриз возникает в результате неравномерного нагрева поверхностей водоемов и суши. Днем движение воздуха осуществляется в направлении с воды на сушу, а ночью, наоборот, с побережья к водоему. Таким образом, получение электроэнергии происходит круглосуточно, без каких-либо перерывов.
  • Шельфовые ветряные электростанции. Устанавливаются в море далеко от берега, на расстоянии 10-12 км. В этом случае генераторы используют энергию, создаваемую регулярными морскими ветрами. Для установки используются участки морского дна, расположенные на незначительной глубине. Фундамент конструкции представляет собой сваи, забиваемые в грунт на глубину до 30 м. Передача электроэнергии на берег, осуществляется при помощи подводного кабеля.

Автоматический переключатель

Ветрогенератор

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.

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.

Обслуживание

Ветровую электростанцию нужно регулярно обслуживать:

  • каждый месяц проверять прочность крепежей и соединений;
  • отслеживать состояние проводов;
  • подтягивать мачтовые тросы;
  • опускать оборудование на землю при штормовом предупреждении;
  • следить за состоянием аккумуляторов, производить их своевременное обслуживание и замену.

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.

Схема автономной работы ветрогенератора

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.

Ветрогенератор, совмещенный с солнечными панелями

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.

Комбинация ветрогенератора с электросетью

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.

Видео про ветровые электростанции

Как установить ветрогенератор

  1. Устанавливайте ветрогенератор на открытом пространстве, лучше на возвышенности. Высота опоры не менее 10 м;
  2. мачту крепите к опоре (столбу);
  3. редуктор с крыльчаткой монтируйте на мачту;
  4. вал подключите к шестерне в основании редуктора;
  5. вал соединяйте с генератором через фланец;
  6. Сверху над ветряком можно установить небольшой навес от осадков ‑ это продлит ресурс эксплуатации ветрогенератора.

Производители

Отечественной промышленностью налажен серийный выпуск широкой гаммы бытовых ветрогенераторов. Их параметры приведены в таблице:

Модель Производитель Тип Мощность Примечание
ВГ 0,25 Ветро Свет, Россия Г 250 Вт
ВЭУ-3(4) СКБ Искра, Россия В 3 кВт 4-лопастная модель
Серия L Ветроэнергетика, Россия В 0,8 – 10 кВт
RKraft Германия Г 0,5 – 5 кВт
Wind Generator М300 Китай В 100 – 270 Вт 6-лопастной ротор диаметром 1 м, масса 11 кг, не имеет контроллера
Condor Home EDS Group, Россия Г 500 Вт 3-лопастной стеклопластиковый ротор

Максимальная скорость ветра 25 м/с

Масса 56 кг

Примечание: Г – горизонтальный, В — вертикальный

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.

Сборка ветрогенератора своими руками

Тип генератора

Выбирать придется между горизонтальным или вертикальным (роторным) типом ветродвигателя.

Более простым вариантом будет установка вертикального ветрогенератора. У него выше коэффициент съёма ветра, а его балансировка значительно легче.

Мощность генератора

Чем мощнее выбранный вами генератор, тем больше вес и диаметра ветроколеса. Соответственно возрастает сложность его балансировки и закрепления.

Расчёт конструкции

Перед созданием устройства подумайте, сможете ли вы в точности воспроизвести точные заводские детали, или найти им достойную замену. Если нет — не стоит начинать.

Аккумуляторные батареи

Не стоит использовать автомобильные аккумуляторные батареи.

Минусы:

  • Недолговечность;
  • Взрывоопасность;
  • Потребность в частом уходе.

Лучше выбрать герметические аккумуляторы:

  • Созданы специально для нужд альтернативной энергетики;
  • Стоит два-три раза дороже;
  • Срок службы вырастет до 10 лет.

Возможные ошибки

  • Неприспособленность к работе в зимних и летних условиях;
  • Уязвимость к ураганным ветрам;
  • Несоблюдение какой-либо технической мелочи, приводящее к деструкции всего устройства.

Фото ветровых электростанций для дома

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

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.»

Вертикально осевой Ротор Дарье. Особенности ротора

В новых конструкциях вертикальных ветряков используют Ротор Дарье, он имеет в два раза выше коэффициент переработки ветрового потока, чем все известные до сих пор установки подобного типа. Вертикально осевые с ротором Дарье целесообразно устанавливать для оборудования насосных станций, где нужен мощный момент на оси вращения при добыче воды с колодцев и скважин в условиях степи.

Принцип действия

Ветрогенератор

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.

Развитие ветроэнергетики

В связи с возрастающей потребностью в энергоресурсах, а также с уменьшением запасов обычных энергоносителей, развитие зеленой энергетики, становится все более актуальным.

Развитие ветроэнергетики

Ученые и инженеры разных стран разрабатывают новые модели ветроустановок, с цельюувеличения доли положительных свойств агрегатов и минимизирования отрицательных.

Такими примерами могут служить плавающие и парящие ветрогенераторы. Плавающие устанавливаются далеко от берега и занимают земельные участки, их работа является наиболее эффективной благодаря постоянству морских ветров. Эффективны и парящие генераторы, т. к., чем выше он поднят над поверхностью земли, тем больше скорость ветра.

Доля электрической энергии, производимой ветряными электростанциями, постоянно растет. Это происходит как в нашей стране, а так и во всех, технически развитых странах.

В России, в перспективе, планируется что доля вырабатываемой электрической энергии ветровыми электростанциями, составит около 30%, от всего производства электроэнергии в стране.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Рубрика «Энергия ветра»

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Блиц-советы

  • для электроснабжения даже большого частного дома достаточно мощности 10 кВт;
  • оцените возможности электростанции по генерации электроэнергии в вашей местности;
  • выбирайте правильное место установки ветрогенератора;
  • контролируйте комплектность покупаемого оборудования;
  • используйте пути повышения скорости окупаемости оборудования;
  • если дорого покупать – сделай сам, это не так сложно.

Ротор Савониуса новинка вертикальных генераторов


Русские учёные изобрели вертикальный генератор нового поколения, который работает на роторе Ворониных-Савониуса. Он являет собой, два полуцилиндра на вертикальной оси вращения. На любом направлении и шквалах, “ветряная мельница” на основе ротора Савониуса, будет полноценно вращаться вокруг своей оси и вырабатывать энергию.

Главным минусом его является низкое использование ветровой силы, так как лопасти-полуцилиндры функционируют только в четверть оборота, а остальную часть своей окружности вращения он тормозит своим движением. О того, какой ротор вы выберете, будет также зависеть долгосрочность эксплуатации объекта. К примеру, ветряки с геликоидным, могут равномерно вращаться благодаря закрутке лопастей. Этот момент уменьшает нагрузку на подшипник и увеличивает длительность службы.

Способы повышения эффективности работы

Чтобы увеличить эффективность функционирования ветрогенератора, потребуется сменить его рабочие возможности и характеристики в положительную сторону. Во – первых, стоит заняться повышением эффективности чувствительности крыльчатки относительно слабого и неустойчивого ветра.

Для воплощения идеи в реальность рекомендуется использовать «лепестковый парус».

Это своеобразная односторонняя мембрана для потока воздуха, которая свободно пропускает ветер в одностороннем направлении. Мембрана представляет собой непроницаемую преграду для движения воздушных масс в обратном направлении.

Другим методом увеличения КПД ветрогенератора является применение диффузоров либо защитных колпаков, которые отсекают поток с противодействующей поверхности. У каждого из вариантов есть как достоинства, так и недостатки. Однако они в любом случае эффективнее, нежели традиционный образец.

Цены на ветрогенераторы и применение

Ветрогенераторы стоят конечно дорого, так-как это сложное оборудование не имеющее массовое распространение как например телевизоры или автомобили. Так-же кроме самого ветрогенератора в составе ветро-электростанции присутствуют аккумуляторы, контроллер и инвертор, так-же мачта тоже дорогая и неотъемлемая часть ветрогенератора.

Ветрогенераторы мощностью 300 ватт очень слабые и надо понимать что свои заявленные 300 ватт в час они вырабатывают при номинальном ветре 10-12м/с, а когда ветер 4-5м/с, то выработка составит всего 30-50ватт*ч. Такие ветряки вырабатывают очень мало энергии, которой хватит к примеру на питание мелкой электроники, экономного светодиодного освещения. Не стоит рассчитывать что такой ветряк сможет обеспечить энергией холодильник, телевизор и свет во всём доме. Выработка энергии напрямую зависит от наличия ветра в месте установки ветряка.

Скажем при среднегодовой скорости ветра 3м/с выработка 300 ватт ветряка составит всего около 3-6 кВт в месяц, ну а если ветер будет дуть каждый день со средней скоростью 5м/с, то выработка составит 15-20 кВт, но такие ветреные места бывают не везде.

Цены небольших ветровых турбин начинаются от 15 000 рублей за ветрогенератор с контроллером без аккумуляторов и мачты. А полный комплект состоящий из ветрогенератора, контроллера, аккумуляторов, мачты, инвертора обойдётся от 50 000 рублей и выше.

Для обеспечения энергией небольшого дома или дачи ветрогенератор понадобится мощностью от 1кВт, выработка энергии опять-же зависит от наличия ветра в вашей местности, она может составить 30-100 кВт в месяц. Такого ветрогенератора в принципе хватит на освещение, телевизор, компьютер, насос, а вот с круглосуточной работой большого холодильника ветрогенератор может не справится. Вообще когда ветрогенератор устанавливается для постоянного обеспечения энергией жилого помещения, где энергия требуется каждый день, то дополнительно устанавливают бензиновый или дизельный генератор, который в периоды длительного отсутствия ветра заряжает аккумуляторы. Генератор это необходимое устройство чтобы обеспечить полную бесперебойность автономной ветряной электростанции.

Стоимость полного комплекта от 150 000 рублей, и может доходить до 300-400 т.рублей. Чем больше ёмкость аккумуляторов тем больше времени можно питаться от АКБ при отсутствии хорошего ветра. Так-же аккумуляторы нельзя разряжать глубоко, от этого сильно сокращается срок службы. По этому если к примеру в сутки тратится 2 кВт энергии, то энергии а аккумуляторах должно помещаться как минимум 10 кВт.

Если планируется обеспечить энергией свой частный дом или небольшое хозяйство, то ветряк понадобится мощностью 3-5 кВт. Стоимость полного комплекта от 300 000 рублей и до 1-го миллиона рублей. Здесь уже серьёзная мощность и потребление, по-этому кроме цены ветряка дорогой получается мачта, контроллер, мощный инвертор, и аккумуляторов нужно много чтобы стабильно обеспечивать энергией всю домашнюю бытовую технику.

Если хочется чтобы ветрогенератор ещё отапливал дом, то нужно смотреть на мощности от 10 кВт. Вообще чтобы автономная электростанция была оптимальна по выработке электо-энергии, то просто одного ветрогенератора будет не достаточно. В системе должны быть и солнечные батареи, и бензо-генератор на случай когда совсем нет ни солнца ни ветра. Контроллер должен управлять и ветрогенератором, и солнечными панелями, и заводить бензо-генератор когда энергия на исходе. Всё это оборудование стоит дорого, но если нет возможности подключится к электросетям, то выход вкладывать деньги в ветро-солнечную электростанцию.

Как сделать ветряной генератор своими руками

Покупка заводского ветрогенератора не всегда лучшее решение. Главное препятствие — высокая стоимость промышленных ветряков. Такое оборудование можно ставить не на всякий участок ‑ для установки мачты требуется специальное разрешение, да и опасно оставлять оборудование на необжитом месте. Альтернативный вариант ‑ сделать ветрогенератор для частного дома своими руками. Во многих случаях это приемлемо, учитывая минимальные затраты и возможность творчески проявить себя.

Роторный ветрогенератор — относительно простое преобразовательное устройство. Его будет недостаточно для полного обеспечения электроэнергией особняка, но на небольшой дачный домик самодельного ветряка вполне хватит. Он сможет осветить домик, хозяйственные постройки, дорожки на участке и т. д.

Пропеллер

Можно изготовить из любого материала: хоть из пластиковых бутылок. Правда гибкие лопасти существенно ограничивают мощность.

12-vetrogenerator-11.jpg

Достаточно вырезать в них полости, для забора ветра.

Неплохой вариант — ветряк бытового из кулера. Вы получаете готовую конструкцию с профессионально выполненными лопастями и сбалансированным электродвигателем.

13-vetrogenerator-12.jpg

Аналогичная конструкция изготавливается из охладителя компьютерных блоков питания. Правда мощность такого генератора мизерная — разве что зажечь лампу на светодиодах, или зарядить мобильный телефон.

14-vetrogenerator-13.jpg

Тем не менее, система вполне работоспособна.

Неплохие лопасти получаются из алюминиевых листов. Материал доступен, его несложно отформовать, пропеллер получается достаточно легким.

15-vetrogenerator-14.jpg

Если вы создаете роторный пропеллер для вертикального генератора, можно воспользоваться жестяными банкам, разрезанными вдоль. Для мощных систем применяются половинки стальных бочек (вплоть до объема 200 литров).

16-vetrogenerator-15.jpg

Разумеется, придется с особой тщательностью подойти к вопросу надежности. Мощный каркас, вал на подшипниках.

Генератор

Как говорилось выше, можно использовать готовый автомобильный, или электродвигатель от промышленных электроустановок (бытовой техники). В качестве примера: ветрогенератор из шуруповерта. Используется вся конструкция: двигатель, редуктор, патрон для крепления лопастей.

17-vetrogenerator-16.jpg

Компактный генератор получается из шагового двигателя принтера. Опять же, мощности хватает лишь на питание светодиодного светильника или зарядного устройства смартфона. На природе — незаменимая вещь.

18-vetrogenerator-17.jpg

Если вы с паяльником «на ты», и неплохо разбираетесь в радиотехнике — генератор можно собрать самостоятельно. Популярная схема: ветрогенератор на неодимовых магнитах. Преимущества конструкции — можно самостоятельно рассчитать мощность под ветровую нагрузку в вашей местности. Почему неодимовые магниты? Компактность при высокой мощности.

Можно переделать ротор имеющегося генератора.

19-vetrogenerator-18.jpg

Либо создать собственную конструкцию, с изготовлением обмоток.

20-vetrogenerator-19.jpg

Эффективность такого ветряка на порядок выше, чем при использовании схемы с электродвигателем. Еще одно неоспоримое преимущество — компактность. Неодимовый генератор плоский, и его можно разместить непосредственно в центральной муфте пропеллера.

Мачта

Изготовление этого элемента не требует познаний в электронике, но от его прочности зависит жизнеспособность всего ветрогенератора.

21-vetrogenerator-20.jpg

Например, мачта высотой 10–15 метров требует грамотно рассчитанных растяжек и противовесов. Иначе сильный порыв ветра может завалить конструкцию.

Если мощность генератора не превышает 1 кВт, вес конструкции не такой большой, и вопросы прочности мачты отходят на второй план.

Пример использования ветрогенераторов и солнечных батарей для обеспечения электро-энергией частного дома

Следует каждый год проводить тщательный осмотр всего устройства:

  • Смазывать все движущиеся части;
  • Подкручивать болты и все электрические соединения;
  • Проверять все механизмы на отсутствие коррозии механизма и на ослабление растяжек;
  • Контроль возможных повреждений лопастей (лопасти и подшипники необходимо менять каждые 7-10 лет).

Самый часто встречающийся вид поломки ветряка — отрыв лопасти. В зимнее время на лопастях ветрогенератора часто образуется лёд. Чтобы обезопаситься от несчастных случаев и травм, почаще осматривайте и очищайте лопасти турбин.

Раздел:[Конструкции для дома]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

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.

Ветряк, изготовленный своими руками

Ветрогенератор

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.

Однолопастной на мачте

Инновационной разработкой, принято считать однолопастной, главным его достоинством является высокая частота и скорость оборотов. Именно в них вместо оптимального количества лопастей встроен противовес, который мало влияет на сопротивляемость движению воздуха.

Парусный самый быстрый «ловец» потока

Альтернативой лопастного, является парусный. Попутный ветер в лопасти улавливает очень быстро и мгновенно под него подстраивается в результате тот может работать на всех скоростях от самых малых до буревых. Этот тип оборудования вовсе не создаёт шумов и радиопомех, он прост в эксплуатации и транспортировке и это является немаловажным фактором.

Окупаемость

Ветрогенератор

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

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

Проект Windstalk

Мачта без лопастей уже давно рассматривается, как самый удачный из вариантов альтернативных источников для электричества. В Абудаби в городе Мансард решили построить электростанцию Windstalk. Она являет собой совокупность стеблей, армированных резиной, с шириной 30 см и до 5 см в верхней точке. Каждый такой стебель согласно проекту, содержит слои электродов и керамических дисков, которые способны вырабатывать электрический ток. Ветер качая эти стебли, будет сжимать диски, вследствие чего будет вырабатываться электрический ток. Никакого шума и опасности для окружающей среды, подобные ветроустановки не создают. Площадь, которую занимают стебли в проекте Windstalk охватывает 2,6 гектара, а по мощности намного превосходит идентичное количество лопастного типа, что могут расположиться на этой же территории. На создание подобной конструкции разработчиков натолкнули камыши на болте, которые равномерно раскачиваются на ветру.

Самый большой ловец ветра

Самым большим в мире принято считать детище компании Enercon. Мощность энергоустановки составляет 7,58 МВт. Высота несущей башни может изменяться в зависимости от требований потребителя, в стандартном варианте высота составляет 135м, а размах лопастей— 126м. Общая масса данной конструкции составляет величину около 6000т.


Если оговаривать самую большую ветровую установку для выработки электричества согласно размаху винтов-она находиться в Дании. Изготовили турбину инженеры компании LM Wind Power. Размах лопастей  составляет 180м. Это рекордный размер, который в мире не имеет равных. Разработчики большой размер придали только лопастям считая, что чем больше будут остальные детали у ветротурбины, тем больше в нее будет бить молний. Сами лопасти инженеры оборудовали специальной защитой, которая отводит разряд от удара молнии прямо в землю. Также лопасти самого большего размера оснащены специальным покрытием, что защищает их от без абразивного износа, а также от дождя или снега.

Компании, что активно развивают отрасль энергетики утверждают, что вскоре мир увидит гигантские конструкции с размахом “вентилятора” более 200 метров. Согласно их прогнозам, такой генератор сможет работать непрерывно даже при ураганах и обеспечить электричеством более 10000 домов — небольшой городок. Нам остаётся только надеяться на то, что у них все получиться, и вскоре мы сможем забыть о больших счетах за электроэнергию.

Аккумуляторы для генератора

Батареи для ветряков AGM, в отличии от гелиевых, герметичны и содержат кислотный электролит. Изделия отличаются повышенной чувствительностью к перезарядкам и выдерживают 200—500 циклов. Гелиевые АКБ относятся к не обслуживаемому виду химических источников электричества. Они имеют загуститель силикагеля в составе электролита и чувствительны к перезарядкам. Небольшое количество циклов зарядов в пределе 350 раз.

Панцирные АКБ изготавливаются по уникальной технологии, считаются аккумуляторами нового поколения и отличаются улучшенными свойствами. Большой эксплуатационный срок от 800 до 2 тыс. циклов зарядов-разрядов. Аккумуляторы зависят от температуры окружающей среды. Понижение на 1ºС приводит к уменьшению ёмкости устройства на 1%. Этот параметр АКБ в мороз -25 ºС будет наполовину меньше его значений при +25 ºС.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом