ветрогенератор что это простыми словами
Ветряной электрогенератор (ветряки): их эффективность, преимущества и недостатки
Ветроэнергетика
Ветроэнергетика — это неисчерпаемый источник энергии, поэтому применяли ее еще древние наши предки. В третьем десятилетии, например, египтянами был изобретен парус, персы позже придумали ветряные мельницы, облегчившие труд людей.
В наше время развитие этой отрасли получило новый виток, позволив из ветра получать электроэнергию.
Монтаж ветрогенераторов не сложен, поэтому, если принято решение ветрогенератор для дома купить, нужно выделить на установку неделю. Они не шумят и не выбрасывают в атмосферу вредные вещества.
В компании «Condor Home» непрерывно совершенствуют конструкции, чтобы повысить их эффективность. Разрабатывая изделия, сотрудники ориентируются на пожелания потребителя, желающего купить ветряк эстетичного вида, высокой эффективности и надежности, а также, удовлетворяющие требованиям безопасности.
Эксплуатируются устройства этой компании частными лицами, сельскохозяйственными и нефтегазовыми компаниями, телекоммуникационным сектором. Если купить ветрогенератор для частного пользования и установить, появится возможность не зависеть от центрального энергоснабжения или увеличить мощность сети.
Какую роль ветер играет в мире
Участившиеся природные катаклизмы и деградация вечной мерзлоты показали, насколько серьезна проблема изменения климата. Чтобы остановить глобальное потепление, более 170 стран заключили Парижское соглашение по климату, которое призывает ограничить рост средней температуры двумя градусами Цельсия по сравнению с доиндустриальной эпохой. Без революции в области энергетики выполнить план не удастся. По оценке аналитиков IRENA, внедрение возобновляемых источников энергии, а также глубокая электрификация и повышение энергоэффективности обеспечат более 90% сокращения выбросов парниковых газов, необходимых для достижения целей Парижского соглашения.
В 2019 году совокупная мощность ветряной генерации в мире превысила 651 гигаватт (в 2,5 раза больше суммарной мощности всей российской электрогенерации), увеличившись за год на 10%, подсчитали эксперты Глобального совета по ветряной энергии (GWEC). Крупнейшими рынками наземных ветряных станций остаются Китай и США — на эти страны пришлось более 60% введенных в эксплуатацию мощностей. При этом более заметную роль начинает играть прибрежная ветрогенерация: в 2019 году мощность этого сектора выросла на 6,1 гигаватт.
Последовательный рост ветроэнергетики позволял предположить, что 2020 год станет рекордным для отрасли. Еще в феврале эксперты BloombergNEF прогнозировали увеличение мировой выработки энергии ветра на 75 гигаватт по итогам года. Пандемия заставила пересматривать оценки, но доля возобновляемых источников продолжает расти. Так, мощность введенных в эксплуатацию оффшорных станций в 2020 году составит 6,6 гигаватт — больше, чем годом ранее.
В нескольких странах ветроэнергетика уже занимает значимую долю в выработке. Так, за первые шесть месяцев 2020 года ветряные и солнечные станции обеспечили 42% выработки электроэнергии в Германии и 33% — в Великобритании. В ближайшее десятилетие этот показатель еще вырастет: к примеру, британское правительство планирует обеспечить к 2030 году каждый дом в стране электроэнергией с прибрежных ветроустановок. Решение этой амбициозной задачи создаст 2 тыс. рабочих мест в сфере строительства станций и поддержит дополнительно 60 тыс. человек, занятых в смежных отраслях.
Что происходит в России
641 мегаватт совокупная мощность ветроустановок в России.
1,8 гигаватт введет в эксплуатацию Фонд развития ветроэнергетики к 2024 году.
30 млрд руб. объем инвестиций РОСНАНО и «Фортум» в развитие ветроэнергетики в России.
Россия обладает огромными запасами ископаемого топлива, но не может игнорировать глобальный тренд на «зеленую» энергетику. Несколько лет назад правительство приняло программу государственной поддержки возобновляемых источников энергии, которая предполагает увеличение мощности «зеленой» генерации в стране до 5,5 гигаватт к 2024 году. При этом ветер выглядит одним из самых перспективных источников возобновляемой энергии в России.
Первый ветропарк в России финская компания «Фортум» построила в конце 2017 года, а сегодня совокупная мощность всех ветроустановок в стране превышает 600 мегаватт. Один из ключевых игроков на рынке возобновляемой энергетики России сегодня — Фонд развития ветроэнергетики. Это совместный проект РОСНАНО и «Фортум», которые договорились инвестировать в проекты строительства ветряных электростанций в России 30 млрд руб. До 2024 года Фонд введет в эксплуатацию около 1,8 гигаватт в 10 регионах страны.
Уже есть первые результаты: так, ветроэнергетический кластер в Ростовской области, введенный в эксплуатацию фондом в первой половине 2020 года, стал крупнейшим в России объектом ветрогенерации. Его суммарная мощность составляет 300 мегаватт, а в будущем увеличится на треть.
Еще несколько проектов должны запуститься в ближайшие годы: Фонд строит ветроэлектростанции в Калмыкии (мощностью 200 мегаватт), Астраханской области (340 мегаватт), Волгоградской области (105 мегаватт). Общий портфель Фонда составляет 55% от суммарного объема вводов ветрогенерации в стране.
РОСНАНО не только участвует в проектах по строительству ветропарков, но и организовало производство ключевых элементов для них в России. Вместе с датской компанией Vestas, мировым лидером в этой области, развернуто производство лопастей для ветроустановок в Ульяновске, башен — в Таганроге и гондол — в Нижнем Новгороде. С начала 2019 года ульяновское предприятие выпустило 300 композитных лопастей, которых хватит для возведения 100 ветроустановок общей мощностью около 400 мегаватт.
Наконец, в целом ряде ведущих вузов (МВТУ им. Баумана, МЭИ, РГУ нефти и газа им. Губкина) открыты кафедры ВИЭ. А при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы РОСНАНО в стране открылись курсы повышения квалификации и переподготовки специалистов в области ветроэнергетики — за первый год их прошли уже 30 человек.
Факты по отношению к домашней ветроэнергетике
Достаточно много вводящей в заблуждение информации встречается сегодня по тематике получения энергии ветра с помощью установок домашнего применения небольших по размерам.
Поскольку точную скорость ветра измерить крайне сложно, а многие потенциальные клиенты недостаточно информированы, легко выдавать нереальные заявления о производительности бытовых ветряков.
Разве что установка нескольких экземпляров ветрогенераторов на кровле частного дома открывает возможности использовать больше чем одну лампочку накаливания, не говоря о других электроприборах
Ниже представлена одна из главных формул ветроэнергетики, при помощи которой вычисляется энергия ветра (но не извлекаемая энергия):
Pw = ½ * rho * A * V3
Здесь: rho = 1,23 (константа плотности воздуха); A = площадь, описываемая крыльчаткой турбины, м2; V = скорость ветра, м3.
Что это такое ветрогенератор?
В связи с тем, что потребность в энергетических ресурсах возрастает ежедневно, а запасы привычных носителей энергии сокращаются, использование альтернативных источников энергии становится с каждым днем всё более актуальным. В последнее время ученые и инженеры-конструкторы создают новые модели ветряных установок. Использование новейших технологий позволяет улучшить качественные характеристики агрегатов и уменьшить количество отрицательных моментов в конструкциях.
Ветрогенератор – это вид технического устройства, при помощи которого кинетическая ветряная энергия преобразуется в электрическую.
Значение и применение продукта, что вырабатывают данные агрегаты, постоянно возрастает за счет неисчерпаемости ресурсов, которые они используют для работы.
Где применяются?
Ветрогенераторы используются в разных местах, обычно это отрытые территории, там потенциал ветра самый большой. Станции альтернативных источников энергии устанавливают в горах, на мелководье, островах и полях. Современные установки могут производить выработку электричества даже при небольшой силе ветра. Благодаря такой возможности ветрогенераторы используют для снабжения электрической энергией объектов разной мощности.
Эффективность
Оценить энергетическую эффективность агрегата определённого типа и конструкции, сравнить её с показателями подобных двигателей довольно просто. Необходимо определить коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). Рассчитывается он как отношение мощности, полученной на валу ветродвигателя, к мощности ветрового потока, действующего на поверхность ветроколеса.
Коэффициент использования энергии ветра для различных установок составляет от 5 до 40%. Оценка будет неполной без учёта затрат на проектирование и строительство объекта, количества и стоимости генерируемой электроэнергии. В альтернативной энергетике срок окупаемости затрат на ветродвигатель является важным фактором, но также обязателен учёт полученного экологического эффекта.
Преимущества и недостатки ветряных электростанций
К числу основных достоинств конструкций, применяющих в качестве энергии скорость ветра, относят:
Ветряные электрические станции имеют также и недостатки:
К минусам ветряных установок можно также отнести маленький КПД и их значительную цену, однако подобные агрегаты со временем окупают свою стоимость.
Кроме того, использование маленьких электростанций способно вырабатывать электричество только для определенного числа потребителей, поэтому для крупных городов потребуется строительство больших ВЭС. При этом большие установки требуют сильного и равномерного потока ветра, что обеспечить в нашей стране довольно проблематично. Поэтому, распространение ветряков в России, намного меньше, чем в европейских странах.
Экономическое обоснование строительства ВЭС
В экономическом плане постройка домашней ветровой электростанции будет иметь смысл только при отсутствии других источников получения электричества. Это связано с финансовыми расходами, так как стоимость самой установки довольно большая, кроме того, ремонт и обслуживание требует постоянных расходов, а эксплуатационный срок конструкции составляет всего 20 лет в европейских условиях, а в нашей стране эксплуатация будет на треть ниже. По этой причине, применение ветряных электрических станций, с точки зрения экономики, не выгодно.
Однако, при отсутствии других вариантов получения электроэнергии или при наличии тех условий, при которых ветряные электростанции будут производительно вырабатывать электричество, то применение ветряных установок будет неплохим способом получения электричества.
В каких случаях выгодно использовать ветрогенератор?
Ветровые электростанции установки наиболее выгодно использовать в местах, где невозможно провести общую электросеть, или соединение является очень затратным, а также — в местах с частыми отключениями электричества. Ветровые электростанции смысл устанавливать, если в месте становления среднегодовая скорость ветра превышает 3 м/с.
В общем случае, при среднегодовой скорости ветра более 4 м/с на высоте 10 м (на этой высоте на метеостанциях устанавливаются анемометры — приборы, измеряющие скорость ветра) возможно эффективное применение ветроустановок, а ветер с меньшей скоростью годится для водоподъемных устройств.
Наиболее экономически выгодное применение ВЭУ имеет место, если ветротурбины объединены в группы. Их называют ветроэлектрическими станциями (ВЭС), а за рубежом «ветровыми фермами» (wind farm). Их мощность колеблется от сотен киловатт до сотен мегаватт. Ветроустановки большой мощности не предназначены для автономной работы или работы параллельно друг с другом. Поэтому как только отключается ЛЭП (линия электропередачи), связывающую ВЭУ с энергосистемой, останавливаются и ВЭС. Обычно при проектировании обеспечивается связь с двумя ЛЭП с разных точек энергосистемы. Для одиночных ВЭУ и небольших ВЭС, питающих определенную нагрузку, нужно иметь резервный источник электроснабжения (дизель-генератор, газотурбинная установка, солнечные батареи).
Хорошими ветровыми условиями в России обладают следующие субъекты РФ: Архангельская, Астраханская, Волгоградская, Калининградская, Камчатская, Ленинградская, Магаданская, Мурманская, Новосибирская, Пермская, Ростовская, Сахалинская, Тюменская области, Краснодарский, Приморский, Хабаровский края, Дагестан, Калмыкия. Карелия, Коми. Ненецкий автономный округ, Хакасия, Чукотка, Якутия, Ямало-Ненецкий автономный округ.
По опыту эксплуатации ветропарков, установленных в Российской Федерации, их КИУМ в среднем равен 12%. Как видим, российские ветропарки имеют невысокий КИУМ. Это связано как с невысокой среднегодовой скоростью ветра в местах их установки, так и с большим временем простоя.
Компоненты устройства
Очень важно при покупке домашних ветроэлектростанций знать её компоненты, это вам даст возможность быть более компетентными в этом вопросе и подобрать наилучшую модель для своего дома.
В состав ветряной электростанции входит:
Устройство и принцип работы
Ветрогенератор работает при помощи силы ветра. Конструкция данного устройства должна включать следующие элементы:
У промышленных агрегатов предусмотрен силовой шкаф, защита от молнии, поворотный механизм, надежный фундамент, приспособление для тушения пожара, телекоммуникации.
Ветрогенератором принято считать устройство, которое преобразует ветряную энергию в электричество. Предшественниками современных агрегатов являются мельницы, что производят муку из зерна. Однако схема подключения и принцип работы генератора практически не поменялись.
В конструкции промышленных ветрогенераторов имеются дополнительные элементы, благодаря которым устройства функционируют в автономном режиме.
Автономность
Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.
Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.
И дабы вы не тратили понапрасну свои деньги, расскажем с выкладкой всех цифр, почему это именно так.
Скорость ветра
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Преимущества и недостатки
Основные преимущества ветрогенераторов:
Основные недостатки ветряной электростанции:
Устройство простейшей домашней ветряной электростанции
Перед тем, как сделать ветрогенератор своими руками, следует понимать, что для полноценного использования энергии ветра в своих целях одного этого устройства недостаточно. Ключевой в данном вопросе является проблема, связанная с непостоянством и нестабильностью ветра. Сейчас он дует, что называется, со всей силы, через час – притих, еще позже – установился абсолютный штиль. По этой причине генератор будет вырабатывать, соответственно, чрезмерно высокое напряжение, потом заниженное, а при затишье – вообще ничего генерировать не будет.
А теперь представьте, как будет работать, например, телевизор, если его напрямую подключить к такому ветряку. Он либо сгорит от перенапряжения, либо не будет работать из-за его недостатка. Именно поэтому, для работы полноценной ветряной электростанции, пусть даже и в упрощенных домашних условиях, понадобятся четыре базовых компонента:
1. Ветряк – состоит из лопастей, флюгера и генератора, вырабатывает электроэнергию с постоянно меняющимися параметрами.
2. Аккумулятор – нужен для накопления выработанного электричества, когда ветряк генерирует его в избытке, и для питания потребителей.
3. Контроллер – «выравнивает» поступающее с ветряка напряжение, управляет процессами заряда и разряда АКБ.
4. Инвертор – преобразует 12 вольт аккумулятора в необходимые для бытовых приборов 220 вольт.
В таком исполнении система будет работать по следующему принципу. Когда есть ветер, ветряк преобразует его энергию в электрическую, она стабилизируется контроллером и накапливается в АКБ. Когда включаются потребители (освещение, телевизор, холодильник) аккумулятор отдает накопленную энергию, которая за счет инвертора приобретает нужные параметры, и поступает на их питание.
В некоторых системах последний компонент не используется. Без инвертора вполне реально обойтись, если подключать к аккумулятору 12-вольтовые приборы. Сегодня есть практически все бытовые приборы – от освещения до холодильников – работающие от 12 вольт.
Виды, их преимущества и недостатки
Классификация ветряных электростанций основана наследующих критериях.
Желающие обзавестись альтернативным источником энергии могут купить ветрогенератор с ротором, кинетический, вихревой, парусный, мобильный.
Ветряная турбина с вертикальной осью вращения
В установках подобного типа, цилиндр турбины располагается вертикально, а лопасти находятся в плоскости, перпендикулярной поверхности земли.
Работа ветровых турбин, с вертикальной осью вращения, аналогична работе устройств, с горизонтально расположенной осью вращения.
Ветровая турбина гиперболоидного типа
Конструкция, основная идея которой заключена в максимальном увеличении коэффициента полезного действия за счет снижения противодействия давления ветра на обратные стороны лопастей. Представляет собой вертикальный ротор со стержневыми лопастями, расположенными по окружности вращения, создающими очертания в виде гиперболоида. Полезная площадь воздействия потока существенно возрастает. Эффективность такого устройства намного выше, чем у обычных конструкций, запуск ротора возможен при ветре всего 1,4 м/с.
Ветрогенератор Третьякова
Конструкция Третьякова представляет собой довольно сложное, но весьма эффективное устройство. Принцип действия ротора Третьякова основан на улавливании потока воздуха и организации его направления таким образом, что противодействия не создается.
Рабочее колесо с лопастями находится внутри воздухоприемной конструкции, получающей поток встречного ветра и распределяющей его так, что он воздействует на лопасти по направлению снизу-вверх. Этот момент довольно важен — вектор прилагаемого усилия снижает коэффициент трения, облегчая запуск вращения и позволяя эффективно работать при малых скоростях ветра. При этом, несмотря на вертикальный тип конструкции, устройство требовательно к направлению ветра и нуждается в ориентировании по направлению потока. Это происходит автоматически, форма корпуса способствует развороту по ветру.
Возможность работы со слабыми потоками важна для большинства регионов нашей страны, а компактность и надежность конструкции гарантирует долговременное использование.
Ветровая роторная турбина Болотова
Ветрогенератор на основе разработок семьи Болотовых предназначен в первую очередь для решения вопросов энергоснабжения частных домов, передвижных пунктов или иных точечных участков как стационарного, так и мобильного типа. Конструкция представляет собой вертикальный ротор, оснащенный модульными лопастями, установленными посекционно одна над другой.
Снаружи установлен неподвижный спрямляющий аппарат, улавливающий ветровые потоки, направляющий их под нужным углом, исключая уравновешивающее воздействие на обратные стороны лопастей. Спрямляющий аппарат параллельно выполняет функцию статора, что увеличивает мощность, эффективность ветрогенератора.
Основная особенность устройства состоит в том, что он не нуждается в мачте для подъема над уровнем грунта. Кроме того, сила ветра, необходимая для запуска вращения, относительно мала, что позволяет использовать конструкцию в любом регионе.
Дизайнерский ветрогенератор revolution air
Это устройство — детище французского дизайнера Филиппа Старка. Конструкция представляет собой разновидность геликоидного ротора. Планируется выпускать два типоразмера мощностью 1 кВт и 400 Вт. Соответственно размер ветряка будет составлять 140 и 90 см.
Параметры конструкции откровенно слабы — скорость ветра, необходимая для запуска, составляет 14 м/с, а стоимость моделей соответственно 3500 и 2500 евро. Такие качества не позволяют всерьез рассматривать конструкцию как вариант решения проблемы с энергоснабжением, превращая устройство лишь в дорогостоящую статусную игрушку.
Решение вопросов электроснабжения в отдаленных регионах зачастую ложится на плечи самих жителей, вынуждая их прибегать к альтернативным источникам. Промышленные модели, чаще всего, недоступны из-за высокой цены, поэтому приходится использовать самодельные установки. Обилие разработок, имеющих высокий КПД и эффективность по сравнению с заводскими образцами, способствует распространению, продвижению ветрогенераторов альтернативных конструкций.
Горизонтальные
Ось горизонтального ротора в данном устройстве располагается параллельно земной поверхности. Они бывают однолопастными, двулопастными, трехлопастными, а также многолопастными, в которых количество лопастей достигает 50 штук. Преимуществами данного вида ветрогенератора является высокий КПД. Недостатки агрегата заключаются в следующем:
Ветряная турбина без лопастей
Наличие лопастей у ветровых установок различной конструкции, приводит к тому, что для их монтажа требуются значительные площади, даже если это и ветровые турбины, размещенные в жестком корпусе. В связи с этим, новым направлением в развитии ветровых установок, стало строительство подобных устройств с использованием ветряных турбин, в которых отсутствуют лопасти.
Подобная конструкция представляет из себя столб, внутри которого размещены металлические диски. Диски крепятся на валу и расположены параллельно друг другу, между ними установлены специальные прокладки. При попадании воздуха на прокладки они приходят в движение и придают определенный и направленный импульс металлическим дискам, под действием которого диски начинают вращаться. Под воздействием вращательного движения дисков, начинает вращаться стержень, который в свою очередь, передает свое вращательное движение на вал генератора.
Лопастные
Лопастные генераторы энергии имеют вид пропеллера. В данном случае лопасти принимают энергию потока воздуха и перерабатывают ее во вращательное движение.
Конфигурация данных элементов оказывает непосредственное влияние на эффективность работы ветряка.
У горизонтальных ветрогенераторов имеются крыльчатки с лопастями, которых может быть определенное количество. Обычно их 3 штуки. В зависимости от количества лопастей, мощность устройства может как увеличиваться, так и снижаться. Явным преимуществом данного вида ветряка является равномерность распределения нагрузок на опорный подшипник. Недостаток агрегата состоит в том, что для установки такой конструкции требуется много дополнительных материалов и трудовых затрат.
С геликоидный ротором
Является модификацией устройств с ротором Дарье. На выше приведенной схеме — №3.
Ветрогенератор турбинного типа — что это?
Турбинный тип конструкции ветрогенератора на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных. Причина этого в том, что в устройствах подобного типа достигнуто оптимальное сочетание площади лопастей и их конфигурации. Снижение размеров компенсируется увеличением числа, а параллельно с этим происходит резкое уменьшение отрицательного уравновешивающего воздействия на обратные стороны лопастей, которое создает усилие, противодействующее вращению.
Кроме более высокого КПД турбинные конструкции отличаются низким уровнем шума, что также вызвано малой площадью лопастей и относительно небольшими габаритами самого устройства, не создающего сильного сопротивления потоку ветра. Также значительно снижена опасность разрушения или вывода из строя при сильных порывах ветра, так как парусность лопаток намного меньше, чем у более традиционных устройств.
С вертикальной осью вращения
Ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли.
Данный вид устройств можно разбить на несколько групп, это:
Данная конструкция состоит из нескольких полуцилиндров. При этом ось постоянно вращается, вне зависимости от потоков ветра и их интенсивности.
С ротором Дарье
В данной конструкции, на оси вращения закреплены несколько лопастей, представляющих из себя плоскую полосу. На схеме приведены следующие виды данного типа устройств:
1 – классический вариант ротора Дарье.
2 – ротор Дарье тина Н (ортогональным ротором).
3 – винтообразный ротор Дарье (с гелиокоидным ротором).
С ортогональным ротором
Данная конструкция является основой выше приведенных — ось вращения располагается
вертикально, к ней прикреплены несколько лопастей, расположенных параллельно оси и удаленных от нее на определенное расстояние.
На выше приведенной схеме это №2 – ротор Дарье тина Н.
Работающие на водяных каплях
Эта конструкция еще промышленно не производится. В ее состав входит металлическая
рама, внутри контура которой, горизонтально размещены изолированные трубки. В каждой трубке имеются специальные сопла и электроды. Принцип действия основан на генерировании и накоплении энергии с помощью капель воды, которые выходят из специальных сопел.
Капли воды положительно заряжены, и под воздействием ветровых потоков они сносятся к положительно заряженным электродам. Это приводит к увеличению потенциальной энергии положительно заряженной капли. Электроэнергия получается, когда капли воды попадают на положительно заряженный электрод.
Ветрогенератор – парус
Генератор данного типа внешне напоминает спутниковую антенну. Для монтажаиспользуется мачта, как и в случае с ветряками, имеющими горизонтальную ось вращения. А также эти конструкции похожи и по ориентации в воздушных потоках – используется хвостовик, благодаря чему «тарелка», постоянно находится в плоскости перпендикулярной направлению ветра.
«Парус» закреплен и растянут на круглой раме и под воздействием ветра совершает колебательные движения. Эти движения, посредством системы тяг, передаются на поршни гидравлической системы, в которой механическая энергия колебаний преобразуется в давление жидкости. Гидравлическое давление жидкости преобразуется во вращательное движение привода, к которому подсоединен электрический генератор, вырабатывающий электрически ток.
Достоинствами конструкции являются:
Мощности промышленных станций
Промышленные ВЭС имеют весьма высокую мощность, способную обеспечивать крупные населенные пункты или регионы. Например, ВЭС «Ганьсу» в Китае имеет 7965 мВт, «Энеркон Е-126» выдает 7,58 мВт, и это еще не предел.
Следует сразу же оговориться, что речь идет о лидерах в ветроэнергетике, другие модели вырабатывают намного меньше энергии. Тем не менее, объединенные в крупные станции, ветряки способны на производство вполне достаточного количества электроэнергии. Объединенные комплексы вырабатывают суммарную мощность в 400-500 мВт, что вполне может сравниться с производительностью ГЭС.
Мелкие станции имеют более скромные показатели и могут рассматриваться только как точечные источники, питающие ограниченное число потребителей.
Расчет лопастного ветрогенератора
Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.
Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³))
Пример:Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.
Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.
В Интернете часто можно найти статьи под броскими заголовками наподобие «Ветрогенератор для отопления дома». На самом же деле, как вы уже могли понять из приведенных расчетов, постоянно поддерживать потребляющее несколько киловатт-часов электрическое отопление сможет разве что сеть из не одного десятка самодельных установок.
Расчет мультипликатора
Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.
Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.
При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.
Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.
Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).
Мачта
Мачта, на которой крепится ветрогенератор — это один из самых важных его узлов.
Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.
Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:
Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора
Как определить скорость ветра: хватит ли его напора для бытового ветряка
Вопрос обсудим на основе научных фактов и уже допущенных ошибок многими владельцами частных домов
Теоретическая часть проекта: на что обратить внимание при выборе конструкции
Среднегодовое значение ветра для любой местности России или другой страны можно узнать на карте ветров. Эти данные имеются в широком доступе.
Если рассмотреть всю территорию, то мест для благоприятного пользования ветряной энергией со скоростью от 5 м/сек и выше у нас не так уж много, как в Европе.
Я объясняю эту ситуацию тем, что теплый воздух Гольфстрима, поднимаясь от нагретой воды, сразу устремляется в холодные районы. Чем выше перепад температур, тем больше его скорость.
Пройдя несколько тысяч километров над Европой, его сила слабеет. Наибольший перепад температур весной и осенью вызывает бури и ураганы.
Нам важно понимать, как определить скорость ветра правильно в своей местности.
Возьмем величину 5 м/сек за основу, и рассчитаем мощность ветрового потока для наиболее распространенного горизонтально расположенного осевого генератора.
Учтем, что его лопасти охватывают площадь круга S (м кв.) с диаметром D (м). Через нее проходит ветер со скоростью V (м/сек).
Ветровая энергия Рв рассчитывается по формуле:
ρ — это плотность воздушной массы (кг/м куб.)
Если взять усредненные значения, например, площадь 3 м кв и плотность
воздуха 1,25 кг/м3, то ветер, дующий со скоростью 5 м/сек, способен создать мощность чуть меньше, чем 2 киловатта.
Теперь наша задача — определить, какая ее часть сможет преобразоваться в полезную электрическую энергию. Грубо ее можно оценить по процентному соотношению в 30÷40%. Конструкция и технологические характеристики ветряного колеса просто не позволят эффективно взять больше.
Более точное определение находят формулой, учитывающей:
Величины всех этих коэффициентов у разных моделей генераторов ветряков сильно отличаются между собой. Я привел значения для промышленных изделий. У самодельщиков они будут значительно ниже.
Если подставить все эти цифры, то даже для заводской конструкции ветрогенератора, сделанной по точным чертежам и на промышленных станках, мы сможем при скорости 5 м/сек и описываемой площадью лопастями винта 3 метра квадратных получить меньше 700 ватт электрической энергии.
Какую ее часть сможет взять самодельный ветряк, остается только догадываться.
Мировые производители ветрогенераторов указывают, что для того, чтобы вырабатывать 3 кВт электроэнергии, а это оптимальная величина для частного дома, необходимо:
Колесо должно начинать вращать генератор уже на 2 м/сек. Только в этом случае можно говорить об окупаемости всей конструкции и эффективном использовании мощности ветра.
Если же скорость снизится, хотя бы до 7 м/сек, то энергия ветрогенератора упадет на 50%. А теперь еще раз внимательно посмотрите на карту ветров России…
Однако не все так плохо. Теоретические расчеты можно проверить на практике. Для нашего случая продажа предлагает многочисленные конструкции измерительных приборов — анемометры.
Стоят они не дорого, имеют дополнительные функции измерения температуры, указания текущего времени. Их можно заказать в Китае.
Такой анемометр позволяет реально оценить силу ветра на вашей местности, чтобы проанализировать варианты эксплуатации будущей ветроэлектростанции (ВЭС). А их минимум 2:
Скрытая ошибка — слабый ветер: что умалчивают продавцы
Первая трудность
Обратите внимание на высоту размещения ветряного колеса относительно земли. Подумайте, почему все промышленные ветряки располагают от 25 метров и более.
Ведь это значительно усложняет их установку, эксплуатацию, обслуживание, ремонт. Приходится применять дорогую высотную технику, создавать прочные площадки для ее размещения.
А ответ прост: на высоте от 25 метров скорость ветра намного выше, чем у земли. Все таблицы и справочники с картами ветров создаются в первую очередь для промышленных установок, поднятых в зону 50-70м.
Если вы смонтируете свой самодельный ветрогенератор на 10 метрах, то ветер будет дуть слабее, чем указано в справочнике. А на большую высоту без специальных технических средств поместить ветряк весьма проблематично.
Работу ветряного колеса вызывает не столько скорость передвижения воздушной массы, сколько ее давление на лопасти колеса. А оно зависит еще от веса и плотности атмосферы.
Альтернативные энергетики давно учитывают соотношение, определяющее, что удвоение давления ветра увеличивает в восемь раз вырабатываемую ветрогенератором мощность.
Как влияет зона турбулентности
Работу ветряка, расположенного на небольшой высоте, может значительно осложнять зона турбулентности, которая зависит не только от рельефа местности и формы возвышенности, но и от скорости перемещения воздушных масс.
Молниезащита ветрогенератора
Работающая крыльчатка постоянно трется о воздух, накапливая статическое электричество, как и фюзеляж любого самолета во время полета. Авиаконструкторы успешно решают этот вопрос различными способами.
Промышленные ветрогенераторы тоже снабжены действенной защитой от молнии, разряды которой могут возникнуть в любой момент грозоопасного периода.
Большинство же владельцев частных домов даже не задумывается об этой проблеме, а зря. В лучшем случае у отдельных хозяев можно встретить УЗИП в вводном электрощите, чего явно не достаточно.
Подняв над крышей своего жилища железную конструкцию, которая к тому же вырабатывает электрическое напряжение, они уже создали отличный молниеприемник. Он будет надежно притягивать на себя огромные токи атмосферных разрядов.
Если не обеспечить действенный путь их отвода мимо здания на потенциал земли, то придется постоянно испытывать судьбу, подвергать себя неожиданной опасности.
Как лукавят производители ветряков
Окончательные испытания заводские модели проходят в аэродинамической трубе при идеальной ламинарности потока с равномерной структурой его направленности и высокой плотности.
В реальных условиях частного дома таких условий просто нет. Они больше подходят для движения воздушных масс у промышленных установок, расположенных на большой высоте.
Для самодельных ветрогенератов, смонтированных даже на 10 метрах, условия турбулентности и слабый ветер могут сильно ограничивать раскрутку ротора.
Рельеф местности влияет на удельную мощность. Например, непосредственно под холмом она резко снижается, а на его вершине создаются идеальные условия за счет сжатия аэродинамических характеристик и повышения давления.
Сборка
Самостоятельную сборку лучше всего начинать с расчетов. Здесь проще всего отталкиваться от имеющегося генератора, точнее, от его мощности. В зависимости от этого высчитываются размеры лопастей. Все эти расчеты несложно провести в специальных программах, либо определить требуемые размеры по таблицам.
Лопасти
Изготовление лопастей – один из самых сложных этапов. Тип крыла определяется заранее. Использовать можно материалы:
Сантехнические магазины предлагают широкий выбор ПВХ труб – они отличаются диаметром, длиной, другими параметрами. Лучше подходят оранжевые (хорошо держат форму, прочнее своих серых аналогов). Важное преимущество – низкая стоимость. Такое решение подходит начинающим.
Алюминий – материал прочный, легкий. Используется в авиастроении, идеальное решение. Минусом является высокая стоимость. Обрабатывать подобный материал сложно, требуются специальный инструмент и определенные навыки. Оснастив ветряк алюминиевыми лопастями можно навсегда забыть об обслуживании винта.
Стеклоткань – прочный, почти невесомый материал. Обработка его требует большого опыта, навыков. Не подойдет изготавливающим домашний ветрогенератор своими руками впервые. Помимо рулонов стеклоткани потребуется подготовить большое количество эпоксидной смолы. Клей такого типа позволяет закрепить слои. Вырезание лопастей требует формирования матрицы. Она придает будущей лопасти форму.
Самостоятельно разработать форму лопасти сложно. Требуются познания в аэродинамике, физике, иных науках. Хорошее решение – использовать уже готовые решения. Например, трубы ПВХ диаметром 20 см.
Флюгер
Основная роль флюгера заключается в ориентации лопастей в зависимости от направления ветра. Одновременно эта часть ветряка является несущей. Помимо направляющей пластины на флюгере крепится генератор и лопастной узел.
Для изготовления флюгера маломощного ветрогенератора можно использовать древесину. Для больших ветряков лучше применить алюминиевые трубки, уголки или профили. Они прочнее и легче древесины. Вполне подойдет и стальной прокат.
На флюгере также крепится токосъемный механизм, через который независимо от вращения ветряка вокруг своей оси будет передаваться выработанная генератором электроэнергия.
Основание и мачта
Мачта служит для установки ветряка на необходимой высоте. Как правило, для бытовых нужд вполне достаточно поднять ветрогенератор на высоту около 5 метров. Для изготовления мачты понадобится прочная стальная труба диаметром, как минимум 40 мм. При высоте больше 5 метров следует также позаботиться о дополнительном креплении мачты. Как правило, для этого используются либо растяжки, либо точки крепления к фронтону постройки.
Основание служит для установки мачты с ветряком. Может быть стационарным и шарнирным. Последний вариант выгоден тем, что позволяет в любой момент без особых усилий «уложить» ветряк на землю. Такая возможность особенно пригождается в период бури, либо во время сервисного обслуживания и ремонта ветряка.
Мотор
Хорошее решение – использовать асинхронный двигатель. Большое количество зубов, полюсов будет серьезным преимуществом. Например, мотор 1.5 кВт снабжается 36 зубцами, четырехполюсной обмоткой, тонким проводом.
Снизить напряжение до 50 В, поднять силу тока можно путем перемотки проводником большей толщины. 4 полюса заменяются трехфазной 12-ти полюсной обмоткой.
Ротор должен быть выточен под высоту имеющихся магнитов. При использовании асинхронного двигателя комфортное решение – неодимовые магниты шайбовидного типа размером 18×10 мм. Избежать залипания можно путем наматывания скотча. Магниты должны заливаться эпоксидной смолой.
Построенное на основе асинхронного двигателя «выдает» 50 В, 30 А.
Этапы установки ветрогенератора
Процесс монтажа собранного генератора включает основные этапы:
Поднять мачту проще вдвоем. Особенно если вес штанги составляет несколько десятков килограммов.
Советы и рекомендации
При изготовлении и установке ветрогенератора своими руками рекомендуется учесть следующие моменты:
· Не устанавливайте ветряк в оврагах и впадинах.
· Генератор и токосъемный узел обязательно защитите от попадания влаги.
· Не используйте ветрогенератор во время штормовой погоды.
· Для временной остановки ветряка можно использовать шарнирное основание, механизм автоматического складывания флюгера, либо же блокировку генератора нагрузкой (последнее используется в заводских изделиях).
· Не подключайте самодельный ветрогенератор к потребителям напрямую.
· Регулярно проводите технический осмотр механической и электрической частей ветрогенератора.
· Если ветряк устанавливается возле постройки, то его следует поднять на высоту не менее трех метров от вершины крыши.
· Не рекомендуется жестко крепить ветрогенератор к конструкциям жилого дома, так как шум и вибрация может создавать определенный дискомфорт.
· По возможности используйте для накопления сгенерированной ветряком электроэнергии больше аккумуляторов.
· По максимуму используйте накопленную энергию без преобразований, чтобы уменьшить потери на инверторе.
Как видно из вышеописанного, простейший ветряк для дома своими руками изготовить не так уж и сложно. Однако даже маломощная ветряная электростанция позволит заметно уменьшить счета за электроэнергию, либо выйти из ситуации, когда участок вообще нет возможности запитать от общей сети.
Выбор размера и места для размещения
Размер ветряной электростанции является очень важным вопросом для потенциальных покупателей. Для того, чтобы определиться с размерами, вам нужно внимательно изучить – сколько энергии вы потребляете в течение одного месяца? Полученную цифру необходимо умножить на 12 месяцев.
Затем, вам нужно воспользоваться формулой: AEO = 1.64 * D*D * V*V*V.
Она даст возможность рассчитать приблизительное количество электроэнергии, которую вы сможете получить с помощью домашней установки.
Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:
Таким образом, эти подсчёты помогут определить, какой размер генератора вам нужен, в зависимости от вашего расхода электроэнергии.
Задумываясь о приобретении ветряной электростанции для дома, нужно максимально точно изучить все детали связанные с конструкцией, так как от этого зависит то, насколько ваша цель будет удовлетворена.
При размещении ветрогенератора, вам стоит учитывать следующие факторы:
Также, вы должны учитывать, что вы не сможете постоянно получать одинаковый результат от вашей ветряной электростанции, так как природные условия меняются, в одном и том же месте могут быть разные порывы ветра, соответственно, и количество получаемой вами энергии будет динамично.
Обзор цен
В большинстве случаев, цена на ветряные электростанции зависит от их мощности. В бытовых условиях вполне достаточно генераторов с мощностью от 5 до 50 кВт.
Более детально о соотношении цен и видах генераторов:
При покупке домашней электростанции, стоит знать о том, что в большинстве случаев цены указаны за полную комплектацию, но вы можете самостоятельно добавить или исключить определённые составляющие. Это подлежит вашему личному усмотрению.
Срок окупаемости и расчет экономии
Для вашей индивидуальной ветровой установки этот срок – НИКОГДА.
Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.
Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.
Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года! И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.
При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.
Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.
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.
Когда стоит покупать ветряную мельницу (ветряк)
Безусловным фактом является подорожание электроэнергии с каждым годом. Так, еще 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Мы приведем для вас примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Ветрогенератор 2 кВТ
Ранее уже упоминалось, что стоимость такой модели около 200 тысяч. Но, учитывая все дополнительные расходы, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэффициента установленной мощности (для маленьких ветряков он не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите примерно 75квт.
К примеру, если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. То есть при подорожании ТЭС допустим, в 4 раза, стоимость электричества от индивидуального ветрогенератора, будет приходится выше.
Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:
Чтобы ветряная мельница для электричества была для вас хорошей альтернативой, стоит придерживаться основного принципа. Устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с.
В конечном результате, энергия, которую производит ветряк, зависит только от:
Какую установку выбрать?
Прежде чем ответить на этот вопрос нужно понять ваши требование, финансовые возможности и приоритеты в эксплуатации.
Если вы хотите получать максимум электроэнергии и готовы тратиться на периодическое обслуживание генератора, выберите первый вариант. Вложив единоразово в высокую мачту, и оплатив 1 раз в 5-10 лет замену подшипников или масла, вы получите полную энергонезависимость, и даже, если вы живете в Украине или странах ЕС, сможете продавать излишки электричества.
Высокий уровень шума этой станции требует выбрать максимально удаленное от жилых зданий место. Это момент также нужно учитывать, потому что инфразвук не останется незамеченным вашими соседями.
Если хотите выполнить монтаж самостоятельно, например на невысокой мачте или даже крыше дома, стоят выбрать ветряк с вертикальным ротором. Таких механизмов можно установить несколько на ограниченной площади без потери эффективности их работы.
Чтобы получить эквивалентную выработку в отношении с первым вариантом, необходимо будет поставить 3 ветрогенератора этого типа. Однако, в ценовом эквиваленте получается примерно одинаковая сумма (при условии самостоятельного монтажа).
1.Электрическая мощность.
При выборе установки по этому критерию необходимо определиться в каком качестве будет работать ветровой генератор в системе электроснабжения объекта (дом, дача, промышленное или сельскохозяйственное назначение).
Определив мощность подключаемых к ветровой электростанции объектов – определяется мощность установки, с учетом коэффициента запаса и возможности развития.
2.Способность установки обеспечивать потребителей электрической энергией в заданный период.
Этот показатель также важен, т. к. он характеризует все элементы системы электроснабжения, их способность вырабатывать, преобразовывать, накапливать и передавать для использования количество электрической энергии в заданный интервал времени.
3.Скорость воздушных потоков обеспечивающих нормальную работу установки.
Этот показатель тоже является основополагающим при выборе модели и ее способности работать в каждом выбранном регионе, где предстоит выполнить монтаж.
Для того чтобы правильно подобрать ветровую электростанцию, в отношении этогокритерия, необходимо изучить ветровые нагрузки в предполагаемом месте монтажа станции и сравнить их с техническими параметрами выбранной модели.
4.Условия эксплуатации.
Данный критерий важен, но не является основополагающим при выборе оборудования.
5.Срок эксплуатации.
Этот показатель дает возможность потенциальному потребителю рассчитать период окупаемости электростанции и время, которое приобретенная установка будет приносить прибыль, без дополнительных капитальных затрат.
6.Стоимость комплекта оборудования.
Цена на отечественные и зарубежные аналоги ветровых электростанций несколько различается, но при желании всегда есть возможность выбрать тот агрегат, который будет соответствовать этому критерию выбора.
Сравним два вида ВЭУ
Видео обзор эксперта в области альтернативных источников энергии
Какие ветряки выбирать
Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.
У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!
ТОП-7: 3-киловатный ветрогенератор Condor Home
Описание
Производится этот серийный продукт в России. Он предназначен для обеспечение энергией отдельно стоящих построек. Он полностью готов показать свои возможности, от покупателя не требует специальных навыков, адаптирован к низким температурам и рассчитан на продолжительный срок эксплуатации.
Если купить ветрогенератор для частного дома, он позволит снизить зависимость от сети энергоснабжения, повысить ее мощность или создает автономную систему на объектах, удаленных от цивилизации.
Особенности
Если вы решили ветрогенератор купить марки Condor Home, значит получите в комплекте контроллер заряда и мачту, высота которой 8-12 метров.
Устанавливается такая конструкция на удаленности от жилого дома на расстоянии 15-150 метров на сварном или бетонном фундаменте.
Основные показатели
Технические характеристики
Комплект базовой поставки
Классическая схема
ТОП-6: 3 5 Лопасти 600W 24V 48V малый горизонтальный ветрогенератор
Особенности
Применение
Ветрогенераторы купить по цене, которую не назовешь низкой, можно для:
Спецификация
ТОП-5: Ветрогенератор HEFEY HY 600L пятилопастный
Описание
Выбирая ветрогенератор, купить можно и модель HY-600L с пятью лопастями. Предназначена эта маломощная установка для работы в паре с системами энергоснабжения, использующими солнечную энергию. Купить его рекомендуется также как самостоятельную систему для обеспечения энергией дачного или загородного дома не очень большой площади. Для индикации и автономных систем освещения он тоже применяется.
Технические показатели
Особенности
ТОП-4: Ветрогенератор 1 кВт Condor Home
Параметры
Описание
У компании большой опыт производства всевозможных ветрогенраторов, купить которые сегодня не составляет проблем. Это дает возможность быстро внедрять разработки в серию и совершенствовать характеристики устройств.
Покупка ветрогенератора – реальный способ решения вопроса электроснабжения частных домов.
Рассматриваемый ветрогенератор мощностью 1 кВт сразу после покупки готов к установке. Он адаптирован к работе при отрицательных температурах и служит для бесперебойной работы на протяжении длительного периода.
Особенности
Покупая ветряк, в его цену включена стоимость контроллера и мачты. Устанавливается он на бетонный фундамент или сварной на минимальном расстоянии 15 метров от постройки.
Технические показатели
Комплект
Он состоит из:
Схема подключения
ТОП-3: Ветрогенератор с вертикальной осью вращения 5 кВт/час (комплект с опорой 9м)
Характеристики
Преимущества
Они отличаются от горизонтально ориентированных областью использования и конструкцией.
Перед ними они имеют весомые преимущества, что важно для тех, кто решил купить ветряк:
Недостатков, к сожалению, у них тоже достаточно. Основным является более низкая эффективность. В отличие от горизонтальных, забирающих до 50 % энергии ветра, у вертикальных этот показатель ограничен 40%. Но, недостаток присутствует лишь у маломощных конструкций мощностью до 1 кВт.
Другим весомым минусом считаются вибрации, порой даже сильные. Снизить их можно варьируя жесткостью мачты. Для этого применяют мачты, у которых низкая частота вибраций (до 1 Гц). Это не допускает резонанса на низких скоростях, делая использование устройств безопасным.
Комплект
В него входят:
Технические показатели
ТОП-2: Ветрогенератор WS750
Это еще один вид ветрогенератора, купить который предлагается тем, кто серьезно думает об альтернативном источнике энергии.
Характеристики
ТОП-1: 300W Вертикальная ось ветрогенератора Wind Motorboat Сад
Необычного цвета (красного) китайский ветрогенератор купить с вертикальной осью вращения рекомендуется для использования дома, для оборудования уличного освещения.
Особенности
Параметры
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.»
За и против установки ветрогенератора
Данное оборудование, как и солнечные батареи, относится к разряду альтернативных источников энергии. Но, в отличии от фотоэлементов, которым нужен солнечный свет, ветрогенератор может эффективно работать 24 часа в сутки, 365 дней в году.
| Преимущества | Недостатки |
| Бесплатная энергия в любом месте | Цена оборудования |
| Экологическая энергия | Стоимость монтажа |
| Энергонезависимость от государства и его тарифов | Стоимость обслуживания. |
| Независимость от солнечного света | Зависимость от скорости ветра |
Чтобы уравновесить все эти плюсы и минусы часто делают связку: ветрогенератор с солнечной панелью. Эти установки дополняют друг друга, тем самым снижая зависимость выработки электричества от солнца и ветра.
Преимущества
Недостатки
Недостатки у ветрогенераторов также имеются. В основном эти сложности, которые можно свести к минимуму.
Факты и заблуждения
Малое распространение ветроэнергетических установок и отсутствие опыта общения с ними породили массу заблуждений относительно свойств и воздействия ВЭС на организм человека. Так, широко распространено мнение о необычайно высоком уровне шума, производимого работающим ветрогенератором. Действительно, определенный шум имеется, но его уровень гораздо ниже, чем принято считать. Так, шум от промышленных моделей на расстоянии 200-300 м воспринимается на слух так же, как звук от работающего бытового холодильника.
Другая проблема, которую необоснованно раздувают несведущие люди — создание непреодолимых помех радио и телевизионным сигналам. Этот вопрос был решен раньше, чем о нем узнали пользователи — каждый мощный промышленный ветряк снабжен качественным фильтром радиопомех, способным полностью исключить влияние устройства на эфир.
Люди, живущие поблизости от турбин, будут постоянно находиться в зоне мерцания тени. Это термин, обозначающий некомфортное ощущение от мигающих световых проявлений. Вращающиеся лопасти создают такой эффект, но его значение сильно преувеличено. Даже самые чувствительные люди всегда могут попросту отвернуться от турбины, если случилось оказаться поблизости от нее.
Существуют и другие, надуманные и вполне реально существующие факты, касающиеся работы ВЭС, их воздействия на организм человека и окружающую природу. Част из них является обычными слухами, другая часть настолько преувеличена, что не заслуживает даже обсуждения. Ветроэнергетика — полноценная отрасль, способная решать вопросы энергообеспечения как в солидных масштабах, так и в пределах маленького дачного домика.
Как сделать своими руками роторную ветряную установку
Самодельное изготовление любой ветроэнергетической установки является довольно сложной работой. Многие детали и узлы требуют использования станков и специального оборудования и умения на них работать. Поэтому гораздо разумнее подобрать готовые детали и узлы, а своими руками их при необходимости доработать и выполнить полную сборку.
Одно из серьёзных достоинств ВЭУ роторного типа в том, что она небольшой высоты. При её изготовлении и обслуживании не потребуется высотных работ.
Инструменты и материалы
Если решено сделать своими руками ветроэнергетическую установку роторного типа, то первые шаги на пути к результату должны быть такие:
В качестве примера приводится изготовление простейшего маломощного ветряка из готовых деталей с вертикальным ротором для зарядки телефонного аккумулятора. Он делается в порядке, указанном в таблице.
| Иллюстрация | Описание действия |
| Подготовка комплектующих |
| Сборка ротора |
| Сборка всего устройства |
Чертежи и схемы
Для более мощного и сложного ветрогенератора требуются готовые детали и устройства. Лопасти можно сделать из стандартной 200-литровой металлической бочки. Ротор генератора изготавливается из ступицы тормозного диска от списанного автомобиля и неодимовых магнитов. Чертежи и схемы следует подобрать готовые.
Инструкция по изготовлению
| Иллюстрация | Описание действия |
| Изготовление лопастей |
| Схемы однофазного и трёхфазного генераторов |
| Изготовление ротора генератора из ступицы автомобильного колеса |
| Генератор из двигателя от стиральной машины |
Тестирование устройства
Тестирование электрогенератора заключается в проверке его работы под нагрузкой. На его выход надо подключить электролампу, к выходным клеммам − вольтметр, а в разрыв любого участка цепи включить амперметр.
Самостоятельное изготовление домашней ветродуйки из шагового двигателя
Шаговые двигатели используются во многих электромеханических устройствах, например в принтерах. Если начать вращать вал такого движка, то на его клеммах появится электрическое напряжение. Это означает, что шаговый электродвигатель можно использовать в качестве электрогенератора.
Что подготовить для работы
Перед началом работы следует обзавестись маленьким шаговым электродвигателем, например от принтера. Приготовить электронные компоненты и провода для того, чтобы собрать схему выпрямителя. Потребуются обрезки тонкой листовой стали или алюминия для создания конструкции. И обязательно − мелкий крепёж. Нужен несложный слесарный инструмент и паяльник.
Чертежи и эскизы
Конструкторскую часть можно оформить в виде эскизов. Электродвигатель устанавливается на фанерную пластину по посадочным отверстиям на корпусе моторчика. Схема выпрямителя приведена на рисунке ниже.
Технология изготовления
Двигатель привинтить к фанерной пластине. Для увеличения его оборотов и получения повышенного напряжения можно сделать повышающий обороты редуктор. Для этого, тщательно определив межцентровое расстояние и выбрав параметры зуба, нужно на этой же базовой пластине на оси установить шестерню большего диаметра.
Ручка на ведущей шестерне нужна для проверочных работ и для выработки тока при срочной зарядке микроаккумуляторов.
Проверка работоспособности
Для проверки работоспособности готового устройства к нему подключается USB-тестер. При вращении ручки на мониторе тестера появляется значение величины электрического напряжения.
Испытание надёжности
На надёжность при длительной работе проверяется узел подшипников. От динамических нагрузок и вибраций он может разрушиться. Необходимо непрерывное за ним наблюдение и проверка крепежа.
Заключение (ветряные мельницы для электричества)
Итак, передовой опыт европейцев в использовании ветряных мельниц по добыче электричества, в нашим российских широтах не везде и не всегда преминем. Некоторые пользователи, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами, считают, что самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор. Поэтому, выбирая ветряные мельницы по модели роторов и их составляющим, руководствуйтесь чужим опытом. С помощью подсказок знающих людей, можно частично решить проблему электротехнических расчетов или, хотя бы, получить четкие ориентиры в этом направлении.