Ветряной двигатель принцип работы

Содержание
  1. Физические основы ветрогенераторов
  2. Физика энергии ветра
  3. Уравнение энергии ветра
  4. Сила и энергия
  5. Как ветрогенератор питается из альтернативного источника
  6. Грань между эффективностью и ограничением
  7. Сравнение КПД разных типов ветротурбин
  8. Принципиальное отличие ветрогенератора Дарье
  9. Новые обоснования старых концепций
  10. Энергия ветра: о пользе эксплуатации ветрогенераторов
  11. Установка ветрогенератора – самый доступный способ использования альтернативной энергии в частном секторе. С помощью ветрогенератора можно обеспечить дом резервным источником электроэнергии и снизить коммунальные траты.
  12. Как работает ветрогенератор
  13. Типы ветрогенераторов
  14. Принцип действия ветрогенератора
  15. Мифы и факты о ветрогенераторах
  16. Устройство и принцип работы кинетического ветрогенератора — рассказываем в общих чертах
  17. Опубликовано Артём в 16.02.2019 16.02.2019
  18. Что из себя представляет ветрогенератор?
  19. Схемы работы ветрогенераторов
  20. Система торможения вращения лопастей
  21. Зачем он нужен?
  22. Использование
  23. Плюсы и минусы ветрогенераторов
  24. Увеличение мощности установки
  25. Оптимальная рабочая зона
  26. Схемы и способы подключения
  27. Генератор для ветровой турбины
  28. Самостоятельное изготовление вертикального ветрогенератора
  29. Расчет и выбор
  30. Ветрогенератор Третьякова
  31. Парусный ветрогенератор
  32. Изготовление ветряка своими руками
  33. Нюансы применения ветрогенераторов
  34. Генератор с ротором Дарье
  35. Выводы и полезное видео по теме
  36. Генераторы с ротором Савониуса
  37. Генераторы на многолопастном роторе с направляющим аппаратом
  38. Генераторы с геликоидным ротором

Физические основы ветрогенераторов

Физика энергии ветра

Принцип получения энергии ветрогенератором кажется простым – ветер крутит турбину, она вырабатывает электричество. Но создание максимально эффективных ветряков основано на множестве научных дисциплин, знакомство с которыми поможет выбрать оптимальный источник альтернативной энергии для своего дома. Главный же из них, это гидродинамика – физика движения сплошных сред.

Уравнение энергии ветра

Базовый принцип физики гласит – энергия не появляется и не исчезает, она только превращается из одного вида в другой. Ветрогенераторы как раз иллюстрируют такой преобразователь: они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем генерируется электричество. Но источником является кинетическая энергия, которая рассчитывается по формуле Ркин.= (М х V2) /2 , где М и V это масса определённого объёма воздуха и скорость ветра.

Наглядно это можно представить в виде ветра дующего в вытянутую форточку:

Здесь сразу видно, какой объём воздуха проходит через окно, и его зависимость от площади форточки, скорости потока и времени. Следовательно, напрашивается прямая зависимость:

  • Чем больше окно;
  • Чем быстрее скорость ветра;
  • Чем длиннее «коридор»;

Тем будет больше масса воздуха протекающая через него. Учитывая, что масса воздуха это произведение плотности на объём, энергию ветра можно выразить так:

Рветр. = (r x S x V3 x T) /2 , где:

r — плотность воздуха;

S – ометаемая площадь;

V – скорость ветра;

На рисунке выделено апертурное окно, которое и есть площадь ометаемая лопастями ветрогенератора.

Сила и энергия

Термины сила (мощность) и энергия, очень часто путают. Но чтобы разобраться с альтернативными источниками энергии обстоятельно, надо расставить точки над i.

Энергия, это сила (мощность) умноженная на время.

Вот почему мощность приборов определяется в киловаттах, а счета за электро энергию приходят в киловатт/часах.

Чтобы определить силу ветра, надо в формуле его кинетической энергии убрать переменную времени Т. И получится формула Рсила ветр. = (r x S x V3) /2, в которой есть три переменных:

  • Плотностью воздуха управлять невозможно – она от природы.
  • Площадь ометаемой поверхности увеличивает выработку энергии, но у всего есть предел. Ведь чтобы увеличить площадь аппертурного окна ветрогенератора всего в два раза, надо усилить его конструкцию в 4 раза! Но правда есть хитрые решения, например DAWT (ветрогенератор с диффузором).
  • Скорость воздушного потока ощутимо влияет на результат, ведь в формуле она возводится в куб. И совсем небольшое изменение этой переменной, резко изменяется производительность ветрогенератора. Например, если скорость ветра увеличиться всего на 26%, с 10 до 12,6 м/с, то генерация вырастет на 100%: 103 = 1000, а 12,63 = 2000.

Именно поэтому ветрогенераторы стараются поднять максимально высоко, где скорость ветра гораздо выше.

Как ветрогенератор питается из альтернативного источника

Ветряки не «питаются» массой воздуха, они настроены на потребление скорости ветра. Другими словами: ветер приближается к ветротурбине с высокой скоростью, а покидается её с меньшей. Разница в скоростях ветра до и после ветрогенератора, определяет, какой объём энергии был усвоен этим устройством.

Некоторые типы ветрогенераторов делают это лучше, некоторые хуже. Но это основная функция ветрогенератора – замедлить ветер.

Грань между эффективностью и ограничением

Никогда не верьте утверждениям, что некий ветрогенератор работает с эффективностью 100%. Это значит, что ветер за лопастями ветряка должен полностью остановиться. Абсурдное доказательство наглядно демонстрирует ложное высказывание.

Ветротурбина с идеальным КПД, должна найти тот баланс, где ветер отдаёт энергии столько, чтобы ему осталось только на выход из апертурного окна устройства для дальнейшего движения. КПД в данном случае определяет разницу в скорости ветра до и после турбины, прямо влияя на коэффициент мощности ветряка, который принимает такую формулу: Рвыход= 1/2 × r × S × V3 × КПД.

Максимальный КПД ветротурбины, более 100 лет назад, немецкий учёный Бетц обосновал в своей фундаментальной научной работе. Взяв за основу вышеприведённую формулу, немец чрезвычайно последовательно обосновал, что максимально из ветра можно извлечь 16/27 энергии. Впоследствии, его расчёты чуть подкорректировал итальянец Лореджо , и получилось что максимальный КПД для ветрогенератора 59%.

ВАЖНО: закон Бетца выводится из формулы кинетической энергии ветра, и никак не затрагивает типы ветрогенераторов. Другими словами, он просто утверждает, что для нормального функционирования ветрогенератора, ветер можно замедлить на 59%.

Это отчётливо заметно на разнице в принципах работы турбин Савониуса и Дарье. Ведь ветряки Савониуса принимают только толкающую силу ветра, а проекты Дарье используют и аэродинамическую подъёмную силу, повышающую скорость вращения лопастей.

Сравнение КПД разных типов ветротурбин

До предсказанного Бетцем предела в 59% ни один ветрогенератор до сих пор не мог даже приблизиться. Максимум что удаётся извлечь из альтернативного источника современным ветрякам, это 38-45%. Больше всего экспериментов претерпели горизонтальные модели. У них увеличивали количество лопастей как у модели Болле и уменьшали их до одной, изменяли их форму и угол атаки, но прибавляя в чём-то одном, устройство теряло другие свои качества.

ИНФОРМАЦИЯ: однолопастные турбины обладают самым высоким потенциалом увеличения коэффициент мощности, но их трудно держать сбалансированными. Двух-и трехлопастные турбины являются проверенным стандартом балансировки аэродинамической эффективности и устойчивости при турбулентных ветрах.

Наиболее успешные в коммерческом плане горизонтальные ветряки, тем не менее не могут конкурировать с эффективностью преобразования вертикальным генератором типа Дарье.

Принципиальное отличие ветрогенератора Дарье

Если все ветрогенераторы извлекают энергию используя силу сопротивления воздушному потоку, то модель Дарье дополнительно включает эффект аэродинамической подъёмной силы. И в России, и в США, независимо друг от друга было доказано, что используя современные технологии и композитные материалы, при одинаковых трудозатратах эффективность ветряка Дарье будет на порядок выше, любой модели горизонтального расположения, потому что теоретический максимум КПД устройства такого типа – 72%!

Наиболее близкий пример для наглядного объяснения такого парадокса можно увидеть в парусном спорте, который тоже использует энергию ветра.

Если парусник двигается строго по ветру, когда он дует прямо в паруса, то его скорость, при идеальных условиях может быть равна скорости ветра.

Если же парусник «режет ветер», двигаясь под углом к воздушному потоку, то скорость судна опытных яхтсменов более чем в два раза превышает скорость ветра!

Этого эффекта удаётся достичь за счёт подъёмной силы, которую формируют ламинарные потоки над парусом.

ВЫВОД: любая ветротурбина которая не использует эффект аэродинамической подъёмной силы крыла, будет уступать модели ветрогенератора Дарье и его аналогам.

Новые обоснования старых концепций

Голословные предположения о том, что современные разработки должны резко повысить КПД ветрогенераторов вообще не имеют под собой основания. Современные модели с горизонтальным размещением достигают 75% эффективности от своего теоретического предела Бентца (приблизительно 45% КПД). Ведь раздел физики который регламентирует эффективность ветротурбин – гидродинамика, а её законы непреложны с момент их открытия.

Некоторые разработчики пытаются поднять эффективность за счёт увеличения количества лопастей, делая их более тонкими. Можно увеличивать их длину, и это даёт больший эффект за счёт роста ометаемой площади.

Но всё равно требуется выдержать баланс, между замедлением ветра и его остаточной скоростью.

Есть другое направление – повысить скорость ветра, пропуская его через диффузор. Но гидродинамика изобилует уже открытыми эффектами обтекания препятствий по пути наименьшего сопротивления.

Есть более или менее удачные модели DAWT, с большими углами на диффузоре, но эти попытки «обмануть ветер» не настолько повышают КПД, как декларирует реклама.

Самые удачные современные ветрогенераторы – это вертикальные модели с лопастями Дарье, посаженные на магнитно-левитирующие опорные подшипники (МАГЛЕВ). Работая почти бесшумно, они начинают вращаться при скорости ветра менее 1 м/с, и выдерживают шквальные порывы до 200 км/ч. Именно на основе таких источников альтернативной энергии выгоднее всего формировать частную независимую энергосистему.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал и ставить « палец вверх «, если статья Вам понравилась.

Источник

Энергия ветра: о пользе эксплуатации ветрогенераторов

Установка ветрогенератора – самый доступный способ использования альтернативной энергии в частном секторе. С помощью ветрогенератора можно обеспечить дом резервным источником электроэнергии и снизить коммунальные траты.

Как работает ветрогенератор

Принцип преобразования энергии ветра в электрическую еще в XVIII веке предложил американец Чарльз Браш. С тех пор ветряки распространились по миру. С появлением тепловых, атомных и гидроэлектростанций их популярность стала падать. Во-первых, для получения электроэнергии в промышленных объемах надо создать целую сеть ветроустановок, что не всегда возможно и целесообразно. Во-вторых, ветер – явление переменчивое, поэтому спрогнозировать эффективность результата, особенно на больших объектах, достаточно сложно. А в-третьих, рядовые потребители просто обрадовались легкости подключения к общей сети электроэнергии и невысокой цене за ее использование.

Читайте также:  406 двигатель заводится на одном цилиндре

Однако рост цен и уменьшение запасов невозобновляемых ресурсов привели к появлению новых идей и возможностей выработки энергии, спровоцировав возрождение ветроэнергетики. Многие страны, в частности Дания, Испания и другие, ввели программы, поддерживающие использование нетрадиционных источников энергии, предоставляют определенные экономические льготы или скупают излишки электроэнергии. В Украине ветроэнергетика развивается не так быстро, как могла бы – из-за отсутствия стимулирования со стороны государства. И все же она движется вперед. Причины тому – самосознание людей, желание автономности от нестабильных сетей.

Типы ветрогенераторов

Существует два основных типа ветротурбин – с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

  • Горизонтально-осевые (крыльчатые) ветрогенераторы составляют до 95 % всех установок в мире. Они имеют вертикальные лопасти, размещенные на мачте на горизонтальной оси.
  • Вертикально-осевые (карусельчатые) ветрогенераторы – более поздняя разработка, датируемая XX веком. Одни хвалят их за малошумность работы и компактность, другие сетуют на вибрации вертикального устройства и его непрактичность.

Принцип действия ветрогенератора

Как известно, ветер – это перемещение воздушных масс над земной поверхностью. Несмотря на то что пощупать их нельзя, объем масс весьма значительный: 1 м3 воздуха на уровне моря весит 1,225 кг и скрывает большой потенциал энергии.

Ветрогенератор, или ветроэнергетическая установка (ВЭУ), берет у воздуха энергию, называемую кинетической, и превращает ее в электрическую. Современные ВЭУ могут «отобрать» у воздуха до 40-45 % кинетической энергии.

Все ветрогенераторы можно разделить на две категории: промышленные и бытовые (домашние, для частного использования). Промышленные представляют собой сети ветрогенераторов и чаще всего принадлежат государству. Малые ветрогенераторы обеспечивают энергией частные дома. Возможно и коллективное их использование для нескольких коттеджей. Главное преимущество такой энергетики – полное отсутствие и сырья, и отходов.

Основные элементы ветрогенератора – ротор, лопасти и генератор, установленные на мачте. Лопасти раскручиваются ветром и приводят в движение вал генератора, где и происходит преобразование кинетической энергии ветра в электрическую. Мачта позволяет поднять ветрогенератор на большую высоту, туда, где скорость ветра выше и стабильнее.

При подключении такой установки к общей сети электроснабжения она получает название сетевой, а ее хозяин не пользуется собственной электроэнергией напрямую, а экономит на оплате «общественной». Однако в Украине такой вариант практически нереализуем.

Поэтому наиболее распространены автономные ветрогенераторы. В их состав дополнительно входят аккумуляторные батареи для накапливания электроэнергии, контроллер заряда аккумуляторов и инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменный.

Есть еще датчик направления ветра, который помогает установке самостоятельно определять направление и скорость воздушных масс, и автоматический переключатель источника питания, который в безветренную погоду быстро подключает дом к дизельному генератору или общей сети энергоснабжения.

Ветроустановка также включает в себя киль или электропривод для ориентирования на ветер и систему аварийной остановки при штормовом ветре для предотвращения поломки. В зависимости от условий эксплуатации срок службы ветрогенератора может достигать 25 лет.

Мифы и факты о ветрогенераторах

С ветрогенераторами, как и с альтернативными источниками в целом, связаны не только хорошие, но и плохие отзывы. Основная проблема для многих – шум от ветровой турбины. Производители пытаются устранить этот недостаток, с каждым годом снижая уровень шума. Второй важный вопрос – мерцающая тень от вращающихся лопастей, которая неприятна и даже вредна для здоровья человека. Обе проблемы можно решить, расположив ВЭУ подальше от дома или с его северной стороны, чтобы тень от рядом расположенного устройства падала в направлении от дома.

Жить рядом с ветрогенератором безопасно, он не влияет на работу теле- и радиоприборов. Как и любое массивное устройство, ветрогенератор может стать помехой для телесигнала, только если будет располагаться непосредственно между ретрансляционной вышкой и антенной-приемником.

В целом, ветроустановку целесообразно использовать:

  • в регионах, где среднегодовая скорость ветра 3 м/c и выше;
  • в местах, где часто отключают электроэнергию;
  • в местах, где отсутствует сетевая электроэнергия и подключение к сети обходится очень дорого;
  • в случаях, когда требуется полная или частичная энергонезависимость.

Источник

Устройство и принцип работы кинетического ветрогенератора — рассказываем в общих чертах

Опубликовано Артём в 16.02.2019 16.02.2019

Иметь свой ветрогенератор очень выгодно. Во-первых, человек получает бесплатную электроэнергию. Во-вторых, электричество можно добыть в удаленных от цивилизации местах, где не проходит ЛЭП. Ветряк представляет собой устройство, предназначенное для генерирования кинетической энергии ветра. Многие умельцы научились собирать вертикальный ветрогенератор своими руками, а как это делается мы сейчас и узнаем.

Что из себя представляет ветрогенератор?

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

Ветрогенератор представляет собой набор устройств, принимающих, обрабатывающих и подготавливающих для использования энергию. Потоки ветра взаимодействуют с ротором ветряка, заставляя его вращаться. Ротор посредством повышающей передачи (или напрямую) соединяется с генератором, который заряжает аккумуляторные батареи. Заряд через инвертор перерабатывается в стандартный вид (220 В, 50 Гц) и подается на приборы потребления.

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

Схемы работы ветрогенераторов

Вариантов работы ветрогенератора может быть несколько:

  1. Автономная работа ветрогенератора.

Автономная работа ветрогенератора

  1. Такая совместная работа считается очень надежным и эффективным способом автономного электроснабжения. При отсутствии ветра, работают солнечные батареи. Ночью, когда не работают солнечные батареи, аккумулятор заряжается от ветровой установки.

Параллельная работа ветрогенератора с солнечными панелями

  1. Ветрогенератор также может работать параллельно с электросетью. При избытке электроэнергии, она поступает в общую сеть, а при недостатке ее потребители электроэнергии работают от общей электросети.

Параллельная работа ветрогенератора с электросетью

Ветряные генераторы могут прекрасно работать с любыми видом автономного электроснабжения и общей электросетью. Создавая при этом единую систему энергоснабжения.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

  • установка экологически чистая;
  • отсутствует потребность её заправки топливом;
  • не накапливаются какие-либо отходы;
  • устройство работает очень тихо;
  • имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Зачем он нужен?

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

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

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

Использование

Генерирует кинетическую энергию с помощью ротора и ветра. Мощность, вырабатываемая генератором, рассчитывается как сумма скоростей (измеряется в MCW) в рабочей области ротора кинетического генератора, умноженная на 0,1. Скорость ветра зависит от высоты, погоды и случайного фактора, меняющегося во времени, и может быть измерена с помощью ветромера. Максимальная скорость ветра достигается на высоте с 160 до 162 включительно. Дождь увеличивает скорость на 20 %, гроза на 50 %.

Читайте также:  Как самому поменять масло в двигателе шкода октавия

От ротора зависит размер рабочей области. В процессе работы ротор получает повреждения. Сам по себе он вырабатывает не электрическую энергию (EU), а кинетическую (kU). Кинетический ветрогенератор используется совместно с кинетическим генератором, поставленным вплотную.

Плюсы и минусы ветрогенераторов

Прежде чем приобрести подобный генератор, требуется взвесить все плюсы и минусы покупки. Достоинств у данных устройств больше, чем недостатков.

  • Основным преимуществом является их безопасность с точки зрения экологии. Это возможно благодаря тому, что использование энергии ветра не ведет к образованию побочных продуктов и выхлопных газов. Данные вещества обычно образуются при сжигании топлива и выбрасываются в атмосферу, нанося непоправимый вред здоровью людей и животных, проживающих в близлежащих районах.
  • Еще одним аргументом в пользу данных установок является то, что вам не придётся платить за топливо. То есть, все затраты связаны только с приобретением генератора. Это немалые затраты, но они в скором времени окупаются, ведь вам больше не нужно платить за потребляемую из сети электроэнергию.
  • Основным недостатком ветрогенераторов является то, что этим возобновляемым источником невозможно управлять как многими современными ресурсами. Поэтому, количество вырабатываемой электроэнергии каждый день может быть различным. Если же энергии от ветряка вам недостаточно, то вы вынуждены использовать резервный источник питания, работающий на ископаемом топливе.
  • Кроме того, ветровые установки занимают довольно большую площадь, причем для достижения необходимого эффекта они должны быть размещены на возвышенности.
  • Прежде чем приобрести ветрогенераторы, обязательно согласуйте это с вашими соседями. Это необходимо, так как работа этих устройств может сопровождаться телевизионными помехами и высоким уровнем шума.
  • Также, известны случаи обращения за медицинской помощью людей, проживающих вблизи рассматриваемых установок. Это заболевание получило название «синдром ветровых турбин». Человек, страдающий этим синдромом, испытывает частые головные боли и другие недомогания, связанные с длительным воздействием низкочастотных вибраций и шумов.
  • Довольно неприятным фактором также является и то, что множество птиц и летучих мышей часто погибает при столкновении с лопастями винтов генераторов.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Оптимальная рабочая зона

  • Для нормальной работы кинетических ветрогенераторов подходит высота 80—180 блоков. Расстояние между лопастями для каждого типа роторов указана в описании (5×5, 7×7, 9×9 и 11×11).
  • Кинетические ветрогенераторы можно устанавливать в одной плоскости: сбоку и над.
  • Ветрогенераторы не работают, если их поставить «спиной» один к другому на одном уровне в пределах рабочей зоны, минимальное расстояние, в таком случае, должно быть 35 блоков.

Схемы и способы подключения

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

На схеме продемонстрирован наиболее простой способ применения ветрогенератора, который целесообразно использовать в регионах, где постоянно дуют сильные ветра

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Идеальный вариант для частного дома или хозяйства, расположенного вдали централизованной электросети. Такая комбинированная схема позволяет использовать два вида возобновляемой энергии

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

Подобная схема типична для промышленных и коммерческих устройств. Подключение к электрокоммуникациям предусматривают также некоторые модели бытовых ветрогенераторов

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

Генератор для ветровой турбины

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Ротор генератора для ветротурбины изготовляется на неодимовых магнитах: в подобных конструкциях нецелесообразно использовать электровозбуждение, поскольку катушка потребляет много энергии

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Самостоятельное изготовление вертикального ветрогенератора

В самостоятельном изготовлении ветряк с вертикальным валом самый простой. Лопасти изготавливают с любого материала, главное, чтобы он был устойчив к влаге и солнцу, а также был легкий. Для лопастей домашнего ветрогенератора можно использовать ПВХ трубу, применяемую при строительстве канализации. Этот материал отвечает всем вышеперечисленным требованиям. Из пластика вырезают четыре лопасти высотой 70 см, плюс две таких же делают из оцинковки. Жестяным элементам придают форму полукруга, после чего фиксируют с обеих сторон трубы. Остальные лопасти крепят на одинаковом расстоянии по кругу. Радиус вращения такого ветряка будет составлять 69 см.

Следующий этап – сборка ротора. Здесь понадобятся магниты. Сначала берут два ферритовых диска диаметром 23 см. С помощью клея шесть неодимовых магнитов крепят на один диск. При диаметре магнита 165 см между ними образуют угол 60о. Если эти элементы меньшего размера, то их количество увеличивают. Приклеивают магниты не просто, как попало, а меняют поочередно полярность. На второй диск по аналогичной схеме крепят ферритовые магниты. Всю конструкцию обильно заливают клеем.

Самое сложное – это изготовление статора. Нужно найти медный провод толщиной 1 мм и из него сделать девять катушек. Каждый элемент должен содержать ровно по 60 витков. Далее, из готовых катушек собирают электрическую схему статора. Все их девять штук выкладывают по кругу. Сначала соединяют концы первой и четвертой катушки. Далее, соединяют второй свободный конец четвертой с выходом седьмой катушки. В итоге получился элемент одной фазы из трех катушек. Схему второй фазы собирают со следующих по очередности трех катушек, начиная со второго элемента. Последней собирают точно так же третью фазу, начиная с третьей катушки.

Для крепления схемы, из фанеры вырезают форму. На нее сверху кладут стеклоткань, а по ней раскладывают схему из девяти катушек. Все это заливают клеем, после чего оставляют до полного застывания. Не ранее, чем через сутки ротор со статором можно соединять. Сначала кладут ротор магнитами вверх, на нем располагают статор, а сверху укладывают второй диск магнитами вниз. Принцип соединения можно увидеть на фото.

Теперь настало время собрать ветрогенератор. Вся его схема будет состоять из рабочего колеса с лопастями, аккумулятора и инвертора. Для увеличения крутящего момента желательно установить редуктор. Работы по монтажу имеют следующий порядок:

  • Из стального уголка, труб или профиля сваривают прочную мачту. По высоте она должна поднять рабочее колесо с лопастями выше конька крыши.
  • Под мачту заливают фундамент. Обязательно делают армирование и предусматривают выступающие из бетона анкерные крепления.
  • Далее, на мачту фиксируют рабочее колесо с генератором.
  • После установки мачты на фундамент выполняют ее крепление к анкерам, после чего усиливают стальными растяжками. Для этих целей подойдет трос или стальной прут толщиной 10–12 мм.

Когда механическая часть ветрогенератора готова, начинают собирать электрическую схему. Генератор на выходе даст трехфазный ток. Для получения постоянного напряжения в схему ставят выпрямитель из диодов. Контроль зарядки аккумулятора осуществляется через автомобильное реле. Заканчивает цепочку схемы инвертор, из которого выходит в домашнюю сеть требуемые 220 вольт.

Читайте также:  Фиат камилла двигатель характеристики

Выходная мощность такого ветрогенератора зависит от скорости ветра. Например, при 5 м/с электроустановка выдаст около 15 Вт, а при 18 м/с можно получить на выходе до 163 Вт. Чтобы повысить производительность, мачту ветряка удлиняют до 26 м. На такой высоте скорость ветра на 30% больше, а, значит, электричества получится примерно в полтора раза больше.

Сборка ветрогенератора – дело сложное. Нужно знать основы электротехники, уметь читать схемы и пользоваться паяльником.

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.

Ветрогенератор Третьякова

Это изобретение самарского конструктора Виталия Третьякова. Внешне оно не похоже ни на один из известных ветрогенераторов, настолько у него необычный, даже экстравагантный, вид. Зато эта конструкция способна работать на самых малых ветрах: ветрогенератор Третьякова способен перерабатывать энергию ветра при скорости 1,4 м/сек. Он, как определил его конструкцию сам изобретатель, относится к диагональным ветрогенераторам и может быть установлен где угодно, на крыше дома, на небольшой опоре в саду, даже на заборе или крыше (если необходимо) легкового автомобиля.

Размеры ветрогенератора Третьякова — метр на полтора, а предназначение сугубо бытовое — обеспечить электроэнергией загородный дом или дачный участок. Разговор о промышленном использовании ветряка Третьякова пока не идет, так как у этой уникальной конструкции есть свой недостаток — всем деталям его корпуса требуется повышенная прочность, что снижает КПД ветрогенератора и увеличивает его себестоимость.

Связано это с тем, что установка состоит из неподвижного корпуса, внутри которого монтируются лопасти, немного напоминающие корабельный винт. Эти части ветрогенератора в силу своей конструкции более остальных подвержены давлению ветра, поэтому им и требуется повышенная прочность.

Парусный ветрогенератор

Если лопасти традиционных ветряков изготавливают из твердых материалов, то в парусном они наоборот — из материалов мягких. Подходит любая плотная ткань, например, брезент. Часто в таких конструкциях используется нетканые слоистые материалы. Внешне парусный ветрогенератор похож на большую детскую вертушку.

По конструкции парусные ветряки разделяются на два типа.

  • Круговой с треугольными парусными лопастями
  • С парусным колесом, тоже круговым

Парусный ветрогенератор с треугольными лопастями

Треугольные парусные лопасти обычно делают равнобедренными, но во многих случаях их форма подбирается индивидуально — под ветровые нагрузки местности, где они установлены. Парусный ветряк начинает работать при скорости ветра в 5 м/сек. КПД у него выше, чем у большинства лопастных ветряков, но при этом он не лишен многих недостатков. Так при перемене ветра «парусник» останавливается и ему необходимо время чтобы раскрутиться в новом направление ветропотока.

Другой недостаток — недолговечность самих «парусов». Они часто рвутся, выходят из строя и требуют полной замены.
Считается, что этих недостатков лишен круговой парусный генератор. Его КПД в два раза выше, чем у генератора с парусными лопастями. Внешне он похож на спутниковую тарелку и отличается от привычных генераторов тем, что не имеет никаких вращающихся лопастей, цилиндров или роторов. Этот генератор вибрирует под напором или порывами ветра, своими колебаниями передавая механическую энергию на генератор.

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.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС.

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах. При этом следует учесть некоторые моменты:

  • Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
  • Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
  • Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Генератор с ротором Дарье

Еще один роторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Его легко определить по внешнему вид — три плоские лопасти-полоски, закрепленные концами внизу и вверху оси. В профиль такой ветряк похож на куриное яйцо. Простота устройства — просто плоская, обычно металлическая полоска, из которой делают лопасти, удешевляет конструкцию ветряка с ротором Дарье. Его можно устанавливать прямо на земле. Соответственно все необходимое оборудование тоже. Такие агрегаты часто становятся объектами самостоятельного изготовления — обычно для снабжения электроэнергией дач, небольших сельских домов или как дополнительный источник электроэнергии.

Но не обходится без недостатков. Из-за высоких нагрузок на лопасти и ось вращения, роторный ветрогенератор Дарье быстро выходят из строя. Двухлопастные варианты при стабильной скорости ветра, практически не раскручиваются. Чуть лучше раскручиваются трехлопастные Дарье. Но чтобы его запустить, нужен сильный порыв ветра, либо раскрутить его вручную. Поэтому есть смысл устанавливать конструкцию Дарье только в регионах со стабильными порывистыми ветрами.

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.

Генераторы с ротором Савониуса

Этот роторный ветрогенератор тоже популярен в качестве бытовых ветроэлектростанций. Основа конструкции в нескольких полуцилиндрах — двух-трех, реже больше, закрепленных на вертикальной оси вращения. Иногда, для увеличения мощи ветряка с ротором Савониуса блоки полуцилиндров выстраивают в два ряда — один над другим.

Промышленно произведенные генераторы с ротором Савониуса часто отличает необычный хай-тековский вид, напоминающий расправленные паруса яхт. В силу простоты конструкции их часто делают самостоятельно. Но только из-за простоты конструкции, так как мощность вертикальных ветряков подобного типа — с ротором Дарье, с ротором Савониуса и других, в три раза ниже, чем у горизонтальных конструкций.

Генераторы на многолопастном роторе с направляющим аппаратом

Многолопастный роторный ветряк — это основательно переработанный ортогональный ветрогенератор. Роторный комплекс состоит из двух лопастных блоков, вертикальной установки.

Наружный блок состоит из неподвижных лопастей, вращается лишь внутренний. Внешние неподвижные лопасти захватывают воздушный поток, направляя его не внутреннюю лопастную карусель, приводя ее в движение. КПД такого ветрогенератора примерно в два раза выше, чем аналогичных роторных конструкций вертикальной установки. Но ветрогенератор с многолопастным ротором самый дорогой среди вертикальных роторных ветряков, что сдерживает их распространение среди частных потребителей.

Генераторы с геликоидным ротором

Еще такие ветрогенераторы называются генераторами Горлова. В принципе, это еще один вариант на тему ортогонального роторного ветряка, причем, вариант довольно удачный. Внешнее и техническое отличие генератора с геликоидным ротором от классического ортогонального ветрогенератора, в том, что его лопасти закручены дугообразно, отсюда и его название — геликоидный.
Изобретатель это сделал для того, чтобы аппарат легко улавливал даже слабый поток воздуха. За счет лопастной дуги ротор вращается без рывков. В целом такой режим работы уменьшает динамику нагрузки на опору ветряка и подвижные узлы. Поэтому срок службы ветрогенератора Горлова выше, чем у других вертикально-роторных аналогов.

Кол-во блоков: 28 | Общее кол-во символов: 30409
Количество использованных доноров: 8
Информация по каждому донору:

Источник

Adblock
detector