Алтернативната енергия, получена от вятърни електроцентрали, предизвиква голям интерес в обществото. Доказателство за това на ниво реална домашна практика изобилства.
Собствениците на крайградски недвижими имоти изгради вятърни мелници със собствените си ръце и са доволни от резултата, въпреки че ефектът също е краткотраен. Причината е, че по време на монтажа вятърният генератор не е изчислен правилно.
Съгласен съм, не бих искал да изразходвам време и пари за проекта, за да получа неефективна инсталация. Ето защо е важно да се разбере как да се направи изчисление на вятърния генератор и по какви параметри да се изберат основните работни единици на вятърната мелница.
Статията е посветена на решаването на тези проблеми. Теоретичната част на материала е допълнена от илюстративни примери и практически препоръки за сглобяване на вятърна генераторна инсталация.
Изчисляване на инсталацията на вятърния генератор
Как да започнем да броим системата за възпроизвеждане на електроенергия от вятърна енергия? Като се има предвид, че говорим за вятърен генератор, предварителният анализ на розата на вятъра в определена област изглежда логичен.
Такива конструктивни параметри като скоростта на вятъра и неговата характерна посока за дадена територия са важни проектни параметри. Те до известна степен определят нивото на мощност на вятърната мелница, което ще бъде наистина постижимо.
Вятърните турбини с такава мощност е трудно дори да си представите. Но такива проекти съществуват и работят ефективно. Изчисленията на такива структури обаче показват относително ниска мощност в сравнение с традиционните енергийни източници.
Забележително е, че този процес е дългосрочен (поне 1 месец), което е очевидно. Изчислете максималните вероятни параметри на скоростта на вятъра и най-често посоката е невъзможна с едно или две измервания.
Ще бъдат необходими десетки измервания. Въпреки това, тази операция е наистина необходима, ако има желание да се изгради ефективна продуктивна система.
Как да изчислим силата на вятърната мелница
Вътрешните вятърни турбини, особено тези, които са направени със собствените си ръце, все още не са имали нужда да изненадват хората с висока мощност. Това е разбираемо. Човек трябва само да си представи масивна мачта с височина 8-10 м, снабдена с генератор с размах на перките на витлото от повече от 3 м. И това не е най-мощната инсталация. Само около 2 kW.
За обслужване на вятърни турбини от тази мощност се използват хеликоптери и екипи от специалисти, чийто брой е до десет души. За да се изчисли такава електроцентрала, се включва още по-голям брой изпълнители.
Като цяло, ако разчитате на стандартна таблица, показваща съотношението на мощността на вятърния генератор и необходимия обхват на лопатките на витлото, трябва да се изненадате. Според таблицата е необходим 2-метров пропелер за вятърна мелница от 10 W.
За 500-ватова конструкция е необходим винт с диаметър 14 м. В този случай параметърът на разстоянието на острието зависи от техния брой. Колкото по-големи са ножовете, толкова по-малка е люлката.
Но това е само теория, защото скоростта на вятъра не надвишава 4 m / s. На практика всичко е малко по-различно и силата на местната инсталация, която всъщност работи за дълго време, никога не е надвишавала 500 вата.
Ето защо изборът на мощност тук обикновено е ограничен до диапазона от 250-500 W със средна скорост на вятъра 6-8 m / s.
Таблица на зависимостта на силата на вятърната енергийна система от диаметъра на работния винт и броя на лопатките. Тази таблица може да се използва за изчисления, но като се вземе предвид нейната компилация под параметъра за скорост на вятъра до 4 m / s (+)
От теоретична позиция мощността на вятърната електроцентрала се разглежда по формулата:
N = p * S * V 3/2,
когато:
- p е плътността на въздушните маси;
- S е общата площ на издухване на лопатките на витлото;
- V - скорост на въздуха;
- N е дебитът на въздуха.
Тъй като N е параметър, който драстично влияе на мощността на вятърния генератор, действителната мощност на инсталацията ще бъде близка до изчислената стойност N.
Изчисляване на винтови вятърни турбини
При проектирането на вятърна мелница обикновено се използват два вида винтове:
- крило - въртене в хоризонталната равнина;
- Роторът Savonius, ротор Darier - въртене във вертикална равнина.
Дизайнът на винтовете с въртене във всяка от плоскостите може да се изчисли по формулата:
Z = L * W / 60 / V
когато:
- Z - винтът на скоростта (ниска скорост);
- L е дължината на обиколката на остриетата, описани от лопатките;
- W - скорост (честота) на въртене на винта;
- V - дебит на въздуха.
Въз основа на тази формула лесно можете да изчислите броя на оборотите W - скоростта на въртене.
Това прилича на дизайн на винт, наречен “Ротор Дария”. Тази версия на витлото се счита за ефективна при производството на вятърни турбини с малък капацитет и размер. Изчисляването на винта има някои характеристики
Работното съотношение на скоростта и скоростта на вятъра може да се намери в таблиците, които са налични в мрежата. Например, за винт с две лопатки и Z = 5 се поддържа следното отношение:
| Брой остриета | Степен на бързина | Скорост на вятъра m / s |
| 2 | 5 | 330 |
Също така един от важните показатели на винта на вятърната мелница е стъпка.
Този параметър може да се определи с помощта на формулата:
H = 2πR * tg α,
когато:
- 2π е константа (2 х 3.14);
- R е радиусът, описан от острието;
- tg α - ъгъл на сечението.
В тази статия е дадена допълнителна информация за избора на формата и броя на ножовете, както и инструкции за тяхното производство.
Избор на генератори за вятърни турбини
При изчислената стойност на скоростта на винта (W), получена по горния метод, вече можете да изберете съответния генератор.
Например, когато степента на бързина е Z = 5, броят на ножовете е 2, а скоростта е 330 rpm. При скорост на вятъра 8 m / s. мощността на генератора трябва да бъде приблизително 300 вата.
Генераторна вятърна електроцентрала "в раздела". Примерно копие на един от възможните проекти на генератор на домашна вятърна енергийна система, сглобени самостоятелно
С такива параметри, двигател, който се използва при изграждането на съвременни електрически велосипеди, може да бъде подходящ избор като генератор за битова вятърна централа. Традиционното наименование на частта е цикълът мотор (произведен в Китай).
Прилича на електрически моторен мотор, въз основа на който се предлага да се направи генератор за домашна вятърна мелница. Дизайнът на цикличния мотор е идеален за изпълнение с малко или никакви изчисления и подобрения. Но мощността им е малка
Характеристиките на електрическия цикъл на двигателя са следните:
| параметър | значение |
| Напрежение, V | 24 |
| Мощност W | 250-300 |
| Скорост на въртене, rpm | 200-250 |
| Момент Nm | 25 |
Положителна черта на веломоторите е, че на практика не е необходимо да се ремонтират. Те са конструктивно разработени като електрически двигатели с ниски обороти и могат успешно да се използват за вятърни генератори.
За производството на вятърна мелница можете да използвате автомобилен генератор или да монтирате уреда от перална машина.
Изчисляване и избор на контролер на заряда
Контролерът за зареждане на акумулаторната батерия се изисква за вятърна електроцентрала от всякакъв тип, включително и за домакинска структура.
Изчисляването на това устройство се свежда до избора на електрическата верига на устройството, която да съответства на изчислените параметри на вятърната система.
От тези основни параметри са:
- номинално и максимално напрежение на генератора;
- максимална възможна генераторна мощност;
- максимален възможен ток на зареждане на батерията;
- напрежение на батерията;
- температура на околната среда;
- ниво на влажност на околната среда.
Въз основа на представените параметри, контролерът на заряда се сглобява на ръка или се избира готовото устройство.
Контролер за зареждане на батерията, използван като част от вятърна електроцентрала. Устройството е индустриален производител, който избира кои трябва само внимателно да проучат техническите характеристики за прецизна координация със съществуващата система
Разбира се, желателно е да се избере (или да се сглоби) устройство, чиято верига би осигурила функцията за лесен старт в условията на поток от слаби въздушни потоци. Контролер, проектиран за работа с батерии с различни напрежения (12, 24, 48 волта), също е добре дошъл.
И накрая, когато се изчислява (съвпадение) веригата на контролера, се препоръчва да не се забравя за наличието на такава функция като инверторното управление.
Избор на батерията за системата
На практика се използват различни видове батерии и почти всички са подходящи за употреба като част от вятърна енергийна система. Но все пак трябва да направите конкретен избор. В зависимост от параметрите на системата на вятърната турбина, батерията се избира за напрежение, капацитет, условия на зареждане.
Традиционните компоненти за домашни вятърни мелници са класическите киселинно-оловни батерии. Те показаха добри резултати в практически смисъл. В допълнение, цената на този тип батерии е по-приемлива в сравнение с други видове.
Оловно-киселинните батерии са особено непретенциозни към условията на зареждане / разреждане, но е неприемливо да бъдат включени в система без контролер.
Домашен вятърен генератор на батерията. Не е най-добрият вариант за експлоатация, предвид хаоса на кабелите и изискванията за съхранение. При това състояние на устройствата за съхранение на енергия не е необходимо да се разчита на дългосрочното им действие.
В присъствието на ветрогенератор, инсталира професионално направен контролер за зареждане с пълна автоматизирана система, изглежда разумно да се използват AGM или батерии от тип хелий.
И двата вида устройства за съхранение на енергия се характеризират с по-голяма ефективност и дълъг експлоатационен живот, но поставят високи изисквания при условия на зареждане.
Същото се отнася и за така наречените хелиеви бронирани батерии. Но изборът на тези батерии за домашни вятърни мелници е значително ограничен от цената. Въпреки това, животът на тези скъпи батерии е най-дълъг в сравнение с всички други видове.
Тези батерии също така имат по-значителен цикъл на зареждане / разреждане, но подлежат на използване на висококачествено зарядно устройство.
Изчисляване на инвертора за домашна вятърна мелница
Трябва незабавно да направим резервация: ако проектирането на домашна енергийна вятърна инсталация съдържа една батерия от 12 волта, няма смисъл да се инсталира инвертор в такава система.
Средната консумация на енергия в домакинствата е най-малко 4 kW при пикови натоварвания. Оттук и заключението: броят на батериите за такава мощност трябва да бъде поне 10 броя и за предпочитане под напрежение от 24 волта. При такъв брой батерии вече има смисъл да се инсталира инвертор.
Малък инвертор на мощност (600 W), който може да се използва за малка електроцентрала в дома. Възможно е захранване на телевизор или малък хладилник от такова 220-волтово оборудване. На лампата в полилея ток не е достатъчно
Обаче, за да се осигурят 10 батерии с напрежение от 24 W на всеки и за да се поддържа стабилният им заряд, ще се изисква вятърна мелница с капацитет от поне 2-3 kW. Очевидно е, че за домакинството непретенциозен дизайн, такава сила не е да се дърпа.
Но мощността на инвертора може да се изчисли, както следва:
- Обобщете силата на всички потребители.
- Определете времето на консумация.
- Определете пиковото натоварване.
На конкретен пример ще изглежда така.
Нека като товар има домакински електроуреди: осветителни лампи - 3 бр. 40 W всеки, телевизионен приемник 120 W, компактен хладилник 200 W. Обобщаваме мощността: 3 * 40 + 120 + 200 и получаваме 440 W на изхода.
Определете мощността на потребителите за среден период от 4 часа: 440 * 4 = 1760 W. На базата на получената стойност на мощността за времето на потребление, изглежда логично да се избере инвертор измежду такива устройства с изходна мощност 2 kW.
Въз основа на тази стойност се изчислява токовата напрежение на изискваното устройство: 2000 * 0.6 = 1200 V / A.
Класическата схема на възпроизвеждане и разпределение на енергия, получена от вятърен генератор от домашен тип. Въпреки това, за да се осигури такъв брой устройства с дългосрочна енергия, е необходима достатъчно мощна инсталация (+)
В действителност натоварването от домакинство на тричленно семейство, където има пълно оборудване с домакински уреди, ще бъде по-високо от това, изчислено в примера. Обикновено и във връзка с времето за зареждане, параметърът надвишава взетите 4 часа. Съответно, инверторът на вятърна енергия ще се нуждае от по-мощен.
Предварителното изчисляване на вятърната мелница е полезно не само за неговото самостоятелно сглобяване. За определяне на оптималните параметри е необходимо и при избора на завършен ветрогенератор.
Заключения и полезно видео по темата
Във видеоклипа са представени как се анализират изходните данни и как се прилагат формулите:
Във всеки случай е необходимо да се използват изчислените данни. Независимо дали е промишлена електроцентрала или произведена за битови условия, изчисляването на всеки възел винаги носи със себе си максималната ефективност на устройството и, най-важното, експлоатационната безопасност.
Предварителните изчисления определят осъществимостта на проекта, помагат да се установи колко скъпо или икономично се оказва проектът.
Имате опит в решаването на такива проблеми? Или имате въпроси по темата? Моля, споделете уменията си в изчисляването и проектирането на вятърен генератор. Можете да оставите коментари и да задавате въпроси във формата по-долу.