Устройство ветряной установки
Ветрогенераторы отличаются абсолютной экологической чистотой и способны обеспечивать бесплатной энергией потребителей в течение неограниченного времени. Ветряные генераторы – ВЭС обладают различной мощностью, что дает возможность использовать их в разных областях.
Максимальной эффективности ветряной электростанции можно добиться, установив ее в местах с постоянными активными воздушными потоками. Обычно для этого используются горы и холмы, берега морей и океанов и другие аналогичные условия. Основной деталью установки служит крыльчатка, выполняющая функцию турбины. В большинстве случаев используются трехлопастные конструкции ВЭС в виде пропеллера, устанавливаемые на большой высоте от земной поверхности. Для того чтобы получить наибольший эффект, лопасти вместе с ротором устанавливаются в оптимальное положение при помощи специальных механизмов, в зависимости от направления и силы ветра. Существуют и другие конструкции – барабанные, не зависящие от вышеперечисленных факторов и не требующие каких-либо регулировок. Однако, если КПД пропеллерных установок находится на уровне 50%, то у барабанных устройств он значительно ниже.
Каждая воздушная электростанция, независимо от конструкции, полностью связана с действием воздушных потоков, часто изменяющих свои показатели. Это в свою очередь приводит к изменениям количества оборотов крыльчатки и производимой электрической мощности. Такое положение требует сопряжения генератора и электрической сети при помощи дополнительного оборудования.
Как правило, для этого используются аккумуляторные батареи вместе с инверторами. Вначале от генератора осуществляется зарядка АКБ, для которой равномерность тока не имеет значения. Далее заряд аккумулятора, преобразованный в инверторе, передается в сеть.
Пропеллерные конструкции ВЭС в случае необходимости могут управляться. При слишком высокой скорости ветра, производится изменение угла атаки лопастей, вплоть до самого минимального. Это приводит к снижению ветровой нагрузки на турбину. Тем не менее, под действием ураганов, крыльчатки ветровых электростанций нередко подвергаются деформациям, и вся домашняя установка выходит из строя. Полностью избежать негативных воздействий не получается, поскольку электрические генераторы размещаются на высоте, составляющей в среднем 50 м. За счет этого удается использовать более сильные и стабильные ветра, господствующие на больших высотах.
Подключение установки к потребителю
Подключение ветрогенератора связано с необходимостью преобразования энергии, перед подачей потребителю.
- Выработанная электроэнергия подаётся на контроллер.
- Контроллер изменяет характеристики напряжения и подаёт его на аккумулятор.
- Аккумулятор заряжается и накапливает энергию.
- Контролер забирает часть энергии и подаёт её на инвертор.
- Инвертор, преобразует постоянное напряжение в переменное и подаёт в сеть электропитания объекта.
Перед тем как купить ветрогенератор или решиться изготовить ветряную электростанцию самостоятельно необходимо оценить условия эксплуатации установки.
Какой преобразователь напряжения купить: производители и цены
Рынок инверторов довольно насыщен. Можно выбрать устройство под любые задачи и цели. На отечественном рынке популярностью пользуются как российские, так и зарубежные аналоги.
Рассмотрим стоимость инверторов от разных производителей:
- Швейцария. «Xtender XTH/XTM/XTS». Цена: от 75 000 до 90 000 рублей.
- Германия. «Sunny Island 5048». Цена: 240 000 рублей.
- Германия. «Schnieder Electric Conext серии XW+». Цена от 240 000 до 500 000 рублей.
- Китай. «Prosolar PV Hybrid». Цена от 80 000 рублей.
- Россия. «МАП «Энергия» SIN». Цена от 35 000 рублей.
Стоимость инвертора зависит от его типа, мощности, а также систем защиты и страны производителя
Если вы хотите получать зеленую энергию без сбоев и поломок оборудования — обязательно уделите должное внимание выбору инвертора. Он способен не только защитить приборы от нестабильной работы сети, но и выступить в качестве АКБ. Внимательно рассчитывайте потребление приборов, а также пиковую нагрузку потребления
Отдавайте предпочтение моделям с модифицированной синусойдой. Так вы обезопасите все электрические приборы у себя в доме
Внимательно рассчитывайте потребление приборов, а также пиковую нагрузку потребления. Отдавайте предпочтение моделям с модифицированной синусойдой. Так вы обезопасите все электрические приборы у себя в доме.
Что собой представляет современный ветрогенератор
Отличие современного ветрогенератора от мельницы заключается в выдаваемом продукте (механическая сила и электроэнергия), а также в конструкции.
Интенсивность работы зависит от силы ветра, поэтому одной турбины на участке может не хватить для обеспечения дома бесперебойным электричеством.
Ветровой парк обычно состоит из нескольких турбин. Их можно использовать:
- параллельно с солнечными батареями;
- для автономной работы;
- наряду с дизельными или бензиновыми генераторами;
- другими видами аккумуляторов.
Как относитесь к ветрогенераторам?
Положительно, хочу себе поставить
66.36%
Предпочитаю более надежные источники
16.82%
Нейтрально
16.82%
Проголосовало: 107
Устройство и принцип работы
Высота ветрогенератора около 80 метров. Конструкция имеет 3 лопасти. Они достаточно узкие в отличие от мельницы, где крыльев больше и они шире. Это оптимальные характеристики для качества работы. Далее в дело включается ветер, который раскручивает лопасти, после чего энергия передается на систему шестерен, усиливающих вращение и увеличивающих количество энергии.
Внутри преобразователя механической энергии в электрическую находится батарея, в которой данная энергия накапливается и расходуется по мере необходимости. Аккумуляторной батареей управляет специальный механизм, который замедляет или ускоряет вращение лопастей. При полной разрядке устройство подает сигнал, чтобы ветряк начинал крутиться.
Плюсы и минусы ветрогенератора
Экологическая чистота
Не нужно топливо
Нет отходов
Бесшумная работа
Минимальные потери при передаче электроэнергии
Небольшие расходы на техническое обслуживание
Длительный срок эксплуатации
Высокая стоимость электростанции
Зависимость КПД от силы ветра
Изменения в природном ландшафте
Есть опасность падения турбины
Ветрогенератор Онипко
Продолжая обговаривать необычные варианты винтов, невозможно не упомянуть ветряк Онипко, который отличается конусообразными лопастями. Главным плюсом этих установок, является способность получения и преобразование в кВт при скорости потока 0,1 м/с. Лопастные, в отличии, начинают обороты на скорости 3 м/с. Онипко бесшумный и полностью безопасен для внешней среды. Он не нашёл массового распространения, но как говорят результаты исследований, он станет отличным вариантом для больших производственных объектов, что ищут альтернативные источники, так как обладает большой мощностью.
В виде панциря улитки. Инновационным прорывом считают изобретение компании Archimedes, которая находиться в Нидерландах. Она предложила вниманию общественности конструкцию бесшумного типа, который можно устанавливать прямо на крыше многоэтажного здания. Согласно исследованиям, агрегат может работать в комплексе с солнечными батареями и свести к нулю зависимость здания от внешней энергосети. Новые генераторы носят название Liam F1. Оборудование имеет вид небольшой турбины диаметр которой 1,5 метра, и вес 100 килограмм.
По своей форме установка напоминает панцирь улитки. Турбина разворачивается по направлению захватывая воздушный поток. Агустин Отегу изобретатель всемирно известной спиралевидной турбины Nano Skin, видит будущее человечества не в громадных солнечных батареях и турбинах с большим размахом винтов. Он рекомендует монтировать их в наружных частях зданий. Турбины начнут вращаться ветром и создадут энергию, которая будет передаваться непосредственно в электросеть здания.
Необычные устройства, ветроэнегетика и её проекты
На стадии разработки находиться еще множество конструкций необычного типа. Среди них, особым интересом пользуются:
- Sheerwind напоминает своим внешним видом музыкальный инструмент
- ветрогенераторы от компании ТАК, напоминающие уличные фонари на само обеспечении
- ветряки на мостах в виде пешеходного перехода
- ветряные качели, которые принимают потоки воздуха со всех сторон
- «ветряные линзы» диаметром 112 метров
- плавучие ветряки от корпорации FLOATGEN
- разработка компании Tyer Wind – ветрогенератор, имитирующий лопастями взмах крыльев колибри
- в виде реального дома, в котором можно жить от компании TAMEER. Аналогом этой разработки является Anara Tower в Дубаи
Вскоре будут установлены первые в мире установки способные работать без ветра. Представит вниманию человечества их немецкая компания Max Bögl Wind AG. Они будут состоять из турбин высотой 178 метров. Будут также выполнять роль резервуаров с водой. Принцип работы системы достаточно простой, когда есть ветер оборудование будет работать по типу ветрогенератора, а когда погода не ветреная, в работу будет пускаться гидротурбины. Они вырабатывают энергию из воды, которая должна спускаться из резервуаров вниз по холму. Когда он снова появляется, вода начнет перекачиваться обратно в резервуары. Этим самым удастся обеспечить работу электростанции в непрерывном режиме. Эпоха “мельниц”, с которыми сражался еще Дон Кихот в рассказе Сервантеса уходит в далекое прошлое. Сегодня промышленные объекты больше напоминают уникальные произведения искусства нежели промышленные установки.
Правило подбора
Выбор ветрогенератора – дело несложное, если подойти к нему ответственно. Лучше заранее.
Рассчитать количество энергии, необходимой для обеспечения вашего дома. Выяснить среднегодовую скорость ветра, учесть в какое время ветряк будет бездействовать, а в какое по силам дать достаточный объем. Мощность надо брать с запасом. Просчитать число аккумуляторов для хранения энергии на случай безветрия. Учесть климатические особенности места проживания. В центральной полосе России большую часть зимы стоят сильные морозы. Установка ветрогенераторов там себя не оправдывает. Дождь и снег уменьшают выработку энергии
Это минусы
Обратить внимание на количество лопастей. Чем их меньше, тем больше КПД
Выяснить интенсивность шума при работе установки. Проводить сравнение параметров ветрогенераторов. Внимательно знакомиться с их техническими и сравнительными характеристиками. Подбирать ветрогенератор помогут отзывы людей, кто уже пользуется системами. Делать обзор производителей при выборе генератора.
Внимательно знакомиться с их техническими и сравнительными характеристиками. Подбирать ветрогенератор помогут отзывы людей, кто уже пользуется системами. Делать обзор производителей при выборе генератора.
Ветер и солнце – естественные, экологически чистые и безотходные источники энергии. В век, когда потенциал природных ресурсов истощается, производство ветрогенераторов набирает скорость.
Карта ветров России для подбора ветрогенератора
Ветряки становятся все более популярными и среди простых людей. Для этого созданы все условия. Разнообразие ветряных агрегатов и наличие тематической информации в помощь при выборе.
Разновидности
Для того чтобы правильно подобрать ветряной генератор, необходимо прежде всего учесть его технические параметры. Современные модели различаются по следующему ряду признаков:
- Количеству лопастей пропеллера. Большое количество элементов винта усложняет конструкцию. Однако чем больше лопастей, тем меньшая скорость ветра нужна для запуска механизма.
- Типу материала лопастей. Модели с жесткими пропеллерами более прочны и долговечны, но и значительно дороже парусных аналогов.
Многолопастный ветрогенератор для своего дома Источник ytimg.com
- Расположению направляющей вращения. Разделяются на вертикальные и горизонтальные. Первые прочнее и чувствительнее, вторые – отличаются лучшей производительностью.
- Возможности изменения шаговых характеристик. Различаются на модели с изменяемым и неизменным шагом. Изделия с переменными шаговыми параметрами позволяют увеличивать скорость, а значит, и продуктивность. Однако они более сложны, громоздки и дороги.
Принцип работы ветровой электростанции
Ветряные электростанции представляют собой несколько ветряных установок, объединенных между собой в единую сеть. Крупные станции могут включать в себя более 100 ветрогенераторов. Такие места получили название “ветряные парки”. Ветрогенераторы — это экологический способ добывать энергию в течение неограниченного времени.
Эффективным местом для установки ветровых электростанций являются участки с постоянным потоком ветра — холмистая местность, горы, прибрежные участки морей и океанов. По расположению выделяют следующие виды:
- наземные;
- прибрежные;
- плавающие;
- офшорные.
По типу конструирования можно выделить:
- роторные;
- крыльчатые.
Крыльчатые ветряные электростанция наиболее эффективные и получили широкое применение. Они способны вырабатывать достаточное количество энергии. На высокой мачте устанавливается чаще всего трехлопастной механизм, с горизонтальной осью вращения. Мощность вращения зависит от размера лопастей. Максимальная скорость вращения достигается в моменте, когда поток ветра идет перпендикулярно лопастям. Так как потоки ветра периодически меняют направление, то имеется автоматический блок управления
Роторные электростанции имеют вертикальную ось вращения. Плюсом данного вида является то, что они не издают шум, эффективность работы не зависит от направления потока ветра, поэтому станции не нужны дополнительные блоки управления. Но по сравнению с крыльчатыми электростанциями они менее эффективны.
Принцип работы любой ветряной электростанции одинаков. Поток ветра раскручивает ротор с лопастями, которые связаны с генератором. Чем больше размер лопастей, тем больший поток они захватывают и вращается с большей скоростью. Чем быстрее крутятся лопасти, тем больше энергии вырабатывается. Генератор преобразует движение в энергию и выводит на аккумуляторы. На выходе получается пригодная для использования энергия.
Конструкция и принцип работы ветротурбин
Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую.
Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.
Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:
- Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
- Генератор для продуцирования переменного тока.
- Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
- Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
- Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
- Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.
Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.
Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка
В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.
В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.
Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.
В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%
Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.
Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.
В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности.
В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.
Основные узлы
Независимо от сложности, обусловленной необходимостью решения тех или иных технических задач, каждый самодельный сверлильный станок содержит в своей конструкции следующие основные узлы:
- станина;
- электродвигатель;
- патрон для сверла;
- передаточный механизм;
- органы управления и измерительное оборудование.
Основным конструктивным элементом любого станочного оборудования является станина — массивный конструктивный узел, к которому крепятся все остальные детали. Как правило, в качестве станины используют массивную металлическую или деревянную плиту. Патрон выполняет функцию держателя сверла, которое будет использовано в ходе сверления отверстий различных диаметров.
Электрический двигатель, получающий питание от бытовой сети, предназначен для создания вращающего момента и передачи его патрону через передаточный механизм.
Передаточный механизм позволяет уменьшать или увеличивать скорость вращения патрона при перестановке имеющегося в нем приводного ремня с одной пары шкивов на другую. Шкив для сверлильного станка можно взять от оборудования промышленного изготовления или сделать самостоятельно.
Измерительное оборудование представляет собой линейку, которая закреплена на вертикально движущейся части станка. При этом точка отсчета расположена на неподвижной части, а движущаяся совместно со сверлом вниз линейка указывает глубину высверливания глухого отверстия.
Что такое роторный ветрогенератор?
Роторный ветрогенератор представляет собой устройство для приема энергии ветра и преобразования ее во вращательное движение. Ось вращения таких конструкций расположена вертикально, что существенно изменяет физику вращения и придает устройству массу особенностей:
- вертикальные конструкции не нуждаются в наведении на ветер. Поток, движущийся с любой стороны, одинаково воздействует на лопасти устройства
- воздействие потока происходит одновременно на рабочую и на обратную стороны лопастей, что несколько снижает эффективность крыльчатки
- вертикальные виды ветрогенераторов не используются для промышленной выработки энергии, используясь преимущественно для использования в частных целях
Самая значительная особенность вертикальный конструкций состоит в векторе приложения усилия потока. Если для горизонтальных крыльчаток усилие ветра приходится на наклонную поверхность и работает на сдвиг, то вертикальные устройства в большинстве получают импульс, направленный на лопасть во фронтальном направлении, что позволяет использовать энергию потока в максимальной степени.
При этом, одновременно с полезным воздействием поток контактирует и с обратной стороной лопасти, что создает противодействующее, тормозящее вращение усилие. Это является причиной меньшей эффективности вертикальных турбин по сравнению с горизонтальными.
Внешне большинство роторных конструкций напоминают детскую карусель — вокруг вертикальной оси расположены лопасти, числом от 2 и больше. Форма лопастей может быть разной, от подобия вертикально установленных желобов до плоскостей в форме крыла самолета, расположенных вертикально по касательной к окружности вращения.
Все разновидности имеют собственные наименования, большинство их них разработаны уже давно и являются модификациями и переосмыслениями друг друга.
Как устроена ветряная электростанция
Ветряные генераторы, в отличие от своих бензиновых и дизельных аналогов, только набирают популярность. Стоимость таких электростанций в несколько раз выше, чем привычных автономных источников энергии. Но, в отличие от них, ветряк использует бесплатную энергию ветра и самоокупается через 5–6 лет эксплуатации.
Ветряной электрогенератор – это устройство, преобразующее кинетическую энергию воздушных потоков (ветров), в механическую (с помощью ротора), а затем в электрическую. Второе название этого механизма «ветряная электрическая установка» (ВЭУ), он используется в коммерческих, бытовых и промышленных целях.
Ветряные генераторы в последнее время набирают популярность
Ветровые электростанции для дома состоят из следующих элементов:
- Основной блок – подвижное ветряное колесо, приводящее в движение всю конструкцию;
- Редуктор, предназначенный для передачи энергии колеса генератору;
- Генератор, который вырабатывает переменный ток;
- Контролер – управляет колесом и преобразуют электричество, поступающее от генератора, в постоянный ток, заряжающий аккумуляторные батареи;
- Инвертор – трансформирует постоянный ток из АКБ в переменный, который используется в домашней электросети;
- Аккумуляторы высокой емкости, как правило, собираются в единый блок и служат для накопления и выравнивания электрической энергии;
- Мачта или ферма-основание – к ним крепится ветровое колесо.
Несмотря на похожее устройство и одинаковый принцип действия, ветряки для дома отличаются по нескольким параметрам. К примеру, по материалу, из которого изготовлены лопасти колеса, их количеству, направлению оси движения и шаг винта.
Различают ветряки с одной, двумя и тремя лопастями или совсем без них. Причем последние установки становятся все более востребованными. Роль ветряного колеса в них выполняет «парус» – конструкция в виде тарелки. Она приводит в действие поршни гидросистемы, которая вырабатывает энергию. Производители сознательно усложнили устройство ВЭУ, т. к. это позволило увеличить её КПД. Мощность лопастного ветрогенератора определяется просто – чем меньше лопастей, тем больше энергии он вырабатывает.
Принцип работы ветрогенератора
В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.
Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.
Ветроэнергетика является одной из наиболее перспективных отраслей возобновляемой энергетики. Современные конструкции позволяют экономически эффективно применять силу воздушных потоков, используя ее для выработки электричества
Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.
Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV3/2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.
Типы ветряков
Существует два типа ветрогенераторов – вертикальный и горизонтальный (пропеллерный). Каждый из видов имеет свои плюсы и минусы, в том числе экономические.
Горизонтальный
Горизонтальное расположение оси позволяет использовать энергию ветра при любой его направленности, чего нельзя сказать о вертикальном ветряке, который необходимо направлять по ветру. С другой стороны, при слабом ветре КПД будет ниже, особенно при низком расположении лопастей.
К преимуществам можно также отнести возможность установки на любой поверхности – крыше, вагончике, специальной платформе. Конструкция не занимает много места, в том числе в высоту. Ее стоимость ниже, чем вертикальных ветряков.
Горизонтальный ветрогенератор для частного дома работает эффективнее и с большим постоянством, чем вертикальный. Реже случаются падения и завалы, так как механизм можно устанавливать на небольшой высоте – до 1,5 м.
Вертикальный
Вертикальные ветряные электростанции встречаются чаще, так как считаются более продуктивными. Если расположить лопасти на большой высоте, где ветер сильнее, за единицу времени вертикальный ветряк сможет производить больше энергии, чем горизонтальный. Данный тип предпочтительнее для строительства ветряного парка.
Есть и минусы, например, требуется больше расходных материалов, поэтому конструкция стоит дороже. Установка сложная, требует привлечения специальной техники.
Для стабильности получения энергии в домашних хозяйствах рекомендуется ставить как вертикальные, так и горизонтальные ветрогенераторы.
