Основные виды ветрогенераторов и их характеристики. Что такое ветрогенератор и его устройство

Как самому построить ветрогенератор. CAVR.ru

Конструкция - общий взгляд

Ветрогенератор конструктивно представляет собой ветроколесо с лопастями, редуктор (механизм, преобразующий и передающий крутящий момент), установленный на мачте ветрогенератор, аккумуляторную батарею и инвертор (устройство для преобразования постоянного тока в переменный ток).

Принцип работы

Энергия ветра вращает ветровое колесо с лопастями, крутящий момент передаётся через редуктор на генераторный вал. Таким образом осуществляется превращение механической в электрическую энергию.

Рабочая мощность ветрогенератора прямо пропорциональна размерам ветроколеса, средней скорости ветра и высоте мачты. Как правило, диаметр лопастей ветрогенератора варьируется от 0.5 до 60+ метров.

Применение ветрогенераторов

Ветрогенераторы могут применяться в самых разных местах. Это могут быть открытые и доступные в плане ветра территории, поля, мелководье, острова, горы.

Экономическая выгода ветрогенератора

Использование ветрогенератора экономически выгодно в местности, где среднегодовая скорость ветра не меньше 4 м/с. Чтобы узнать, какова средняя скорость ветра в вашей местности, изучите "Карту ветроресурсов России". Ветрогенератор начинает работу при начальной ветровой скорости от 2 м/с, начинают заряжаться батареи уже можно потреблять электроэнергию.

Ветрогенераторы и сеть

Большинство ветрогенераторов относятся к сетевым турбинам. Это значит, что они работают только при наличии внешней электрической сети ( централизованной или локальной - к примеру, с помощью дизель-генератора). Это объясняется нестабильностью ветрового потока. Сеть в качестве источника электрической мощности выполняет стабилизирующий эффект.

Главное условие использования сетевых ветрогенераторов: мощность сети должна превышать мощность ветродвигательной установки в 1.8 раза. Для больших мощностей используют несколько ветроэнергетических станций, работающих параллельно с сетью.

Ветрогенератор можно использовать и как резервный источник энергии, но при хорошем ветропотенциале экономичнее использовать его в качестве основного источника. В этом случае электросеть подключают через автоматический ввод резерва в качестве запасного источника питания.

Принцип работы ветрогенератора

Мощные потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора. Образуется энергия вращения, которая затем передается через ротор на мультипликатор, вращающий электрический генератор (асинхронный или синхронный). Существуют конструкции ветрогенераторов, где не устанавливается мультипликатор для существенного увеличения их производительности.

Ветрогенератор можно сделать самостоятельно или приобрести уже готовый.

Ветродвигатели могут работать по одному, так называемый единичный комплекс, или группами, образуя ветропарк. Один или несколько ветродвигателей могут работают одновременно с дизель-генераторами для экономии расходов на топливо.

Сборка ветрогенератора своими руками

Тип генератора

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

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

Мощность генератора

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

Расчёт конструкции

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

Аккумуляторные батареи

Не стоит использовать автомобильные аккумуляторные батареи.

Минусы:

Недолговечность;
Взрывоопасность;
Потребность в частом уходе.

Лучше выбрать герметические аккумуляторы:

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

Возможные ошибки

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

Сборка роторного ветрогенератора на 2 КВт (при скорости ветра 10 м/с)

Комплектующие

генератор 12V - 15 у.е.;
ротор 1.5 м - 40 у.е.;
аккумулятор 12V (кислотный или гелиевый) - 15 у.е. автомобильный, 40 у.е. альтернативный;
металлическое большое ведро или бочка (нержавейка или алюминий) - 5 у.е.,
реле, чтобы заряжать аккумулятор - 3 у.е.;
реле лампы заряда (например, автомобильное) - 3 у.е.;
полугерметичный выключатель (кнопка) на 12V - 2 у.е.;
вольтметр (например, от любого измерительного устройства или автомобильный) - 3 у.е.;
наружная большая доза (распределительная коробка для присоединения проводов, а также легкого доступа ко всем соединениям) - 5 у.е.;
мачта с высотой от 1 до 10 метров - 35-70 у.е.;
провода (4 квадрата с сечением) - 5 у.е.;
четыре болта М6 - 3 у.е.;
пара больших хомутов или моток нержавеющей проволоки (крепление к мачте) - 7 у.е.;

Необходимый инструмент: ключи, дрель со сверлами, отвертка, кусачки и т.п.

Ход работ

Мачта

Перед установкой всей конструкции заливаем трехточечный фундамент соответствующего объема, учитывая нюансы климата и грунта. Мачта с ветродвигателем устанавливаем после достижения бетоном максимальной прочности (неделя). Менее надёжный вариант - зарываем мачту в грунт на полметра и используем растяжки.

Ротор

После этого нужно сделать ротор и переделать шкив (фрикционное колесо с ободом или канавкой по окружности, которое передаёт движение приводному ремню или канату) генератора. Диаметр ротора выбираем, исходя из среднегодовой скорости ветра. При скорости до 6-7м/с эффективность ротора 5м больше, чем у ротора на 4м.

Лопасти

Бочку поделим на 4 равные части с помощью рулетки и маркера, затем будущие лопасти вырезаем ножницами по металлу или болгаркой. Далее её крепим к генератору болтами к шкиву и днищу. Места для болтов нужно вымерить очень точно, чтобы потом не мучиться с регулировкой вращения. На бочке отгибаем лопасти, но в разумных пределах, чтобы избежать резких порывов ветра.

Соединение

Присоединяем провода к генератору и собираем цепь в дозе. Крепим генератор к мачте, а провода к мачте и генератору. Затем соединяем в цепь генератор и подсоединяем в цепь аккумулятор (длина проводов не более метра). Подключаем нагрузку с помощью проводов (сечение до 2.5 кВ). По желанию можно установить инвертер 12-220 В на 700-1000 Вт. Скорость вращения ветрогенератора задаётся изгибом лопастей.

За 4-5 часов всё устройство будет собрано. Такого ветрогенератора хватит для полного энергообеспечения загородной дома или дачи.

Увеличение выработки энергии

Учтите, что повышение мачтовой высоты до 18-26м повышает среднегодовую скорость ветра на 15-30%. Выработка энергии увеличивается в 1,3-1,5 раз. К этому приёму прибегают при скорости ветра ниже 4м/с. Высокая мачта устраняет влияние деревьев и построек.

Диаметр ротора выбирают по среднегодовой скорости ветра. По факту, до 6-7 м/с выработка ротора 3 м выше, чем у ротора 2 м. При стандартных среднегодовых скоростях выработка выравнивается.

Такого ветрогенератора хватит для полного энергообеспечения загородной дома или дачи.

Покупка ветряка

Если вы не в состоянии сами сделать ветрогенератор, его можно приобрести. Наиболее популярными являются фирмы Winder, EuroWind, WindElectric, ВЭУ.

Рассмотрим конкретно случай приобретения ветрогенератора Winder Malard 800.

Конструкция лопастей даёт возможность выдерживать сильные ветра.При штормовом ветре скоростью до 35 м/с выработка энергии составляет до 1800 Вт.

Технические характеристики модели:

Ветрогенератор рассчитан на 125 тысяч часов работы. Элементарная схема позволяет собрать ветряк самому в домашних условиях. Страна-производитель - США. Гарантия на 1 год
Мощность устройства при скорости ветра в 3 м/с - 750 Вт. Скорость, при которой начинается вращение ротора - 2,5 м/с. Все лопасти сделаны из углеродного волокна. Роторный диаметр составляет 150 см.

Комплектация:

6 лопастей из углеволокна;
Ветротурбина;
Ротор;
Крепления;
Хвост.

Стоимость ветрогенератора Winder Malard 800 составляет 885 евро, собирается за два часа.

Срок окупаемости ветряков составляет 5-7 лет. При постоянных отключениях, а также при отсутствии электросети срок окупаемости составит от 3 до 5 лет.

Следует каждый год проводить тщательный осмотр всего устройства:

Смазывать все движущиеся части;
Подкручивать болты и все электрические соединения;

Проверять все механизмы на отсутствие коррозии механизма и на ослабление растяжек;
Контроль возможных повреждений лопастей (лопасти и подшипники необходимо менять каждые 7-10 лет).

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

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

www.cavr.ru

Принцип работы ветрогенератора - видео и обзор.

Выходная мощность ветровых электростанций может достигать 3000 Вт и более.Данные установки идеальны для применения в отдаленных районах. Их используют для электроснабжения дачных домиков, туристических лагерей, домов отдыха, парусных лодок и других сооружений.

Ветрогенераторы можно использовать для питания небольших бытовых приборов и электроинструментов, а также для зарядки аккумуляторов. Почти на каждой ферме в отдаленных районах вы можете встретить ветровую установку. Их обычно строят в районах, где преобладает ветреная погода.

Ветровые электростанции не оказывают вредного влияния на экологию, являются экономически выгодным вложением и надежными для электроснабжения различных объектов. Главное достоинство ветряных установок – использование неисчерпаемого источника энергии. Не секрет, что принцип работы ветрогенератора заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую.

Этот способ выработки электричества не приводит к образованию побочных продуктов, и, следовательно, к загрязнению окружающей среды. Также, вам не придется тратиться на топливо, так как вращения их подвижной части обеспечивается ветром.

Как работает турбина ветрогенератора?

Принцип работы ветрогенератора подобен функционированию турбин самолета. Отличие лишь в том, что лопасти ветряка вращаются на месте под воздействием порывов ветра. Ввиду своего гигантского размера, они эффективно поглощают энергию ветра, которая затем преобразуется в электричество.

Лопасти винта имеют специальную форму, позволяющую им с легкостью реагировать на движение воздушных масс. Потоки проходящего воздуха заставляют винт вращаться, причем вам может показаться, что скорость вращения довольно мала. Но затем, с помощью передаточных механизмов, вращение винта приводит в движение шестерни меньшего размера, скорость которых уже заметно выше.

Данные приспособления разгоняют вал привода до частоты оборотов, достаточной для успешного завершения преобразования энергии ветра в электричество.

Для получения наибольшей электрической мощности на выходе генератора, винты ветряков устанавливаются на максимально возможной высоте. Лопасти винтов обычно достигают 70 м. или 230 футов в диаметре, что в 30 раз превышает размах крыльев орла.

Большой размер и охват лопастей делает возможным многократное преумножение силы ветра. Поэтому, даже легкий порыв, захваченный внешний краем винта, может привести последний в движение.

Видео: принцип работы ветрогенератора (ветряка)

Плюсы и минусы ветрогенераторов

Преимущества ветряков

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.

Недостатки ветрогенераторов

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.

genport.ru

Виды ветрогенераторов (ветряков): горизонтальные, вертикальные, достоинства, характеристики

В настоящее время выпускается несколько основных видов ветрогенераторов:

вертикальные ветрогенераторы.

Установки с вертикальной осью вращения, расположенной перпендикулярно направлению потока ветра;
горизонтальные ветрогенераторы.

установки с горизонтальной осью вращения, расположенной параллельно или перпендикулярно направлению потока ветра;
Ветрогенератор, работающий на водяных каплях;
Ветрогенератор-парус.

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения

Горизонтальные ветроустановки, ось вращения которых перпендикулярна потоку ветра, серийно не производятся, так как считаются малоэффективными. Кроме того, их приходится оснащать специальными системами ориентации.

Достоинства горизонтальных ветрогенераторов перед вертикальными заключаются в большей быстроходности и большей вырабатываемой мощности.

Ветроустановка с вертикальной осью вращения

Вертикальные ветроустановки имеют несколько преимуществ перед горизонтальными.

Они могут работать при любом направлении метра.
Им не требуются устройства, определяющие направление ветра.
У них снижены гироскопические нагрузки на лопасти пропеллера и систему передачи энергии.
Их можно устанавливать на уровне земли.
Конструкция гораздо проще.

Если имеется несколько вертикальных ветроустановок, расположенных рядом, то их эффективность повышается: вихревые потоки, образующиеся при вращении лопастей одной установки, создают дополнительный напор ветра для другой.

С горизонтальными установками ситуация обратная: их эффективность может снизиться за счет того, что устройства «отбирают» друг у друга ветер.

Ветрогенератор, работающий на водяных каплях

Кроме стандартных вертикальных и горизонтальных ветроустановок, уже освоенных серийными производителями, сейчас предлагаются и другие виды ветрогенераторов. Например, в Голландии создан прототип ветрогенератора, не имеющего подвижных частей. Считается, что он будет отличаться повышенной надежностью.

Конструкция этого необычного ветрогенератора достаточно проста: внутри металлической рамы параллельно располагаются трубки со специальными соплами и электродами. Из сопел поступают положительно заряженные капли воды, которые ветром сносятся к положительно заряженным электродам, в результате чего заряд возрастает.

Производительность устройства зависит от количества капель, скорости ветра и силы электрического поля. Такая ветроустановка отличается от стандартных моделей полным отсутствием движущихся и/или трущихся деталей. А следовательно - никакого шума, никакой вибрации, никакого износа за счет трения.

Ветрогенератор-парус

Еще один вариант без лопастей - ветроустановка, созданная по принципу паруса. Внешне она похожа на обычный ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, только вместо лопастей у нее устройство, напоминающее спутниковую антенну. Это парус, который улавливает ветер. Ветер заставляет парус колебаться, колебания приводят в движение поршни, те включают гидравлическую систему, и таким образом кинетическая энергия преобразуется в электрическую.

Такой ветрогенератор рекламируется как более надежный, долговечный, не требующий особых затрат на обслуживание (разработчики утверждают, что траты снижаются на 45 % по сравнению с обычной ветроустановкой, снабженной лопастями), бесшумный и производительный (КПД больше в 2,3 раза).

genport.ru

Ветрогенератор для дома своими руками

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток.

Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.

Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.

Что такое ветрогенератор?

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

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор.

Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт.

Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).

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

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера.

Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.

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

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Существует две разновидности ветрогенераторов:

С горизонтальным расположением ротора.
С вертикальным ротором.

Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).

Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).

К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов.

Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.

Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.

Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?

Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем.

Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.

Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.

Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.

Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт.

При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.

Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?

Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.

Генератор

Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.

В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.

Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.

В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров.

С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.

Винт

Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.

Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.

Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора. опубликовано econet.ru

econet.ru