Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Moderní kinetický větrný generátor umožňuje využít výkon proudění vzduchu a převést jej na elektřinu. Pro tento účel existují továrny a domácí modely přístrojů, které se používají jak v průmyslu, tak v soukromých farmách.

Budeme hovořit o tom, jak jsou větrné mlýny tohoto typu uspořádány, seznámíme se s vlastnostmi zařízení a konstrukčními možnostmi. Námi navržený článek ukazuje silné a slabé stránky větrné elektrárny. Nezávislí mistři zde najdou užitečné schémata a doporučení pro shromáždění.

Princip činnosti větrného generátoru

Základem činnosti větrného generátoru je přeměna kinetické energie větru na mechanickou energii rotoru, která je následně přeměněna na elektřinu.

Princip činnosti je poměrně jednoduchý: otáčení lopatek namontovaných na ose zařízení vede k kruhovým pohybům generátoru rotoru, čímž vzniká elektřina.

Větrná energie je jedním z nejslibnějších odvětví obnovitelných zdrojů energie. Moderní konstrukce umožňují nákladově efektivní využití síly proudění vzduchu, jejíž pomocí se vyrábí elektřina

Výsledný nestabilní střídavý proud "proudí" do regulátoru, kde je přeměněn na konstantní napětí, které může nabíjet baterie. Odtud je napájení měniče napájeno do střídavého napětí s indikátorem 220/380 V, který je napájen spotřebiči.

Výkon generátoru větru přímo závisí na výkonu proudění vzduchu (N), vypočteném podle vzorce N = pSV 3/2, kde V je rychlost větru, S je pracovní plocha, p je hustota vzduchu.

Zařízení pro větrné generátory

Různé verze větrných generátorů se výrazně liší.

Diagram ukazuje vnitřní strukturu klasického horizontálního větrného generátoru. Tyto modely jsou nejčastěji využívány jak v průmyslu, tak iv každodenním životě.

Průmyslová zařízení jsou komplexní multimetrovou konstrukcí, jejíž instalace vyžaduje základ, zatímco domácí model může sestávat z minima komponentů (stejnosměrný elektromotor 3-12V, elektrický kondenzátor 1000 μF 6V, silikonová usměrňovací dioda).

Typická instalace zahrnuje následující komponenty:

  • alternátor (výkon závisí na rychlosti větru);
  • čepele, které přenášejí rotaci na hřídel generátoru (často jsou navíc vybaveny převodovkami, stabilizátory otáček rotoru);
  • stožár větrného mlýna, ke kterému jsou čepele připevněny (čím vyšší jsou tyto prvky, tím větší je množství větrné energie, které mohou dostat);
  • akumulátory, které akumulují energii, což umožňuje její použití s malým prouděním větru nebo jeho nepřítomností. Baterie také plní funkci stabilizace elektrické energie z generátoru;
  • regulátor - převodník střídavého napětí, získaného z generátoru, do konstanty, která se používá k nabíjení akumulátoru. Regulátor je řízen otáčením lopatek, což umožňuje vzít v úvahu, kde proudí vzduch;
  • AVR - zařízení automatického přepínání spojujícího větrný generátor s jinými zdroji energie (solární panely, elektrická síť);
  • senzor směru větru - zařízení, které usnadňuje hledání větru větrem;
  • měnič pro převod stejnosměrného proudu z baterií na střídavé napětí, které se používá v elektrických komunikacích.

Pro lepší uspokojení potřeb uživatelů může být přístroj vybaven různými typy střídačů:

  • zařízení s obrácenou sinusovou vlnou, vydávající čtvercovou sinusovou vlnu. Zařízení tohoto typu jsou vhodná pro topná tělesa, žárovky a jiná zařízení, která jsou nenáročná na kvalitu sítě;
  • třífázové napěťové střídače určené pro třífázové elektrické sítě;
  • čistá sinusoida, která produkuje energii pro citlivější zařízení;
  • síťové střídače schopné provozu bez baterií. Taková zařízení jsou navržena pro obvody zahrnující vnikání elektrické energie přímo do společné sítě.

Při výběru modelů dávejte pozor na typ střídače.

Typy větrných generátorů

Klasifikace větrných turbín může brát v úvahu takové charakteristiky, jako jsou:

  • jmenování;
  • konstrukční prvky;
  • počet lopatek;
  • materiály, z nichž jsou vyrobeny;
  • osa otáčení;
  • rozteč šroubů.

Podívejme se podrobně na dvě nejčastěji používané klasifikace.

Klasifikace větrných turbín podle účelu

Existují různé druhy větrných turbín, které se liší svým účelem. Hlavní vlastnosti zařízení, například výkon, závisí na tom.

Průmyslové větrné turbíny

Taková zařízení jsou instalována velkými energetickými společnostmi nebo státem pro dodávku elektřiny do průmyslových zařízení. Turbíny s kapacitou desítek megawattů jsou obvykle umístěny na větrných parcích (otevřené výšky, pobřeží).

Větrné elektrárny, kde jsou instalovány desítky větrných turbín, jsou rozbité nejen na zemi, ale také v mělké vodě. Výsledná elektřina se obvykle používá pro průmyslové účely.

Generovaná elektřina zpravidla jde přímo do sítě, zatímco pro stabilitu a řízení frekvence rotace lopatek větrné turbíny jsou vybaveny dalšími mechanismy.

Komerční větrné generátory

Taková zařízení se používají k výrobě elektřiny k prodeji nebo k poskytování elektřiny průmyslovým odvětvím v regionech s nízkoenergetickou sítí (nebo s její úplnou absencí). Tyto větrné elektrárny se skládají z uskupení generátorů, které mohou mít různé kapacity.

Energie komerčních zařízení může proudit přímo do elektrické komunikace nebo být použita pro nabíjení velkého množství baterií, kde se akumuluje a přeměňuje na napájení do elektrické sítě.

Větrné spotřebiče pro domácnost

Nízkoenergetické jednotky se používají pro soukromé použití. Větrné turbíny se stožáry nižšími než 25 metrů mohou být podle pravidel instalovány majiteli bez souhlasu úřadů, pro vyšší stožáry je vyžadováno zvláštní povolení.

Větrné turbíny o nízké a střední energii mohou sloužit jako zdroj elektrické energie pro chaty, vily, venkovské domy, farmy

Větrné generátory pro domácnost jsou vhodné pro nabíjení baterií s napětím 12/24 / 48V, jejichž energie je transformována na napětí 220 voltů. Taková zařízení umožňují zcela nebo částečně vyřešit problém dodávky elektřiny malým objektům, které jsou umístěny mimo centralizovanou elektrickou síť.

S referenčním bodem výběru větrného generátoru pro údržbu s energií soukromého domu se seznámí článek věnovaný této zajímavé otázce.

Odrůdy větrných elektráren

Podle konstrukčních vlastností zařízení lze také rozdělit do několika kategorií, i když všechny typy jsou redukovány na dva hlavní typy: vertikální a horizontální.

Klasické horizontální větrné generátory

Takové instalace (oni jsou také nazvaní vrtule nebo křídlo) obvykle mají 3-5 ostří namontovaných na vodorovné ose. Tyto prvky umožňují otáčení s vysokou rychlostí a dosahují maximálního množství energie (KIEV až 0, 4).

Současně je množství vyrobené elektřiny do značné míry závislé na výšce zařízení (čím vyšší je, tím větší je výsledek).

Horizontální větrný generátor používá zvedací sílu, která nastane, když tlak roste v místě, kde přímý proud vzduchu prochází lopatkami, což odráží od těchto prvků.

Taková zařízení jsou obvykle instalována ve větrných elektrárnách, kde je energie vyráběna pro průmyslové a komerční využití, ale jsou také vhodná pro domácí použití.

Vertikální větrné turbíny

Obslužným prvkem těchto zařízení je otočné větrné kolo. Díky konstrukčním prvkům se tyto konstrukce liší podle typu („Barrel“, „Savonius“).

Navzdory nízkému KIEV (0, 1-0, 2), jsou široce používány: vertikální instalace působí na turbulentní proudění vzduchu, takže mohou být umístěny i v oblastech, kde silný vítr zřídka fouká.

Práce vertikálních větrných turbín nezávisí na směru větru. Snadno se instalují a obsluhují, kromě takových přístrojů mohou být umístěny v blízkosti země

Pro zlepšení výkonu vertikálních větrných mlýnů výrobci často zvyšují své rozměrové parametry, což vede k významnému zvýšení nákladů. Vzhledem k tomu, že taková zařízení jsou velmi křehká, vyžadují zvýšenou ochranu před hurikány a jinými přírodními jevy.

Větrné generátory "Rotor Daria"

Taková zařízení patří do kategorie vertikálních větrných turbín, mají však výrazné rozdíly v designu. Vzhledem k podobným vlastnostem je dosaženo snížení hluku a roste i KIEV, což je blízko výkonu horizontálních modelů.

Nízkotlaká turbína navržená v roce 1931 francouzským návrhářem letadel Georgesem Daryetem, s osou rotace kolmou k ovzduší, našla široké uplatnění ve větrné energetice.

Nevýhoda těchto konstrukcí je nízký výchozí bod (vzhledem k přítomnosti pouze dvou lopatek, je obtížné, aby se zařízení spouštělo nezávisle). K vyřešení problému se často používá hybrid "Savonius + Darya".

Instalace větrných elektráren

Pro takové instalace lze použít princip vertikálních i horizontálních větrných turbín. Hlavním designovým prvkem je větrné kolo, které je pokryto více lopatkami nebo plachtami, zatímco aerodynamický profil těchto modelů chybí.

Existuje mnoho modelů větrných generátorů, které se liší počtem lopatek, hmotností, výkonem. Všechny tyto parametry je třeba vzít v úvahu při volbě zařízení.

Přestože se plachetnice vyznačují nízkou rychlostí a nízkou účinností, často se používají v národním hospodářství. Takové konstrukce se snadno instalují a obsluhují a kombinace vysokého točivého momentu s nízkými otáčkami umožňuje přímé uvedení do pohybu různých užitečných mechanismů, například čerpadla pro čerpání vody.

Generátor větrné turbíny

Pro provoz větrných mlýnů potřebují obvyklé třífázové generátory. Konstrukce těchto zařízení je podobná modelům používaným u automobilů, ale má velké parametry.

Zařízení pro větrné turbíny mají třífázové vinutí statoru (hvězdicové spojení), ze kterého tři vodiče jdou do regulátoru, kde je střídavé napětí transformováno na konstantní napětí.

Rotor generátoru pro větrnou turbínu je vyráběn na neodymových magnetech: v takových konstrukcích je nepraktické používat elektrické buzení, protože cívka spotřebovává hodně energie

Pro zvýšení rychlosti se často používá násobitel. Takové zařízení umožňuje zvýšit výkon stávajícího generátoru nebo použít menší zařízení, což snižuje náklady na instalaci.

Multiplikátory se častěji používají ve vertikálních větrných generátorech, ve kterých je proces otáčení větrného kola pomalejší. Pro horizontální zařízení s vysokou rychlostí otáčení lopatek nejsou zapotřebí násobiče, což zjednodušuje a snižuje náklady na konstrukci.

Specifika montáže a instalace větrného generátoru z pračky a větrné turbíny z generátoru automobilů jsou podrobně popsány v našich doporučených výrobcích.

Výhody a nevýhody větrného generátoru

Podívejme se podrobně na výhody a nevýhody větrných elektráren, protože je na nich, zda se rozhodnou, zda koupí větrnou turbínu.

Výhody větrných turbín

Mezi výhody zařízení využívajících větrnou energii patří:

  • Ekologická šetrnost. Zařízení využívají obnovitelný zdroj energie, který může být používán nepřetržitě, aniž by způsobil škody na životním prostředí. Elektřina vyráběná větrnými generátory nahrazuje energii tepelných elektráren a snižuje emise skleníkových plynů.
  • Všestrannost . Větrná energie může být postavena téměř všude: na rovinách, v horách, na polích, na ostrovech a dokonce i v mělké vodě. Větrná energie je obzvláště ceněna na vzdálených místech, kde je obtížné natáhnout obvyklou elektrickou komunikaci. V tomto případě větrné generátory umožňují přizpůsobit napájení zařízení, což zajišťuje, že je nezávislý na náhodných faktorech (například z paliva nedodaného včas).
  • Účinnost použití . Moderní modely recyklují energii i slabé větry - minimální limit je 3, 5 m / s. Stejně tak je možné provádět dodatečnou dodávku elektřiny do centralizované sítě a organizovat napájení jednotlivých objektů (ostrovních nebo místních) bez ohledu na jejich kapacitu.
  • Hodná alternativa k tradičním zdrojům. Stacionární větrné farmy mohou plně zajistit bytový dům nebo dokonce malé výrobní zařízení s elektřinou. V tomto případě se turbína akumuluje v bateriích potřebný přívod elektřiny pro použití v období bez větrného počasí.
  • Účinnost. Ve srovnání s tradičními zdroji elektrické energie (plyn, rašelina, uhlí, ropa) mohou cyklické turbíny výrazně snížit náklady na energii. V mnoha případech je výstavba větrné farmy levnější než připojení k existujícím energetickým systémům.

Použití větrných turbín může být alternativou k používání drahých dieselových generátorů, což dále snižuje náklady na dopravu a skladování paliva až na 80%.

Průměrný výkon větrné turbíny je několikrát odlišný od špičkového zatížení. Větrný generátor je zodpovědný pouze za množství výroby energie za určité časové období s průměrnou měsíční charakteristikou rychlosti větru.

Pro přesnější vyhodnocení zdrojů větru můžete použít speciálně odvozená data (Weibullovy parametry). Tato čísla odrážejí charakteristickou distribuci větrů různých sil pro konkrétní oblast. Tyto informace je důležité zvážit při vývoji projektů větrných elektráren s kapacitou desítek MW.

Výkon generovaný větrnou turbínou je úměrný trojnásobné rychlosti větru. V důsledku toho je tento ukazatel v případě slabých větrných toků velmi malý, avšak když se zvýší, dramaticky se zvýší. Kvůli variabilitě směru větru a jejich rychlosti je nutné v konstrukci větrné turbíny zajistit stabilizační komponenty.

Zde jsou uvedena pravidla a vzorce pro výpočet výkonu větrného generátoru, doporučujeme se seznámit s velmi užitečnými informacemi.

V malých autonomních systémech je jejich funkce prováděna bateriemi, jejichž náboj se začíná zvyšovat, jakmile výkon větrného generátoru překročí ukazatel zatížení.

Při zvyšujícím se zatížení může dojít k vybití baterie. Tato vlastnost práce je důležitá při výběru jednotky domácnosti, její výkon by se měl shodovat s měsíční nebo roční mírou spotřeby elektřiny

Je třeba poznamenat, že efektivní využití větrných toků přispívá k různým návrhům větrných generátorů.

Horizontální turbíny produkují vysoké rychlosti v plochých oblastech, kde je hodně větru, zatímco vertikální turbíny pracují nejlépe v oblastech s turbulentními toky pozorovanými nízko od země (v horní části kopců, pohoří).

Hlavní nevýhody větrných turbín

Současně mají větrné turbíny své negativní stránky:

  • Velikost síly větru je obtížné předvídat předem, jak se často mění. Z tohoto důvodu je vhodné uvažovat o bezpečnostní síti, která poskytuje záložní zdroj energie (solární panely, elektrické připojení).
  • Vertikální zařízení jsou vystavena riziku zničení lopatek vrtule v důsledku odstředivých sil během otáčení lopatek kolem hlavní osy. Díky tomuto efektu jsou důležité prvky struktury v průběhu času deformovány a zničeny a mechanismus selhává.
  • Je lepší instalovat větrné turbíny ve volném prostoru, protože sousední budovy mohou „uhasit“ vítr a vytvořit „mrtvou“ vzdušnou zónu.
  • Aby se ušetřila přebytečná energie větrných turbín, je nutné při projektování předvídat použití baterií a dalších přídavných zařízení sloužících k přeměně výsledné elektřiny na proud s vhodnými spotřebitelskými charakteristikami.
  • Při práci větrné generátory vydávají hluk, který může způsobit nepohodlí pro lidi, vyděsit zvířata. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
  • По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.

К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

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.

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.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Závěry a užitečné video na toto téma

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.

Napište komentář do rámečku níže. Расскажите о том, как сооружали ветряной генератор на вашем участке, или о том, как работает ветряк у ваших соседей. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie: