Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение. Какие принципиальные конструкции существуют для ветряных двигателей?

Комбинация ветряной турбины с солнечными панелями. Такая комбинация считается надежным и эффективным способом выработки электроэнергии. Когда нет ветра, батарея питается от солнечных батарей, а в облачную погоду и ночью заряжается от ветряной турбины.

Ветрогенератор для дома: устройство, принцип работы, виды

Производство электроэнергии с помощью энергии ветра становится одной из последних тенденций. Бытовой ветрогенератор, являющийся одним из технических средств альтернативной генерации электроэнергии, по праву завоевал популярность, поскольку переход на него приносит владельцу ряд преимуществ:

• ветроэнергетика относится к экологически чистым средствам выработки электроэнергии, отсутствие генерация отходов;
• удобен в использовании из-за своей высокой надежности и низких эксплуатационных расходов;
• может быть смонтирован самостоятельно при наличии минимальных навыков в области строительства и электрики;
• его привлекательность с течением времени будет только увеличиваться из-за неизбежного увеличения тарифов электросбытовых компаний.

Устройство и принцип работы

Каждая ветровая турбина состоит из нескольких стандартных и дополнительных блоков. В состав агрегата обязательно входит турбина, которая вращается под воздействием воздушного потока и передает создаваемый крутящий момент напрямую или, чаще, через первичный редуктор, на вал электрогенератора. Ротор вращается внутри статора на неодимовых магнитах и вырабатывает электроэнергию.

Структура ветряной турбины малой мощности показана на рисунке 1.

Электроэнергия, вырабатываемая ветряной турбиной, поступает в промежуточное накопительное устройство, обычно аккумулятор. Электричество от батареи питает инвертор, который вырабатывает бытовое переменное напряжение 220 вольт.

Наличие аккумулятора обязательно, так как он помогает компенсировать колебания мощности, выдаваемой турбиной. Свою роль играет и тот факт, что отечественный ветряк стабильно работает при скорости ветра 6 м/с и выше, тогда как среднегодовое значение этого параметра в большинстве регионов России примерно в полтора раза ниже.

Необходимые функции переключения, управления и другие функции обеспечиваются блоком автоматизации.

Разумный уровень эксплуатационной безопасности достигается за счет запаса хода (обычно 10-20%).

Виды ветряков

Основное различие между ветряными турбинами заключается в конструкции турбины, которая может быть разной. Как правило, полный комплект агрегатов делится на два основных варианта в зависимости от ориентации вала турбины: вертикальный и горизонтальный.

Вертикальные

Отличительной особенностью и главным преимуществом вертикальной ветряной турбины является отсутствие жестких требований к высоте установки, что значительно упрощает выбор места установки, процесс монтажа и последующее обслуживание механически движущихся частей. Газовая турбина относится к тихоходному варианту этой технологии и может быть спроектирована следующим образом.

• простейший классический ротор с минимумом тремя вертикально ориентированными лопастями (пример такого устройства представлен на рисунке 2);
• двухрядный ротор, наличие внутреннего ряа регулируемых лопастей обеспечивает ему повышенный КПД)
• ротор Дарье;
• ротор Савониуса;
• геликоидный ротор.

Более сложная форма последних трех типов приводит к меньшему расходу материала.

Поскольку в турбине всего несколько движущихся частей, ее производительность почти не зависит от направления ветра.

Горизонтальные

Ветряные турбины с горизонтальным валом приводятся в движение пропеллером. Пропеллер может иметь две, три или более лопастей. Лопасти некоторых пропеллеров иногда имеют довольно сложную форму, чтобы несколько повысить эффективность устройства. Пример такого устройства показан на рисунке 3.

Из-за большого диаметра винта они обычно устанавливаются на мачте из стальной трубы или решетки на высоте до нескольких десятков метров. Примеры таких мачт показаны на рисунках 4 и 5. Недостатком увеличения высоты турбины является снижение турбулентности воздуха из-за ослабления наземного эффекта, т.е. увеличение КПД и выработки энергии. В связи с этой особенностью, использование ветряных турбин данного типа не рекомендуется для загородных жилых комплексов из-за сильного экранирования соседними зданиями.

Для создания баланса по крутящему моменту генератор оснащен кожухом вала, который служит противовесом для гребного винта. Кроме того, удлиненная конструкция корпуса облегчает выравнивание «вниз».

По сравнению с вертикальным агрегатом, таким образом, можно извлечь больше энергии. Платой за это является сложность размещения, установки и обслуживания, а также неприятный акустический шум во время работы. Кроме того, горизонтальные ветровые турбины абсолютно нуждаются в молниезащите из-за большой высоты турбины.

Принцип работы ветрогенератора

Работа ветряной турбины основана на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электричество.

Принцип работы довольно прост: вращение лопастей, соединенных с валом устройства, заставляет ротор генератора двигаться по кругу, вырабатывая электроэнергию.

Ветроэнергетика — одна из самых перспективных отраслей возобновляемой энергетики. Современные разработки позволяют использовать силу воздушных потоков для выработки электроэнергии при низких затратах.

Получающийся в результате нестабильный переменный ток «течет» к блоку управления, где он преобразуется в постоянное напряжение, которое может быть использовано для зарядки батарей. Оттуда ток поступает в инвертор, где преобразуется в переменное напряжение 220/380 В, которое затем передается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности воздушного потока (N), которая рассчитывается по формуле N=pSV 3 /2, где V — скорость ветра, S — рабочая поверхность, p — плотность воздуха.

Устройство ветряного генератора

Различные версии ветряных турбин значительно отличаются друг от друга.

На следующем рисунке показана внутренняя структура классической горизонтальной ветряной турбины. Эти модели наиболее часто используются как в промышленности, так и в частных домах.

Промышленные устройства представляют собой сложные конструкции длиной несколько метров, требующие фундамента, в то время как модели для бытового использования могут состоять из минимальных компонентов (двигатель постоянного тока 3-12 В, конденсатор 1000 мкФ 6 В, кремниевый выпрямительный диод).

Типичная установка включает следующие компоненты:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Устройство может поставляться с различными типами инверторов для наилучшего удовлетворения потребностей пользователя:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей важно обратить внимание на тип инвертора.

Типы ветряных генераторов

При классификации ветровых турбин учитываются такие характеристики, как:

• назначение;
• конструктивные особенности;
• число лопастей;
• материалы, из которых они изготовлены;
• ось вращения;
• шаг винта.

Рассмотрим подробнее две наиболее распространенные классификации.

Классификация ветрогенераторов по назначению

Существуют различные типы ветряных турбин в зависимости от их назначения. Это также определяет наиболее важные характеристики устройств, например, выходную мощность.

Промышленные ветровые турбины

Такие устройства устанавливаются крупными энергетическими компаниями или государством для обеспечения энергией промышленных предприятий. Ветрогенераторы мощностью в десятки мегаватт обычно устанавливаются в ветреных районах (открытые холмы, побережья).

Ветряные электростанции с десятками установленных турбин располагаются не только на суше, но и на мелководье. Вырабатываемая электроэнергия обычно используется в промышленных целях.

Вырабатываемая электроэнергия обычно подается непосредственно в сеть, а ветряные турбины оснащены дополнительными машинами для стабилизации и регулирования скорости вращения лопастей.

Коммерческие ветровые турбины

Эти турбины используются для выработки электроэнергии на продажу или для снабжения промышленных предприятий в районах, где нет или почти нет электросетей. Такие ветропарки состоят из группы электрогенераторов, которые могут производить различную мощность.

Энергия от коммерческих турбин может подаваться непосредственно в сеть или использоваться для зарядки больших аккумуляторных батарей, где она накапливается и преобразуется для подачи в сеть.

Бытовые ветряные турбины

Маломощные устройства используются для бытовых нужд. Правила разрешают домовладельцам устанавливать ветряные турбины с мачтами высотой менее 25 метров без официального разрешения; для установки более высоких мачт необходимо получить специальное разрешение.

Ветряные турбины малой и средней мощности могут служить источником электроэнергии для домов отдыха, загородных домов, финкасов и ферм.

Бытовые ветрогенераторы подходят для зарядки аккумуляторов 12/24/48 В, энергия которых преобразуется в 220 вольт. Такие устройства обеспечивают полное или частичное решение проблемы снабжения электроэнергией небольших объектов, расположенных вдали от основной электросети.

Разновидности конструкций ветряков

По конструктивным особенностям устройства их также можно разделить на несколько категорий, хотя все разновидности можно свести к двум основным типам: вертикальному и горизонтальному.

Классические горизонтальные ветровые турбины

Такие турбины (также называемые пропеллерами или лопастями) обычно имеют 3-5 лопастей, установленных на горизонтальной оси. Эти элементы, вращающиеся с высокой скоростью, позволяют извлечь максимальное количество энергии (KIEV до 0,4).

В то же время, количество вырабатываемой электроэнергии сильно зависит от высоты устройства (чем оно выше, тем больше эффект).

Горизонтальная ветровая турбина использует силу плавучести, возникающую в результате увеличения давления в точке, через которую проходит прямой поток воздуха и отражается от лопастей.

Такие устройства обычно устанавливаются на ветряных электростанциях, вырабатывающих электроэнергию для промышленных и коммерческих целей, но также подходят для использования в частных домах.

Устройство и конструкции ветрогенераторов

Понятно, что ветряные турбины работают от энергии ветра, но это еще не все; ветряная турбина состоит из нескольких компонентов, в основном из ветряка и генератора. Горизонтальные ветровые турбины обычно состоят из трехлопастных пропеллеров, которые работают, поднимая поток ветра. Вертикальные турбины Савониуса вращаются под действием давления ветра. Существуют также вертикальные ветряные турбины, использующие подъемную силу, например, «Ротор Дарье» и другие прямоугольные ветряные турбины. В горизонтальных ветрогенераторах скорость вращения лопастей ротора больше скорости ветра, обычно в пять раз, что позволяет использовать меньшие генераторы, чем в вертикальных ветрогенераторах, поскольку они не могут вращаться быстрее скорости ветра, за исключением прямоугольных турбин.

Например, генератор с колесами диаметром 3 м вырабатывает 5,6 кВт энергии ветра при скорости ветра 10 м/с, но может преобразовать только максимум 49 % этой энергии в механическую вращательную мощность. Для горизонтальной ветровой турбины средняя эффективность преобразования составляет 0,4, для вертикальных ветровых турбин она гораздо ниже — 0,1-0,25 для турбин Савониуса и до 0,4 для прямоугольных турбин.

Генератор и ветряная турбина могут быть соединены напрямую, так что скорость ветряной турбины и генератора одинакова, или может быть установлен редуктор для увеличения скорости генератора. При строительстве больших ветряных турбин, устанавливаемых в местах с постоянным и сильным ветровым потоком, для поддержания постоянного вращения генератора используется система шага лопастей. Когда ветер усиливается, лопасти поворачиваются в одном направлении, увеличивая угол атаки встречного ветрового потока и не давая колесу набрать скорость. Кривые могут поддерживаться путем увеличения или уменьшения нагрузки генератора или с помощью системы торможения. Можно обеспечить одинаковую скорость и постоянное напряжение и частоту переменного тока, например, 220 В/50 Гц, даже если это могут быть тысячи вольт.

Скорость генератора не стабилизируется в небольших ветряных турбинах, так как это очень сложно, и такие турбины размещаются на небольшой высоте в различных районах, где ветер может иногда полностью исчезать и быть очень нестабильным. Стационарные ветряные турбины работают на аккумуляторах; генератор заряжает аккумуляторы, когда дует ветер, и всегда может получать энергию от аккумуляторов, даже когда ветра нет. Для защиты от ветра используется система, которая отклоняет колесо от ветра, складывая шпору, или ветроколесо тормозится электрическим тормозом.

Для зарядки батарей, размещается между ветряком и контроллером батареи, который следит за зарядкой батареи, и когда она полностью заряжена, чтобы контроллер батареи не разрушался или не тормозил пропеллер путем короткого замыкания обмоток генератора, или не разряжал дополнительную энергию в балласт, который может быть оснащен нагревательными элементами для обогрева или просто большим резистором. Ветряная турбина с контроллером действует как зарядное устройство для блока батарей, и энергия берется от батарей, а не от ветряной турбины.

Батареи имеют постоянное низкое напряжение, иногда 12/24/48 вольт, а для дома вам нужно 230 вольт, поэтому вам нужен инвертор для преобразования постоянного напряжения в переменный ток 220 вольт. Но можно обойтись и без инвертора, если все потребители рассчитаны на низкое напряжение. Например, если у вас есть 12-вольтовый аккумулятор, вы можете использовать все 12-вольтовые электроприборы, автомобильные зарядные устройства, телевизоры, 12-вольтовые светодиодные ленты и лампочки, автоматические чайники, автоматические холодильники и многое другое.

Ветрогенератор — ветряная электростанция

Ветровая турбина, система управления, батареи

Типы и виды ветрогенераторров

Существует два основных типа ветровых турбин: горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные обычные ветрогенераторы имеют пропеллер — обычно с тремя лопастями, — в то время как у вертикальных ветрогенераторов ветряк вращается вертикально. Обычные ветряные турбины являются наиболее популярными, поскольку они имеют самый высокий КПД при самой низкой стоимости. Чем выше скорость ветровой турбины, тем меньше и, следовательно, дешевле требуется генератор, а чем легче сам генератор, тем меньше затраты на материалы для его изготовления. Чем выше ветряная турбина по отношению к земле, тем эффективнее производство электроэнергии.

Классический ветрогенератор

Вертикальные ветряные турбины, такие как «Савониус» или «Баррель», являются самыми низкоскоростными ветряными турбинами и неэффективны. Для достижения той же производительности, что и у горизонтальной ветряной турбины, эта турбина должна быть гораздо больше, необходимо установить генератор или дублирующий генератор с очень низкой скоростью вращения, а поскольку такую тяжелую конструкцию невозможно возвести на высокой мачте, ветряная турбина, как правило, должна быть вдвое больше горизонтальной, а генератор в пять-семь раз больше. Это увеличивает стоимость таких ветрогенераторов в пять раз по сравнению с обычными ветрогенераторами.

По этой причине ветряные турбины типа Савониуса не очень популярны, и вы редко их встретите, хотя они довольно популярны в интернете из-за мифов об их эффективности, тихой работе и простоте. Это объясняется тем, что внутреннее пропускание этих ветрогенераторов составляет всего 0,1-0,2 по сравнению с 0,4 для классических ветрогенераторов. Бесшумная работа также относительна, поскольку все, даже деревья, шумят, когда скорость ветра превышает 7 м/с. Простота — это тоже миф; гораздо проще установить на генератор три легких и простых лопасти, чем огромный ротор, который невозможно защитить от урагана и который, следовательно, требует большой мощности. Пример такого самодельного генератора описан в этой статье — Вертикальный ветряк своими руками.

Виды оборудования

Существуют две группы ветровых турбин, которые отличаются друг от друга осью вращения рабочего колеса:

• Горизонтальные. Внешне напоминают пропеллер.
• Вертикальные. Лопасти таких устройств вращаются вокруг вертикальной оси. Имеется большое число конструкций вертикальных ветряков.

Основное различие между этими двумя типами конструкций заключается в необходимости выравнивания горизонтальных турбин по направлению ветра, в то время как вертикальные ветряные турбины не так требовательны. Кроме того, высокая мачта обязательна для горизонтальных турбин, так как расположение на большей высоте обеспечивает более сильное воздействие ветрового потока на ротор. Вертикальные конструкции требуют меньшей высоты над землей.

В то же время, эффективность горизонтальных ветровых турбин обычно выше, чем вертикальных. Это связано с тем, что лопасти вертикального ротора испытывают как положительные воздействия на рабочие части, так и противоположные нагрузки с противоположных сторон. Уменьшение эффекта балансировки потока на задних сторонах лопастей является серьезной проблемой для конструкторов, пытающихся разработать наиболее удачную форму рабочего колеса.

Существуют прототипы, демонстрирующие высокую эффективность потока, но широкого производства таких устройств пока не наблюдается.

Общая концепция практически идентична и отличается только типом ветровой турбины.

Горизонтальные ветрогенераторы

Турбины с горизонтальной осью вращения имеют в основном такую же конструкцию. Они состоят из горизонтального вала с хвостом и ротором на противоположных концах. Вал может свободно вращаться вокруг вертикальной оси, что необходимо для позиционирования ротора по направлению ветра. Это делается автоматически хвостом. Ротор — это своего рода пропеллер, который вращается, когда ветер дует на лопасти.

Принципиальных различий между различными моделями горизонтальных ветровых турбин нет. Они различаются по типу лезвий:

Первые изготавливаются из прочного материала, а вторые состоят из жесткого каркаса, обтянутого плотной тканью или аналогичным материалом. Кроме того, существуют примеры с лезвиями разной формы:

• в виде прямой лопатки;
• в виде архимедова винта.

Существуют модели парусов, которые разработаны таким образом, чтобы максимально использовать влияние ветрового потока. Они не имеют вращающихся частей; поверхность паруса создает давление на поршневую систему, которая взаимодействует с генератором.

Большая площадь поверхности лопастей генерирует больше энергии, взаимодействуя с потоком воздуха, но также создает значительное сопротивление ветра, что опасно при порывах торнадо.

Ротор в горизонтальном исполнении должен быть установлен на высокой мачте. Это повышает эффективность выработки энергии ветра, но усложняет установку и обслуживание. Мачта должна иметь жесткие опоры и крепления, чтобы выдерживать сильные порывы ветра. Высота мачты должна быть выбрана таким образом, чтобы ветрогенератор возвышался над всеми соседними зданиями и сооружениями. В то же время место установки выбирается на такой высоте, которая позволяет уменьшить высоту мачты и облегчить монтаж.

Особенности конструкции

Главной особенностью ветряной турбины является движущийся ротор, передающий крутящий момент на генератор. Этот компонент является наиболее важным во всей конструкции и требует высокого качества изготовления, прочности и устойчивости.

Помимо надежности, ротор должен в достаточной степени реагировать на ветровые потоки и начинать вращаться при относительно низких уровнях. Это особенно важно, учитывая климат России, где преобладают слабые или умеренные ветры. Способность запускаться при слабом ветре имеет большое значение для ветряных турбин, и большинство конструкций специально разработаны для повышения чувствительности к слабым потокам.

Нестабильные и слабые скорости ветра являются основными причинами недостаточного развития ветроэнергетики в России. Затраты на альтернативные источники энергоснабжения зачастую выше, чем на традиционные методы, что объясняет низкую представленность ветровой энергии. В то же время, решение проблемы с помощью дизельных электростанций способствует негативному воздействию на окружающую среду в виде выбросов продуктов сгорания.

Использование свободной энергии ветра, при условии правильного распределения инвестиций и максимально эффективного проектирования, может принести значительный экономический эффект и решить проблему недостаточного энергоснабжения в регионах.

Выбор ветрогенератора

Лучшие ветровые турбины производятся в Германии, Франции и Дании. Эти страны производят ветряные турбины для обеспечения электроэнергией частного сектора, ферм, школ и небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и неявной монополии на продажу электроэнергии ветряные турбины, солнечные батареи и другие виды альтернативной энергии не находят широкого применения.

Мобильная ветряная турбина подходит для нефтяной промышленности или для монтажных бригад, выполняющих полевые работы (прототип).

Однако высокая стоимость подключения удаленных объектов к сети (до сих пор существуют неэлектрифицированные деревни), грубость чиновников, длительные процедуры переоборудования и поглощение НРС компаниями-монополистами заставляют владельцев использовать альтернативные виды энергии для своих объектов.

Прежде всего, вы должны знать, что КПД ветряных турбин составляет около 60%, они зависят от скорости ветра и требуют регулярного обслуживания. Если вы решили купить ветряную турбину, вам следует знать следующее. Выбирайте ветряную турбину в соответствии с конкретными условиями ее применения. Существуют новые конструкции и модели: с более высоким КПД, вертикальные, горизонтальные, прямоугольные, безлопастные.

Рассчитайте активную и резистивную мощность всех потребителей энергии.

Для компаний или частных домохозяйств эти данные можно найти в проекте или в счете за электроэнергию. Если вы хотите обеспечить электричеством коттедж, выбирайте модель ветряка на 1-3 кВт, инвертор нужен небольшой мощности, и вы сможете обойтись без аккумуляторов. Принцип работы ветряка на даче прост: если есть ветер, есть электричество, если ветра нет, работаем в саду или по хозяйству. Простая ветряная турбина, которую вы можете построить сами. Все, что вам нужно сделать, это собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома этот принцип не подходит в качестве постоянного места жительства. При частом отсутствии ветра следует обратить особое внимание на аккумулятор. Здесь требуется высокая производительность. Но и сам электрогенератор должен обладать высокой мощностью, чтобы его можно было быстрее зарядить. Другими словами, отдельные компоненты системы тесно связаны между собой. Более надежной комбинацией является симбиоз с дизельным генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электроэнергии в доме, но и стоит она дороже.

Если у вас есть скважина, вы полностью независимы от внешних электросетей.

Коммерческие ветряные турбины в настоящее время широко доступны. Вырабатываемая ими электроэнергия продается различным компаниям, страдающим от нехватки электроэнергии. Как правило, такие установки состоят из множества ветряных турбин различной мощности. Генерируемое переменное напряжение 380 вольт подается непосредственно в электросеть. Кроме того, ветряные турбины могут использоваться для зарядки большого количества аккумуляторов, которые затем также подают в электросеть энергию, преобразованную в переменный ток.

Ветряные турбины, произведенные в России

Плюсы и минусы ветрогенератора

Давайте подробно рассмотрим преимущества и недостатки ветряных турбин, так как от них зависит решение покупать или не покупать ветряную турбину.

Достоинства ветряных устройств

К преимуществам устройств, использующих энергию ветра, относятся:

• Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, которым можно пользоваться постоянно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.
• Универсальность. Ветровые электростанции можно строить практически всюду: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия особенно ценится в удаленных местах, куда сложно протянуть привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы в этом случае позволяют наладить энергоснабжение объектов, обеспечивая ему независимость от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).
• Эффективность использования. Современные модели перерабатывают энергию даже слабых ветров – минимальный предел составляет 3,5 м/с. Подобным образом можно производить допоставку электроэнергии в централизованную сеть, а также организовать электроснабжение отдельных объектов (островных либо локальных) вне зависимости от их мощности.
• Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветровые электростанции могут полностью обеспечить электричеством жилой дом или даже некрупный производственный объект. В этом случае турбина будет накапливать в аккумуляторах требуемый запас электроэнергии, предназначенный для использования во время безветренных периодов.
• Экономичность. По сравнению с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Во многих случаях постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам.

Использование ветрогенераторов может стать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, снижая затраты на транспортировку и хранение топлива до 80%.

Средняя выходная мощность ветровой турбины значительно отличается от пиковой нагрузки. Ветряная турбина отвечает только за количество энергии, вырабатываемой за определенный период при среднемесячной скорости ветра, характерной для данного региона.

Для более точной оценки ветровых ресурсов можно использовать специально сгенерированные данные (параметры Вейбулла). Эти параметры отражают распределение ветров, сила которых варьируется в зависимости от места. Эту информацию важно учитывать при планировании ветропарков мощностью в несколько десятков МВт.

Мощность, вырабатываемая ветряной турбиной, пропорциональна трехкратной скорости ветра. Поэтому она очень мала при слабых ветровых течениях, но резко возрастает при сильных ветровых течениях. В связи с колебаниями направления и скорости ветра в конструкции ветровой турбины должны быть предусмотрены стабилизирующие элементы.

Правила и формулы для расчета мощности ветряных турбин можно найти здесь, и мы рекомендуем вам ознакомиться с этой очень полезной информацией.

В небольших автономных системах эту функцию выполняют аккумуляторы, заряд которых увеличивается, как только мощность ветряной турбины превышает нагрузку.

Схемы и способы подключения

Хотя ветровая турбина может работать и автономно, гораздо лучший результат достигается, когда ветровая турбина сочетается с солнечными панелями, центральной электросетью и дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае устанавливается одна турбина для сбора и хранения энергии ветра, которая затем преобразуется в электричество, необходимое потребителям.

На схеме показано простейшее применение ветряной турбины, которую следует использовать в районах, где постоянно дуют сильные ветры.

Комбинация ветряной турбины с солнечными панелями. Такая комбинация считается надежным и эффективным способом выработки электроэнергии. Когда ветра нет, батарея питается солнечной энергией, а в облачную погоду и ночью ветряк подзаряжает батарею.

Идеально подходит для дома на одну семью или фермы, расположенной вдали от основной электросети. Эта комбинированная система позволяет использовать два вида возобновляемых источников энергии

Комбинированная работа ветровой турбины и электросети: Ветровая турбина может быть объединена с электросетью.

Такое расположение типично для промышленных и коммерческих установок. Некоторые модели бытовых ветряных турбин также предназначены для подключения к электросети.

При избытке вырабатываемой электроэнергии она подается в центральную сеть; при недостатке может использоваться электроэнергия из общественной сети.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных отраслях промышленности. Промышленные модели различной мощности используются нефтегазовыми компаниями, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геологоразведочными станциями, производственными предприятиями и государственными учреждениями.

Ветрогенераторы могут использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях для обеспечения бесперебойного электроснабжения в чрезвычайных ситуациях

Особое значение имеет использование ветряных турбин для быстрого восстановления прерванной подачи электроэнергии во время стихийных бедствий и природных катастроф. Для этих целей ветряные турбины часто используются подразделениями Министерства по чрезвычайным ситуациям.

Ветряные турбины для бытового использования подходят для освещения и отопления дачных поселков и частных домов, а также для бытового использования на фермах.

Есть ряд моментов, которые необходимо учитывать:

• 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 имейте в виду, что заявленная на устройстве мощность достигается только при максимальной скорости ветра. Таким образом, устройство на 300 В будет вырабатывать заявленную мощность только при скорости ветра 10-12 м/с. Устройство должно быть рассчитано на максимальную мощность только с учетом скорости ветра.

Для тех, кто хочет построить ветряк своими руками, предлагаем следующую статью, в которой содержится полезная информация с подробностями.

Правила размещения

При установке устройства необходимо учитывать следующие требования:

• Вблизи генератора не должно располагаться сооружений, кустов, деревьев и прочих препятствий на пути свободного прохождения ветровых потоков.
• Чтобы шум и помехи от работы не оказывали негативного влияния на окружающих, ветряки для дома лучше располагать минимум на 30 метров вдали от жилища.
• Во избежание возникновения ослабления ветровых потоков устанавливать механизм лучше на 2-3 метра выше окружающих преград, даже если они находятся на расстоянии до 200 метров.

Особенности установки

Промышленная или самостоятельно построенная ветряная турбина должна соответствовать следующим минимальным требованиям:

1. Место установки лучше подбирать на возвышенности, вдали от препятствий, прибор располагать на высоте не менее 10 метров от поверхности земли.
2. Мачта должна иметь надежное основание – лучше всего бетонное.
3. Над ветряком необходимо расположить небольшой навес для защиты от осадков.
4. При необходимости замены, ремонта или обслуживания облегчить доступ к оборудованию позволит складная конструкция мачты.

Осторожно. При решении вопроса о том, как построить ветряную турбину, чтобы она была долговечной и нетребовательной в обслуживании, необходимо обратить внимание на количество фаз, которые генерирует устройство. Например, трехфазные модели не гудят, не вибрируют и имеют более длительный срок службы, чем их однофазные аналоги.

Коротко о главном

Ветряная турбина для дома — один из лучших альтернативных источников энергии. Принцип его работы основан на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую энергию, а затем в электричество с помощью ротора. К его основным преимуществам относятся:

• Работа за счет неисчерпаемого источника энергии – ветра.
• Затраты связаны только с покупкой и установкой, оборудование долговечно и не требует особого обслуживания.
• Приспособленность для любого климата.
• Экологически чистый тип энергоресурса.

К недостаткам относятся зависимость от силы ветра, помехи и возможность разрушения во время природных явлений. Установка ветряной турбины должна соответствовать законодательным требованиям — мощность, высота, ограничения, согласование с соседями и отсутствие биологического ущерба. Модели отличаются по техническим параметрам — количеству лопастей, типу материала, направлению вращения оси и изменчивости шага. При выборе следует учитывать диаметр ротора, который определяет мощность. Установка устройства должна производиться в соответствии с правилами монтажа и практическими рекомендациями.