Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Ветряные турбины в качестве источника электроэнергии используются уже не одно десятилетие. Впервые подобные конструкции человек начал эксплуатировать, когда обуздал силу природы и стал возводить мельницы. Сегодня для производства электроэнергии используются ветрогенераторы турбинного типа уже третьего поколения. Причем сами конструкции приобретают в последнее время все более необычные формы.

Основные характеристики

Как у любого технического устройства, так и у воздушной турбины, параметрами, классифицирующими ее возможности, а также дающими информацию о той или иной модели, служат ее технические характеристики.

Основными техническими характеристиками, для подобных устройств, являются:

1. Номинальная выходная мощность, измеряемая в кВт.
2. Номинальное выпрямленное напряжение, которое вырабатывает генератор при определенной частоте вращения ротора установки.
3. Частота создаваемого напряжения, измеряемая в Гц.
4. Частота вращения ротора, в рабочем режиме, при которой создается номинальное выпрямленное напряжение. Измеряется в оборотах в минуту.
5. Номинальная частота вращения, при которой ветровая турбина соответствует заявленной мощности. Измеряется в оборотах в минуту.
6. Угонная скорость, измеряется в оборотах в минуту и классифицирует предельную возможность агрегата, работать с определенной частотой вращения.
7. Режим работы, в котором та или иная модель устройства, способна работать заданное время (продолжительный, цикличный, кратковременный и т.д.).
8. Уровень производимого шума (звука) при работе конкретной модели, измеряется в Дб.
9. КПД устройства.
10. Вид охлаждения узлов и механизмов.
11. Способ установки и монтажа.
12. Габаритные размеры.
13. Масса агрегата.

Особенности выбора

Основным критерием, которым руководствуются покупатели, являются размеры ветряной установки. Чем больше ее размер, тем выше вырабатываемая мощность. Поэтому, выбирая ветряные электростанции для дома, нужно заранее рассчитать месячное энергопотребление. Полученный результат умножается на 12 месяцев.

Далее расчеты для частного дома ведутся при помощи формулы: AEO = 1.64 х D х D х V х V х V, в которой АЕО является электроэнергией, потребляемой за год, D – диаметр ротора в метрах, V – среднегодовая скорость ветра в м/с. Подставив нужные значения, можно легко рассчитать размеры требуемой установки.

Приобретая электростанцию, следует заранее продумать о месте ее расположения. В этом случае учитываются следующие факторы:

• Территория возле генератора должна быть свободной от построек, сооружений, деревьев и других факторов, снижающих продуктивность установки. Имеющиеся помехи располагаются на расстоянии не ближе 200 метров от места установки.
• Высота конструкции для монтажа генератора должна быть как минимум на 2-3 метра выше помех, имеющихся на прилегающей территории.
• Расстояние от жилых домов – не менее 30-40 м, поскольку при вращении лопастей создается некоторый шум, вызывающий у окружающих определенный дискомфорт.
• Следует учитывать среднегодовые изменения погодных условий, когда в одном и том же месте в течение года будет вырабатываться разное количество электроэнергии.

Конструктивные особенности ветровой турбины

Ветровые генераторы, оснащенные ветровой турбиной, представляют их себя цилиндр, внутри которого размещены лопасти. Наличие наружного контура, вокруг лопастей, обеспечивает им защиту от попадания в них посторонних предметов и живых организмов.

Отсутствие необходимости в устройстве хвостовой части (для ориентации по отношению к направлению ветра), снижает вес и габариты устройства, а также облегчает монтаж и его эксплуатацию. Корпус, в виде цилиндра, самостоятельно ориентируется по направлению ветровых потоков, и работая, по сути, как сопло, увеличивает давление на установленные лопасти, тем самым повышая КПД ветрового генератора.

Как рассчитать правильно

Основным показателем, определяющим выбор той или иной модели, является способность вырабатывать электрическую энергию, которая измеряется в киловатт*часах в единицу времени.

Количество вырабатываемой энергии, напрямую связано с мощностью установки, которая является главной технической характеристикой агрегата, поэтому расчет ветровой турбины, определяет ее геометрические размеры, количество устанавливаемых лопастей и высоту установки над поверхностью земли.

Мощность электрического генератора, который определяет способность ветровой установки вырабатывать электрический ток, зависит от ветрового потока, мощность которого, в соответствии с эффективностью турбины, можно рассчитать по формуле:

P=KxRxV3xS/2

где:

Р – мощность воздушного потока;

К – коэффициент, учитывающий эффективность турбины, имеет значение от 0,2 до 0,5 единиц;

R – плотность воздуха, составляет 1,225 кг/м3 (при нормальном атмосферном давлении);

V- скорость потоков воздуха, измеряется в м/с;

S – площадь охвата ветровой турбины (ветрового потока, работающего с установкой).

Из приведенной формулы видно, что мощность ветрового потока, а, следовательно, и мощность генератора, напрямую зависит от диаметра ветровой турбины (S= π R2).

Зная скорость воздушных потоков в месте монтажа установки, и ее диаметр, можно определить мощность установки и ее способность вырабатывать электрическую энергию.

Ветряная турбина – критерии эксплуатации в бытовых условиях

Для людей, проживающих в зонах отсутствия электросети, энергия ветра и солнца видится полезным сочетанием под применение. Природа часто демонстрирует ситуацию, когда солнце спрятано за облаками, но при этом дует ветер. И наоборот. Наличие ветряной турбины для автономной энергосистемы позволяет иметь меньше солнечных панелей и меньший объём батареи накопления-хранения электричества.

Эффективность солнечной и ветряной энергии во многом зависит от доступности таких природных ресурсов. Где солнечный свет доступен 300 и более дней в течение года, соответственно в таких районах имеет смысл вырабатывать солнечную энергию. Однако наряду с энергетикой солнца, на местности присутствует также ветровой ресурс. Поэтому, как правило, оба вида энергии удачно сочетаются вместе.

Напротив, существуют районы Земли, где солнечный свет недоступен неделями. Для таких регионов энергия ветра рассматривается наиболее экономически эффективным решением. Когда люди проживают достаточно далеко от ближайших инженерных сетей, использование энергии ветра видится экономичным по сравнению с другими вариантами.

Домашний ветрогенератор и отключение от общей электросети

Вариант отключения от централизованной подачи энергии не исключается, но вряд ли даст удешевление и экономическую эффективность от работы домашнего ветряка. Не просто так многие компании, продающие ветроэнергетические системы для дома, как правило, рекламируют только те критерии оборудования, какие хотят видеть потенциальные клиенты.

Желающим рискнуть и установить домашний ветряк, рекомендуется прежде провести тщательный анализ темы — найти информацию, предоставленную объективными источниками, не «повязанными» продажами.

Выпущено много хороших книг по теме ветроэнергетики, также есть материал в сети Интернет. Разумным моментом видится изучение всех тонкостей ветроэнергетики, прежде чем начинать тратить деньги на домашний проект.

Вырабатывать собственное электричество в большинстве случаев получается дороже, нежели покупать энергию через коммерческую электросеть. Одна только стоимость батарей сбора и хранения энергии может оказаться сопоставимой с покупкой той же энергии в коммерческой сети.

Затраты на выработку энергии варьируются в зависимости от приобретаемого оборудования, резко изменяя общую стоимость за киловатт-час для автономной системы. Тем не менее, современный мир отмечает тенденцию к масштабированию использования энергии ветра в частном доме.

А для проектов, предусматривающих эксплуатацию более крупных машин, такой подход видится экономически эффективным при достаточно коротком периоде окупаемости. В общем, думая о создании собственной энергии с целью снижения сумм счетов за потребляемое электричество — желательно сделать всё возможное для экономии.

Факты по отношению к домашней ветроэнергетике

Достаточно много вводящей в заблуждение информации встречается сегодня по тематике получения энергии ветра с помощью установок домашнего применения небольших по размерам.

Поскольку точную скорость ветра измерить крайне сложно, а многие потенциальные клиенты недостаточно информированы, легко выдавать нереальные заявления о производительности бытовых ветряков.

Ниже представлена одна из главных формул ветроэнергетики, при помощи которой вычисляется энергия ветра (но не извлекаемая энергия):

Pw = ½ * rho * A * V3

Здесь: rho = 1,23 (константа плотности воздуха); A = площадь, описываемая крыльчаткой турбины, м2; V = скорость ветра, м3.

Примеры производительности ветровой турбины

К примеру, ветряная турбина дома имеет диаметр лопастей 3 метра, площадь описываемая крыльчаткой, составляет чуть более 7 м2. Удвоение диаметра крыльчатки приведёт к увеличению площади в 4 раза. Мощность, получаемая от ветряной турбины, напрямую связана с «квадратом» диаметра лопасти.

Увеличение скорости ветра вдвое приводит к получению в 8 раз больше энергии. Этот момент также очень важен. Если домашняя ветряная турбина дома предназначена под выработку полезной мощности при скорости ветра 15 км/час, конструкции приходится иметь дело с 8-кратным увеличением энергии при скорости потока 30 км/час.

Примерно в 64 раза больше энергии получится при скорости ветра 60 км/час. Если же скорость потока воздуха достигает 120 км/час, энергии получается больше в 512 раз. Очевидно, для сохранения работы ветряной турбины и опорной башни, необходима некая система, при помощи которой осуществляется защита всей установки.

Между тем, наилучший результат, который возможно получить от ветряной турбины дома, — это 55-59% от мощности, получаемой по указанной выше формуле. То есть теоретически ветряная турбина с диаметром лопастей 1,5 м, способна производить 59 Вт при скорости ветра 15 км/час.

На практике практически невозможно изготовить лопасть крыльчатки ветряной турбины идеальной формы. Однако даже идеальная лопасть небольшой крыльчатки ветряной турбины способна показать эффективность на уровне только 30-35%.

Таким образом, лопасть крыльчатки ветряной турбины диаметром 1,5 м выдаёт около 30 Вт мощности при скорости ветра 15 км/час и не более того. Однако речь идёт только о механической энергии на валу, без учёта эффективности работы альтернатора / генератора, где также есть потери.

Электрический КПД ветряной турбины домашнего применения

Большинство небольших по размерам ветряных турбин имеют хороший электрический КПД при слабом ветре. Эти же конструкции имеют тенденцию к снижению эффективности при сильном ветре.

При слабом ветре и более сильном ветре (40-50 км/ час) следует ожидать электрического КПД на уровне 80%. Однако КПД часто снижается примерно на 50%, если не используется силовая электроника для улучшения согласования вращения лопастей крыльчатки с вращением вала альтернатора / генератора.

Использовать приведенную выше формулу логично, когда ставится цель увидеть количество энергии доступной на ветру при любой известной скорости ветра. Все выдаваемые заявления о выходе энергии, превышающей 59,2%, определённо нарушают законы физики.

Все выдаваемые заявления о машине, КПД которой превышает 30% или около того, также являются нереальными. Это важно иметь в виду на фоне массовых некорректных заявлений разного рода производителей относительно домашних ветряных турбин.

Площадь охвата крыльчаткой + номинальная мощность

Для ветряной турбины значение «номинальная мощность» видится бессмысленным по сравнению с площадью, охватываемой крыльчаткой (винтом). Для бытовой практики желательными конструкциями видятся «лёгкие» малые ветряные турбины, достигающие мощности 1000 Вт, пусть даже выдаваемой лишь при сильном ветре.

На промышленном же уровне применяются большие тяжёлые низко-скоростные ветрогенераторы, способные легко обеспечить такую же мощность 1000 Вт и выше, но при гораздо более слабом ветровом потоке. Однако промышленные конструкции явно не подлежат сравнению по габаритам с домашними ветроэнергетическими установками.

Следует помнить: сила ветра напрямую связана с «кубом» скорости ветра. Так, в условиях скорости ветра 40 км/час, мощность в два раза выше, чем при скорости ветра 30 км/час.

Таким образом, небольшая ветряная турбина, выдающая мощность 1000 Вт при скорости ветра 50 км/час, несравнима с более крупной ветровой турбиной той же мощности 1000 Вт, но вырабатываемой при скорости ветра 30 км/час.

Медленные ветры в диапазоне скоростей 15-25 км/час являются наиболее распространёнными на Земле. Напротив, ветер, дующий со скоростью более 40 км/час — крайне редкое явление. Фактически, разница в «средней» скорости ветра между удачной и неудачной точками установки составляет менее 10 км/час.

Нередко встречаются коммерческие предложения домашних ветрогенераторов с роторами диаметром 2 метра, отмеченными мощностью 2 кВт. Возможно, в условиях урагана такой ветряк способен производить 2 кВт. Реально же машины с роторной частью диаметром менее 2,5 метров способны вырабатывать не более 25 Вт от потока ветра скоростью 3–6 км/час.

Маловероятно, что большинство ветровых турбин способны вращаться при скорости ниже 8 км/час. Даже если конструкция наберёт вращение в таких условиях, от крыльчатки диаметром 2,5 метра машина не выдаст более 5-6 ватт при скорости ветра 6 км/час.

Соответственно, при покупке (изготовлении) ветряной турбины важный момент имеет зона охвата, а не номинальная производительность, указанная изготовителем оборудования.

Мачта (башня) домашней ветряной турбины

Существует сугубо коммерческое мнение, что наиболее экономичным вариантом является установка большого количества ветряков на коротких мачтах или же установка ветряных турбин непосредственно на крыше дома. Производителей ветряков можно понять – продажа ветряной турбины вместе с башней стоит денег, а покупателям не нравятся дополнительные затраты / усилия установки.

Однако любого типа ветряные турбины нуждаются в чистом, не турбулентном «топливе». Таким «топливом» крайне сложно обеспечить ветряк на земле или даже на крыше дома.

Профессиональные установщики и производители ветряков утверждают: наиболее экономически выгодный вариант — установка ветряной турбины на 10 метров выше всего, что располагается в окружности 100 метров от точки монтажа ветряка.

Когда наблюдается турбулентный воздушный поток со скоростью 15 км/час на высоте 10 метров и плавный воздушный поток при скорости 20 км/час на высоте 20 метров, имеет смысл поднять оборудование выше 20 метров. За счёт дополнительного подъёма удастся выйти из режима турбулентности и получить большую скорость вращения.

Тогда налицо увеличение энергии вдвое. Большинству качественных ветряных энергетических установок присуща стоимость опорной башни, намного превышающая стоимость отдельно взятой конструкции ветряка. Но эта разница стоимости обоснована вескими причинами.

Виды ветряных турбин

Хотя изначально считалось, что ветряная установка с ветровой турбиной предполагает ее установку только в горизонтальной плоскости, что характеризует ветровые генераторы с горизонтальной осью вращения, тем не менее, конструкторы разработали новые варианты подобных устройств, которыми являются:

• Ветряная турбина с вертикальной осью вращения

В установках подобного типа, цилиндр турбины располагается вертикально, а лопасти находятся в плоскости, перпендикулярной поверхности земли.

Работа ветровых турбин, с вертикальной осью вращения, аналогична работе устройств, с горизонтально расположенной осью вращения.

• Ветряная турбина без лопастей

Наличие лопастей у ветровых установок различной конструкции, приводит к тому, что для их монтажа требуются значительные площади, даже если это и ветровые турбины, размещенные в жестком корпусе. В связи с этим, новым направлением в развитии ветровых установок, стало строительство подобных устройств с использованием ветряных турбин, в которых отсутствуют лопасти.

Подобная конструкция представляет из себя столб, внутри которого размещены металлические диски. Диски крепятся на валу и расположены параллельно друг другу, между ними установлены специальные прокладки. При попадании воздуха на прокладки они приходят в движение и придают определенный и направленный импульс металлическим дискам, под действием которого диски начинают вращаться. Под воздействием вращательного движения дисков, начинает вращаться стержень, который в свою очередь, передает свое вращательное движение на вал генератора.

• Ветряная турбина для крыши

Интерес к возможности обеспечить себя бесплатной электрической энергией, при этом не создавая проблем окружающим, даже в условиях города, привел к тому, что была разработана конструкция ветровой турбины, которую можно установить на крыше любого здания.

Подобная установка имеет не большие габаритные размеры, малый вес, а при работе практически бесшумна. Наружный корпус устройства выполнен в виде улитки, что позволяет усиливать поток ветра в нужном направлении и ориентироваться в пространстве, в соответствии с его направлением.

Расчёт ветрогенераторной установки

С чего начать рассчитывать систему воспроизводства электроэнергии из энергии ветра? Учитывая, что речь идёт о ветрогенераторе, логичным видится предварительный анализ розы ветров в конкретной местности.

Такие расчётные параметры, как скорость ветра и характерное его направление для данной территории – это важные расчётные параметры. Ими в какой-то степени определяется тот уровень мощности ветряка, который будет реально достижим.

Что примечательно, процесс этот носит долговременный характер (не менее 1 месяца), что вполне очевидно. Вычислить максимально вероятные параметры скорости ветра и его наиболее частое направление невозможно одним или двумя замерами.

Потребуется выполнить десятки замеров. Тем не менее, операция эта действительно необходима, если есть желание построить эффективную производительную систему.

Как вычислить мощность ветряка

Ветрогенераторам бытового назначения, тем более сделанным своими руками, удивлять народ высокими мощностями ещё не приходилось. Оно и понятно. Стоит лишь представить массивную мачту высотой 8-10 м, оснащённую генератором с размахом лопастей винта более 3 м. И это не самая мощная установка. Всего-то около 2 кВт.

Вообще, если опираться на стандартную таблицу, показывающую соотношение мощности ветрогенератора и требуемого размаха лопастей винта, есть чему удивиться. Согласно таблице, для ветряка мощностью 10 Вт необходим двухметровый пропеллер.

На 500-ваттную конструкцию потребуется уже винт диаметром 14 м. При этом параметр размаха лопастей зависит от их количества. Чем больше лопастей, тем меньше размах.

Но это всего лишь теория, обусловленная скоростью ветра, не превышающей значения 4 м/сек. На практике всё несколько иначе, а мощность установок бытового назначения, реально действующих продолжительное время, ещё никогда не превышала 500 Вт.

Поэтому выбор мощности здесь обычно ограничен диапазоном 250-500 Вт при средней скорости ветра 6-8 м/сек.

С теоретической позиции, мощность ветряной энергетической станции считают по формуле:

N=p*S*V3/2,

где:

• p – плотность воздушных масс;
• S – общая обдуваемая площадь лопастей винта;
• V — скорость воздушного потока;
• N – мощность потока воздуха.

Так как N – параметр, кардинально влияющий на мощность ветрогенератора, то реальная мощность установки будет находиться недалеко от вычисленного значения N.

Расчёт винтов ветряных установок

При конструировании ветряка обычно применяются два вида винтов:

• крыльчатые — вращение в горизонтальной плоскости;
• ротор Савониуса, ротор Дарье — вращение в вертикальной плоскости.

Конструкции винтов с вращением в любой из плоскостей можно рассчитать при помощи формулы:

Z= L*W/60/V

где:

• Z – степень быстроходности (тихоходности) винта;
• L – размер длины описываемой лопастями окружности;
• W – скорость (частота) вращения винта;
• V – скорость потока воздуха.

Отталкиваясь от этой формулы, можно легко рассчитать число оборотов W – скорость вращения.

А рабочее соотношение оборотов и скорости ветра можно найти в таблицах, которые доступны в сети. Например, для винта с двумя лопастями и Z=5, справедливо следующее соотношение:

Также одним из важных показателей винта ветряка является шаг.

Этот параметр можно определить, если воспользоваться формулой:

H=2πR* tg α,

где:

• 2π – константа (2*3.14);
• R – радиус, описываемый лопастью;
• tg α – угол сечения.

Дополнительная информация о выборе формы и количества лопастей, а также инструкция по их изготовлению приведена в этой статье.

Подбор генераторов для ветряков

Имея расчётное значение числа оборотов винта (W), полученное по вышеописанной методике, можно уже подбирать (изготавливать) соответствующий генератор.

Например, при степени быстроходности Z=5, количестве лопастей равном 2 и частоте оборотов 330 об/мин. При скорости ветра 8 м/с. мощность генератора приблизительно должна составлять 300 Вт.

При таких параметрах подходящим выбором в качестве генератора для бытовой ветряной электростанции может стать мотор, который используется в конструкциях современных электровелосипедов. Традиционное наименование детали – веломотор (производство КНР).

Характеристики электрического веломотора примерно следующие:

Положительная особенность веломоторов в том, что их практически не нужно переделывать. Они конструктивно разрабатывались как электродвигатели с низкими оборотами и успешно могут применяться под ветрогенераторы.

Для изготовления ветряка можно использовать автомобильный генератор или собрать агрегат из стиральной машинки.

Расчёт и выбор контроллера заряда

Контроллер заряда АКБ необходим для ветряной энергетической установки любого типа, включая бытовую конструкцию.

Галерея изображений

Фото из

Стандартный контроллер для ветряка

Контроллер в схеме подключения ветрогенератора

Аккумуляторные батареи частной электростанции

Совмещение солнечных батарей и ветряка

Расчёт этого устройства сводится к подбору электрической схемы прибора, которая бы соответствовала расчётным параметрам ветровой системы.

Из тих параметров основными являются:

• номинальное и максимальное напряжение генератора;
• максимально возможная мощность генератора;
• максимально возможный ток заряда АКБ;
• напряжение на АКБ;
• температура окружающего воздуха;
• уровень влажности окружающей среды.

Исходя из представленных параметров, ведётся сборка контроллера заряда своими руками или подбор готового устройства.

Конечно, желательно подбирать (или собирать) устройство, схема которого обеспечивала бы функцию лёгкого старта в условиях течения слабых потоков воздуха. Контроллер, рассчитанный под эксплуатацию с батареями разного напряжения (12, 24, 48 вольт) тоже лишь приветствуется.

Наконец, при расчёте (подборе) схемы контроллера, рекомендуется не забывать о присутствии такой функции, как управление инвертором.

Подбор аккумуляторной батареи для системы

На практике используются аккумуляторы разного типа и почти все вполне пригодны для использования в составе ветряной энергетической системы. Но конкретный выбор придётся делать в любом случае. В зависимости от параметров системы ветряка, подбор аккумулятора ведётся по напряжению, ёмкости, условиям заряда.

Традиционными комплектующими для домашних ветряков считаются классические кислотно-свинцовые аккумуляторы. Они показали неплохие результаты в практическом смысле. К тому же стоимость этого типа батарей более приемлема по сравнению с другими видами.

Галерея изображений

Фото из

Аккумуляторы для мини электростанции

Аппаратура для обработки заряда ветряка

Размещение батарей на стеллажах

Ориентиры подбора аккумуляторов

Свинцово-кислотные АКБ особо неприхотливы к условиям заряда/разряда, но включать их в систему без контроллера недопустимо.

При наличии в составе ветрогенераторной установи профессионально выполненного контроллера заряда, имеющего полноценную систему автоматики, рациональным видится применение аккумуляторов типа AGM или гелиевых.

Оба вида накопителей энергии характеризуются большей эффективностью и долгим сроком службы, но предъявляют высокие требования к условиям заряда.

То же самое относится к так называемым панцирным АКБ гелиевого типа. Но выбор этих аккумуляторов для бытового ветряка значительно ограничивается ценой. Однако срок службы этих дорогостоящих батарей самый продолжительный по отношению ко всем другим видам.

Эти аккумуляторы выделяются также более значительным циклом заряда/разряда, но при условии применения к ним качественного зарядного устройства.

Расчёт инвертора под домашний ветряк

Сразу следует оговориться: если конструкция домашней энергетической ветроустановки содержит один аккумулятор на 12 вольт, смысл ставить инвертор на такую систему полностью исключается.

Галерея изображений

Фото из

Инвертор для мини электростанции

Работа преобразователя прямого тока

Подбор инвертора по КПД

Модульный принцип сборки системы

В среднем потребляемая мощность бытового хозяйства составляет не менее 4 кВт на пиковых нагрузках. Отсюда вывод: количество аккумуляторных батарей для такой мощности должно составлять не менее 10 штук и желательно под напряжение 24 вольта. На такое количество АКБ уже есть смысл устанавливать инвертор.

Однако чтобы обеспечить полностью энергией 10 аккумуляторов с напряжением по 24 Вт на каждый и стабильно поддерживать их заряд, потребуется ветряк мощностью не менее 2-3 кВт. Очевидно, для бытовых простеньких конструкций такую мощность не потянуть.

Тем не менее, рассчитать мощность инвертора можно следующим образом:

1. Суммировать мощность всех потребителей.
2. Определить время потребления.
3. Определить пиковую нагрузку.

На конкретном примере это будет выглядеть так.

Пусть в качестве нагрузки есть бытовые электроприборы: лампы освещения – 3 шт. по 40 Вт, телевизионный приёмник – 120 Вт, компактный холодильник 200 Вт. Суммируем мощность: 3*40+120+200 и получаем на выходе 440 Вт.

Определим мощность потребителей для среднего периода времени в 4 часа: 440*4=1760 Вт. Исходя из полученного значения мощности по времени потребления, логичным видится подбор инвертора из числа таких приборов с выходной мощностью от 2 кВт.

Опираясь на это значение, рассчитывается вольт-амперная характеристика требуемого прибора: 2000*0,6=1200 В/А.

Реально нагрузка от домашнего хозяйства на семью в три человека, где имеется полноценное оснащение бытовой техникой, будет выше рассчитанной в примере. Обычно и по времени подключения нагрузки параметр превышает взятые 4 часа. Соответственно, инвертор ветряной энергосистемы потребуется более мощный.

Предварительный расчет ветряка пригодится не только для его самостоятельной сборки. Определиться с оптимальными параметрами необходимо и при выборе готового ветрогенератора.

Популярные модели и марки

Среди многообразия ветровых турбин, выпускаемых в разных технически развитых странах, наибольшей популярностью пользуются следующие:

• Турбина, разработанная специалистами компании Fiddler (США), предназначена индивидуального использования и предполагает установку на крыше жилого дома или иного сооружения индивидуального использования.

Данная модель оснащена электронным блоком, при помощи которого с использованием специальных мобильных приложений, возможно осуществлять контроль за работой устройства на удаленном расстоянии.

Ветровая установка работает в паре с аккумулятором, устанавливаемом внутри здания. Крепежные элементы предполагают монтаж на коньке крыши, что позволяет увеличить количество ветровых потоков, улавливаемых турбиной. Уровень шума, при работе устройства, сведен к минимуму, что позволяет не создавать дискомфорта жильцам, проживающим внутри здания, на котором монтируется агрегат.

Турбина модели «Liam F1» разработана в Голландии компанией The Archimedes, имеет малы вес (до 80,0 кг) и предполагает установку на крыше здания или иной, отдельно стоящей опоре. Конструкция приемного блока, в виде улитки, позволяет увеличить КПД ветровой установки и всегда находиться в плоскости движения потоков ветра.

Уровень шума, при работе, очень низкий, что позволяет выполнять монтаж в любом удобном для этого месте.

Факты и заблуждения

Малое распространение ветроэнергетических установок и отсутствие опыта общения с ними породили массу заблуждений относительно свойств и воздействия ВЭС на организм человека. Так, широко распространено мнение о необычайно высоком уровне шума, производимого работающим ветрогенератором. Действительно, определенный шум имеется, но его уровень гораздо ниже, чем принято считать. Так, шум от промышленных моделей на расстоянии 200-300 м воспринимается на слух так же, как звук от работающего бытового холодильника.

Другая проблема, которую необоснованно раздувают несведущие люди — создание непреодолимых помех радио и телевизионным сигналам. Этот вопрос был решен раньше, чем о нем узнали пользователи — каждый мощный промышленный ветряк снабжен качественным фильтром радиопомех, способным полностью исключить влияние устройства на эфир.

Люди, живущие поблизости от турбин, будут постоянно находиться в зоне мерцания тени. Это термин, обозначающий некомфортное ощущение от мигающих световых проявлений. Вращающиеся лопасти создают такой эффект, но его значение сильно преувеличено. Даже самые чувствительные люди всегда могут попросту отвернуться от турбины, если случилось оказаться поблизости от нее.

Существуют и другие, надуманные и вполне реально существующие факты, касающиеся работы ВЭС, их воздействия на организм человека и окружающую природу. Част из них является обычными слухами, другая часть настолько преувеличена, что не заслуживает даже обсуждения. Ветроэнергетика — полноценная отрасль, способная решать вопросы энергообеспечения как в солидных масштабах, так и в пределах маленького дачного домика.

Средние цены

Оборудование, используемое в альтернативной энергетике, в том числе и в ветровых установках, стоит не дешево. Это связано с тем, что как правило, новые модели выпускаются в штучном исполнении, а то, что уже поставлено не поток, не реализуется в массовом порядке, что обусловлено тем, что данный способ получения энергии еще не нашел широкого распространения среди пользователей.

Стоимость выше рассмотренных установок составляет:

• Модель «Liam F1», реализуется в странах Евросоюза и Америки, ее стоимость – от 4000,0 евро.
• Данные о стоимости модели американской компании Fiddler отсутствуют, но в связи с ее комплектацией и подачей на рынке подобных устройств, можно с уверенностью говорить, что цена установки не ниже, у голландских разработчиков.

Обзор цен на популярные модели

Стоимость ветрогенераторов высока. Этот момент является самым труднопреодолимым для распространения ветроэнергетических технологий. Многие владельцы домов с удовольствием установили бы у себя на участке ветряки, но не имеют средств на их приобретение. Установка, способная обеспечить освещение участка, стоит около 100 тыс руб.

Более мощная конструкция, позволяющая снабдить электроэнергией коттедж, обойдется в 250 тыс.

ВЭС, способная обеспечить небольшое фермерское хозяйство, стоит около 500 тыс. руб. И это еще не предел. При таких ценах ожидать быстрого распространения ветрогенераторов не приходится, поэтому вся надежда на появление отечественных моделей, способных решить вопрос дороговизны оборудования. Как вариант, можно купить относительно недорогую китайскую модель. Такие устройства не поддаются ремонту, являясь, по сути, одноразовыми, но их цена намного ниже, чем стоимость аналогичных по мощности западных образцов.

Плюсы и минусы

Простота и надежность ветровых генераторов, изготовленных с использованием ветровой турбины, не единственные достоинства этих агрегатов. Кроме этого, к плюсам применения ветровых турбин относятся:

• Способность работать при малых потоках ветра, со скоростью от 2,0 м/с.
• Высокая чувствительность по отношению к ветровым потокам.
• Способность работать при сильных, ураганных скоростях воздушных потоков, до 60,0 м/с.
• При одних и тех же габаритных размерах, ветровой генератор оснащенной турбиной, обладает большей мощностью и более высоким КПД, в сравнении с лопастными установками.
• Турбина является безопасным техническим устройством для животного мира, обитающего в месте установки агрегата (птицы, летучие мыши).
• При работе турбины не производится инфразвук, вредный для человека и животных.
• Более низкая стоимость в сравнении с лопастными конструкциями.
• Легкость выполнения монтажных работ, обусловленная сборкой основных элементов в заводских условиях.
• Простота и удобство обслуживания.
• Продолжительные сроки эксплуатации.

Недостатками подобных устройств, являются:

• Ветер, это атмосферное явление, которое не подвластно человеку, поэтому нельзя прогнозировать, на длительный период, силу его потока и направление движения;
• В связи с переменчивостью силы ветрового потока, необходимо предусматривать значительные электрические емкости для накопления выработанной энергии;
• Высокая стоимость комплекта оборудования;
• Перед установкой ветровых установок большой мощности необходимо проводить расчет экономической целесообразности в увязке с картой ветров выбранного региона.

Достоинства турбин

Ветряная турбина современного типа обладает следующими преимуществами в сравнении со своими предшественниками:

1. Способна работать при высокой скорости ветра. Турбины современного типа функционируют, когда ветровые потоки движутся с превышением критических показателей (25–60 м/сек).
2. Не создает инфразвуковых волн. Этим недостатком обладали ветротурбины предыдущих поколений.
3. Простой монтаж. Основу конструкции создают еще на производстве. На месте устанавливаются отдельные элементы и монтируется гондола на мачту.
4. Применение инновационных материалов. Они не только увеличивают срок эксплуатации установки, но и обеспечивают легкость монтажа.

Ветровые установки в основном монтируются вдоль морского и океанского побережья либо непосредственно на воде. Такой подход позволяет добиться практически круглогодичной работы турбины.

Где купить

Ветровой генератор, а соответственно и отдельно взятый элемент из этой установки, которым является ветровая турбина, это специфический товар. Поэтому лучше всего, при желании приобрести подобную технику, обратиться в компанию, которая специализируется на реализации именно подобных установок.

Выбор подобной организации позволит избежать ошибок при подборе необходимой модели, к тому же, специалисты смогут оказать помощь с монтажом и последующим обслуживанием приобретаемого агрегата.

Кроме этого, можно воспользоваться интернет ресурсами, где представлен широкий круг компаний, предлагающих к реализации товары именно в этом сегменте устройств, но это как правило продукция китайских производителей, к качеству которой много претензий. К тому же, приобретая сложную технику, каковой являются ветровые турбины, через интернет, отсутствует возможность вернуть не качественный товар и получить квалифицированную помощь.

Как сделать своими руками

В силу того, что ветровую турбину, расположенную в замкнутом пространстве (цилиндре), изготовить самостоятельно достаточно сложно, этим занимаются профессиональные конструкторы и инженеры, то своими руками, из подручных средств, можно изготовить турбину для ветровой установки с вертикальной осью вращения.

Для этого понадобятся следующие материалы:

1. Труба из прочного пластика наибольшего диаметра, из того, что есть в наличии.
2. Листовая фанера толщиной 10,0 — 12,0 мм;
3. Саморезы по дереву;
4. Металлическая шпилька диаметром 12,0 – 16,0 мм;
5. Гайки и шайбы, соответствующие по диаметру имеющейся шпильке;
6. Автомобильная ступица, в сборе с подшипником.

и инструмент:

1. Режущий инструмент: ножовка, «болгарка» с отрезными кругами, лобзик, нож;
2. Шлифовальный инструмент: «болгарка» с зачистными кругами, напильники, наждачная бумага;
3. Набор гаечных ключей и отверток;
4. Шуруповерт.

Конструкция, которая должна получится в результате проделанной работы, и схема ее работы, представлены на ниже приведенной схеме:

• Работы выполняются следующим образом:
• Из имеющейся трубы изготавливается заготовка, для этого труба отрезается требуемой длины (около 1,0 метра), после чего разрезается вдоль, по своей оси. В результате получается 2-е равные по длине и длине дуги, половинки.

Из фанеры, в соответствии с диаметром трубы, нарезаются два круга, после чего, по диаметру, они делятся на две части. В результате получается четыре заготовки в виде полукруга.

• Заготовки из фанеры устанавливаются во внутрь заготовок из трубы, в верхней и нижней части каждой из них. Крепление выполнятся с помощью саморезов. В результате получается два полубочонка.
• Полученные полубочонки соединяются между собой, с таким расчетом, чтобы они налегали один на другой. Кроме этого, в местах налегания, необходимо выбрать сегмент (на схеме не показано), для того, чтобы они, как бы вошли внутрь друг друга. Глубина выбираемого сегмента не менее 50,0 мм, длина может быть произвольной.
• Из фанеры вырезается 2 круга, диаметром 100,0 мм, которые, также с помощью заморезов закрепляются сверху и снизу соединяемых полубочонков. В результате получается жестко соединенная конструкция.
• В середине получаемого воображаемого круга, а это должна быть точка где выбраны сегменты (поверх закрепленных кругов из фанеры), делается отверстие, в соответствии с диаметром имеющейся шпильки. Отверстия делаются в верхней и нижней частях заготовок.
• В отверстия вставляется шпилька, которая посредством установки шайб и гаек, закрепляется в собираемой конструкции.
• Для имеющейся автомобильной ступицы, в соответствии с внутренним диаметром подшипника, и диаметром шпильки, изготавливается втулка. Втулка запрессовывается в подшипник, после чего на нее надевается шпилька, которая дополнительно закрепляется с помощью гаек.

Для полной готовности ветровой установки, на шпильку, ниже расположения ступицы, необходимо установить шкив, посредством которого вращательное движение с турбины будет передаваться на электрический генератор, и выполнить установку собранной турбины, в месте, выбранном для монтажа.