Рост цен на электроэнергию вынуждает многих пользователей задуматься – как можно сэкономить , и есть ли разумная альтернатива потреблению энергии из общей сети? Для многих выходом из положения становится покупка или строительство собственными руками ветряка для дома. Тем более, что современные ветрогенераторы являются не только эффективным методом обеспечения электроэнергией удаленных от центральных сетей населенных пунктов, но и способом существенно снизить затраты на коммунальные услуги и сделать свое домохозяйство более энергонезависимым.
Давайте рассмотрим, какой именно ветрогенератор лучше подобрать для дома, на какой объем энергии мы можем рассчитывать и что нужно знать для его установки.
Разновидности ветряков
Ветрогенераторы (еще их называют ветрогенераторными установками, ветровыми электрогенераторами, ветростанциями, просто ВЭУ, ветряными станциями и т.п.) - это, по своей сути, ветровые электростанции (ВЭС). Так называют ветровую электроустановку, оборудование и сооружения которой функционально связаны между собой и образуют единый комплекс, который производит электроэнергию из кинетической энергии подвижных воздушных масс. Проще говоря, это системы, которые позволяют использовать ветер в качестве источника возобновляемой энергии.
Необходимо помнить, что разреженность воздуха также влияет на работу ветроустановки, однако при действии постоянных ветров, например, на морском побережье, этот недостаток не является существенным. Важно иметь ввиду, что работа домашних ветряков влияет на телевизионную сеть и может вызывать помехи для приемной антенны.
Устройство ветряка и состав оборудования ветровой электростанции, изображение ataba.com.ua
Если в районе расположения ВЭС преобладают слабые ветра, оптимальным решением станет объединение нескольких установок в сеть с общим аккумуляторным узлом. В противном случае, необходимо настроить работу ветряков так, чтобы каждое отдельное устройство обслуживало свою «долю» нагрузки, а для экономии электроэнергии, следует распределить потребителей в доме: разной группе бытовых приборов должна соответствовать определенная силовая линия.
Как подсказывает опыт многих европейских стран, для многоквартирных домов целесообразнее установить несколько ветряков (пример ) небольшой производительности, которые будут генерировать электроэнергию и сохранять ее в общий аккумулятор, чем приобретать одну крупногабаритную ветроустановку.
Как подсчитать мощность ветрогератора для дома
Для ориентировочного расчета мощности домашней ВЭС нужно вычислить среднемесячное потребление электроэнергии, учитывая перечень всех используемых бытовых электроприборов, их мощность и время работы (таблица, которая показывает среднее потребление бытовой техники, находится ). Стоить отметить, что чаще всего в магазинах продаются ветровые электростанции для частного пользования мощностью от 2 до 10 кВт.
На многих информационных ресурсах указывается, что для полноценного обеспечения бытовых нужд семье из 3 - 4-х человек потребуется мощность ветрогенератора не менее чем 10 кВт. Однако в каждом конкретном случае, нужно исходить из определенных энергопотребностей, которые могут быть достаточно индивидуальным показателем.
Одним из дополнительных положительных моментов использования ветряков в домашних условиях является также возможность продажи избытков электроэнергии государству. О том, как поставлять «лишнее» электричество в центральную электросеть и подробную информацию об актуальных на сегодня «зеленых» тарифах можно найти в .
Не стоит забывать о безопасности: удары молний, результатом попадания которых может стать возгорание ветряка, обледенение лопастей, недостаточная прочность несущих конструкций или фундамента ветроустановки – могут нанести ущерб не только самому устройству, но и причинить вред здоровью человека. Поэтому, не лишним будет позаботиться об оснащении генератора различными защитными системами.
В конечном счете, при выборе типа ветрогенератора, поисках проверенного производителя, расчетах его мощности и решении других вопросов, может возникнуть множество «подводных камней», ответы на которые в полном объеме ни одна статья дать не сможет. К счастью, уже сегодня современные технологии позволяют установить ветряк где угодно, причем специальными техническими знаниями для этого обладать вовсе не обязательно, а эффективность и экологичность такого источника чистой энергии уже не вызывает сомнений. В любом случае, консультация с опытным специалистом станет мудрым решением.
Смотрите еще интересные материалы:
Please enable JavaScript to view theЭнергия ветра является одной из форм солнечной энергии. Ветры появляются из-за неравномерного прогрева атмосферы солнцем, неровностей земной поверхности и вращения Земли. Направление потоков ветра изменяется в зависимости от рельефа земной поверхности, наличия водоемов и растительного покрова.
Ветогенераторы используют это движение воздуха и преобразуют его в механическую энергию, а затем в электричество. В этой статье будет кратко затронут вопрос о том, как работает ветрогенератор
, а также вопросы о достоинствах и недостатках ветроэнергетики
.
Люди начали использовать энергию ветра несколько столетий назад, когда появились ветряные мельницы, которые качали воду, мололи зерно или выполняли другие функции. Сегодняшний ветрогенератор является весьма продвинутой версией ветряной мельницы. Большинство ветровых турбин имеют три лопасти, закрепленные на вершине стальной башни — мачты. Вестрогенератор высотой в 25 м может снабжать электричеством жилой дом, ветрогенератор высотой в 80 м может обеспечивать электричеством сотни домов .
При прохождении ветра через турбину, лопасти за счет кинетической энергии ветра начинают вращаться. Это приводит во вращение внутренний вал, который соединен с редуктором, увеличивающим скорость вращения и подключенным к генератору, который осуществляет выработку электроэнергии. Чаще всего ветряные турбины состоят из стальной полой мачты, высота которой может достигать 100 м, ротора турбины, лопастей, оси генератора, редуктора, генератора, инвертора и аккумулятора. Часто ветрогенераторы оснащаются оборудованием оценки и автоматического поворота в направлении ветра, а также могут изменять угол или «шаг» лопастей для оптимизации использования энергии.
Типы ветрогенераторов
Современные ветровые турбины делятся на две основные группы;
- с горизонтальной осью вращения, как в традиционных ветряных мельницах, используемых для откачки воды;
- с вертикальной осью вращения, это роторные и лопастные конструкции Дарье.
Большинство современных ветрогенераторов имеют горизонтальную ось вращения турбины.
Обычно они состоят из:
- мачты полой внутри, сделанной из металла или бетона;
- гондолы , которая крепится наверху мачты и в которой находятся валы, редуктор, генератор, котроллер и тормоз;
- ротора , в который входят лопасти и ступица;
- низкоскоростного вала , который приводится в движение ротором;
- высокоскоростного вала , который подсоединен к генератору;
- редуктора , которые механически соединяет низкоскоростной и высокоскоростной вал, увеличивая скорость вращения последнего;
- генератора , который вырабатывает электроэнергию;
- контроллера , который управляет работой ветрогенератора;
- флюгера , который определяет направление ветра и ориентирует турбину в необходимом направлении;
- анемометра , который определяет скорость ветра и передает данные контроллеру;
- тормоза , для остановки ротора в критических ситуациях.
Преимущества и недостатки ветроэнергетики
Возобновляемый источник энергии
Энергия ветра является общедоступным, возобновляемым ресурсом, поэтому независимо от того, сколько ее используется сегодня, в будущем она по-прежнему будет доступна. Энергия ветра является также источником относительно чистого электричества — ветряные электростанции не выделяют загрязняющих воздух веществ или парниковых газов.
Стоимость
Даже при том, что стоимость энергии ветра резко сократилась за последние 10 лет, ее использование требует более значительных первоначальных инвестиций, чем приобретение генераторов, работающих на ископаемом топливе. Около 80% стоимости составляет техника, с подготовкой площадки и установкой. Тем не менее, если сравнивать использование ветрогенератора и установки, работающей на ископаемом топливе, в течение всего срока эксплуатации, то ветроэнергетическая установка становится гораздо более конкурентоспособной, поскольку для нее не требуется приобретение топлива, а эксплуатационные расходы сведены к минимуму.
Воздействие на окружающую среду
Хотя ветряные электростанции влияют на окружающую среду не так значительно, как электростанции, работающие на ископаемом топливе, они все же создают некоторые проблемы. Их лопасти создают шум, визуально они могут портить ландшафт, о них разбиваются птицы и летучие мыши. Большинство из этих проблем решаются в той или иной мере за счет различных технологий и разумного размещения электростанций.
Другие проблемы, связанные с ветрогенераторами
Основная проблема, связанная с использованием энергии ветра, заключается в том, что ветер дует не всегда, когда требуется электричество, в некоторых местностях ветра дуют очень слабо, так что там не выгодно использовать ветрогенераторы. Ветер нельзя хранить, как бензин (хотя электроэнергию, полученную за счет ветра, можно хранить при помощи аккумуляторных батарей). Местности с сильными ветрами часто бывают не очень удобны для заселения. Наконец, ветроэнергетические установки могут создавать проблемы для других способов эксплуатации земли. Ветряные турбины могут мешать выпасу скота или занимать место под посевы.
(Просмотрели13 462 | Посмотрели сегодня 3)
Солнечная энергия — наше будущее
Стоимость солнечных батарей за последние 35 лет уменьшилась в 100 раз
Мировые АЭС. Производство атомной энергии по состоянию на 2014 год
Экотехнологии, которые могут сделать мир чище. 9 современных направлений
Ветряные электростанции – это наиболее альтернативный вариант экономии электрической энергии на сегодняшний день.
Очень часто, такие установки можно встретить на дачных участках.
Люди используют их в тех местах, где загородные участки удалены от основных электрических сетей. Но это не единственная причина. Большинство людей используют ветроэлектростанции в целях экономии и автономности.
Ветряные электростанции имеют свои особенности, которые необходимо знать потенциальным покупателям, иак как от их компетентности зависит продуктивность работы .
Главный стимул приобретения ветряного генератора – это, несомненно, его целесообразность. Одним из главных критериев при достижении данной цели являются требования к ветру. Известно, что среднегодовая скорость ветра около 4.0-4.5 м/с., этого показателя более чем достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании, то есть давала возможность экономить электроэнергию.
Для того, чтобы оценить скорость ветра в вашем регионе, вы можете воспользоваться картой ветров. Если у вас возникло желание измерить скорость ветра с максимальной точностью, вам стоит приобрести специальный прибор, который вам в этом поможет.
В состав этого изобретения входит деталь, которая носит название анемометр. С помощью неё к вам поступает сигнал равносильный скорости ветра. Также, вам пригодится прибор, который считывает сигналы, которые подаёт анемометр. Существуют и другие приспособления этого типа.
Для того, чтобы данные получились как можно точными, такие приборы нужно устанавливать высоко, чтобы внешние факторы, такие как деревья, различные постройки и прочее, не искажали результаты прибора.
Компоненты устройства
Очень важно при покупке домашних ветроэлектростанций знать её компоненты, это вам даст возможность быть более компетентными в этом вопросе и подобрать наилучшую модель для своего дома.
В состав ветряной электростанции входит:
- Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
- Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
- Защитный кожух - его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
- «Хвост» ветряной установки - нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
- Аккумуляторная батарея – её основной целью является накопление электроэнергии. Связано с тем, что погодные условия не всегда благоприятны для ветряной электростанции, а с помощью этой составляющей сохраняется определённый запас энергии.
- Инверторная установка – предназначена для преобразования постоянного тока в переменный. Это нужно для обеспечения работы домашних электроприборов.
Типы и принцип работы
Ветряные электростанции делят на типы по следующим четырём критериям:
- По направлению оси вращения лопастей (делят на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные более устойчивы к внешним условиям, но у них меньшая выработка электроэнергии) .
- По количеству лопастей (в этом случае ветрогенераторы бывают двух-, трёх- и многолопастные).
- По использованному материалу (выделяют с жёсткими и парусными лопастями. Основное отличие в том, что парусные стоят дешевле, но они менее прочны);
- По способу управления лопастями (существуют с фиксированным и изменяемым шагом лопастей. Специалисты рекомендуют фиксированный шаг лопастей, так как изменяемый вызывает затруднения в использовании).
При выборе электростанци,й целесообразно было бы знать, в чём заключается принцип работы ветрогенератора. Принцип действия установки предельно прост. Конструкция состоит из хвостовика с лопастями, закреплёнными на металлической мачте, которые вращаются при помощи ветра и крутят ротор генератора.
Перед подачей тока в аккумуляторный отсек, он проходит через преобразователь, где происходит преобразование переменного тока в постоянный до напряжения в 220 Вольт с частотой в 50 герц и снабжает дом электричеством в безветренную погоду.
Современному ветрогенератору нет необходимости в сильном ветре. Его конструкция столько продумана, что для частного дома достаточно скорости ветра до 4 – 5 м/c.
Преимущества и недостатки
Основные преимущества ветрогенераторов:
- Затраты уходят на установку и профилактику прибора. Больше расходов не требуется, так как конструкция не нуждается в топливе для работы.
- Вам не нужно контролировать и вмешиваться в работу ветряка , так как выработка энергии происходит всегда, когда есть ветер.
- В зависимости от типа генератора, он не будет производить лишний шум.
- Приспособлению подходит большинству климатических условий.
- Износ деталей незначителен.
Основные недостатки ветряной электростанции:
- В определенных режимах или при неправильной установке мачты , ветрогенератор может издавать инфразвук.
- Высокая мачта обязательно требует заземления.
- Необходимость регулярной профилактики.
- Вероятность повреждения приспособления при ураганах и т.д.
Выбор размера и места для размещения
Размер ветряной электростанции является очень важным вопросом для потенциальных покупателей.
Для того, чтобы определиться с размерами, вам нужно внимательно изучить – сколько энергии вы потребляете в течение одного месяца? Полученную цифру необходимо умножить на 12 месяцев.
Затем, вам нужно воспользоваться формулой: AEO = 1.64 * D*D * V*V*V.
Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:
- AEO - электроэнергия, которую вы используете за год.
- D – диаметр ротора, который обозначается в метрах.
- V – среднегодовая скорость ветра, обозначается в м/сек.
Таким образом, эти подсчёты помогут определить, какой размер генератора вам нужен, в зависимости от вашего расхода электроэнергии.
Задумываясь о приобретении ветряной электростанции для дома, нужно максимально точно изучить все детали связанные с конструкцией, так как от этого зависит то, насколько ваша цель будет удовлетворена.
При размещении ветрогенератора, вам стоит учитывать следующие факторы:
- Вблизи вашей установки не должно быть деревьев , разнообразных построек и прочего, что могло бы помешать максимальной продуктивности работы вашего генератора.
- Лучше всего установить ветрогенератор на специально сооружённую конструкцию , которая должна быть на пару метров выше, чем преграды расположенные на расстоянии как минимум 200 метров.
- Рекомендуется размещать ветроэлектростанции на расстоянии около 30-40 метров от жилых домов , так как они создают определённый шум, который приносит дискомфорт.
Также, вы должны учитывать, что вы не сможете постоянно получать одинаковый результат от вашей ветряной электростанции, так как природные условия меняются, в одном и том же месте могут быть разные порывы ветра, соответственно, и количество получаемой вами энергии будет динамично.
Обзор цен
В большинстве случаев, цена на ветряные электростанции зависит от их мощности. В бытовых условиях вполне достаточно генераторов с мощностью от 5 до 50 кВт.
Более детально о соотношении цен и видах генераторов:
- Ветрогенераторы с мощностью 3 кВт /48V – примерная стоимость 93 000,00р. Подобные могут быть использованы не только в качестве дополнительного источника электроснабжения, но и основного. Такие модели в состоянии обеспечить электроэнергией коттедж.
- Ветрогенераторы с мощностью 5 кВт /120V – приблизительно 220 100,00 р. Такая конструкция сможет обеспечить энергией целый дом. Вы сможете одновременно включать достаточно большое количество бытовых электрических приборов.
- Ветрогенераторы с мощностью 10 кВт/240V – цены в пределах 414 000,00 р. Его достаточно для обеспечения энергией фермерского хозяйства или нескольких домов. Помимо бытовых приборов вы без проблем сможете использовать, к примеру, электрические строительные инструменты весь день. Такие электрогенераторы часто используются для супермаркетов, чтобы обеспечить постоянную работу отделов и видеонаблюдения.
- Ветрогенераторы с мощностью 20 кВт/240V – цена такого устройства 743 700,00р. Электростанции такого типа являются очень мощными. Они в состоянии обеспечить электроэнергией целую водонапорную систему. В бытовых условиях он сможет более чем полностью обеспечить энергией огромный дом.
- Ветрогенераторы с мощностью 30 кВт/240V – стоимость в пределах 961 800,00 р. Эта модель является настолько мощной, что сможет обеспечить электрической энергией пятиэтажный дом.
- Ветрогенераторы с мощностью 50 кВт/380V – приблизительная цена около 3 107 000,00р. Эта модель не рациональна для использования в бытовых условиях, так как она настолько мощна, что сможет с лихвой обеспечить энергией несколько многоэтажных домов.
При покупке домашней электростанции, стоит знать о том, что в большинстве случаев цены указаны за полную комплектацию, но вы можете самостоятельно добавить или исключить определённые составляющие. Это подлежит вашему личному усмотрению.
Эффективность и окупаемость
Ветряные электростанции для дома являются альтернативным решением при экономии электроэнергии. Они получили достаточно широкое распространение.
Для того, чтобы обеспечить энергией целый дом, достаточно использовать один ветрогенератор и при этом не ограничивать себя, экономя на электроэнергии.
Выгодно и то, что для получения такого эффекта достаточно минимальной скорости ветра от 1,8 до 4,5 метра в секунду.
Но погодные условия не всегда подходят для ветрогенератора, поэтому вам нужно приобрести резервный генератор, который обеспечит запас энергии. Это даст возможность повысить продуктивность вашей домашней ветряной электростанции.
Среди положительных сторон установки стоит отметить следующие:
- Потратив большую сумму на электрогенератор , вам больше не потребуется тратить денежные средства, так как топливо для работы прибора не нужно. То есть уже за несколько лет ваше приобретение сможет окупиться.
- Производительность ветрогенератора не зависит от времени года или других погодных условий, его работа не прекращается даже зимой, что несомненно является плюсом, так как в зимнее время года расход энергии больше чем в другие. Этот факт несомненно свидетельствует о его эффективности и окупаемости.
- Износ деталей генератора незначительный , учитывая регулярную профилактику ветрогенератора, которая является необходимой. При правильной и грамотной установке, а также эксплуатации ветряной электростанции для дома, она сможет прослужить вам более тридцати лет, что несомненно является значительным плюсом.
Срок полной окупаемости ветряных электростанций составляет приблизительно 5-7 лет, а далее вы сможете использовать электроэнергии абсолютно бесплатно.
Электрическая ветряная мельница или просто ветряк – это вариант для тех, кто мечтает об автономном доме и тех, у кого нет возможности подключиться к существующей электромагистрали по причине ее значительной удаленности от дома. Назначение подобных установок в том, чтобы преобразовывать кинетическую энергию ветра в электрическую.
Конструкция ветряков не замысловатая и представляет собой мачту (на растяжках, монолитная, телескопическая), на вершине которой закрепляется редуктор с лопастями и генератор.
Если вы решили установить электрическую ветряную мельницу у себя на участке, то вам необходимо определиться с видом ветрогенератора и его мощностью .
Что касается вида ветрогенираторов, то их различают по количеству лопастей, по шагу винта, по материалу и по оси вращения. О последней классификации мы дальше и поговорим, так как определившись с тем, с какой осью вращения у вас будет ветрогениратор (с горизонтальной или вертикальной) подбирается все остальное.
Ветрогениратор с горизонтальной осью вращения.
Данный ветрогениратор представляет собой обычный пропеллер, у которого ось вращения ориентирована параллельно воздушному потоку.
Достоинства горизонтального ветрогениратора:
- после его установки вы получаете надежный, экологически чистый, безопасный, а главное автономный источник энергии;
- при равной мощности имеет меньшие габариты, чем вертикальный;
- более высокая эффективность работы, за счет меньшего разброса углов атаки на рабочих режимах;
- коэффициент полезного действия (КПД) выше, чем у вертикальных, 30% против 25%;
- срок окупаемости меньше в 2-3 раза, чем у ветрогенератора с вертикальной осью вращения, и составляет около 15 лет.
Недостатки горизонтального ветрогениратора:
- роутер необходимо ориентировать по направлению ветра, а для этого требуется внедрять дополнительные механизмы, например, флюгер;
Ветрогениратор с вертикальной осью вращения.
Тип конструкции у такого ветрогенератора совершенно отличается от конструкций горизонтального ветрогениратора. Здесь ось вращение ориентирована перпендикулярно воздушному потоку.
Достоинства вертикального ветрогениратора:
- так же, как и ветрогениратор с горизонтальной осью вращения, он является экологически чистым, надежным, безопасным и автономным источником энергии;
Недостатки вертикального ветрогениратора:
- стоят дороже, парой в 2-3 раза по сравнению с горизонтальными;
Срок службы у обоих видов установок одинаков и составляет 15-25 лет, по истечении которого требуется замена основных деталей. Не отличается у обоих типов ветрогенираторов и уровень шума – при исправных и смазанных деталях в доме вы их слышать не будете.
Наибольшее же распространение в частном домостроение получили ветряки с горизонтальной осью вращения.
Необходимая мощность электрических ветряных мельниц
Какой мощности нужно покупать ветрогениратор, чтобы энергии хватило на все необходимое? Это второй вопрос, на который нужно ответить перед его приобретением.
Итак, для следующих запросов мощность ветряка должна быть:
300-500 Ватт – обеспечат зарядку мобильных устройств, просмотр телевизора или освещение нескольких помещений. От такого ветряка можно смело запитать баню при условии, что нагрев воды будет производиться дровами, газом или другими отличными от электричества способами;
1-5 КВатт – обеспечат работу стиральной машины, электроплиты, микровалновки, холодильника и другой бытовой техники;
5-10 КВатт – электроэнергией будет полностью обеспечен частный дом или коттедж, правда только в том случае, если не будут использоваться кондиционер и электрические отопительные приборы;
10-20 КВатт – такой мощности достаточно для обеспечения электроэнергией нескольких домов.
Правда, для того, чтобы вырабатывалась указанная энергия, необходим практически бесперебойный ветер, который должен дуть с оптимальной скоростью необходимой для каждой установки.
Электрические ветряные мельницы (ветряки)
Статья для тех, кто решил установить у себя на участке электрическую ветряную мельницу (ветряк).
Небольшие ветрогенераторы для дома
Энергия ветра – это экологически чистая, неисчерпаемая энергия. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).
Ветряные мельницы используемые для выработки электрической энергии бывают разных размеров. Большие ветрогенераторы, которые обычно используются на ветряных фермах (электростанциях), могут вырабатывать большое количество электричества – сотни мегаватт, которым можно обеспечивать сотни домов. Небольшие ветряки, которые вырабатывают не больше 100 кВт электроэнергии, используются в частных домах, фермах, подсобных хозяйствах и т.п., служат источником дополнительной электроэнергии, способствуют уменьшению оплаты за основной источник электроэнергии.
Очень маленькие ветряки, мощность которых составляет 20-500 Вт, используются для подзарядки аккумуляторов и др. сферах, где не требуется большое количество электроэнергии.
Небольшие ветроэлектростанции будут экономически эффективны, если будут соблюдены следующие условия:
- ветер в вашем месторасположении дует стабильно и много дней в году;
- есть достаточно места для установки ветряка;
- местными властями разрешена установка ветряков;
- ваши затраты на электроэнергию высоки;
- вы не подключены к питающей сети или она находится далеко от вас;
- вы готовы инвестировать деньги в ветрогенератор;
- во избежание проблем с соседями, ветряк должен находится не ближе чем 250-300м к ним.
Требования к ветру
Будет ли ваш ветряк для дома экономически целесообразным – больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4.0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра вам помогут сайты, где представлены карты ветров России и других стран.
Также, вам может помочь местная метеорологическая станция, где вы можете посмотреть архив данных по силе ветра. Но следует обратить внимание на расположение станции, т.к. различные препятствия – деревья, строения, возвышенности могут стать причиной искаженных данных о ветре.
Для более точной оценки ветра в вашей местности вам необходимо приобрести устройства измеряющие скорость ветра. Особенно это актуально, если ваша местность холмистая или имеет необычный ландшафт.
Наиболее важной деталью в приборе для измерения скорости ветра является анемометр. Он состоит из чашечной (или лопастной) вертушки укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. Лопасти анемометра вращаются и вырабатывают сигнал, пропорциональный скорости ветра. При покупке анемометра не будет лишним приобрести устройство, записывающее показания с него, а также трипод, кронштейн и т.п., где он будет монтироваться.
Существуют более дорогие цифровые устройства для измерения скорости ветра. Там также используется анемометр, но данные поступают в компьютер, где они обрабатываются и запоминаются. В последнее время данные устройства становятся все более популярными и дешевыми.
Неважно какой измерительный инструмент вы используете для оценки скорости ветра, но хотя бы минимум один раз в год вы должны сравнивать ваши данные с другими. Также важно измерительно оборудование размещать достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, которая создается деревьями, строениями и другими препятствиями. Наиболее оптимальным размещением измерительного прибора является его размещение на уровне центра ротора ветрогенератора.
Место для размещения ветрогенератора
Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ваш ветряк. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т.п., т.к. вы не получите полной отдачи от ветряка.
Также учитывайте что:
- сила ветра всегда больше на вершине холмов, у береговой линии, в степях, в местах где нет деревьев и строений.
- деревья могут расти, а ветряк – нет.
- необходимо заранее информировать соседей о ваших планах, во избежании проблем с ними в будущем.
- желательно поставить ветряк на достаточном расстоянии от соседей. Обычно достаточно 250-300м.
Не ожидайте, что ваша ветроэлектростанция будет все время вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Скорость ветра в одном и том же месте может сильно различаться и как следствие будет и различаться количество вырабатываемой электроэнергии. И если сила ветра будет меняться в пределах 10%, то вырабатываемая электроэнергия будет изменяться в пределах 25%!
Типы ветрогенераторов
Существует 2 основных типа ветрогенераторов: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Горизонтальные ветряки должны быть направлены по ветру. Для этого, в их конструкции предусмотрен так называемый “хвост”.
Вертикальные ветрогенераторы работают в любом направлении ветра, но требует больше наземного пространства, т.к. необходимо предусмотреть растяжки для устойчивости ветряка.
Компоненты ветроэлектростанции
Основные компоненты типичной ветряной электростанции показаны на рисунке ниже.
Они включают в себя:
- ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму.
- редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора.
- защитный кожух , который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора.
- хвост ветряка – необходим для его поворота по ветру.
Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).
Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно-стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).
Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). Т.о. если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8) (Рисунок 6). Скорость ветра увеличивается с высотой, т.е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.
На всякий случай просмотрите местное законодательство на предмет ограничений на высоту мачты для ветроэлектростанций. Используйте конструкцию мачты, одобренной производителем ветряка, иначе вы можете потерять гарантию на него. Обязательно заземлите мачту и предусмотрите молниеотвод.
Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.
Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы – смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор .
Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то в ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.
Стоимость ветрогенератора
Стоимость небольшого ветряка $2000-$8000 за 1 кВт. Однако, это только 12-48% от стоимость всех компонентов ветряной электростанции: инверторы, аккумуляторы, зарядные устройства, АВР и т.п.
Но большой плюс ветрогенератора в том, что однажды купив его, вам больше практически ни за что не прийдется платить, кроме планового техобслуживания.
Производительность ветрогенератора обычно описывается производителем как график зависимости выходной мощности к скорости ветра.
Одной из проблем при выборе и сравнении ветрогенераторов является отсутствие единного стандарта измерения выходной мощности.
Производители сами выбирают при какой скорости ветра указывать выходную мощность. Возьмем к примеру “Wind-o-matic” и “Mighty-wind” – у обоих заявленная мощность 1000 Ватт. Но у “Wind-o-matic” это мощность при скорости ветра 5 м/с, в то время как у “Mighty-wind” это мощность при 10 м/с. Вследствии того, что энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе, то ветряк выдающий 1 кВт при при 10 м/с, даст только 1/8 от максимальной мощности при 5 м/с. Т.о. при скорости ветра 5 м/с “Wind-o-matic” будет выдавать честные 1000 кВт, в то время как “Mighty-wind” всего 125 Ватт!
Более правильным является сравнение ветрогенераторов по площади и размеру лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей – мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе – при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.
Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора (см. рисунок). Значения указанные на рисунке являются ориентировочными и на них опираться не следует, т.к. генерируемая мощность ветряка зависит от множества других факторов.
Выбор размера ветрогенератора
Для определения подходящего размера ветряка для начала посмотрите сколько электроэнергии вы потребляете в месяц. Затем полученное значение умножьте на 12 месяцев.
Примерное количество электроэнергии вырабатываемое ветряком вы можете получить по формуле:
AEO = 1.64 * D*D * V*V*V
Где: AEO – электроэнергия за год (кВт*ч/год), D – диаметр ротора (в метрах), V – среднегодичная скорость ветра (м/сек)
Т.о. вы можете выбрать оптимальный размер ветрогенератора, вырабатывающий необходимую мощность для вашего дома или хозяйства. И возможно сэкономить на покупке.
Отношения с соседями
Многие люди требуют бережного отношения к окружающим их вещам: ландшафту, виду, исторически местам, тишине, соседям и т.п. Обязательно переговорите с соседями о ваших планах установить ветроэлектростанцию. Также вы должны понимать, что людям свойственен страх перед чем-то новым и неизвестным.
Многие люди думают, что ветряки наносят вред птицам. Но на самом деле раздвижные двери более опасные для птиц, чем небольшие ветряки. Также ветрогенераторы оказывают ничтожное влияние на радио и телевизионное вещание. Лопасти всех современных ветряков сделаны из стекловолокна или дерева. Эти материалы прозрачны для электромагнитных волн.
Соседи не приемлят шум от ветрогенератора. Прежде чем установить ветроэлектростанцию, ознакомьте ваших соседей с теми шумами, которые она может производить:
- аэродинамические шумы – возникают из-за потоков воздуха производимыми лопастями. Шумы увеличиваются со скоростью вращения ротора. Иногда из-за воздушных турбулентностей, некоторые виды лопастей могут издавать свистящий звук.
- механические шумы – могут возникать в других компонентах ветряка (генератор, редуктор и т.п.)
Сколько шума может производить ветроэлектростанция?
В 250-ти метрах, от типичной ветроэлектростанции уровень звукового давления составляет приблизительно 45 дБ. Небольшие ветряки производят не больше шума, чем кондиционеры.
Лопасти небольшого ветряка вращаются со средней скоростью 175-500 оборотов в минуту, максимум 1150 об/мин. Большие ветряки вращаются с постоянной скоростю 50-15 об/мин
Обслуживание
Ветроэлектростанции требуется постоянное техническое обслуживание – регулярные осмотры, смазка трущихся частей и т.п. Ежегодно проверяйте болтовые соединения и электрические контакты, подтягивайте их, если необходимо. Также проверяйте ваш ветряк на наличие коррозии и натяженность растяжек мачты.
Если лопасти сделаны из дерева, то наносите краску для защиты. На кромки лопастей наклейте прочную ленту для защиты от абразивной пыли и летающих насекомых. Если краска растрескается, а пленка отклеится, то незащищенное дерево быстрее прийдет в негодность. Влажность, проникшая в дерево лопастей, может вызвать дисбаланс ротора. Ежегодно проверяйте лопасти ветряка.
После 10 лет эксплуатации лопасти и подшипники должны быть заменены. При правильной установке и эксплуатации ветроэлектростанция может прослужить 30 и более лет. Правильное обслуживание также минимизирует уровень шума от вашего ветряка.
Безопасность
Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.
При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.
Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.
Что такое ветряная электростанция для дома
Стоит ли покупать ветрогенератор для дома? В регионах с повышенной ветреностью - это хорошее решение для получения энергии. Преимущества: бесплатно, экологически чисто, доступно, не требует топлива. Недостатки: непостоянство источника, шумно, долго окупается, цена.
Составляющие и принцип работы
Принцип ветрогенератора заключается в преображении кинетической энергии ветра в электрический ток. Поток воздуха приводит в движение крылья установки. Внутри турбины электромагнитная система преобразует полученную активность в электричество, которое аккумулируется в батарее.
Основными составляющими системы являются:
- генератор;
- лопасти;
- мачта;
- контроллер;
- аккумуляторная батарея;
- инвертор;
- автоматический переключатель источника питания.
Дополнительно также может устанавливаться анемоскоп и датчик направления ветра. В домашних условиях могут не использоваться, чаще используется в станциях средней и большой мощности, в производственных масштабах.
Составляющие ветрогенератора
Турбина установки вырабатывает переменный ток. С его помощью активность, получаемая от вращения крыльев, преобразуется в электричество. Электромагнитная установка внутри с помощью механического движения магнитов влияет на движение электронов в катушках.
Ток, которые вырабатывается в ходе этого взаимодействия, с помощью контроллера передается на аккумуляторную батарею. Количество вырабатываемой энергии зависит от скорости и силы, стабильности ветрового потока.
На мощность турбины влияет размер этих деталей.
При расчете для установки в доме, фиксируют потребление электричества в месяц. Умножают эту цифру на 12. При потреблении дома в 3600 кВт (300 в месяц) в регионе со средним значением - 5 м/с необходимо использовать длину не меньше 4 м.
D – диаметр ветроколеса ротора,
AOE – сумма потребляемой энергии в год,
V – средняя скорость ветра в регионе.
Если же размер необходимо уменьшить, тогда нужен аппарат с большей мощностью. С помощью формулы можно посчитать (с погрешностью 20%) какую энергию можно получить. Необходимо умножить квадрат диаметра лопастей на куб средней скорости потоков, далее разделить полученное значение на 7000.
То есть если скорость в вашей местности приблизительно 4 м/с, а диаметр деталей 2 метра, тогда (4 3 *2 2)/7000=0,036 кВт электричества получится. Если ветер усилится до 5 м/с, тогда получится 0,071 кВт. Если средняя скорость ветра неизменна, тогда можно на мощность повлиять с помощью длины лопастей.
Если их длинна в два раза больше, тогда при той же скорости мощность увеличивается в 4 раза. Эти расчеты можно использовать при изготовлении станции своими руками.
В таблице представлены данные по расчетам:
Турбина производительностью до 700 Ватт в месяц, с начальной скоростью ветра 2,5 м/с, и номинальной - 8, может выработать 120 кВт электричества при средней скорости - 6. Размер лопастей - 2,7 метра, количество - 3 шт. А налог при мощности от 0-1600 Вт даст месячную выработку в 230 кВт.
Самый распространенный это генератор мощностью 3000 Ватт с 3-мя крылами длинной 3,2 м. Его хватает, чтобы выработать 480 кВт, при скорости 6 м/с. Этого количества достаточно для обеспечения частного дома.
Высота мачты влияет на высоту размещения источника получения тока. Чем выше, тем сила ветра стабильнее, а скорость выше. Мачты бывают различной формы. Одним из ключевых факторов безопасности установки является материал, из которого сделана мачта. При сильном ветре или урагане основная нагрузка приходится на эту часть. Опоры должны быть прочными и выдерживать большие нагрузки. Обслуживать высокие мачты проблематично.
Так называемые фермные мачты имеют отдельные секции, которые изготавливаются из опорной трубы (обычно 3 штуки), соединенные между собой перемычками. Такие секции удобно использовать в дальнейшем, если необходимо увеличить или уменьшить высоту мачты. Они крепятся на болты, которые можно раскручивать и добавлять новые секции.
При установке мачты нужно учесть объекты на расстоянии до 300 метров, ветряк должен располагаться таким образом, чтобы они находились на метр ниже турбины. Ничто не должно мешать получить максимальную продуктивность.
Контроллер
Устанавливается для управления процессами и функциями. Этот механизм преобразовывает переменный ток в постоянный, который поступает на аккумуляторы. Также в контроллере осуществляется управление функциями поворота лопастей, защиты при сильном порывистом ветре.
Аккумуляторы
Батареи нужны для того, чтобы сохранять электричество, которое передает контроллер, и стабилизировать её. Напряжение, выходящее из батарей, стабильное и постоянное, в отличие от того, которое выходит из генератора. Также аккумуляторы позволяют использовать энергию, когда вращение отсутствует, и установка не работает.
Инверторы подразделяются на четыре вида:
Чистая синусоида подходит для любого типа электроприборов (медицинское, сетевое и другое оборудование) напряжение переменного тока 220 вольт. Модифицированная синусоида пригодна, при нечувствительном потреблении к качеству напряжения. Этим она отличается от чистой. Подходит для освещения, заряда устройств, обогревательных приборов и т.п.
Автоматический переключатель источника питания
АВР используют, если в электросети задействованы также солнечные батареи, генераторы топлива, общественная сеть, другие альтернативные источники питания. Эта установка переключает источники питания, если один из них недоступен. Он может работать только с одним источником.
Виды ветряных электростанций
Существует несколько видов в промышленных масштабах по типу размещения: наземные, прибрежные, шельфовые, плавающие, парящие, горные.
В бытовом использовании более важными являются типы конструкций:
- По количеству лопастей разделяют на двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы.
- По направлению оси вращения разделяются на вертикальные или горизонтальные. Преимуществом вертикальных является повышенная устойчивость конструкции. Преимуществом горизонтальных является большая выработка энергии.
- Также разделяют по управлению шагом лопасти. Изменяемый позволяет регулировать диапазон рабочей скорости вращения крыльев. Но конструкция с таким типом дороже, тяжелее. Для использования в домашних условиях лучше брать с фиксированным шагом.
- По типу изготовления материалов крыла бывают парусные или жесткие. Первые стоят дешевле, их проще изготовить самому, однако прочность их меньше, чем у жестких. Вторые изготавливают в основном из металла, пластика, стеклопластика. Такие лопасти служат дольше, и не требует частой замены. Если в районе ветра сильные, использовать парусные нерационально.
- Спиралевидные. Недавно разработаны технологии, в которых используются спиралевидные, известные как ротор Онипко. Принцип их конструкции позволяет снизить шум, а также получить выработку энергии на самых низких высотах при минимальных потоках. Особая конструкция спиралевидной формы также позволяет избежать столкновения с птицами - частой проблемой ветряков. За счет увеличенной площади контакта с ветром, у спиральной конструкции появляется эффект увеличения и усиления мощности. Хвостовой стабилизатор отсутствует, поскольку ротор улавливает поток воздуха самостоятельно на горизонтальной оси. Могут изготавливаться из различных материалов (пластик, металл и др.). В Голландии подобные решения уже испытывают, турбина называется LiamF1. Они очень практичны в условиях небольшой скорости ветра. Такие конструкции могут вырабатывать от 125 до 200 кВт в месяц на максимальной мощности. Их размер не превышает полтора метра в диаметре, может быть поставлен на крыше дома или мачте. При этом показатель шума не превышает 45 децибел. Такая конструкция будет уместна, как дополнительный источник энергии в небольших городах с преимущественно низкими постройками.
Что нужно учесть при выборе
В первую очередь необходимо изучить карту ветров региона, чтобы понять целесообразность. Затем необходимо сделать расчёт количества потребляемой энергии домом. Исходя из этих цифр, уточняется какой аппарат, с каким размером лопастей подойдет для обеспечения данного запроса.
Также необходимо учитывать климатические особенности и выбрать правильный вид установки. В зонах повышенной турбулентности ставят агрегат с вертикальным вращением, эти конструкции более устойчивы и долговечны в таких зонах.
Горизонтальные проявят себя лучше на открытой местности или возвышенности, а также на побережье. Однако, шум, производимый этими установками, возможно, будет мешать соседям, поэтому устанавливать их стоит на открытой местности, такой как поле. В этих условиях КПД горизонтальных выше, чем у вертикальных.
Спиралевидные конструкции позволено устанавливать в регионах с низким показателем скорости ветра, а также в густонаселенных пунктах. Такие конструкции почти не издают шум (до 45 ДБ), безопасные для птиц, не занимают большие площади.
Изучив все вышеперечисленные критерии, стоит рассчитать экономический показатель окупаемости установки. За какой период времени установка окупится согласно действующим тарифам на электроэнергию. Даже при долгом сроке окупаемости от 5 лет важно отметить, что этот источник энергии в будущем не потребляет никакого топлива.
Устройство ветрогенератора
Цены на товары с различной мощностью зависят от производителя, комплекта поставки (генератор, аккумуляторы, инвертор и др.). Ценовые предложения колеблются в показателях:
Замечания при строительстве своими руками
Если цены на ветряки слишком дорогие, можно сделать конструкцию своими руками. Чаще всего для экономии используют либо генератор от автомобиля, либо от стиральной машины. При использовании таких аппаратов чаще всего выбирают горизонтальный тип установки, в котором применяют 3-6 лопастей.
Готовые лопасти насаживают с помощью шкива на вал электродвигателя. С помощью деревянного бруса монтируют хвост и крепят с другой стороны вал. Для хвоста лучше взять лист алюминия. Бокс турбины нужно защитить от дождя либо кожухом, либо куском пластиковые трубы.
В нижней части устанавливается труба, которая в дальнейшем будет выполнять повороты механизма. Для мачты стоит использовать металлические трубы диаметром 32 миллиметра по длине от 3 до 4 метров.
Верхняя часть мачты является также поворотной втулкой, куда вставляется труба с двигателем. Внизу необходимо сделать опору с диаметром не меньше 60 сантиметров. На этой опоре установить U-образную трубопроводную арматуры посредине. Чтобы мачту получилось опускать, необходимо поставить тройник с поворотом.
Для изготовления электронных схем необходимы специальные знания, поэтому при отсутствии таковых следует купить контроллер и аккумуляторы. При необходимости также можно установить мультиметр, этот прибор будет отслеживать напряжение, выходящее из ветрогенератора и поступающее на батарею. Электроника требует защиты от дождя и ветра. Лучше использовать удлинитель и перенести этот блок в защищенное место.
Устанавливать или нет
Целесообразность использования данного типа установок всегда очень индивидуально. Однозначно стоит устанавливать такой вид источника энергии в тех местах, где нет доступа к другим вариантам. Хорошо будет работать установка на прибрежных зонах или на холмах. В этих районах доступ к источнику энергии почти постоянный, поэтому даже покупка дорогой электростанции оправдает себя через несколько лет.
Они помогут экономить, и получать электроэнергию, когда основной ресурс недоступен. При использовании крупных горизонтальных ветряков с большими лопастями нерационально ставить их в тех районах, где густонаселенные пункты.
В таких условиях лучше подойдут вертикальные генераторы или спиралевидные. Они не производят много шума. Их можно устанавливать даже в частных домах с близким соседством. Однако в этом случае ближайшие постройки могут влиять на производительность станции.
Проблему можно решить, дополнив сеть солнечными батареями. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить жилой дом электроэнергией.
Покупать или сделать своими руками - вопрос чисто финансовой стороны. Если есть средства на готовую установку, можно смело вкладывать в будущее, поскольку это вложение окупится в ближайшие годы.
Если же денег на покупку дорогого оборудования нет, но есть возможность собрать генератор своими руками, однозначно советуем установить ветряк дома самому. Он позволит сэкономить как минимум треть потребляемой энергии.
Ветряная электростанция для дома - сколько стоит и как изготовить своими руками
Составляющие и принцип работы ветряной электростанции для дома – виды ветряных электростанций, цены, что нужно учесть при самостоятельном изготовлении, также советы специалистов.
Ветрогенераторы для дома
Энергия ветра приручена людьми достаточно давно. Примером тому могут служить парусники, благодаря которым, в прошлом, мореплаватели открывали новые земли и создавали картину нашего настоящего мира. Также всем наверняка знакомы ветряные мельницы, которые являлись для наших предков единственными машинизированными средствами труда. Они и по сей день помогают людям.
Пример ветрогенератора для установки на крыше
В настоящее время энергия ветра представляет огромный интерес в качестве альтернативного источника электроэнергии. Попробуем разобраться, оправдан ли этот ажиотаж вокруг таких способов обеспечения электричеством дома, как ветряные электростанции.
Ветряные электростанции
Эти новомодные приспособления для получения электроэнергии представляют собой определенное количество генераторов, использующих для работы силу ветра, объединенных в систему вместе с другим вспомогательным оборудованием. Наиболее продвинутыми в направлении электроэнергетики странами являются Германия и Дания. Исследования показывают, что потребление энергии в этих странах существенно ниже по сравнению с их соседями. Также, благодаря тому, что они внедряют возобновляемую энергетику в другие страны, в их бюджете замечается существенный прирост.
Ветряные электростанции бывают двух типов: с горизонтальным и вертикальным расположением оси вращения.
Так выглядит горизонтальный ветрогенератор
Первый тип еще называют пропеллерным, и применяют его чаще всего, так как такие ветряки имеют наибольший коэффициент полезного действия. Их отличает более сложная конструкция, включающая в себя устройство для ориентации по ветру. Самодельное изготовление пропеллерного типа ветряков затруднено. Работают такие установки только при больших скоростях ветра, поэтому их применение в условиях слабых ветров нецелесообразно.
Второй тип – вертикальные ветровые генераторы, имеют более простую конструкцию, и неприхотливы относительно скорости ветра. Минусом таких устройств является их малый коэффициент полезного действия. Любой из типов ветряков имеет существенный минус – это невысокое качество получаемой электроэнергии, что обязывает принять меры для устранения этого недостатка. В качестве компенсаторов используются стабилизирующие устройства, преобразователи и аккумуляторы.
схема горизонтального ветрогенератора
Конструкция стандартной ветряной электростанции имеет следующие компоненты:
- ветряной двигатель;
- элемент, направляющий двигатель по ветру;
- редуктор;
- генератор;
- зарядное устройство;
- аккумуляторная батарея;
- инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный).
Если не углубляться в технические вопросы, процесс получения электроэнергии ветряными электростанциями можно описать следующим образом:
Перед установкой ветрогенератора в конкретном месте проводится ряд подготовительных мероприятий. 
В данной местности изучается направление и сила ветра, и если место оказывается перспективным, решается вопрос о рентабельности возведения станции.
Выбор ветряной электростанции
Сейчас в каждом регионе нашей страны можно найти организации предлагающие ветряки для дома. Выбор в сторону того или иного устройства делается на основании потребностей потребителя электроэнергии. К примеру, для обеспечения электричеством здания со множеством разнообразных потребителей электроэнергии потребуется мощная установка.
Для того чтобы сделать возможной работу сельскохозяйственной техники, достаточно будет запроектировать генератор малой мощности. В любом случае расчет и монтаж систем, использующих возобновляемые энергетические ресурсы лучше всего доверить специалистам. Покупке конкретного типа ветряка предшествует тщательный анализ скорости ветра на участке.
Схема ветроэнергетической установки
Также необходимо учесть такие моменты, как среднегодовое потребление электроэнергии и пиковые нагрузки, а также ландшафт местности. Если в радиусе ста метров от ветряка находится постройка или, к примеру, дерево, то мачта должна иметь высоту, превышающую это препятствие на 10 метров. Можно, конечно, задрать ветряк еще выше, однако это будет экономически нецелесообразно.
Положительные стороны использования ветрогенераторов
- Неисчерпаемость энергии ветра.
- Более простое устройство и быстрая окупаемость, по сравнению с другими альтернативными источниками энергии.
- Стабильное производство электроэнергии.
- Экологическая безопасность.
Отрицательные стороны ветряков
Сколько стоят ветровые генераторы
Ветряки различаются в зависимости от используемой силы и скорости ветра. На рынке представлены различные агрегаты в широком ассортименте. Установка мощностью до 6 кВт может обеспечить электроэнергией магазин, кафе или даже маленькое сельскохозяйственное угодье.
Если есть потребность в обеспечении электроэнергией некрупного поселка, то мощность электростанции должна быть порядка 18 – 25 кВт.
В среднем, за простые ветряки для дома, поставщики попросят не меньше семисот тысяч рублей. Установки для решения более серьезных задач обойдутся гораздо дороже, три миллиона – это вполне реальная цена.
Малая ветроэнергетика
Как было сказано выше, ветряные электростанции очень шумные сооружения. 
Однако, существуют и такие варианты, которые подходят для тех мест, где высокий уровень шума недопустим. Небольшие объекты, такие как магазины, маленькие дома вполне могут быть обеспечены электроэнергией с помощью таких бесшумных установок.
Наиболее популярные варианты в настоящее время - это вертикальные модели, которые обладают следующими достоинствами:
- бесшумная работа, исключающая вибрации;
- защита от сильных порывов ветра;
- защита от молнии;
- способность подстраиваться под направление ветра.
Ветряки для дома можно легко установить своими руками, а также они просты в эксплуатации. Существует такой вариант домашних ветрогенераторов, как ветряк парусного типа. Возможно, он может отпугнуть кого-то своей внешней непривлекательностью, но зато его использование может быть оправдано даже при слабом ветре. Так же как и стандартные ветряки, такие агрегаты нейтральны в отношении загрязнения окружающей среды, стоят недорого и почти бесшумны.
Перспективы развития электрических станций, в которых используется энергия ветра
Говорят, что на наш век природных ресурсов хватит, однако, недалеко то время, когда альтернативная энергетика займет лидирующие позиции среди всех вариантов выработки электроэнергии. Уже сегодня во многих странах можно встретить ветряные электростанции для дома. В нашей стране альтернативная энергетика развивается медленными темпами, что можно объяснить плохим финансированием со стороны государства.
Также, медленное развитие в нашей стране обуславливается большими запасами более дешевых энергоресурсов. Как бы то ни было, потребители в нашей стране сталкиваются с высокими тарифами на энергию, особенно в отдаленных районах. Для таких мест альтернативные источники энергии очень уместны, так как зачастую централизованное энергоснабжение там вовсе отсутствует. 
В защиту развития ветроэнергетики в России можно отметить тот факт, что наши территории располагают огромным ветроэнергетическим потенциалом. Крайний Север и Дальний Восток нашей страны можно отнести к самым ветреным зонам.
В некоторых регионах России очень активно используют энергию ветра, к примеру:
- Чукотский АО.
- Астраханская область.
- Республика Башкортостан.
- Республика Коми.
- Калининградская область.
- Ростовская область.
- Мурманская область.
Как показывает практика, ветряные электростанции и другие альтернативные источники энергии как минимум в два раза менее эффективны, чем электростанции, использующие традиционные виды энергии. Следовательно, для того чтобы получить столько же электрической энергии необходимо возвести в два раза больше станций. Рассуждая в таком ключе, можно прийти к выводу, что имеет место огромный перерасход материалов и занимаемой площади, что негативно влияет на экологию.
ветряная электростанция в Калифорнии
Капиталовложения на возведение ветряков сравнимы с затратами на строительство атомной электростанции, с расчетом вырабатываемой мощности. Если говорить о себестоимости вырабатываемого киловатта электроэнергии, то вопреки убеждениям она ненулевая. Все из-за того, что существуют эксплуатационные издержки.
Можно сделать вывод, что возобновляемость энергии несколько условна, так как для строительства ВЭС используются невозобновляемые материалы, производство которых, кстати, далеко не экологично.
Развитие альтернативной энергетики, в которой используется энергия ветра, идет медленными темпами из-за огромной трудоемкости процесса изготовления оборудования, необходимости в больших площадях и нестабильности работы.
Как сделать ветряные электростанции своими руками
Не секрет, что стоимость ветряков очень высока, и не всем по карману.
Поэтому, все больше «кулибиных» предпринимают попытки сделать такие установки самостоятельно. Для того чтобы сделать ветряк своими руками понадобится:
Первым делом следует сварить крестовину ротора и ось. В тех случаях, когда вместо металла используется древесина, для прикрепления к оси необходимо использовать клей. Лопасти крепятся с помощью болтовых соединений на одинаковом расстоянии друг от друга. Когда барабан будет собран, стыки обрабатываются краской. Следующий этап это создание станины. Для этого понадобятся уголки и шарикоподшипники.
После того как нанесен еще один слой краски, нижний конец оси дополняется шкивами. Далее, необходимо зацепить ремень на шкив и подсоединить его к генератору. Такие самодельные ветряки обладают мощностью около 800 Вт, и рассчитаны на скорость ветра до десяти метров в секунду.
Домашние ветряки
Для обеспечения электроэнергией дома, в котором проживает семья из четырех человек, необходим ветряк мощностью 10 кВт как минимум. Больше подойдет вариант, предусматривающий несколько маломощных ветряных генераторов, объединенных в общую систему. 
Для того чтобы ничто не могло повлиять на электроснабжение объекта, рекомендуют в одной системе использовать несколько типов альтернативных источников. В итоге получится, что если энергия ветра слаба, могут выручить солнечные батареи, ну а если и этого не хватит можно прибегнуть к помощи дизельного генератора.
Всегда очень привлекала идея автономного электроснабжения. У нас в дачном поселке часто бывают отключения электричества. Поэтому все чаще посещает мысль установить ветрогенератор. Статья помогла разобраться в этом вопросе детальней. Останавливает, главным образом, то, что данные установки очень шумные и создают помехи для телевизионных антенн.
Придумал ветряк принципиально новой конструкции. Ищу желающих воплотить вплоть до серийного-массового производства. Для начала изготовить один действующий и снять все характеристики. Все ветряки с 3 лопастями «получились», по сравнению с предлагаемым, - 3 %. Если интересно, с удовольствием буду сотрудничать.
Как сделать ветрогенератор или ветряк для дома своими руками
Виды ветрогенераторов для дома. Как выбрать ветряные электростанции, в зависимости от их цены и характеристик. Как сделать ветряк своими руками: пошаговая инструкция с фото и видео.
Ветрогенератор своими руками
Из этой статьи Вы узнаете, как изготовить несложный ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Такая ветряная электростанция всегда пригодится в удалённых местах, где нет доступа к бытовой электрической сети, например, на удалённом дачном участке. Конечно, можно использовать бензиновый генератор, но рокот и дым от двигателя внутреннего сгорания вряд ли кому-то придётся по душе, и уж точно это не располагает к отдыху на природе. Кроме того, расходы на бензин будут весьма немаленькими.
Ветряная электростанция сможет заряжать аккумуляторные батареи для автономной работы не сильно мощной бытовой техники и освещения. Впрочем, куда именно тратить полученную энергию, решать Вам.
Выходное напряжение 220/380В.
Эта статья рассчитана на любителей в области конструирования ветрогенераторов своими руками, и поэтому в качестве конструкции выбрана максимально простая схема ветряной электростанции. Это будет относительно тихоходный самодельный ветряк (показатель быстроходности Z=3). Такая конструкция является надёжной и безопасной при работе.
Выбор мощности ветряной электростанции
Наверняка многим, кто читает эту статью, не захочется ограничиваться постройкой ветрогенератора для питания холодильника и освещения на даче, а сразу построить такую электростанцию, чтобы запитать ею не только аккумуляторные батареи, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но такая мощная электростанция будет чрезвычайно сложна в изготовлении, ведь усложнение конструкции с ростом мощности возрастает даже не в квадрате, а чуть ли не в кубе!
Как пример ветряной электростанции мощностью всего 2 кВт можно привести промышленный ветрогенератор W-HR2 международной компании AVIC (изображен на фото). Этот ветрогенератор номинальной мощностью 2 кВт имеет ротор диаметром 3,2 м с аэродинамически металлическими лопастями, прочную стальную башню высотой 8 м на массивном железобетонном фундаменте. Монтаж узлов производится при помощи автокрана. Очевидно, что расчет и изготовление подобного ветрогенератора сложно даже для отдельных специализированных фирм, и практически нереально силами одного человека непрофессионала для сооружения такого ветряка своими руками.
Таблица 1. Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 м\с
Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м
В табл. 1 показано зависимость мощности ветроколеса крыльчатого типа от его диаметра и количества лопастей. Или другими словами, какой длинны нужно взять лопасти определённого ветроколеса, чтобы получить нужную мощность. Данные в этой таблице основаны на практических испытаниях эксплуатируемых ветрогенераторов, у которых КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) ветроколеса равен 0,35 (профиль среднего качества), КПД генератора имеет значение 0,8 и КПД редуктора - 0,9.
Для кого-то эти данные могут на первый взгляд показаться слишком завышенными. Так, для примера, из табл. 1 видно, что для постройки ветряной электростанции мощностью 500 Вт с тремя лопастями, диаметр ветроколеса должен быть равным 11,48 м. Но не стоит пугаться этой цифры, поскольку данные приведены для слабого ветра 4 м/с. Это обычный ветер для равнинной местности вдали от моря.
При этом с ростом скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рис. показано такую зависимость для электростанции номинальной мощностью 240 Вт. Из графика видно, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Но мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается в 2 3 =8 раз или с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.
В целом, основываясь на практическом опыте можно заключить, что относительно несложный самодельный ветрогенератор будет иметь мощность в пределах 200-500 Вт. Это своего рода «золотая середина». Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный ветрогенератор своими руками, который реально будет работать.
Выбор конструкции ветроколеса
Ветряное колесо - самая важная часть ветрогенератора. Именно оно преобразует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.
Наверняка, всем хорошо знакома форма ветряных колёс старинных ветряных мельниц. Это как раз тот случай исключение, когда всё забытое старое не всегда хорошо. Такие ветроколёса ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Всё потому, что низкие познания в аэродинамике старинных мастеров не позволяли им сконструировать более совершенную конструкцию.
На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы сделать парусную лопасть (1), достаточно просто прикрепить листовой материал к оси, расположив под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такой лопасти она будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Также на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.
Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа (2). При такой форме лопасти, которая похожа на крыло самолёта, потери от трения и разрежения сведены к минимуму. Что касается угла атаки лопасти, то на практике установлено, что наиболее оптимальный угол составляет 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.
Конечно, есть много других интересных типов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но все они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами). Например, установка с ротором Савониуса диаметром 2 метра и высотой 2 метра при тихом ветре 4 м/с будет иметь полезную мощность 20 Вт. Такую же мощность выработает шестнадцатилопастный крыльчатый винт диаметром всего 1 метр.
Поэтому мы не будем «изобретать велосипед» и сразу за основу возьмём конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный КИЭВ при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях.
Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:
Высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Изготовление же лопастей из дерева весьма трудоёмкий процесс.
Известно, что чем быстрее вращаются лопасти, тем больше сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей. Крайне нежелательно делать быстроходные лопасти вогнутыми, они должны иметь форму крыла самолёта. Изготовить же лопасти тихоходного винта гораздо проще для любителя. Нужно сильно «постараться», чтобы сделать лопасть для тихоходного винта из разрезанной трубы с КИЭВ хуже 0,3.
Быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.
Чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с малым числом лопастей (2-3) будет труднее сбалансировать.
Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, для более-менее мощного «ветряка» лучше выбрать число лопастей не менее 5-6.
Теперь основываясь на данных табл. 1, давайте прикинем, какой максимальной длинны лопасти подойдут для изготовления несложной электростанции. Очевидно, шестилопастный винт диаметром 2,5-3 м будет сложен в изготовлении. Представьте себе хотя бы процесс балансировки такого винта и его установку на мачту, которая в свою очередь должна быть довольно прочной, чтобы выдержать вес такого винта и аэродинамические нагрузки. А вот шестилопастный винт диаметром 2 метра или около того будет по силам энтузиасту для изготовления своими руками.
Возможно у кого-то возникнет соблазн, не посчитаться с затратой материалов и ещё больше увеличить количества лопастей для увеличения полезной мощности ветроустановки. Так, при числе лопастей двухметрового винта равным 12 мощность при «свежем» ветре (8 м/с) достигнет почти 500 Вт. Но такое дорогое ветряное колесо получиться слишком тихоходным, а значит, неизбежно потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции.
Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.
Электрический генератор для ветряной электростанции
При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:
где V - скорость ветра, м/с; L - длинна окружности, м; D - диаметр ветроколеса; Z - показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).
Таблица 2. Показатель быстроходности ветроколеса
Показатель быстроходности Z
Если в эту формулу подставить данные для выбранного ветроколеса диаметром 2 м и 6 лопастями, то получим частоту вращения. Зависимость частоты от скорости ветра показано в табл. 3.
Таблица 3. Обороты ветроколеса диаметром 2 м с шестью лопастями в зависимости от скорости ветра
Скорость ветра, м/с
Число оборотов, об/мин
Примем максимальную рабочую скорость ветра равной 7-8 м/с. При более сильном ветре работа ветрогенератора будет небезопасной и должна будет ограничиваться. Как мы уже определили, при скорости ветра 8 м/с максимальная мощность выбранной конструкции ветроэлектростанции будет равна 240 Вт, что соответствует частоте вращения ветроколеса 229 об/мин. Значит, нужно подобрать генератор с соответствующими характеристиками.
К счастью, времена тотального дефицита «канули в Лету», и нам не придётся по традиции приспосабливать автомобильный генератор от ВАЗ-2106 к ветряной электростанции. Проблема в том, что такой автомобильный генератор, например, Г-221 является высокооборотным с номинальной частотой вращения от 1100 до 6000 об/мин. Получается, без редуктора наше тихоходное ветроколесо ни как не сможет раскрутить генератор до рабочих оборотов.
Делать редуктор к нашему «ветряку» мы не будем, и поэтому подберём другой тихоходный генератор, чтобы закрепить ветроколесо просто на валу генератора. Наиболее подходящим для этого является веломотор, специально разработанный для мотор-колеса велосипедов. Такие веломоторы имеет низкие рабочие обороты, и могут легко работать в режиме генератора. Наличие постоянных магнитов в этом типе двигателя будет означать отсутствии проблем с возбуждением генератора как в случае, например, с асинхронными двигателями переменного тока, у которых, обычно, используются электромагниты (обмотка возбуждения). Без подпитки током обмотки возбуждения такой двигатель не будет вырабатывать ток при вращении.
К тому же весьма приятная особенность веломоторов заключается в том, что они относятся к бесколлекторным двигателям, а значит, не требуют замены щёток. В табл. 4 представлен пример технических характеристик веломотора мощностью 250 Вт. Как видим из таблицы, этот веломотор отлично подойдёт в качестве генератора для «ветряка» мощностью 240 Вт и с максимальными оборотами ветроколеса 229 об/мин.
Таблица 4. Технические характеристики веломотора мощностью 250 Вт
Номинальное напряжение питания
Тип питания статора
Изготовление ветрогенератора своими руками
После того как приобретён генератор, можно приступать к сборке ветрогенератора своими руками. На рисунке изображено устройство ветроэлектростанции. Способ крепления и расположения узлов может быть иным и зависит от индивидуальных возможностей конструктора, но нужно придёрживаться размеров основных узлов на рис. 1. Эти размеры подобранны под данную ветряную электростанцию с учетом конструкции и размеров ветроколеса.
Устройство ветрянной электростанции
1. лопасти ветроколеса;
2. генератор (веломотор);
3. станина для закрепления вала генератора;
4. боковая лопата для защиты ветрогенератора от ураганного ветра;
5. токоприёмник, который передаёт ток к неподвижным проводам;
6. рама для крепления узлов ветряной электростанции;
7. поворотный узел, который позволяет поворачиваться ветрогенератору вокруг оси;
8. хвост с оперением для установки ветроколеса по ветру;
9. мачта ветрогенератора;
10. хомут для крепления растяжек
На рис. 1 изображены размеры боковой лопаты (1), хвоста с оперением (2), а также рычага (3), через который передаётся усилие от пружины. Хвост с оперением для поворота ветроколеса по ветру нужно изготовить по размерам на рис. 1 из профильной трубы 20х40х2,5 мм и кровельного железа в качестве оперения.
Крепить генератор следует на таком расстоянии, чтобы минимальное расстояние между лопастями и мачтой было не менее 250 мм. В противном случае нет гарантий, что лопасти, прогнувшись под действием ветра и гироскопических сил, не разобьются об мачту.
Изготовление лопастей
Ветряк своими руками обычно начинается из лопастей. Наиболее подходящим материалом для изготовления лопастей тихоходного ветряка является пластик, точнее пластиковая труба. Изготовить лопасти из пластиковой трубы проще всего - небольшая трудоёмкость и трудно ошибиться новичку. Также пластиковые лопасти в отличии от деревянных гарантированно не покорежатся от влаги.
Труба должна быть из ПВХ диаметром 160 мм для напорного трубопровода или канализации, например, SDR PN 6,3. У таких труб толщина стенки не менее 4 мм. Трубы для безнапорной канализации не подойдут! Эти трубы слишком тонкие и непрочные.
На фото изображено ветроколесо с разбившимися лопастями. Эти лопасти были изготовлены из тонкой ПВХ трубы (для безнапорной канализации). Они прогнулись от давления ветра и разбились об мачту.
Расчет оптимальной формы лопасти довольно сложный и нет необходимости его тут приводить, пусть им занимаются профессионалы своего дела. Нам же достаточно изготовить лопасти, используя уже рассчитанный шаблон по рис. 2, на котором изображено размеры шаблона в миллиметрах. Нужно просто вырезать такой шаблон из бумаги (фото шаблона лопасти в масштабе 1:2), далее приложить к трубе 160 мм, нарисовать контур шаблона на трубе маркером и вырезать лопасти с помощью электролобзика или вручную. Красными точками на рис. 2 изображено ориентировочное расположение креплений лопастей.
В итоге у Вас должно будет получиться шесть лопастей, формой как на фотографии. Чтобы полученные лопасти имели более высокий КИЭВ и меньше издавали шума при вращении, нужно сточить острые углы и края, а также отшлифовать все шершавые поверхности.
Для крепления лопастей к корпусу веломотора нужно использовать головку ветродвигателя, которая представляет собой диск из мягкой стали толщиной 6-10 мм. К нему приварены шесть стальных полос толщиной 12 мм и монтажной длинной 30 см с отверстиями для крепления лопастей. Диск крепится к корпусу веломотора с помощью болтов с контргайками за отверстия под крепление спиц.
После изготовления ветроколеса, его нужно обязательно отбалансировать. Для этого ветроколесо закрепляется на высоте в строго горизонтальном положении. Желательно, это сделать в закрытом помещении, где нет ветра. При сбалансированном ветроколесе лопасти не должны самопроизвольно поворачиваться. Если же какая-то лопасть тяжелее, её нужно сточить с конца до уравновешивания в любом положении ветроколеса.
Также нужно проверить вращаются ли все лопасти в одной плоскости. Для этого замеряется расстояние от конца нижней лопасти до какого-нибудь ближайшего предмета. Затем ветроколесо поворачивается и замеряется расстояние от выбранного предмета до других лопастей. Расстояние от всех лопастей должно быть в пределах +/- 2 мм. Если разница больше, то перекос нужно устранить, подогнув стальную полосу к которой крепится лопасть.
Крепление генератора (веломотора) к раме
Поскольку генератор испытывает большие нагрузки, в том числе и от гироскопических сил, его следует надёжно закрепить. Сам веломотор имеет прочную ось, поскольку используется при больших нагрузках. Так, его ось должна выдерживать вес взрослого человека при динамических нагрузках, возникающих при ездё на велосипеде.
Но на раме велосипеда веломотор крепится с двух сторон, а не с одной, как будет при работе в качестве генератора тока для ветряной электростанции. Поэтому вал нужно крепить к станине, которая представляет собой металлическую деталь с резьбовым отверстием для накручивания на вал веломотора соответствующего диаметра (D) и четырьмя монтажными отверстиями для крепления стальными болтами М8 к раме.
Желательно, использовать максимально большую длину свободного конца вала для крепления. Чтобы вал не прокручивался в станине, его нужно закрепить гайкой с контршайбой. Станину лучше всего изготовить из дюралюминия.
Для изготовления рамы ветрогенератора, то есть основы, на которой будут располагаться все другие детали, нужно использовать стальную пластину толщиной 6-10 мм или отрезок швеллера подходящей ширины (зависит от наружного диаметра поворотного узла).
Изготовление токоприёмника и поворотного узла
Если к генератору просто привязать провода, то рано или поздно провода перекрутятся при вращении ветряка вокруг оси и оборвутся. Чтобы этого не произошло, нужно применить подвижный контакт - токоприёмник, который состоит из втулки, изготовленной из изоляционного материала (1), контактов (2) и щёток (3). Для защиты от осадков контакты токоприёмника должны быть закрыты.
Для изготовления токоприёмника ветрогенератора удобно использовать такой способ: сначала на готовом поворотном узле размещаются контакты, например, из толстой латунной или медной проволоки прямоугольного сечения (используется для трансформаторов), контакты должны быть уже с припаянными проводами (10), в качестве которых нужно использовать одно- или многожильный медный провод сечением не менее 4 мм 2 . Контакты накрываются пластиковым стаканчиком или другой ёмкостью, закрывается отверстие в опорной втулке (8) и заливается эпоксидной смолой. На фото использована эпоксидная смола с добавкой двуокиси титана. После затвердевания эпоксидной смолы деталь стачивается на токарном станке до появления контактов.
В качестве подвижного контакта лучше всего использовать медно-графитовые щетки от автомобильного стартёра с плоскими пружинами.
Для того чтобы ветряное колесо ветрогенератора могло поворачиваться по ветру, необходимо обеспечить подвижное соединения рамы ветродвигателя с неподвижной мачтой. Подшипники располагаются между опорной втулкой (8), которая через фланец соединяется с трубой мачты с помощью болтов и муфтой (6), которая приваривается дуговой сваркой (5) к раме (4). Чтобы облегчить поворот, нужен поворотный узел с использованием подшипников (7) с внутренним диаметром не менее 60 мм. Лучше всего подойдут роликоподшипники, которые лучше воспринимают осевые нагрузки.
Защита ветряной электростанции от ураганного ветра
Максимальная скорость ветра, при которой может эксплуатироваться данная ветряная электростанция, составляет 8-9 м/с. Если скорость ветра больше, работа ветряной электростанции должна ограничиваться.
Конечно, этот предлагаемый тип ветряка для изготовления своими руками тихоходный. Вряд ли лопасти раскрутятся до чрезвычайно высоких оборотов, при которых они разрушаться. Но при слишком сильном ветре давление на хвост оперения становится очень значительным, и при резком изменении направления ветра ветрогенератор будет резко поворачиваться.
Учитывая же, что лопасти при сильном ветре быстро вращаются, то ветроколесо превращается в большой тяжелый гироскоп, который противится любым поворотам. Именно поэтому между рамой и ветроколесом возникают значительные нагрузки, которые сосредотачиваются на валу генератора. Известно много случаев, когда любители строили ветрогенераторы своими руками без какой-либо защиты от ураганно ветра, и у них из-за значительных гироскопических сил ломались прочные оси автомобильных генераторов.
Кроме того, шестилопасное ветроколесо диаметром 2 м обладает значительным аэродинамическим сопротивлением, и при сильном ветре будет значительно нагружать мачту.
Поэтому, чтобы самодельный ветрогенератор служил долго и надёжно, а ветроколесо не свалилось на голову прохожим, необходимо защищать его от ураганных ветров. Проще всего защитить ветряк с помощью боковой лопаты. Это довольно простое устройство, которое хорошо зарекомендовало себя на практике.
Работа боковой лопаты заключается в следующем: при рабочем ветре (до 8 м/с) давление ветра на боковую лопату (1) меньше жесткости пружины (3), и ветряк устанавливается приблизительно по ветру с помощью оперения. Для того чтобы пружина не складывала ветряк при рабочем ветре более чем это нужно, между хвостом (2) и боковой лопатой натянута растяжка (4).
Когда скорость ветра достигает 8 м/с, давление на боковую лопату становится сильнее, чем усилие пружины, и ветрогенератор начинает складываться. При этом ветряной поток начинает набегать на лопасти под углом, что ограничивает мощность ветроколеса.
При очень сильном ветре ветряк складывается полностью, и лопасти устанавливаются параллельно направлению ветра, работа ветряка практически прекращается. Обратите внимание, что хвост оперения не связан с рамой жестко, а вращается на шарнире (5), который должен быть изготовлен из конструкционной стали и иметь диаметр не менее 12 мм.
Размеры боковой лопаты приведены на рис. 1. Саму боковую лопату, также как и оперение, лучше всего изготовить из профильной трубы 20х40х2,5 мм и стального листа толщиной 1-2 мм.
В качестве рабочей пружины можно использовать любые пружины из углеродистой стали с защитным цинковым покрытием. Главное, чтобы в крайнем положении усилие пружины равнялось 12 кг, а в начальном положении (когда ветряк ещё не складывается) - 6 кг.
Для изготовления растяжки следует использовать стальной велосипедный тросик, концы тросика загибаются в петлю, а свободные концы закрепляются восемью витками медной проволки диаметром 1,5-2 мм и спаиваются оловом.
Мачта ветрогенератора
В качестве мачты для ветряной электростанции можно использовать стальную водопроводную трубу диаметром не менее 101-115 мм и минимальной длинной 6-7 метров при условии относительно открытой местности, где на расстоянии 30 м не было бы препятствий для ветра.
Если же ветряную электростанцию невозможно установить на открытой площадке, то тут ничего не поделаешь. Нужно увеличивать высоту мачты так, чтобы ветроколесо было хотя бы на 1 м выше окружающих препятствий (домов, деревьев), иначе выработка электроэнергии ощутимо снизится.
Само основание мачты следует устанавливать на бетонную площадку, чтобы оно не продавливалось в размокшую почву.
В качестве растяжек нужно использовать стальные оцинкованные монтажные тросы, диаметром не менее 6 мм. Растяжки крепятся к мачте посредством хомута. У земли тросы крепятся к прочным стальным колышкам (из трубы, швеллера, уголка и т.д.), которые закопаны в землю под углом на полную глубину полтора метра. Ещё лучше, если они дополнительно замоноличенны у основания бетоном.
Поскольку мачта в сборе с ветрогенератором обладает значительным весом, то для ручной установки нужно использовать противовес, изготовленный из такой же стальной трубы, как и мачта или деревянного бруса 100х100 мм с грузом.
Электрическая схема ветряной электростанции
На рисунке изображена простейшая схема зарядки аккумуляторов: три вывода от генератора подключаются к трёхфазному выпрямителю, который представляет собой три диодных полумоста подключенных параллельно и объединённых звездой. Диоды должны быть рассчитаны на минимальное рабочее напряжение 50В и ток 20А. Так как максимальное рабочее напряжение от генератора будет равно 25-26 В, то выводы от выпрямителя подключаются к двух батареям на 12 вольт, соединённых последовательно.
При использовании такой простейшей схемы зарядка аккумуляторов протекает следующим образом: при низком напряжении менее 22 В зарядка аккумуляторов происходит очень слабо, поскольку ток ограничивается внутренним сопротивлением аккумуляторов. При скорости ветра 7-8 м/с вырабатываемое напряжение генератора будет в пределах 23-25 В, и начнётся интенсивный процесс зарядки аккумуляторов. При более высокой скорости ветра работа ветрогенератора будет ограничиваться боковой лопатой. Для защиты аккумуляторных батарей (при аварийной работе ветряной электростанции) от чрезмерного сильного тока в схеме должен быть плавкий предохранитель, рассчитанный на максимальный ток 25 А.
Как видите, эта простая схема имеет значительный недостаток - при тихом ветре (4-6 м/с) аккумуляторная батарея практически не будет заряжаться, а ведь именно такие ветра чаще всего встречаются на равнинной местности. Для того чтобы подзаряжать аккумуляторные батареи при несильном ветре, нужно использовать контроллер заряда, который подключается перед аккумуляторными батареями. Контроллер заряда будет автоматически преобразовывать необходимое напряжение, также контроллер более надёжен, чем плавкий предохранитель и предупреждает перезаряд аккумуляторов.
Чтобы использовать аккумуляторные батареи для питания бытовой техники рассчитанной на переменное напряжение 220 В, понадобится дополнительно инвертор для преобразования постоянного напряжения 24 В соответствующей мощности, которая подбирается в зависимости от пиковой мощности. Например, если Вы будете подключать к инвертору освещение, компьютер, холодильник, то вполне достаточно инвертора рассчитанного на 600Вт, если же планируете хоть изредка дополнительно пользоваться электродрелью или дисковой пилой (1500 Вт), то следует выбрать инвертор мощностью 2000 Вт.
На рисунке показано более сложную электрическую схему: в ней ток от генератора (1) сначала выпрямляется в трехфазном выпрямителе (2), далее напряжение стабилизируется контроллером заряда (3) и заряжает аккумуляторные батареи на 24 В (4). Для питания бытовых приборов подключается инвертор (5).
Токи от генератора достигают десятки ампер, поэтому для соединения всех приборов в цепи следует использовать медные провода общим сечением 3-4 мм 2 .
Желательно ёмкость аккумуляторных батарей взять не менее 120 а/ч. Общая емкость батарей будет зависеть от средней интенсивности ветра в регионе, а также от мощности и частоты подключаемой нагрузки. Более точно необходимая ёмкость будет известна в процессе эксплуатации ветряной электростанции.
Уход за ветряной электростанцией
Рассмотренный тихоходный ветрогенератор для изготовления своими руками, как правило, хорошо запускается при слабом ветре. Для нормальной работы ветрогенератора вцелом нужно придерживаться таких правил:
1. Через две недели после запуска опустить ветрогенератор при слабом ветре и проверить все крепления.
2. Не менее чем два раза в год смазывать подшипники поворотного узла и генератора.
3. При первых признаках разбалансировки ветроколеса (дрожание лопастей при вращении в установившемся по ветру положении) ветрогенератор следует опустить и устранить неисправность.
4. Раз в год проверять щетки токоприёмника.
5. Красить металлические детали ветряной электростанции один раз в 2-3 года.
Ветрогенератор своими руками или как сделать самодельный ветрогенератор для дома
В статье ветрогенератор своими руками рассмотрены вопросы выбора мощности самодельного ветряка, выбора конструкции ветроколеса, изготовления лопастей, крепления генератора к раме, защиты от ураганного ветра, ухода и др.
Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.
Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.
При этом, почему-то игнорируется факт, что в других местах той же Европы, подобных ветроэлектростанций практически нет. С чего бы это?
Вот именно об этом, когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, и пойдет речь в статье.
Автономность
Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.
Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.
И дабы вы не тратили понапрасну свои деньги, расскажем с выкладкой всех цифр, почему это именно так.
Скорость ветра
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз!
Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
- и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Аккумуляторные батареи для ветряков
Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.
А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.
При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.
Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.
Где лучше установить
Еще о чем стоит серьезно задуматься - это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.
Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).
Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.
О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.
Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.
Цена за 1квт мощности
4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.
Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.
Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.
Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.
Срок окупаемости и расчет экономии
Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.
Для вашей индивидуальной ветровой установки этот срок – НИКОГДА.
Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.
Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.
Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.
Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года!
И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.
При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.
Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.
И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.
Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.
Когда стоит покупать ветряк
Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.
Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.
Какие ветряки выбирать
Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.
У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!
