Особенности вертикальных ветрогенераторов

Ветер имеет большую движущую силу, которую человек может использовать в своих целях. Это источник экологически чистой энергии. Используя ветрогенератор, можно получать дополнительную бесплатную мощность. В сегодняшней статье мы рассмотрим вертикальные виды ветрогенераторов, их особенности и виды.

Ветрогенератор – это самый простой способ получения альтернативной энергии для нужд дома. Это устройство призвано преобразовывать силу ветра в электрический ресурс. Дополнительных приспособлений для определения направления ветра не требуется. Описываемое устройство способно работать на низкой высоте, что позволяет его обслуживать без применения снаряжения для высотных работ.

Простота конструкции и минимальный набор подвижных деталей делают это устройство надежным и долговечным. Правильная форма лопастей и оригинальное строение ротора позволяют получить от генератора высокий уровень КПД, в независимости от направления ветра. Во время работы этого генератора полностью отсутствует любой шум, поэтому он не будет мешать пользователю и его соседям.

Принцип работы описываемого генератора заключается в магнитной левитации. Во время вращения ротора возникают импульсные и подъемные силы и сила трения, которая тормозит ротор. Внешний вид вращающейся части представляет собой цилиндр, закрепленный на раме. Правильная форма лопастей позволяет производить вращение всегда в одну сторону, независимо от направления ветра. Вне зависимости от модели и вида подобного генератора, он будет работать только в том случае, если давление ветряного потока на одну сторону будет больше, чем на другую.

Если соблюсти эти условия, то мы получим постоянное вращение ведущей оси генератора и выработку электроэнергии. Поскольку ветер имеет воздействие на обе стороны вращающегося механизма, это значит, что для старта вертикальной конструкции потребуется больше усилий, чем для горизонтальной. Однако если в конструкции применены качественные запчасти, то возможна самораскрутка.

Как и в случае с другими устройствами подобного типа, ветряные генераторы имеют свои преимущества:

• не зависят от направления ветра;
• использование этих устройств возможно при слабом ветре;
• шум установки примерно равен 30 дБ.;
• интересное и необычное изделие на вашем участке непременно заинтересует всех гостей и соседей.

Среди вертикальных генераторов карусельного типа, которые применяются для бытовых нужд, можно выделить различные конструкции и виды. Они очень просты в обслуживании и не так сложны в плане конструкции. Основные детали, которые нуждаются в техническом обслуживании, находятся внизу, к ним имеется легкий доступ. Рассмотрим самые известные и распространенные типы ветряных генераторов с вертикальной осью вращения.

• Ротор Савоуниса. Он состоит из 2 цилиндров, в которых скорость вращения и скорость ветра не зависят друг от друга. Даже при резких ветровых порывах агрегат продолжает вращение с заданной изначально скоростью. При таком условии можно сказать, что отсутствие связи скорости ветра со скоростью вращения генератора – это преимущество, однако, при этом воздушная сила используется лишь на 1/3. Геометрия лопастей позволяет им работать только в ¼ оборота.

• Ротор Дарье. Конструкция может иметь 2 или 3 лопасти. Сборка и установка очень простая. Приводится в движение при помощи ручного запуска. Описываемая установка не имеет большой мощности.

• Геликоидный ротор. Вращение этого генератора равномерное и плавное. Конструкция снимает с подшипников избыточную нагрузку, что существенно продлевает срок службы устройства. Монтаж установки такого типа очень продолжительный и трудоемкий. Сложная конструкция повлияла на увеличение конечной стоимости подобного продукта.

• Многолопастной ротор. Подобная конструкция с лопастями разной формы и направления позволяет устройству работать даже при очень слабом ветре. Этот генератор считается мощным преобразователем электроэнергии и имеет высокий уровень КПД. Энергия из силы ветра добывается максимально. Такая конструкция, помимо того, что дорогая, имеет высокий уровень шума.

• Ортогональный ротор. Такая установка начинает работать при скорости ветра 0.7 м/с. Конструкция состоит из 1 оси и лопастей. Уровень производимого шума минимален. Кроме всех технических характеристик, стоит отметить ее интересный и необычный внешний вид. Срок службы у такого устройства составляет несколько лет.

Стоит отметить, что тяжелые лопасти и конструкции в целом усложняют монтаж устройства на серьезной высоте. Кроме вертикальных ветряных генераторов, существуют еще горизонтальные модели. Разные варианты этих устройств имеют от 1 лопасти, их производительность больше, чем у вертикальных. Зато они имеют очень сильную привязанность к направлению движения ветра.

Перед рассмотрением популярных моделей ветрогенераторов необходимо разобраться в их параметрах и критериях выбора описываемых изделий. Основными критериями при подборе являются:

• максимальная мощность изделия;
• объем добываемой энергии за 1 месяц;
• минимальная скорость движения воздуха, при которой может работать генератор;
• условия эксплуатации;
• наличие устройств, которые защищают установку от перегрузок;
• срок эксплуатации;
• цена продукта.

На сегодняшний день ветряные генераторы производятся многими странами, в число которых входит и Россия. Их производят несколько организаций:

• ООО «СКБ Искра»;
• ЗАО «Ветроэнергетическая компания»;
• ЛМВ «Ветроэнергетика»;
• ЗАО «Агрегат-привод».

Агрегаты российского производства не так известны и востребованы в других странах, как роторные модели немецкого, датского, китайского и бельгийского производства. Ведущие мировые компании по производству ветряных генераторов тратят огромные деньги на разработки новых типов лопастей, генераторов, точных расчетов по передаточным числам. Продукция этих компаний имеет большой выбор по мощностям от 1-10 КВт и дополнительное оборудование, которое можно приобрести отдельно (наборы с концентратором, инвертором, аккумуляторами). Кроме мощности, имеются различия в цене и по комплектующим элементам. Российские компании производят ветреные генераторы с различными типами роторов и максимальной мощностью устройств. Самыми продаваемыми изделиями считаются следующие модели нового поколения.

• ВУЭ-1.5. Это компактная установка, которая может перевозиться любым транспортом. В монтаже и эксплуатации она простая и понятная. Этот маленький генератор практически бесшумный. Имеет номинальную мощность 1.5 КВт. Выходное напряжение 48 V. Скорость ветра для нормальной работы должна быть в диапазоне 2.5-25 м/с.

• ВУЭ-3 (6). Такое устройство предназначено для автономного снабжения небольшого потребителя (частный дом). Номинальная мощность описываемой установки – 3 КВт, но при установке дополнительного оборудования (инвертора и аккумуляторов) мощность можно увеличить до 6 КВт. Напряжение на выходе 48 V. Необходимая скорость ветра для работы – от 4 до 30 м/с.

• ВУЭ-30. Установка ориентирована на питание большого дома или нескольких домов. Ее номинальная мощность равна 30 КВт. Напряжение на выходе имеет диапазон 90-400 V. Скорость ветра для работы установки должна быть от 4-60 м/с.

Ветряной генератор – это не очень сложная конструкция, которую сможет собрать практически любой человек, если он имеет начальные навыки работы с ручным инструментом и обладает знаниями в электротехнике. Рассмотрим процесс сборки самого простого ветряного генератора для пользователей, начинающих осваивать альтернативные источники энергии.

Чтобы не ошибиться в размерах и собрать все правильно, можно воспользоваться любым готовым чертежом из интернета или можно начертить свой собственный и проверить его на деле. Для изготовления надежной и качественной конструкции потребуется:

• листовой металл для изготовления лопастей с толщиной 0.8-0.9 мм, он не должен быть слишком тонким и слабым, чтобы его не погнул или не порвал сильный порыв ветра, но и слишком толстый материал также нежелателен, поскольку избыточный вес конструкции приведет к быстрому износу подшипников;
• стальная пластина 40 мм или другого диаметра;
• стальная труба 25 мм;
• полуось от любого автомобиля с подшипником;
• стальной уголок;
• 2 шкива разного размера;
• автомобильный генератор.

Схема сборки самодельного ветряного генератора простая, в нее всегда можно добавить свои конструкторские решения. Из листового металла нужно изготовить 4 лопасти, размер которых будет составлять 1000 на 800 мм. Для скрепления лопастей между собой применяется стальная полоса. В результате конструкция должна напоминать форму барабана. Лопасти должны быть направлены от центра к наружной стороне. Такое направление позволит иметь больший парус на захват воздушного потока, а при развороте лопасти ее обтекаемая форма будет иметь минимальное сопротивление воздуху.

Из стальной трубы изготавливается вертикальный упор, который одной стороной крепится к полуоси, а на противоположную устанавливаются получившиеся лопасти.

Для большей производительности нам и понадобятся шкивы разных радиусов. Тот, который побольше, крепим на мачту, а который поменьше – на сам генератор. Если на генераторе имеется свой шкив, то можно использовать его. После этого генератор готов к выработке тока, но его нужно отправить в нужное нам место. Для этого прикрепляем к контактам провода. Желательно, чтобы они были медные и сечением не менее 1.5 кв. мм.

Как и любая техника, ветряные генераторы нуждаются в регулярном обслуживании. Для качественной и бесперебойной работы необходимо смазывать все движущиеся части конструкции. Эту процедуру нужно проводить не реже, чем 2 раза в год. Поскольку конструкция имеет постоянную вибрацию, во время обслуживания нужно подтягивать ослабшие гайки и крепления проводов. Слабые и провисшие троса необходимо подтянуть и осмотреть лопасти на предмет трещин и надрывов.

В подобных изделиях желательно применять подшипники закрытого типа, чтобы в них попадало меньше влаги и пыли, а гайки должны иметь самостопорящееся кольцо из пластика. Это не избавит пользователя от необходимости обслуживания механизма, только обеспечит более продолжительный срок службы. При обнаружении на металлических деталях следов коррозии необходимо вовремя принять меры по защите металла. Краска по ржавчине исправит ситуацию.

Одним из важнейших условий работы ветрогенератора является выбор места его установки. Идеальный вариант для работы описываемого устройства – открытая местность и точка установки выше всех посторонних сооружений и естественных преград для ветра (дома, деревья, холмы). Если этими требованиями пренебречь, то КПД вашего генератора упадет. Если имеется возможность разместить вертикально-осевой генератор на берегу реки, то это очень хорошее решение, поскольку ветра от воды дуют особенно часто. Хороший вариант размещения вашего генератора – на искусственной или естественной возвышенности. Места в полях тоже подойдут для размещения этого приспособления. Проще говоря, ему подойдет любая местность, на которой нет преград ветру.

Размещать генератор такого типа в черте города или в районах плотной застройки можно, но только на крыше и как можно выше, только так вы сможете добиться лучшего результата. Установка этого устройства на крыше многоквартирного дома может оказаться довольно трудной. Потребуется письменное согласие всех жильцов и разрешение от управляющей компании. Кроме этого, шум агрегата может быть слышен на верхних этажах, из-за этого уже установленную конструкцию могут потребовать убрать. Разместить на территории частного дома намного проще и быстрее, поскольку не нужно брать разрешения и договариваться.

Вертикальный ветрогенератор с мультипликатором представлен далее.