Все о ветрогенераторах

Для улучшения бытовых условий человечество использует воду, различные полезные ископаемые. В последнее время популярными становятся альтернативные источники энергии, в особенности сила ветра. Благодаря последней люди научились получать энергетическое обеспечение как для бытовых, так и для промышленных нужд.

В связи с тем, что потребность в энергетических ресурсах возрастает ежедневно, а запасы привычных носителей энергии сокращаются, использование альтернативных источников энергии становится с каждым днем всё более актуальным. В последнее время ученые и инженеры-конструкторы создают новые модели ветряных установок. Использование новейших технологий позволяет улучшить качественные характеристики агрегатов и уменьшить количество отрицательных моментов в конструкциях.

Ветрогенератор – это вид технического устройства, при помощи которого кинетическая ветряная энергия преобразуется в электрическую.

Ветрогенераторы используются в разных местах, обычно это отрытые территории, там потенциал ветра самый большой. Станции альтернативных источников энергии устанавливают в горах, на мелководье, островах и полях. Современные установки могут производить выработку электричества даже при небольшой силе ветра. Благодаря такой возможности ветрогенераторы используют для снабжения электрической энергией объектов разной мощности.

• Стационарная ветряная станция может обеспечить электрической энергией частный дом или небольшой объект на производстве. Во время отсутствия ветра запас энергии будет аккумулироваться, а после использоваться из батареи.

• Ветровые установки со средней мощностью могут применяться на фермерских хозяйствах либо в домах, которых удалены от теплосетей. В данном случае этот источник электроэнергии может использоваться для отопления помещений.

Ветрогенератор работает при помощи силы ветра. Конструкция данного устройства должна включать следующие элементы:

• турбинные лопасти или пропеллер;
• турбина;
• электрический генератор;
• ось электрического генератора;
• инвертор, в функции которого входит преобразование переменного тока в постоянный;
• механизм, вращающий лопасти;
• механизм, вращающий турбину;
• аккумулятор;
• мачта;
• контроллер вращательных движений;
• демпфер;
• датчик ветра;
• хвостовик ветряного датчика;
• гондола и иные элементы.

У промышленных агрегатов предусмотрен силовой шкаф, защита от молнии, поворотный механизм, надежный фундамент, приспособление для тушения пожара, телекоммуникации.

Ветрогенератором принято считать устройство, которое преобразует ветряную энергию в электричество. Предшественниками современных агрегатов являются мельницы, что производят муку из зерна. Однако схема подключения и принцип работы генератора практически не поменялись.

1. Благодаря силе ветра начинают вращаться лопасти, крутящий момент которых передается к валу генератора.
2. Вращение ротора создает трехфазный переменный ток.
3. Через контроллер переменный ток отправляется к аккумуляторной батарее. Аккумулятор необходим для того, чтобы создать стабильную работу ветрогенератора. Если ветер присутствует, то агрегат заряжает батарею.
4. Для защиты от урагана в ветряной системе генерации тока имеются элементы для увода ветроколеса от ветра. Происходит это складыванием хвоста или торможением колеса при помощи электрического тормоза.
5. Чтобы подзарядить аккумулятор, потребуется установить контролер. В функции последнего входит отслеживание зарядки АКБ для предотвращения ее поломки. При надобности данное приспособление может сбросить лишнюю энергию на балласт.
6. Аккумуляторы имеют постоянное невысокое напряжение, однако к потребителю оно должно доходить силой 220 Вольт. По этой причине в ветрогенераторы устанавливают инверторы. Последние способны преобразовывать переменный ток в постоянный, увеличивая показатель его силы до 220 Вольт. Если инвертор не будет установлен, то потребуется использовать только те приборы, которые рассчитаны на низкое напряжение.
7. Ток в преобразованном виде отправляется к потребителю для питания отопительных батарей, освещения помещений, работы бытовой техники.

Классификация ветряных электростанций основана наследующих критериях.

1. Количество лопастей. В настоящее время в продаже можно встретить однолопастной, малолопастной, многолопастной ветряки. Чем меньше лопастей у генератора, тем выше будут обороты его двигателя.
2. Показатель номинальной мощности. Бытовые станции вырабатывают до 15 кВт, полупромышленные – до 100, а промышленные – более 100 кВт.
3. Направление оси. Ветрогенераторы могут быть как вертикальными, так и горизонтальными, у каждого из видов есть свои плюсы и минусы.

Желающие обзавестись альтернативным источником энергии могут купить ветрогенератор с ротором, кинетический, вихревой, парусный, мобильный.

Также существует классификация генераторов электроэнергии из ветра согласно месту их расположения. На сегодня выделяют 3 типа агрегатов.

1. Наземные. Такие ветряки считаются самыми распространенными, их монтируют на холмах, возвышенностях, подготовленных заблаговременно площадках. Монтаж таких установок происходит с использованием дорогой техники, так как элементы конструкций требуется фиксировать на большой высоте.
2. Прибрежные станции строят в прибережной части моря, океана. На работу генератора оказывает влияние морской бриз, за счет него роторное устройство производит энергию круглосуточно.
3. Шельфовые. Ветрогенераторы данного типа устанавливают в море, обычно на дистанции около 10 метров от берега. Такие устройства создают энергию из регулярного морского ветра. В последующем энергия к берегу попадает по специальному кабелю.

Вертикальные ветрогенераторы характеризуются вертикальным расположением оси вращения относительно земли. Это устройство, в свою очередь, делится на 3 вида.

• С ротором Савоуниса. В составе конструкции имеется несколько полуцилиндрических элементов. Вращение оси агрегата происходит постоянно и не зависит от силы и направления ветра. Преимуществами данного генератора можно назвать высокий уровень технологичности, качественный пусковой крутящий момент, а также способность функционировать даже при незначительной силе ветра. Недостатки устройства: низкоэффективная работа лопастей, потребность в большом количестве материалов в процессе изготовления.

• С ротором Дарье. На вращательной оси устройства располагается несколько лопастей, которые в совокупности имеют вид полосы. Плюсами генератора принято считать отсутствие необходимости ориентироваться на поток воздуха, отсутствие сложностей в процессе изготовления, простое и удобное обслуживание. Минусы агрегата заключаются в низком КПД, непродолжительном межремонтном цикле, слабом самозапуске.

• С геликоидным ротором. Ветрогенератор данного вида является модификацией предыдущего варианта. Его преимущества заключаются в длительном периоде эксплуатации и небольшой нагрузке на механизмы и опорные узлы. Недостатки агрегата состоят в высокой стоимости конструкции, трудном и сложном процессе производства лопастей.

Ось горизонтального ротора в данном устройстве располагается параллельно земной поверхности. Они бывают однолопастными, двулопастными, трехлопастными, а также многолопастными, в которых количество лопастей достигает 50 штук. Преимуществами данного вида ветрогенератора является высокий КПД. Недостатки агрегата заключаются в следующем:

• необходимость в ориентации согласно направлению потоков воздуха;
• надобности монтажа высоких конструкций – чем выше установка, тем она будет мощнее;
• необходимости в устройстве фундамента для последующего монтажа мачты (это способствует увеличению стоимости процесса);
• высокой шумности;
• опасности для пролетающих мимо птиц.

Лопастные генераторы энергии имеют вид пропеллера. В данном случае лопасти принимают энергию потока воздуха и перерабатывают ее во вращательное движение.

У горизонтальных ветрогенераторов имеются крыльчатки с лопастями, которых может быть определенное количество. Обычно их 3 штуки. В зависимости от количества лопастей, мощность устройства может как увеличиваться, так и снижаться. Явным преимуществом данного вида ветряка является равномерность распределения нагрузок на опорный подшипник. Недостаток агрегата состоит в том, что для установки такой конструкции требуется много дополнительных материалов и трудовых затрат.

Турбинные ветрогенераторы в настоящее время считаются наиболее эффективными. Причиной этого является оптимальное сочетание лопастных площадей с их конфигурацией. Преимуществами безлопастной конструкции можно назвать высокий уровень КПД, низкую шумность, что вызвано небольшими габаритами устройства. Ко всему прочему данные агрегаты не разрушаются при сильном ветре и не создают опасности для окружающих и птиц.

Ветряк турбинного типа используют в городах и поселках, с его помощью можно обеспечить освещением частный дом и дачу. Недостатков у такого генератора практически не имеется.

Главными преимущественными характеристиками ветрогенераторов можно назвать следующие:

• экологическую безопасность – деятельность установок не вредит окружающей среде и живым организмам;
• отсутствие сложностей в конструкции;
• простоту использования и управления;
• независимость от электрических сетей.

Среди недостатков данных устройств специалисты выделяют такие:

• высокую стоимость;
• возможность окупиться только через 5 лет;
• невысокий КПД, небольшую мощность;
• необходимость в наличии дорогостоящего оснащения.

Устройства для генерации энергии из ветра могут быть разных размеров. Их мощность зависит от габаритов ветряного колеса, высоты мачты и скорости ветра. Самый большой агрегат имеет колонну длиной 135 м, при этом диаметр его ротора составляет 127 м. Таким образом, его общая высота достигает 198 метров. Крупные ветрогенераторы с большой высотой и длинными лопастями подходят для обеспечения энергией мелких промышленных предприятий, ферм. Более компактные модели можно установить дома или на даче.

В настоящее время выпускают походный вид ветряка с лопастями в диаметре от 0,75 и 60 метров. По мнению специалистов, габариты генератора не должны быть грандиозными, так как для выработки небольшого количества энергии подойдет мелкая портативная установка. Самая маленькая модель агрегата в высоту составляет 0,4 метра и весит меньше 2 килограмм.

Сегодня производство ветрогенераторов налажено во многих странах мира. На рынке можно встретить модели российского производства и агрегаты из Китая. Из отечественных производителей самыми востребованными считаются такие фирмы:

• «Ветро-Свет»;
• Rkraft;
• «СКБ Искра»;
• «Сапсан-Энергия»;
• «Ветроэнергетика».

Большой популярностью также пользуются зарубежные фирмы-производители генераторов электроэнергии:

• Goldwind – Китай;
• Vestas – Дания;
• Gamesa – Испания;
• Suzion – Индия;
• GE Energy – США;
• Siemens, Enercon – Германия.

Однако стоит помнить, что применение таких ветрогенераторов подразумевает использование дорогого ремонта, а также запасных частей, найти которые в отечественных магазинах практически невозможно. Стоимость агрегатов для производства электроэнергии обычно зависит от особенностей конструкции, мощности и фирмы-производителя.

Чтобы правильно выбрать ветреный генератор для дачи или дома, необходимо брать во внимание следующее.

1. Расчет мощности установленных электроприборов, что будут подключены в помещении.
2. Мощность будущего агрегата, учитывая запасной коэффициент. Последний не позволит перегрузить генератор в пиковой ситуации.
3. Климат территории. Наличие осадков оказывает негативное воздействие на производительность устройства.
4. КПД оснащения, который считается одним из самых важных показателей.
5. Показатели шума, которыми характеризуется ветрогенератор в процессе работы.

Помимо всего вышеперечисленного, потребителю стоит оценить все параметры установки, а также ознакомиться с отзывами о ней.

Чтобы увеличить эффективность функционирования ветрогенератора, потребуется сменить его рабочие возможности и характеристики в положительную сторону. Во – первых, стоит заняться повышением эффективности чувствительности крыльчатки относительно слабого и неустойчивого ветра.

Это своеобразная односторонняя мембрана для потока воздуха, которая свободно пропускает ветер в одностороннем направлении. Мембрана представляет собой непроницаемую преграду для движения воздушных масс в обратном направлении.

Другим методом увеличения КПД ветрогенератора является применение диффузоров либо защитных колпаков, которые отсекают поток с противодействующей поверхности. У каждого из вариантов есть как достоинства, так и недостатки. Однако они в любом случае эффективнее, нежели традиционный образец.

Ветровой генератор является дорогим удовольствием. При желании установить его на своей территории стоит учитывать следующие моменты:

• наличие подходящей местности;
• преобладание частых и сильных ветров;
• отсутствие иных альтернативных источников энергии.

В противном случае ветряная станция не даст ожидаемого результата. Так как спрос на альтернативную энергию возрастает с каждым годом, а покупка ветряка – это ощутимый удар по семейному бюджету, можно попробовать сделать агрегат своими руками с последующей установкой. Изготовление ветряка может быть основано на неодимовых магнитах, редукторе, лопастях и их отсутствии.

Преимуществ у созданного собственноручно ветряка довольно много. Поэтому при большом желании и наличии элементарных способностей конструктора, практически любой мастер может построить станцию для генерации электроэнергии на своем участке. Самым простым вариантом устройства считается ветряк с вертикальной осью. Последней не требуется опора и высокая мачта, а процедура монтажа характеризуется простотой и быстротой.

Для создания ветрогенератора потребуется подготовить все нужные элементы и зафиксировать на выбранное место модуль. В составе самодельного вертикального генератора энергии обязательным считается присутствие таких элементов:

• ротора;
• лопастей;
• осевой мачты;
• статора;
• аккумулятора;
• инвертора;
• контроллера.

Лопасти можно сделать из легкого упругого пластика, так как иные материалы могут повреждаться и деформироваться под влиянием высоких нагрузок. Первым делом из труб ПВХ необходимо вырезать 4 равные детали. После этого из жести нужно выкроить пару полукруглых фрагментов и зафиксировать их по краям труб. В данном случае радиус лопастной части должен составлять 69 см. При этом высота лопасти будет достигать 70 см.

Чтобы собрать роторную систему, необходимо взять 6 неодимовых магнитов, 2 ферритовых диска с диаметром 23 см, клей для скрепления. На первом диске следует разместить магниты, учитывая угол 60 градусов и диаметр расположения 16,5 см. Согласно этой же схеме собирают второй диск, а магниты заливают клеем. Для статора нужно подготовить 9 катушек, на каждую из которых намотать 60 витков медной проводки с диаметром в 1 мм. Пайку необходимо проводить в следующей последовательности:

• начало первой катушки с окончанием четвертой;
• начало четвертой катушки с окончанием седьмой.

Вторая фаза собирается аналогичным образом. Далее из фанерного листа производят форму, дно которой застилают стекловолокном. Поверх монтируются фазы из спаянных катушек. Заливку конструкции проводят клеем и оставляют на несколько дней для склеивания всех деталей. После этого можно приступать к соединению отдельных элементов ветрогенератора в единое целое.

Чтобы собрать конструкцию в верхнем роторе, следует проделать 4 отверстия под шпильки. Магнитами вверх на кронштейн устанавливается нижний ротор. После этого нужно разместить статор с отверстиями, необходимыми для монтажа кронштейна. В пластину из алюминия следует упереть шпильки, после этого накрыть вторым ротором магнитами вниз.

При помощи гаечного ключа необходимо вращать шпильки так, чтобы ротор равномерно и без рывков опускался вниз. Когда нужное место будет занято, шпильки стоит выкрутить и убрать пластины из алюминия. По окончании работы конструкцию нужно зафиксировать при помощи гаек и не жестко их затянуть.

В качестве мачты подойдет прочная труба из металла, имеющая длину от 4 до 5 метров. К ней прикручивают заранее собранный генератор. После этого фиксируют каркас с лопастями к генератору, а мачтовую конструкцию устанавливают на площадку, что подготовлена заранее. Положение системы фиксируется с помощью растяжки.

В следующем видео представлен обзор самодельного ветряка.