Использование энергии ветра для получения электрического тока, технология которую сегодня используют в промышленности и частном секторе. Особенно она актуальна в тех местах, куда сложно подвести электричество: в отдаленных районах, промышленных рудниках или на островах. В этом случае только ветряной генератор сможет обеспечить энергией предприятия и людей.
Что такое ветряной генератор?
Ветряк или ветряной генератор представляет собой устройство, установленное на высокой опоре с помощью которой вырабатывается электрический ток. Под действием потока ветра лопасти устройства соединенные с валом генератора, вращаются, приводя в движение ротор. В результате вращения ротора в обмотке статора генератора возникает электрический ток, который по проводам передается в аккумулятор, установленный в специальном помещении.
Лопасти ветряка выполнены с аэродинамическим эффектом, и позволяют вращать вал даже при легком дуновении ветерка, правда скорость вращения не постоянна и выработка тока происходит прерывисто. В аккумуляторе энергия накапливается, стабилизируется и подается потребителям непрерывно, независимо от прерывистости вращения лопастей.
Плюсы и минусы технологии
Ветрогенератор при работе шумит, поэтому расстояние до жилого дома должно быть не менее 30 м. Кроме того необходимо, чтобы деревья и здания не препятствовали попаданию потоку ветра на лопасти ветряка.
К плюсам установки устройства относятся следующее:
- После установки оборудования не надо покупать топливо. Расходы будут только для поддержания рабочего состояния и предупредительного ремонта.
- Будет обеспечен достаточной ветровой нагрузкой в большинстве климатических районах, особенно в отдаленных северных областях с постоянно дующими ветрами.
- Ветряк работает в автоматическом режиме и не нуждается в постоянном досмотре. А помещение с регулирующей аппаратурой и аккумуляторами размещается в удобном для обслуживания месте.
Минусы ветряных генераторов:
- При неправильной установке мачты устройство генерирует инфразвук, вредный для здоровья.
- Обязательно установка заземления для зашиты от молнии во время грозы.
- Обледенения лопастей в сырую морозную погоду, и повреждения при сильных порывах ветра.
- При выходе из строя генератора для его ремонта надо наклонять мачту, или лезть наверх.
Фундамент мачты должен обеспечивать ее устойчивость при сильных порывах ветра. Защитный тормоз генератора не дает развивать большую скорость вращения лопастей при порывах ветра.
Как он работает?
Под действием потока ветра лопасти начинают вращаться, при этом вращается и ротор генератора, закрепленный на одной оси с валом лопастей. На роторе установлены магниты, которые при вращении создают ток в обмотках статора. Появившийся в генераторе переменный ток перерабатывается в постоянный и по проводам поступает в аккумулятор, где накапливается для потребления.
Для потребления необходим переменный ток, поэтому заряд с аккумулятора преобразуется в инверторе в переменный со стандартными параметрами, напряжение 220 вольт, частота 50 Гц. После этого ток поступает в помещения для бытового использования.
Виды генераторов
В зависимости от положения оси вращения ротора, ветровые генераторы делятся на две основные группы: горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные генераторы нашли широкое применения для промышленных целей, а также снабжения электроэнергией удаленных хозяйственных объектов.
Вертикальные генераторы менее эффективнее. Они применяются в основном для снабжения энергией частных домов. Кроме того у них простая конструкция и их можно самостоятельно собрать в домашних условиях.
С геликоидным ротором
У вертикальных генераторов этого типа лопасти закручены по дуге. Такая конструкция вращает ротор плавно без рывков, улавливая даже небольшой порыв ветра. За счет отсутствия резких рывков на подвижные части устройства снижается динамическая нагрузка, тем самым увеличивая срок службы ветряка.
Но широкое применение геликоидного ротора сдерживается высокой стоимостью лопастей, имеющих сложную форму. Для их изготовления необходимо применять специальную технологию, что у частных пользователей не возможно.
С многолопастным ротором
Ротор генератора этого типа имеет сложную конструкцию и состоят из двух рядов лопастей расположенных вертикально по кругу. Внешние лопасти улавливают ветер, слегка сжимают и направляют его к внутреннему ряду лопастей, тем самым и увеличивая скорость ветра.
Внутренние лопасти подвижные, они подбирают ветер, направленный под определенным углом и увеличивают скорость вращения ротора. По отзывам специалистов такая конструкция очень эффективна, и улавливает даже малейшее дуновение ветерка. Но стоимость такого устройства высокая, и это сдерживает ее применения среди потребителей.
С ортогональным ротором
Особенностью конструкции является то, что на вертикальном валу крепятся параллельные лопасти на небольшом расстоянии от центра. Устройство работает устойчиво при любом направлении ветра, кроме того вертикальная установка центрального вала дает возможность разместить весь привод механизма непосредственно на земле.
У ортогонального ротора большая система лопастей, поэтому при работе испытывает очень большие динамические нагрузки, и срок службы у него не большой. Размещение оборудования на земле дает возможность вовремя проводить ремонта вышедших из строя узлов.
Работающие на водяных каплях
Этот необычный генератор не имеет подвижных частей и принцип его действия заключается в движении капель. В металлической рамке устанавливаются трубки с соплами и положительно заряженными электродами. Ветер сносит капли воды, также положительно заряженные, к электродам, у которых вследствие этого растет заряд.
Эффективность работы такой установки зависит от скорости ветра, наличия большого количества заряженных капель, и емкости созданного электрического поля. Ну а главным преимуществом является отсутствие вращающих узлов и никакого шума и износа.
С горизонтальной осью вращения
Роторы с горизонтальной осью вращения считаются более выгодными за счет того, что у них поток ветра попадает на большую рабочую часть лопасти. Правда они нуждаются в том, чтобы лопасти всегда были направлены по ветру.
Этот недостаток у генераторов слабой мощности решается с помощью окончания в виде флюгера, которое всегда устанавливается по ветру. У мощных генераторов есть специальное следящее устройство, автоматически поворачивающее лопасти на ветер.
С вертикальной осью вращения
Существует большое количество различных моделей с вертикальным расположением ротора. Они не отличаются большим КПД, но главное преимущество в том, что ветряки устанавливают на низкой высоте, а основные элементы привода можно вообще разместить на земле.
Лопасти не надо разворачивать по ветру, они всегда готовы к работе. А некоторые модели настолько чувствительны, что способны улавливать даже слабое дуновение ветра. Кроме того именно этот вид ротора чаще всего выбирается умельцами для изготовления ветряка своими руками.
С ротором Дарье
У ротора Дарье на вертикальном валу установлены 2 или 3 полосы, которые не имеют характерной формы для аэродинамического эффекта. Недостаток ротора в том, что если ветер равномерный без порывов, то самостоятельно он не закрутиться.
Для запуска ему нужен прерывистый шквалистый порыв ветра. После запуска у него высокая скорость вращения независимо от направления ветра. Все движущиеся части агрегата подвержены высоким динамическим нагрузкам, а по создаваемой мощности он уступает роторам с горизонтальной осью вращения.
Ветрогенератор – парус
Этот тип генератора создан на основе принципа паруса. У него вместо лопастей размещена установка, по внешнему виду похожая на антенну. Ветер, воздействуя на устройство, приводит в движение парус, который связан с поршнями.
При колебании паруса поршни двигаются приводя в действие систему гидравлики, с помощью которой происходит преобразование кинетической энергии в электрическую. По отзывам разработчиков у установки КПД в 2 раза больше, чем у обычных, а затраты на установку и эксплуатации ниже на 45 %.
Как сделать ветряк дома своими руками?
Покупка ветряка в полной комплектации слишком дорогое удовольствие. А по экспертным расчетам окупаемость таких затрат произойдет только через 7 лет, поэтому некоторые умельцы изготавливают ветряки для дома своими руками. Занятие это не простое, но зато вы получите экономию денежных средств.
Если вы изготавливаете ветряк с горизонтальной осью, то самым сложным элементом является изготовление пропеллерного винта диаметром 160-200 мм. Для этих целей применяют ПВХ трубы, которые крепят к пластине с отверстием для крепления вала генератора.
В качестве генератора используют мотор-колесо для скутера или велосипеда. Он полностью подходят к условиям работы ветряка, и развивает мощность до 1 кВт. Кроме того надо изготовить мачту, приобрести аккумулятор, инвертор, сделать разводку проводов и пульт управления.
Как выбрать при покупке?
При выборе ветряка для покупки необходимо определится для каких целей он нужен. Если вы хотите обеспечить свой дом электроэнергией, то тогда нужен агрегат мощностью 5 кВт с мощной аккумуляторной установкой и инвертором для бесперебойного снабжения электричеством.
Ниже приведены цены на некоторые модели ветрогенераторов:
- Exmork 5 кВт, 48 вольт, цена 301 194 руб. Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения. Номинальная скорость ветра 10 м/с, вращение начинается при скорости 2,5 м/с.
- Exmork 3 кВт, 48 вольт, цена 166 018 руб. Горизонтальная ось вращения, мощность при скорости ветра 12 м/с 3,5 кВт, при 5 м/с 0,5 кВт.
- Aero-Hunter AHV-2000, цена 192 940 руб. Вертикальная ось вращения, номинальная мощность 2 кВт, при скорости ветра 7-8 м/с.
- WW/FD 5,5 — 2 кВт/48VDC, цена 118 144 руб. Горизонтальная ось вращения, мощность 2 кВт, при скорости ветра 8,9 м/с.
Прежде чем устанавливать подобный альтернативный источник электроэнергии надо хорошо изучить все климатические условия местности, особенно ветровую нагрузку. От этого будет зависеть окупаемость ветряной электростанции, с учетом тех финансовых средств которые вложены на ее установку.
