Энергия ветра.
С точки зрения полезного использования ветровой энергии в энергетике на сегодняшний день оптимальными являются скорости ветра 8…18 м/с. При меньших скоростях ветроэнергетические установки малоэффективны, при больших возникает опасность разрушения конструкций установки.
Так как воздух имеет массу, и эта масса движется с некоторой скоростью относительно поверхности земли, то трудно даже представить, какой колоссальной кинетической энергией обладает окружающее нас воздушное пространство!!!
Чтобы составить представление о величине этой энергии, давайте вырежем из пространства его часть в виде цилиндра, мысленно расположив некий обруч плоскостью перпендикулярно направлению вектора скорости ветра. Площадь сечения обруча – S=1 м2 (диаметр d=1,13 м).
Если на вашем компьютере не установлена программа MS Excel, можно воспользоваться свободно распространяемой программой OOo Calc из пакета Open Office.
Правила форматирования ячеек листа Excel, применяемые в статьях этого блога, можно посмотреть на странице «».
Включаем Excel и на листе «Энергия ветра» и составляем простую расчетную программу, которая позволит быстро рассчитывать мощность ветроустановок при различных исходных условиях.
Исходные данные:
1. Скорость ветра vв в м/с записываем
в ячейку D3: =10,0
2. Время t в с заносим
в ячейку D5: =1
3. Площадь сечения потока воздуха S в м2 вписываем
в ячейку D6: =1,000
4. Плотность воздуха или удельный вес воздуха при нормальных условиях (атмосферном давлении 101325 Па = 760 мм рт. ст. и температуре +273,15° К = 0° C) γ в кг/м3 вписываем
в ячейку D7: =1,293
5. Коэффициент полезного действия — КПД ветроустановки (реально достигаемые значения не превышают 0,3…0,4) записываем
в ячейку D8: =0,35
Результаты расчетов:
6. При скорости ветра v за время t через сечение обруча пройдет объем воздуха в виде цилиндра V, который вычисляем в м3
в ячейке D10: =D3*D4*D5 =10,000
V=S*vв*t
7. Массу воздухаm в кг, прошедшую через сечение кольца за время t определяем
в ячейке D11: =D6*D9 =12,930
m=γ*V
8. Кинетическую энергию T в Дж, которой обладает движущийся цилиндр воздуха рассчитываем
в ячейке D12: =D10*D3^2/2 =647
T=m*vв2/2
9. Мощность N в КВт, которую мы смогли бы отобрать из этой струи воздуха при заданном КПД, вычисляем
в ячейке D13: =D11/D4*D7/1000 =0,226
N=(T/t)*КПД=(S*γ*vв3/2)*КПД
При реальных КПД ветроэнергетических установок около 0,3…0,4, при скорости ветра vв=10 м/с и диаметре лопастей ветряка d=1,13 м (площадь круга S=1 м2) можно получить мощность порядка N=200…250 Вт. Этой мощности хватит чтобы за час вспахать полсотки земли! Представляете сколько вокруг нас энергии, которую мы никак не научимся эффективно отбирать и преобразовывать?! Сегодняшние ветроэнергетические установки мало-мальски начинают работать при скорости ветра vв>4 м/с, выходя на рабочий режим при скорости vв=9…13 м/с. Однако уже при скорости ветраvв>17 м/с приходится больше заботиться о безопасности окружающих людей, животных, сооружений и сохранности установки, нежели о производстве энергии…
Расчет мощности ветрогенератора для дома или дачи
Для расчета номинальной мощности ветрогенератора для организации электроснабжения частного дома или загородной недвижимости предлагаем воспользоваться следующими принципами
Для выбора ветрогенерирующей электроустановки требуется как можно более точно определить наиболее постоянное направление и среднюю скорость ветра в месте предполагаемого монтажа оборудования. При этом необходимо понимать, что лопасти ветрогенератора начинают вращение при скорости ветра от 2 м/с. Наиболее максимальный коэффициент полезного действия (КПД) установки достигается при скорости ветра 9 – 12 м/с.
Для обеспечения электроэнергией небольшого загородного дома необходим генератор с номинальной мощностью не менее 1 кВт час, вырабатываемых при скорости ветра порядка 8 м/c.
Мощность ветрогенерирующей электроустановки во многом зависит от скорости ветра и диаметра рабочего винта.
Для расчета эксплуатационных характеристик ветряка для небольшого загородного дома можно воспользоваться следующими формулами:
Рассчет ветрогенератора по площади вращения
P = 0,6*S*V3,
Где
S – Площадь (м2), перпендикулярная относительно направления ветра;
V – Скорость ветра (метров в секунду).
P – Мощность генератора, кВт
Р = D2*V3/7000,
Где
D – Диаметр винта (метров);
V – Скорость ветра (метров в секунду).
P – Мощность генератора, кВт
Более сложный расчет с учетом плотности воздушного потока
Более точный расчет можно сделать по следующей формуле:
P = ξ • π • R2 • 0,5 • V3 • ρ • ηред • ηген
Где,
ξ – коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξmax = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина
R – радиус ротора, единица измерения – м
V – скорость воздушного потока, единица измерения – м / с
ρ – плотность воздуха, единица измерения – кг/м3
ηред – КПД редуктора, единица измерения – проценты
ηген – КПД генератора, единица измерения – проценты
Из реальной жизни практический расчет мощности ветрогенератора.
Эту формулу можно встретить на многих форумах и сайтах по ветрогенераторам. Для проверки формулы я хочу сравнить реальные данные двух ветрогенераторов небольшой мощности с почти одинаковыми по площади винтами, но один горизонтальный, а второй вертикальный.
На фото два реальных самодельных ветрогенератора, первый горизотальный трехлопастной с диаметром винта 1,5м., второй вертикальный шириной 1м высотой 1,8м. Не считая данные сразу напишу что мощность горизонтального на ветру 10м/с около 90 ватт, и вертикального 60ватт. КИЭВ первого так-как лопасти сделаны на глазок наверно 0,3 , а второго вертикального вроде хорошо сделанного 0,2. Теперь вычислим площадь винта ометаемую ветром, для первого это 1,76м, для второго вертикального 1,8м. значит для горизонтального 0,6*1,76*10*10*10=1056*0,3*0,8-20%=202ватт. значит для вертикального 0,6*1,8*10*10*10=1080*0,2*0,8-20%=138ватт. Получились вот такие теоретические данные, но зная реальные становится становится понятно что КИЭВ обоих ветрогенераторов и КПД их генераторов далек от хороших показателей. В таком случае для большинства самодельных генераторов, которые делаются на глазок без расчетов можно смело скидывать еще 50% и получить в итоге реальную ожидаемую мощность от ветроустановки с ветроколесом определенной площади.
Расчет параметров ветроколеса
Расчет ветроколеса имеет важное значение при создании ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора
Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д
Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д.
Следует учитывать, что увеличение количества лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает мощность вращательного движения. Соответственно, малое число лопастей надо применять на быстроходных генераторах, а большое количество —торах, нуждающихся в большом усилии вращения.
Формула быстроходности ветроколеса выглядит следующим образом:
Z = L × W / 60 / V,
Где Z — искомая величина (быстроходность),
L — длина окружности, описываемой лопастями.
W — частота (скорость) вращения крыльчатки.
V — скорость ветра.
Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многолопастные образцы с количеством лопастей от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и более активно принимают на себя энергию воздушного потока.
Сколько экономии энергии дает ветряк?
Величина экономии, полученной от использования ветрогенератора, рассчитывается по собственным данным. Она складывается, с одной стороны из расходов на приобретение и сборку ветряка или его деталей, расходов на обслуживание комплекта. С другой стороны, учитывается стоимость сетевой электроэнергии в данном регионе, либо цена подключения и прочие расходы, связанные с этим.
Разница полученных величин и будет являться величиной экономии. Необходимо учесть также отсутствие возможности для подключения в некоторых районах, когда ветрогенератор становится единственным доступным вариантом. В таких случаях разговор об экономии становится неуместным.
Сколько же выдает мой ветряк при ветре 3 — 4 метра в секунду , и немного о будущей мачте
Сколько электроэнергии вырабатывает?
Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и собственно генератора. Максимально возможным количеством следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину КИЭВ крыльчатки. На практике показатели намного ниже, так как в получении результата большое значение имеет скорость ветра, которую невозможно заранее предсказать.
Кроме того, имеются различные тонкие эффекты, в сумме оказывающие заметное влияние на конечную производительность ветряка. Принципиально важными значениями являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество полученной энергии.
Минимальная скорость ветра для ветряка
Минимальная скорость ветра — в данном случае это величина, при которой лопасти ветряка начинают вращаться. Это значение показывает степень чувствительности крыльчатки, но на конечный результат влияет слабо. Генератор имеет собственные потребности, для него само по себе вращение еще не решает все вопросы.
Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Рассматривать минимальную скорость вращения следует только с позиций общей эффективности рабочего колеса, позволяющей оценивать его способность обеспечить выработку энергии на слабых потоках.
Как сделать своими руками
Умея работать с различным ручным инструментом и приняв решение построить ветровой генератор своими силами, лопасти такого устройства, также можно изготовить самостоятельно. В этом случае выбор материала, используемого для изготовления, зависит от имеющегося в наличии, и это могут быть следующие варианты:
Из ПВХ трубы
В этом случае используются трубы, используемые для сетей канализации или водопровода, большого диаметра и обладающие высокой прочностью, что обусловлено их применением в сетях с избыточным давлением.
Расчет формы лопасти произвести самостоятельно довольно таки сложно, поэтому оптимальный вариант, это найти шаблон требуемого размера. Для этого можно воспользоваться специализированной литературой, журналами или интернет ресурсами, в которых приводится большое количество разнообразных по конфигурации и геометрическим размерам изделий.
По шаблону, на поверхности трубы, наносятся размеры, после чего, при помощи режущего инструмента, выполняется выпиливание лопастей, как на ниже приведенном рисунке.
Боковые грани зачищаются, удаляются заусеницы и неровности. После изготовления требуемого количества, лопасти соединяются в единый блок и помещаются на вал ветрового генератора.
Из стеклопластика
При использовании стеклопластика (стекловолокна), вначале из дерева изготавливается шаблон, по которому в дальнейшем, и изготавливаются элементы лопастей. Как правило, в этом случае, они делаются полыми, при необходимости возможна установка усиливающих лонжеронов и заполнении пустот различными компонентами.
При создании шаблона, поверхность лопасти условно делится по горизонтальной оси, после чего получается шаблон нижней и шаблон верхней частей. По изготовленному основанию (шаблону), который можно назвать матрицей, изготавливаются отдельные элементы лопасти. Для этого по матрице, с использованием эпоксидной смолы и отвердителя, наносятся несколько слоев стекловолокна, которое должно затвердеть. После застывания, внутрь поверхности изготавливаемого изделия, устанавливаются лонжероны и уплотнитель (в хвостовую часть). Уплотнитель укладывается в случае необходимости, что должно быть подтверждено соответствующим расчетом или обоснованием, приведенном в технической литературе, где был взят шаблон.
Изготовленные части соединяются между собой при помощи клея, в комлевой части, монтируется хвостовик, с помощью которого лопасть крепится к валу ветрового генератора.
При выполнении работ потребуется следующий инструмент:
- Ножовки различного типа, в зависимости от используемого материала;
- Ножницы по металлу или ручной электрический инструмент (лобзик, «болгарка» и т.д.);
- Маркеры и чертилки, используемые для разметки изготавливаемых деталей;
- Абразивные материалы: наждачная бумага, шлифовальные круги для углошлифовальной машинки, напильники – используемые для обработки поверхностей.
Как сделать расчет ветрогенератора
Методика расчета мощности ветроколеса ветрогенератора относительно точная и довольно простая.{amp}lt;p{amp}gt;
Ниже формула расчета мощности энергии ветра P=0.6*S*V^3, где
P- мощность Ватт
V^3- Скорость ветра в кубе м/с
r- радиус окружности в квадрате
К примеру если взять площадь винта 3кв.м. и посчитать мощность на ветре 10 м/с, то получится 0,6*3*10*10*10=1800ватт. Но это мощность ветрового потока, а винт заберет часть мощности, которая в теории может достигать 57%, но на практике для горизонтальных трехлопастных ветрогенераторов этот параметр 35-45%. А для вертикальных типа Савониус 15-25%.
Обратите внимание
Тогда в среднем для горизонтального трехлопастного винта коэффициент использования энергии ветра поставим 40% и посчитаем, 1800*0,4= 720 ватт. Винт заберет 720 ватт у ветра, но еще есть КПД генератора, который у генераторов на постоянных магнитах примерно 0,8 , а с электровозбуждением 0,6. Тогда 720*0,8=576 ватт.
Но на практике все может быть гораздо хуже, так-как генератор не во всех режимах работы имеет высокий КПД, так-же eсть потери в проводах, на диодном мосту, в контроллере, и в аккумуляторе. Поэтому можно скинуть смело еще 20% мощности и останется примерно 576-20%=640,8 ватт.
Обратите внимание
У вертикального ветрогенератора это параметр будет еще меньше так-как во-первых КИЭВ всего 20%, а так-же мультипликатор, КПД которого 70-90%.
Тогда изначальные из 1800 ватт мощности ветра лопасти отнимут 1800*0,2=360ватт. Минус КПД генератора 0,8 и мультипликатора 0,8 равно 360*0,8*0,8=230,4ватт.
И еще минус 20% на потери в проводах, диодном мосту, контроллере и АКБ., и останется 230,4-20%=183,6ватт.
Эту формулу можно встретить на многих форумах и сайтах по ветрогенераторам. Для проверки формулы я хочу сравнить реальные данные двух ветрогенераторов небольшой мощности с почти одинаковыми по площади винтами, но один горизонтальный, а второй вертикальный.
КИЭВ первого так-как лопасти сделаны на глазок наверно 0,3 , а второго вертикального вроде хорошо сделанного 0,2.
Теперь вычислим площадь винта ометаемую ветром, для первого это 1,76м, для второго вертикального 1,8м.
значит для горизонтального 0,6*1,76*10*10*10=1056*0,3*0,8-20%=202ватт.
значит для вертикального 0,6*1,8*10*10*10=1080*0,2*0,8-20%=138ватт.
Получились вот такие теоретические данные, но зная реальные становится становится понятно что КИЭВ обоих ветрогенераторов и КПД их генераторов далек от хороших показателей.
Важно
В таком случае для большинства самодельных генераторов, которые делаются на глазок без расчетов можно смело скидывать еще 50% и получить в итоге реальную ожидаемую мощность от ветроустановки с ветроколесом определенной площади.
Горизонтальный ветрогенератор мощностью 202ватт.-50%=101ватт, а реальных 90ватт.
Вертикальный ветрогенератор мощностью 138ватт.-50%=69ватт,а реальных 60ватт.
Уже продолжительное время интересуясь ветрогенераторами я сделал ( может и ошибочный) вывод что большинство самодельных ветроустановок далеки от заводских аналогов. Только лишь с применением точных расчетов можно добиться высокого КПД всей ветроустановки и это удается не многим.
Расчет мощности ветроколесаКак расчитать диаметр и мощность ветрогенератора, в принципе все достаточно просто.Формула для расчета ветроколеса, а так-же реальные примеры расчетов мощности.{amp}lt;p{amp}gt;
Расчёт катушек сколько поместится витков провода
Теперь когда нам известны размеры катушек тот можно подумать каким проводом мотать катушки и сколько витков поместится. Если магниты шириной 10мм, то статор должен быть по ширине 8 м, так-как расстояние между магнитами на противоположных дисках должно быть 10 мм. Но я хочу сделать статор толщиной 10 мм, а расстояние между магнитами получится тогда 12 мм. Статор толщиной 10 мм, и по 1мм это зазор между статором и магнитами. Ширина борта катушки у меня получилась 14 мм, можно сделать и меньше, можно чуть больше уменьшив внутреннее отверстие катушки. Я выбрал оптимально 14 мм. Если мотать проводом диаметром 1 мм, то поместится ровно 14 витков по ширине борта катушки. Толщина статора 10 мм, значит и толщина катушки 10 мм, но так как провод начала катушки выходит сбоку, то он съедает 1мм, и остаётся 9 мм. Таким образом размеры под витки провода 14*9мм, это 126 витков.
Если провод будет например 1,5 мм в диаметре, то поместится (14:1.5=9.3), (9:1.5=6), (6*9=45) 45 витков. Думаю с этим понятно, есть площадь, а сколько витков поместится зависит от диаметра провода.
>
Как функционирует генератор: принцип превращения вращательного движения в электрическую энергию?
Ветер приводит в круговое движение лопасти, которые обеспечивают вращение ветроколеса. Оно в свою очередь передает движение на турбину. Воздействуя на мультипликатор, она начинает вырабатывать электрическую энергию в пропорциональном соотношении к силе воздействующего на лопасть ветра. Чем больше эта сила, тем большее количество электрической энергии вырабатывается.
При этом нужно учесть, что наибольшим КПД обладают генераторы, у которых нет мультипликатора. Он ускоряет движение оси, но при этом сам потребляет энергию. Но в определенной местности, где потоки ветра слабые, их нужно ставить, даже жертвуя частью производительности.
Расчёт винтов ветряных установок
При конструировании ветряка обычно применяются два вида винтов:
- Вращение в горизонтальной плоскости (крыльчатые).
- Вращение в вертикальной плоскости (ротор Савониуса, ротор Дарье).
Конструкции винтов с вращением в любой из плоскостей можно рассчитать при помощи формулы:
Z= L*W/60/V
Для этой формулы: Z – степень быстроходности (тихоходности) винта; L – размер длины описываемой лопастями окружности; W – скорость (частота) вращения винта; V – скорость потока воздуха.
Такой выглядит конструкция винта под названием «Ротор Дарье». Этот вариант пропеллера считается эффективным при изготовлении ветрогенераторов небольшой мощности и размеров. Расчёт винта имеет некоторые особенности
Отталкиваясь от этой формулы, можно легко рассчитать число оборотов W – скорость вращения. А рабочее соотношение оборотов и скорости ветра можно найти в таблицах, которые доступны в сети. Например, для винта с двумя лопастями и Z=5, справедливо следующее соотношение:
| Число лопастей | Степень быстроходности | Скорость ветра м/с |
| 2 | 5 | 330 |
Также одним из важных показателей винта ветряка является шаг. Этот параметр можно определить, если воспользоваться формулой:
H=2πR* tg α
Здесь: 2π – константа (2*3.14); R – радиус, описываемый лопастью; tg α – угол сечения.
Можно ли избежать плачевных последствий ветровой нагрузки
Итак, чтобы избежать негативного разрушительного воздействия ветровой нагрузки на кровлю, следует придерживаться нескольких правил.
Совет №1
Крайне важно смонтировать правильный каркас кровли. Так, каркас в обязательном порядке должен иметь раскосы и подкосы
Чтобы усилить стропила, они должны быть связаны диагоналями. Кроме всего прочего, увеличивает прочность кровли и правильно смонтированная обрешетка.
Совет №2. Усилить ту крышу, которая уже построена. Например, это можно сделать, если обеспечить дополнительное крепление стропильной ноги. Достигается это следующим образом. Используя скрутку из вязальной проволоки необходимо скрутить нижний конец каждой стропильной ноги. Прикручивание осуществляется к ершу, который забивается в стену. Под ершом подразумевается металлический штырь из ковки, который на своей поверхности имеет насечки. Эти насечки обязательно направлены в противоположную сторону его выдергивания.
Совет №3. Правильный выбор кровельного материала. Так, существует группа кровельных материалов, которые нельзя назвать надежными. Профнастил отличается высокой парусностью. Этим показателям также характеризуется металлочерепица. Если говорить за натуральную черепицу, то она неплохая, но вот способ ее крепления не обеспечивает серьезную надежность при возникающих нагрузках. Каждый из этих материалов очень легко может сорвать ветер при большей его мощности. Если говорить за ондулин, то он не имеет такого недостатка. Особенность его монтажа включает в себя плотное прилегание к обрешетке. Для крепления используются специальные фирменные гвозди. Такому покрытию нестрашны сильные ветровые нагрузки.
Виды ветряных электростанций
По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.
Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть.
Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.
В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:
- с вертикальной осью вращения;
- с горизонтальной осью вращения.
Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.
Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.
Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м
Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.
В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.
Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий
Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.
Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:
- количеством лопастей – бывают ветряки с двумя и тремя лопастями, встречаются и многолопастные модификации;
- материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
- шагом винта – регулируемый или фиксированный.
Следует отметить, что вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер.
В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.
В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.
Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.
Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс.
Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.
Какие ветрогенераторы самые эффективные
| Горизонтальные | Вертикальные |
| Такой вид оборудования получил наибольшую популярность, в нем ось вращения турбины располагается параллельно земле. Подобные ветрогенераторы часто называют ветряными мельницами, в них обороты лопастей осуществляются против потока ветра. Конструкция оборудования включает в себя систему для автоматического прокручивания головной части. Она требуется для поиска ветрового потока. Также необходимо устройство для поворота лопастей, чтобы для выработки электроэнергии использовать даже небольшую силу. Применение такого оборудования более целесообразно на промышленных предприятиях, чем в быту. На практике они чаще используются для создания систем ветроэлектростанций. | Устройства такого типа на практике менее эффективны. Вращение лопастей турбины осуществляется параллельно поверхности земли независимо от силы ветра и его вектора. Направление потока также не играют роли, при любом воздействии вращательные элементы прокручиваются против него. В результате этого ветровой генератор теряет часть мощности, что приводит к снижению энергоэффективности оборудования в целом. Но в плане установки и обслуживания агрегаты, в которых лопасти расположены вертикально, более подходят для домашнего использования. Это связано с тем, что редукторный узел и генератор монтируются на земле. К минусам такого оборудования следует отнести дорогостоящую установку и серьезные эксплуатационные затраты. Для монтажа генератора потребуется достаточно места. Поэтому использование вертикальных устройств более целесообразно в небольших частных хозяйствах. |
| Двухлопастные | Трехлопастные | Многолопастные |
| Данный тип агрегатов характеризуется наличием двух элементов вращения. Этот вариант практически неэффективен сегодня, но достаточно распространен за счет своей надежности. | Этот вид оборудования является самым распространенным. Трехлопастные агрегаты используются не только в сельских хозяйствах и промышленности, но и в частных домовладениях. Этот тип оборудования получил распространение благодаря надежности и эффективности. | Последние могут иметь от 50 и более элементов вращения. Чтобы обеспечить выработку нужного объема электроэнергии, надо не само прокручивание лопастей, а вывод на необходимое число оборотов. Наличие каждой дополнительного элемента вращения обеспечивает увеличение параметра общего сопротивления ветрового колеса. В результате этого выход оборудования на необходимое количество оборотов будет проблематичным. Карусельные устройства, оборудованные множеством лопастей, начинают вращение при небольшой силе ветра. Но их применение более актуально, если играет роль непосредственно сам факт прокручивания, к примеру, когда требуется перекачка воды. Чтобы эффективно обеспечить выработку большого количества энергии, многолопастные агрегаты не используются. Для их функционирования требуется установка редукторного устройства. Это не только усложняет всю конструкцию оборудования в целом, но и делает ее менее надежной по сравнению с двух- и трехлопастными. |
| С жесткими лопастями | Парусные агрегаты |
| Стоимость таких агрегатов более высокая за счет дороговизны производства деталей вращения. Но по сравнению с парусным оборудованием, генераторы с жесткими лопастями более надежны и характеризуются высоким ресурсом эксплуатации. Поскольку в воздухе содержится пыль и песок, на элементы вращения воздействует высокая нагрузка. При работе оборудования в стабильных условиях, ему требуется ежегодная замена антикоррозийной пленки, которая наносится на концы лопастей. Без этого элемент вращения со временем начинает терять свои рабочие свойства. | Такой тип лопастей более прост в плане производства и менее затратный, по сравнению с металлом либо стеклопластиком. Но экономия при изготовлении может привести к серьезным расходам в будущем. При диаметре ветрового колеса в три метра скорость движения конца лопасти может составить до 500 км/ч, когда обороты оборудования составляют около 600 в минуту. Это — серьезная нагрузка даже для жестких деталей. Практика показывает, что элементы вращения на парусном оборудовании приходится менять часто, особенно если сила ветра высокая. |
В соответствии с разновидностью роторного механизма все агрегаты можно разделить на несколько видов:
- ортогональные устройства Дарье;
- агрегаты с роторным узлом Савониуса;
- устройства с вертикально-осевой конструкцией агрегата;
- оборудование с геликоидным типом роторного механизма.
Выбор модели
Стоимость комплекта ветрогенератора, инвертора, мачты, ШАВРа — шкафа автоматического включения резерва, напрямую зависит от мощности и КПД.
| Максимальная мощность кВт | Диаметр ротора м | Высота мачты м | Номинальная скорость м/с | Напряжение Вт |
| 0,55 | 2,5 | 6 | 8 | 24 |
| 2,6 | 3,2 | 9 | 9 | 120 |
| 6,5 | 6,4 | 12 | 10 | 240 |
| 11,2 | 8 | 12 | 10 | 240 |
| 22 | 10 | 18 | 12 | 360 |
Как видим для полного или частичного обеспечения усадьбы электричеством необходимы генераторы большой мощности, установить которые самостоятельно довольно проблематично. В любом случае высокие капитальные вложения и необходимость производства работ по монтажу мачты с помощью спецтехники существенно снижают популярность ветровых энергетических систем для частного использования.
Существуют переносные ветрогенераторы малой мощности, которые можно взять с собой в путешествие. Эти модели компактны быстро монтируются на местности, не требуют особого ухода, и дают достаточно энергии, для комфортного времяпрепровождения на природе.
И хоть максимальная мощность такой модели всего 450 Вт, этого достаточно для освещения всего кемпинга и даёт возможность использовать бытовые электроприборы вдали от цивилизации.
Для средних и малых предприятий установка нескольких генерирующих ветровых станций могла бы дать существенную экономию в энергозатратах. Множество европейских фирм занимаются производством продукции такого типа.
Это сложные инженерные системы, требующие профилактики и обслуживания, но их номинальная мощность такова, что может перекрыть нужды всего производства. Для примера в Техасе на самой большой ветроэлектростанции в США всего 420 таких генераторов вырабатывают за год 735 мегаватт.
