Вертикальная ветроустановка

Содержание

Преимущества и недостатки ветряных электростанций для дома

Как и любому другому виду оборудования, ветряным электростанциям присущи как преимущества, так и недостатки. Чтобы решиться на покупку этого устройства, желательно взвесить его сильные и слабые стороны.

Популярность использования ветряных электростанций обусловлена большим количеством преимуществ

Почему выгодно купить ветрогенератор (220В) для частного дома:

Отсутствие дополнительных затрат, поскольку для работы устройства не требуется топливо.
Нет необходимости в постоянном контроле. Конструкция вырабатывает электроэнергию самостоятельно каждый раз, когда дует ветер.
Относительно бесшумный и полностью экологичный способ добычи электроэнергии.
Устройство может использоваться практически в любых климатических условиях.
Износ деталей минимален.

Установка ветрогенератора для дома сопровождается следующими недостатками:

затраты на приобретение оборудования окупаются через 5-6 лет;
относительно небольшой показатель КПД, что отражается на мощности;
высокая цена ветрогенераторов;
чтобы компенсировать бездействие устройства в безветренные дни, требуется дополнительное оборудование: генератор и накопительная батарея (стоимость этих элементов очень высокая);
в некоторых режимах ветряки для дома издают инфразвуки (то же самое происходит, если установка оборудования выполнена с ошибками);
требуется регулярное проведение профилактических работ;
ураган может серьезно повредить оборудование.

В зависимости от мощности прибора и карты ветров местности, ветряк может обеспечить электричеством как маленький дачный дом, так и большой загородный коттедж

Вертикальные ветряки

Общее устройство вертикальной конструкции состоит из нескольких узлов:

Колесо с лопастями, — основной ротор, воспринимающий силу воздушного потока. Назначение – преобразование кинематической энергии ветра в механическую, путём создания крутящего момента на валу.
Редуктор, — синхронизирует вращательное движение и создаёт определённую скорость вращения вала генератора.
Генератор, — устройство, вырабатывающее электрический ток посредством преобразования крутящего момента в магнитное поле и создания в проводке разности напряжений.
Аккумуляторная батарея, — накапливает и выдаёт постоянный ток величиной около 12 Вольт.
Инвертор, — устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный со значением 220 Вольт.

На самом деле, электрическая часть более сложная, и включает блок управления, стабилизации, соединения с несколькими потребителями.

Принцип работы

Движущийся с определённой скоростью воздушный поток встречает на своём пути препятствие в виде лопасти ветрогенератора. Ударяясь о поверхность, ветер создаёт на ней давление, под воздействием которого, ротор начинает вращаться и передаёт через редуктор на генератор крутящий момент. Последний начинает вырабатывать электрический ток.

Далее, электроэнергия поступает на контроллер, преобразовывается в постоянный ток и отправляется на подзарядку аккумуляторных батарей. Они, в свою очередь, транслируют поток электричества к потребителю через инвертор. Это устройство, потребляя ток постоянных величин, выдаёт переменное напряжение в 220 Вольт.

Преимущества и недостатки

Достоинства:

Малые начальные значения скорости ветра для начала движения ротора ветрогенератора. Для отдельных моделей эти показатели начинаются с 0,3м/сек. Но следует учитывать, что реальная отдача от ветряка начнётся при движении воздушного потока со скоростью не менее 3–5м/сек. Номинальная мощность генератора будет при скоростных показателях, находящихся в диапазоне 10–18 м/сек.
Не зависит от направления движения воздушного потока, — конструкция вертикального ветряка способна улавливать ветер под любыми углами атаки ветра.
Вертикальный ветрогенератор обладает низким звуковым фоном, — значения, в отличие от горизонтальных конструкций, редко превышают порог в 18–20Дб. Кроме этого, отсутствуют частоты близкие к нижнему порогу, — так называемый инфразвук, который негативно сказывается на здоровье человека. Отсюда следует, что монтаж установок возможен непосредственно рядом с жильём людей.
Выработка электромагнитного излучения минимальна и не ощущается окружающими. Конструкция не создаёт опасных и разрушительных вибраций.
Вертикальный ветрогенератор не опасен для птиц, в силу того, что он воспринимается ими как единое препятствие, которое надо обогнуть. Для горизонтального устройства, — опасность для пернатых представляют движущиеся лопасти, которые птицы не ассоциируют с препятствием и поэтому сталкиваются с ними.
Ветряк на вертикальной оси, благодаря своей конструкции, не требует принудительных механизмов для запуска, — движение ротора начинается при достижении воздушным потоком минимальных значений давления.
Работает при любых климатических условиях, может противостоять сильным порывам ветра, вплоть до ураганных значений.
Устройство просто в эксплуатации, — несложная система управления и малые текущие расходы, необходимые для поддержания рабочего состояния, делают этот тип ветряка привлекательным для частного использования.

Недостатки:

Коэффициент эффективного преобразования ветрового потока у вертикальной конструкции в 2–2,5 раза ниже по сравнению с горизонтальным устройством.
Вертикальный ветрогенератор обладает большей материалоёмкостью, нежели конструкции, выполненные по другим схемам.
С определённого значения мощности, некоторые конструкции сильно увеличиваются в размерах, что негативно сказывается на планировке полезной площади участка.

Конструкция ветрогенератора

Ветрогенератор представляет собой колесо с присоединенными к нему лопастями, редуктор (преобразует и передает крутящий момент), батарею и инвертор. Сборка конструкции изделия осуществляется следующим образом:

Подготовка трехточечного армированного фундамента.
Мачта изготавливается из прочных труб (можно взять водопроводные). Она должна выносить ротор выше чердака.
Прикручивание генератора к готовой мачте.
Присоединение каркаса с лопастями к генератору.
Крепление мачты к фундаменту и дополнительная ее фиксация с помощью растяжки.

Сбор электрической сети также осуществляется в определенной последовательности.

Ветряк должен выдавать трехфазный переменный ток, преобразуемый в постоянный при помощи мостового выпрямителя. Для контроля уровня заряда используется стандартное автомобильное реле. К батарее подключается инвертор, который выдает 220 В переменного тока.

Таким образом, получаются следующие результаты работы готового ветряка при различной скорости ветра:

5 м/с – 15Вт
10,4 м/с – 45 Вт
15,4 м/с – 75 Вт
18 м/с – 163 Вт

Существует несколько способов повышения выработки энергии генератором. К примеру, если увеличить высоту мачты до 26 метров, среднегодовая скорость ветра повышается до 30%. При этом электричества вырабатывается в 1,5 раза больше. Это обеспечивается устранением влияния построек и деревьев на скорость воздушных потоков.

Изготовление ветряка: важные моменты

Самодельный ветрогенератор

– устройство сравнительно простое

Но перед началом работ важно обратить внимание на ряд моментов:

высота мачты;
уровень создаваемого шума;
электромагнитные помехи.

Следует знать: существует широкий перечень ограничений, связанных с высотой возводимых зданий, сооружений. Например, рядом с аэропортами, мостами, некоторыми иными объектами городской инфраструктуры запрещено устанавливать мачты выше 15 метров. Предварительная юридическая консультация, общение с административными органами помогут избежать вопросов со стороны контролирующих организаций.

Сделанный своими руками ветряк

нередко создает посторонние звуки. Они могут доставлять неудобства – особенно в ночное время. Нередко посторонние звуки служат причиной серьезных конфликтов между соседями. Перед началом эксплуатации желательно измерить уровень шума специальным прибором. Установленные законодательством нормативы:

менее 70 дБ – днем;
менее 60 дБ – ночью.

Электрический ток создается движением заряженных частиц обмотки статора. Подобные процессы иногда создают телепомехи

Важно предусмотреть экранирование. Разобраться, как сделать ветряк своими руками

и снабдить его экраном, сравнительно просто.

Как сделать ветрогенератор своими руками на 220В?

Чтобы обеспечить частный дом постоянным потоком электроэнергии при средней скорости ветра в 4 м/с достаточно:

0,15-0,2 кВт, который идут на основные потребности;
1-5 кВт на электрооборудование;
20 кВт на весь дом с отоплением.

Самодельная модель

При этом стоит учитывать, что ветер дует не всегда, поэтому своими руками ветряк для дома стоит обеспечить аккумулятором с контроллером заряда, а также инвертором, к которому подсоединяют приборы.

Для любой модели самодельного ветряка потребуются основные элементы:

ротор – часть, которая вращается от ветра;
лопасти, обычно их монтируют из дерева или легкого металла;
генератор, который будет преобразовать силу ветра в электроэнергию;
хвост, помогающий определить направления потоков воздуха (для горизонтального варианта);
горизонтальная рея для удержания генератора, хвоста и турбины;
матча;
провод соединительный и щиток.

Можно использовать данную схему для сборки

В комплектации щитка будет аккумулятор, контроллер и инвертор. Рассмотрим два варианта, как вделать ветряной генератор своими руками.

Ветрогенератор – источник электроэнергии

Тарифы на коммунальные услуги поднимаются как минимум один раз в год. А если присмотреться, то в некоторые годы та же электроэнергия поднимается в цене два раза – цифры в платежных документах растут как грибы после дождя. Естественно, все это ударяет по карману потребителя, доходы которого не показывают столь устойчивого роста. А реальные доходы, как показывает статистика, показывают тенденцию к падению.

Еще совсем недавно бороться с ростом тарифов на электроэнергию можно было одним простым, но незаконным способом – с помощью неодимового магнита. Это изделие прикладывалось к корпусу расходомера, в результате чего тот останавливался. Но пользоваться данной методикой мы настоятельно не рекомендуем – это небезопасно, незаконно, а штраф при поимке будет таким, что мало не покажется.

Схема была просто великолепная, но впоследствии она перестала работать по следующим причинам:

Участившиеся контрольные обходы стали массово выявлять недобросовестных хозяев.

Участились контрольные обходы – по домам ходят представители контролирующих органов;
На счетчики стали наклеиваться специальные стикеры – под действием магнитного поля они темнеют, разоблачая нарушителя;
Счетчики стали невосприимчивыми к магнитному полю – здесь устанавливаются электронные учетные узлы.

Поэтому люди стали уделять внимание альтернативным источникам электроэнергии, например, ветрогенераторам. Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.. Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.

Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.

Ветряки для дома становятся привычным явлением в районах, где часто дуют ветра. Ветровой электрогенератор использует для выработки электроэнергии энергию ветровых потоков воздуха. Для этого они оснащаются лопастями, которые приводят в движение роторы генераторов. Полученная электроэнергия преобразуется в постоянный ток, после чего передается потребителям или запасается в аккумуляторных батареях.

Ветрогенераторы для частного дома, как самодельные, так и заводской сборки, могут основными или вспомогательными источниками электроэнергии. Вот типичный пример работы вспомогательного источника – он греет воду в бойлере или питает низковольтные домашние светильники, в то время как остальная домашняя техника работает от основной электросети. Также возможна работа как основного источника электричества в домах, не подключенных к электрическим сетям. Здесь они питают:

Люстры и светильники;
Крупную бытовую технику;
Отопительные приборы и многое другое.

Соответственно, для того чтобы обогревать свое жилье, необходимо сделать или приобрести ветряную электростанцию на 10 кВт – этого должно хватить на все нужды.

Ветровая электростанция может питать как традиционные электроприборы, так и низковольтные – они работают от 12 или 24 вольт. Ветряной генератор на 220 В выполняется по схеме с применением инверторных преобразователей с накоплением электроэнергии в аккумуляторах. Ветрогенераторы на 12, 24 или 36 В устроены проще – здесь применяются более простые контроллеры заряда батарей со стабилизаторами.

Выбор места для ветрогенератора

Правильный выбор места для установки ветрогенератора – очень важный и ответственный этап. Лучше всего разместить прибор на открытой максимально высокой точке и тщательно проследить, чтобы он не оказался ниже уровня прилегающих жилых и хозяйственных построек. Иначе здания станут препятствием для потока воздуха и КПД агрегата существенно снизится.

Если участок выходит к реке или озеру, ветряк размещают на берегу, где ветры дуют особенно часто. Прекрасно подходят для расположения генератора возвышенности, имеющиеся на территории, или большие пустые пространства, на которых нет искусственных или естественных преград для воздухопотока.

Когда жилая недвижимость (дом, коттедж, квартира и пр.) находится в черте города или располагается за городом, но в местах плотной застройки, ветряной энергетический комплекс ставят на кровле. Для размещения генератора на крыше многоквартирного дома берут письменное согласие соседей и получают официальное разрешение из соответствующих инстанций.

Устанавливая вертикальный генератор на крыше многоквартирного дома, следует помнить, что агрегат работает довольно шумно и может причинить неудобства как хозяевам, так и остальным проживающим. Поэтому размещать прибор нужно ближе к центру кровли, чтобы владельцы квартир на верхних этажах не страдали от громкого гула, издаваемого ветряком в процессе работы

В частном доме, имеющем большой приусадебный участок, выбрать подходящее место гораздо проще. Главное, учесть, чтобы конструкция находилась на расстоянии 15-25 метров от жилых помещений. Тогда звуковые эффекты от вращающихся лопастей никого не побеспокоят.

Компас выбора

В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день, и вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.

Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. (см. фото).

Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:

количеству лопастей,
материалам, из которых изготовлены лопасти,
расположению оси вращения к поверхности земли,
шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.
Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе.

Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю

КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Двуликая энергия ветра

На Земле нет такого места, где никогда не дуют ветра. Они могут быть слабые, а в какие-то периоды может быть полный штиль, но это издержки атмосферных явлений. В глобальном представлении ветер есть всегда. Однако его направление абсолютно непредсказуемо!

Обычные горизонтальные ветрогенераторы нуждаются в сложной системе ориентации «по ветру». Они или поворачиваются целиком, или же у них лопасти меняют угол наклона. Но это усложнение конструкции прямо сказывается на стоимости и надёжности.

Однако есть вертикальные ветрогенераторы, для которых этой проблемы не существует в принципе! Им абсолютно без разницы направление ветра, главное чтобы он был. И что особенно привлекательно – работать вертикальный ветрогенератор начинает при меньшей скорости воздушного потока.

Преимущества и недостатки вертикальных ветрогенераторов

Придумать и нарисовать схему на бумаге, это совсем не то же самое, что воплотить её в реальность. На практике вылезают некоторые изъяны, которые приходится как-то нивелировать. Например, поток воздуха оказывает отрицательное давление на лопатки турбины. С одной стороны ветер их закручивает, а когда они возвращаются в исходное положение, то этот поток оказывает сопротивление.

Если горизонтальный ветрогенератор можно заглушить при штормовом ветре простым поворотом лопастей, то в вертикальной конструкцией этого проделать невозможно.

Именно эти недостатки на начальном этапе развития альтернативной энергетики, сделали вертикальные ветрогенераторы аутсайдерами в своём сегменте.

Сейчас положение кардинально изменилось! В 2008 году, исследователи из Калифорнийского технического университета доказали, что при скрупулёзном проектировании и использовании современных композитных материалов, имея одинаковые размеры, вертикальный ветрогенератор даёт в 10 раз больше энергии, чем его горизонтальный конкурент.

Основные преимущества вертикальных ветряков следующие:

Не требуется ориентация по направлению ветра;
Выдерживает вдвое большую скорость воздушного потока;
Начинают работать при меньших скоростях ветра;
Оснащаются более простым и надёжным редуктором;
Не нуждаются в высоких мачтах;
Центровка конструкции надёжная, так как вся система находится на одной центральной оси, а центр тяжести смещён вниз. Поэтому возведение вертикального ветрогенератора обходится дешевле;
Блок управления находится внизу, поэтому обслуживание и ремонт выполнить гораздо проще;
Требуют площадку меньших размеров;

Принимая в расчёт, что изготовление вертикальных ветрогенераторов обходится дешевле, многие энтузиасты альтернативной энергетики сходятся во мнении, что есть явные признаки картельного сговора. Поэтому на рынке уже 15 лет выпускаются мини- и микромодели таких генераторов, ориентированные на частный сектор.

Спиральный ротор Дарье

Горизонтальные ветрогенераторы (крыльчатые)

Разные модификации горизонтальных установок имеют от одной до трех лопастей и более. Поэтому коэффициент полезного действия намного выше, чем у вертикальных.

Недостатки ветрогенераторов − в необходимости ориентировать их на направление ветра. Постоянное перемещение снижает скорость вращения, что понижает его производительность.

Однолопастные и двухлопастные. Отличаются высокими двигательными оборотами. Масса и габариты установки небольшие, что облегчает установку.
Трехлопастные. Пользуются спросом на рынке. Могут вырабатывать энергию до 7 мВт.
Многолопастные установки имеют до 50 лопастей. Отличаются большой инерцией. Преимущества крутящего момента используют в работе водяных насосов.

На современном рынке появляются ветрогенераторы с отличными от классических конструкциями, например, встречаются гибридные.

1. Ветрогенератор, устроенный по типу парусника

Тарелкообразная конструкция под напором воздуха приводит в движение поршни, которые активируют гидросистему. Как результат, происходит трансформация физической энергии в электрическую.

Во время работы установка не шумит. Высокие показатели мощности. Легко управляемая.

2. Летающий ветрогенератор-крыло

Используется без мачты, генератора, ротора и лопастей. В сравнении с классическими конструкциями, которые функционируют на небольшой высоте при непостоянной силе ветра, а сооружение высоких мачт дело трудоемкое и дорогое, “крыло” таких проблем не имеет.