Ветро-солнечная установка AeroGreen®

Принцип работы

Ветрогенератор представляет собой комплекс из нескольких устройств:

  • Для вертикальных ветрогенераторов генератор может комплектоваться мультипликатором, повышающим число оборотов, что позволяет повысить мощность генератора или уменьшить его размеры

    Ветроколесо (ротор). Предназначен для приёма воздушного потока у горизонтальных конструкций или давления ветра у вертикальных. Выполняет функцию преобразования кинетической энергии ветра в механическую работу, которая передаётся генератору.

  • Редуктор. Этим устройством комплектуются некоторые модели ветряков. Служит для повышения числа оборотов, передаваемых от ротора генератору.
  • Генератор. Трёхфазная электрическая машина с ротором и статором. Обмотки статора, в которых вращающимся ротором возбуждается переменный ток, подключены к контроллеру. Для вертикальных ветрогенераторов генератор может комплектоваться мультипликатором, повышающим число оборотов, что позволяет повысить мощность генератора или уменьшить его размеры.
  • Контроллер. В простейшем случае представляет собой выпрямительный диодный мост. Служит для преобразования, поступившего от генератора переменного тока в постоянный и передаче его для зарядки аккумуляторных батарей. Кроме того, контроллер регулирует скорость вращения ветроколеса, затормаживая его в случае необходимости – при сильном ветре или когда аккумуляторы полностью заряжены.
  • Инвертор. Необходим для преобразования постоянного напряжения 12 вольт от аккумуляторной батареи в переменное 220 вольт, используемое потребителями.
  • Мачта. Устройство для размещения ротора над землёй на определённой высоте. Существуют различные конструкции – из труб на стяжках, секционные конические, гидравлические.
  • Комплект соединительных кабелей. Возможна комплектация устройства электрооборудованием для подключения потребителей (вводные щитки), устройством автоматического ввода резерва для переключения между ветрогенератором и централизованным электроснабжением.

Принцип работы устройства состоит в том, что напор (давление) ветра вращает ветроколесо, которое передаёт вращение на ротор генератора. Ротор генератора возбуждает переменный ток в обмотках статора генератора, который поступает на контроллер. Контроллер этот ток преобразует в постоянный и им заряжает аккумулятор.

Все потребители получают энергию от аккумулятора через инвертор (220 В) или напрямую (12, 24, 48 В – в зависимости от числа батарей). Напрямую энергия ветряка не передаётся потребителям, что связано с нестабильностью параметров получаемого им тока.

Конструкция сооружения

Конструкция включает в себя несколько приводимых движением воздушных потоков генераторов, каждый из которых состоит из крыльчатки с большими лопастями, редуктора и электрической машины. Вся энергия передаётся по предназначенным для этого кабелям. Ветряки ставятся на очень высокие мачты для большей эффективности.

Ветряные электростанции своими руками

Существуют следующие критерии для классификации ветряных электростанций:

  1. Количество лопастей. Ветродвигатели с числом лопастей до 4 именуются малолопастными и быстроходными. С количеством лопастей от 4 и более многолопастными и тихоходными. Деление по этому критерию обусловлено тем, что чем меньше число лопастей, тем, при прочих равных условиях, ветродвигатель имеет большее число оборотов.
  2. Номинальная мощность. Критерий достаточно условен, но применяется следующая градация: до 15 кВт бытовые (для частных домов, портативные), 15-100 кВт полупромышленные (для небольших ферм, магазинов, насосных станций), 100 квт- единицы МВт промышленные – предназначены для генерации энергии, используемой большим количеством потребителей.
  3. Направление оси вращения. Этот критерий является самым основным, так как влияет на основные характеристики ветряка:
    • С горизонтальной осью вращения. Чаще всего двух или трёхлопастные, быстроходные. К достоинствам таких устройств относятся: быстроходность, а значит более простой генератор; высокий коэффициент использования энергии ветра и, как следствие, более высокий КПД; простота конструкции. К недостаткам относят: высокий уровень шума, необходимость высокой мачты для установки.
    • С вертикальной осью вращения. Известно много разновидностей по конструктивному исполнению – ветрогенераторы Савониуса, роторы Дарье, геликоидный ротор, многолопастные ветрогенераторы. По мнению автора статьи достоинства всех таких конструкций, весьма сомнительны. Эти устройства имеют сложную конструкцию, требуют сложного генератора, имеют низкий коэффициент использования энергии ветра (0,18-0,2 против 0,42 у горизонтальных). К достоинствам относят малый уровень шума, возможность установки на небольшой высоте.
Предлагаем ознакомиться:  Хрустящая капуста кусочками быстрого приготовления
Домашняя ветряная электростанция AERO E

Если вы собрались изготовить ветрогенератор, то стоит обратить внимание на ресурсы Сети, которые предполагают 2 подхода: первый заключается в том, чтобы собирать все элементы своими руками, а второй предполагает покупку готовых комплектующих.

При сборке наибольшую трудность вызывает изготовление ветроколеса. Изготовить лопасти для конструкции с горизонтальной осью вращения с требуемыми аэродинамическими характеристиками непросто. Здесь два выхода: или платить за изготовление мастерской с необходимыми инструментами и опытом, либо смотреть в сторону конструкции с вертикальной осью вращения, для которой лопасти можно изготовить из обычной бочки.

Генератор можно приобрести подержанный, использовать двигатель стиральной машины или промышленного

асинхронного двигателя

. Существует большой выбор готовых генераторов и комплектующих для их сборки на основе ниодимовых магнитов.

Изготовление мачты — это очень ответственный этап, ведь от него зависит безопасность эксплуатации всей конструкции. Отнестись к нему нужно тщательно, доверив расчёты прочности конструкции специалисту.

Контроллеры, инверторы и аккумуляторные батареи лучше приобрести готовые.

Схема устройства ветряной электростанции для самостоятельного изготовления

Решения для дома

Сегодня существуют ветро-генераторы и электростанции, рассчитанные для индивидуального пользования. Они обеспечивают экологически чистое питание вдали от централизированных источников. Более мощные устройства подойдут для электрификации больших зданий либо энергоснабжения отопительных систем.

Правильный выбор определяется сразу несколькими критериями:

  • Нагрузка на электросеть в моменты наибольшего потребления.
  • Направление и скорость ветра.
  • Более высокая мачта повышает частоту вращения лопастей.

Выбор подходящего устройства

Следует ориентироваться на потребление энергии всеми приборами, а также максимальную допустимую силу и скорость ветра. Например, ветряная установка при мощности — от 400 до 6400 ватт сможет обеспечить питание небольшого домика либо магазина или подобного сооружения вдали от основных источников.

Есть также альтернативные устройства, лишённые некоторых недостатков. Например, вертикальные ветряные электростанции для дома отличаются высокой эффективностью и простотой монтажа. Другие преимущества заключаются в устойчивости к сильным порывам ветра и безразличности к его направлению, а также в защищённости от разрядов молний. Такие конструкции не портят ландшафт и не препятствуют перемещению птиц.

Ещё одно интересное и высокоперспективное решение — парусный генератор. Его главное преимущество — способность работать даже при слабом ветре. Именно благодаря парусу такая электростанция быстро и точно подстраивается под источник энергии, обеспечивая более устойчивую её генерацию. Она также отличается бесшумной и стабильной работой.

Ветро-солнечная установка AeroGreen®

При выборе устройства необходимо ответить на следующие вопросы:

  • Необходимая мощность в кВт. Требуется оценить суммарное потребление в месяц и по этому критерию выбирать электростанцию;
  • Производитель оборудования. Необходимо чтобы продукция была сертифицирована для использования на территории РФ, тогда можно быть уверенным, что характеристики прибора соответствуют национальным нормам по уровню шума и электромагнитным помехам. Обратите внимание на срок гарантии и срок службы прибора, он должен быть не менее 15 лет. Узнайте о сервисном обслуживании и гарантийном ремонте оборудования. Не будет лишним узнать отзывы о производителе и продавце от других пользователей.
  • Требуемое место для установки ветряка. Исходите из ваших реальных возможностей. Если есть возможность для установки высокой мачты с горизонтальным типом устройства, то отдайте ему предпочтение. В противном случае рассмотрите вариант конструкции с вертикальной осью вращения.
  • Цена. Не всегда лучше то, что дороже. Здесь, как и везде, можно переплачивать за бренд или за возможности, совершенно вам ненужные. Чётко определите свои требования к устройству, не заказывайте ненужных компонентов.
Предлагаем ознакомиться:  Сроки и правила пересадки тюльпанов
Если есть возможность для установки высокой мачты с горизонтальным типом устройства, то отдайте ему предпочтение

Достоинства и недостатки

Одно из преимуществ — это безопасность для окружающей среды. Такой вид энергии является экологически чистым и поистине неисчерпаемым. Её выработка совершенно не причиняет вреда окружающей среде. Ветровые электростанции для дома отличаются простой конструкцией, потому их можно собрать своими руками. Они также обеспечивают стабильную выработку энергии, которая может накапливаться в аккумуляторных батареях и преобразовываться в 220 вольт.

Стоимость

На рынке доступны ветровые электростанции для дома мощностью от 0,4 кВт до 75 кВт различных производителей. Разброс цен на устройства одной и той же мощности достаточно велик.

Модель Мощность, кВт Цена, руб
EDS Group Condor Home 0,5 89600
EDS Group Condor Home 3 195400
EDS Group Condor Home 5 285000
EDS Group Condor Air 10 770000
EDS Group Condor Air 30 1790000
EDS Group Condor Air 50 2850000
ООО «Энергоспецсервис» 1 94000
BEKAR 1 171800
HY 400-L 0,4 66430
Энергосток 3 98000
Энергосток 5 220000
Энергосток 10 414000
Энергосток 30 961000
Энергосток 50 3107000

В чём же дело? А дело в том, что производители часто указывают цену только за часть необходимого комплекта оборудования. Рассмотрим для примера продаваемый компанией Энергосток ветряк на 2 кВт. На сайте значится цена 57600 руб., но зайдём в детальное описание товара.

А там есть цена полного комплекта оборудования: ветрогенератор, контроллер, инвертор, АКБ, мачта. И цена полного комплекта составит 176800 рублей. Отсюда вывод – обязательно уточняйте цену за весь комплект!

Ветро-солнечная установка AeroGreen®

Средние цены на генераторы российского и китайского производства следующие: 1 кВт 100-120 т.р., 3 кВт – 200 т.р., 5кВт – 300 т.р., 10 кВт от полумиллиона, а мощные устройства 20 и более кВт будут стоить более миллиона рублей. Если покупать оборудование западного производителя или США, то цены будут выше на 20-30%.

Самодельный ветряк

Его можно сделать, если имеются необходимые материалы и навыки. Для изготовления простого вертикального генератора понадобятся:

  1. Для крыльчатки — фанера, кровельное железо или листовой пластик небольшой толщины.
  2. Для крестовины сгодятся стальные полосы либо дерево.
  3. Ось можно сделать из железной трубы подходящего диаметра и длины.

Вначале следует приварить металлическую крестовину крыльчатки к верхнему концу оси. Деревянную можно приклеить или прикрепить штифтами. Для изготовления лопастей также потребуются «щёки» полукруглой формы, которые можно смастерить из тонкой фанеры, пластика или лёгкого металла. На них надо надеть сделанные ранее пластины, а места стыков следует промазать масляной краской.

Станина изготавливается из прикреплённых к жёсткому основанию металлических или деревянных уголков, к которым крепятся шарикоподшипники. Конструкцию следует собирать тщательно, чтобы избежать перекосов. К нижнему концу оси прикрепляется шкив, через который вращение передаётся самому генератору. Его роль может сыграть, например, асинхронный двигатель с неодимовыми магнитами, встроенными в ротор. Такой ветряк будет обеспечивать выработку мощности — до 800 ватт при скорости ветра — около 9−10 метров в секунду.

Предлагаем ознакомиться:  Виды описание и выращивание сортов капусты Кале

Устанавливать или нет

При решении вопроса целесообразности установки ветряной электростанции нужно получить следующие исходные данные:

  • Для точного определения годовой карты ветров можно воспользоваться флюгером Вильда, анемометром или вести ежедневные наблюдения за окружающей природой

    Среднюю скорость ветра в месте установки в метрах в секунду. В первом приближении картину даёт карта ветров на территории России.

    Но в конкретном месте установки могут быть различные факторы, влияющие на скорость ветра, например, холмы, русла рек. Для точного определения годовой карты ветров можно воспользоваться флюгером Вильда, анемометром или вести ежедневные наблюдения за окружающей природой.

  • Наличие централизованного электроснабжения, стоимость киловатт-часа и возможность прокладки линии электропередач.

Алгоритм оценки окупаемости ветряка следующий:

  • По карте ветров и техническим характеристикам устройства определить вырабатываемую мощность для летнего и зимнего периодов или помесячно. Например, для рассмотренного выше устройства номиналом 2 кВт, вырабатываемая мощность при скорости 5 м/с составит 400 Вт;
  • По полученным данным определить годовую генерируемую мощность;
  • По стоимости киловатт-часа определить цену сгенерированной электроэнергии;
  • Поделить стоимость комплекта ветрогенератора на полученную цифру и получится окупаемость в годах.

Для внесения поправок в расчёт следует учитывать:

  • Аккумуляторные батареи придётся менять не реже одного раза в три года;
  • Срок службы современного ветрогенератора 20 лет;
  • Необходимо обслуживать устройство. Стоимость и сроки обслуживания необходимо уточнить у продавца оборудования;
  • Стоимость киловатт-часа растёт каждый год, за предыдущие 10 лет она увеличилась более чем в 3 раза. На 2017 запланирован рост тарифов минимум на 4%, так что можно исходить из этой цифры удорожания электроэнергии.

Ветряная электростанция

Если полученные цифры окупаемости не устраивают, но заиметь альтернативный источник энергии хочется или нет возможности подключения к централизованному электроснабжению, то следует рассмотреть варианты повышения эффективности ветряка и снижения затрат на его монтаж и обслуживание.

Возможны следующие варианты:

  • Установка нескольких устройств меньшей мощности вместо одного большого. Это снизит цену основного оборудования, уменьшит затраты на установку и обслуживание, а также повысит производительность за счёт того, что малые ветряки имеют больший КПД при низких скоростях ветра;
  • Установка специальной сетевой системы управления электроэнергией, совмещённой с центральной системой электроснабжения. Такие устройства сегодня можно найти в продаже.

Солнечные батареи должны располагаться по мере возможности так, чтобы на них отвесно падал солнечный свет. В Северном полушарии солнечные батареи разворачивают в южном направлении, под наклоном, соответствующим географической широте. На практике солнечные батареи обычно устанавливают на южном склоне крыши.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector