Инженерный расчет ветрогенератора своими руками. Более сложный расчет с учетом плотности воздушного потока. Какая всё-таки нужна мощность

От штиля до урагана

Прежде чем перейти к разговору о том, как сделать точный расчёт ветрогенератора, познакомимся с простейшей схемой определения силы ветра. Выйдите в чистое поле или на опушку леса в тихий солнечный день сентября. Дымок от вашего костра поднимается вертикально, деревья не шелохнутся. И лишь осиновые листья еле вздрагивают, словно испугались вашего взгляда. Воздух затих, словно отдыхает перед предстоящей большой работой. Полный штиль. Теперь – внимание.

1. Через несколько минут дымок заметно начал отклоняться в сторону, вы ощутили мимолётно-нежное прикосновение воздуха к вашему лицу. Ветром такое явление назвать ещё трудно, но движение явно началось. Знайте – скорость в данный момент составляет от 30 сантиметров до одного метра в секунду. Английский адмирал Бофорт назвал такое движение тихим ветерком.
2. Прошло ещё полчаса и зашелестели листья, закачалась трава, лицо ощутило еле уловимую прохладу воздуха. Скорость его движения составила уже до 3 метров в секунду – это лёгкий ветер по знаменитой шкале Бофорта.
3. Заколыхались тонкие веточки деревьев, затрепетали листочки, всё ниже пригибается степной ковыль, ваш костёр уже заметно раздувается и ярче горит, дым стелется к земле. Скорость уже доходит до 5 метров – слабый ветер начал резвиться у вас на глазах.
4. А вот и верхушки деревьев ожили, зашептались громче ветви, начала подниматься пыль на степной дороге. Скорость доходит до 8 метров. Уже на угнаться за движением воздуха даже босиком. Сдержанно набрал свою силу и пока сохраняет её до определённого времени умеренный ветер.
5. Терпению его приходит конец и начинают сильнее колебаться ветки, закачались стволы деревьев, ветер достигает скорости почти 11 метров в секунду и превращается в свежий.
6. Сдержанно загудел лес, начали посвистывать провода на столбах, закачались толстые ветки и стволы. Ветер успевает преодолеть расстояние 14 метров в секунду и приобретает характеристику сильного.
7. Дружно закачались под напором воздуха все стволы деревьев, лес заглушает голоса, идти против ветра уже затруднительно. Знайте – скорость достигла 17 метров и ветер приобрёл крепкий характер.
8. Раскачались все деревья с такой силой, что начали ломаться небольшие ветки, ходить почти невозможно, хочется приникнуть к земле и ползти в укрытие. Значит скорость достигла 20 метров и ветер уже имеет очень крепкий характер.
9. За короткое время передвижение воздуха набирает силу. На улицах города находиться опасно: летят предметы, сносит старые крыши. В лесу с треском ломаются и летят толстые ветки, волна в море поднимает и опускает корабли на 3-4 метра вниз-вверх, скорость ветра достигла 24 метров в секунду. По определению адмирала Бофорта это уже начался шторм.
10. Деревья не выдерживают натиска, с оглушительным треском ломаются, многие вырываются с корнем, рушатся старые здания, летят крыши как огромные птицы смерти, ветер преодолевает за секунду 28 метров – сильный шторм.
11. Начались массовые разрушения сооружений, колобками катятся автомашины, ветер сметает всё на своём пути, волна на море достигает высоты более пяти метров и корабль бросает, как щепку, в десятиметровую пропасть и снова выносит на поверхность, прижимая матросов к палубе с неимоверной силой. Ветер превышает скорость 30 метров в секунду. Вступил в свои права жестокий шторм.
12. И, наконец, (не дай Бог никому его испытать ни на море, ни на суше), — ураган, когда разрушительный ветер превышает 33 метра в секунду. Всё сметается с лица земли, море свирепеет и треплет корабль, как голодный волк ягнёнка.

Вот мы и познакомились с характеристиками движения воздуха от штиля до урагана, которые названы в честь автора шкалой Бофорта. Это 12-балльная шкала скорости ветров. Теперь мы можем визуально определять скорость ветра и брать его за основу, когда надо сделать расчет мощности ветрогенератора.

При расчете ветряка основным параметром выступает скорость ветра. Для каждого ветрогенератора этот параметр индивидуален. В большинстве установок лопасти приводятся в движение при воздействии на них ветра от 2 м/с. И только при 7-11 м/с (с учетом самой установки) КПД ветряка будет максимальным. Первая скорость – начальная, вторая – номинальная. Оба этих параметра указываются производителем на упаковке каждой модели ветряка.

– это вполне реально. Так, чтобы делать расчет мощности ветрогенератора, сначала придется проанализировать скорость ветра в вашем регионе. Для этого придется потратить не один месяц. Максимально вероятные параметры скорости ветра не вычислить за 1-2 раза. Потребуется сделать десятки замеров. Если времени на такие исследования нет, то можно запросить данные у местной метеостанции.

Чтобы электроэнергия вырабатывалась постоянно, при расчете необходимо учитывать среднюю скорость ветра в конкретном регионе. Ее можно узнать даже из прогноза погоды или изучив карту ветров. Номинальную скорость рекомендуется измерять специальными приборами прямо на участке, где будет располагаться ветряк. Это важно, поскольку дом может находиться на возвышении или, наоборот, в низине, где ветра практически нет.

P = r · V 3 · S/2,

где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м 3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м 2).

Чтобы рассчитать ветрогенератор, можно для примера взять площадь винта в 3 м 2 , а скорость ветра – 10 м/с. Тогда получится следующее значение: 1,225 · 10 3 · 3/2 = 1837,5 Вт. Что касается винтов, то для небольшого дома их радиус должен быть хотя бы 3-4 м. Тогда диаметр ограничивается значениями в 6-8 м. Такие параметры используются, если ветряк должен обеспечивать электроэнергией весь дом, т. е. его применяют в качестве основного, а не дополнительного источника.

В рассчитанной мощности ветрового потока не были учтены потери. Конечное значение будет еще несколько ниже. Для получения точного результата его умножают на коэффициент, равный:

• 35-45% – для ветрогенераторов с 3 горизонтальными лопастями;
• 15-25% – для ветряков типа Савониус с вертикальными лопастями.

С учетом коэффициента использования энергии ветра мощность ветрогенератора может составить 1837,5 · 40% = 735 Вт (для горизонтальной установки) и 1837,5 · 20% = 367,5 Вт.

На следующем шаге расчета должен быть учтен еще КПД самого генератора, равный:

• 80% – для установок, в основе работы которых лежат магниты;
• 60% – для генератора с электровозбуждением.

Тогда для ветряка с горизонтальными лопастями требуемая мощность составит 735 · 80% = 588 Вт. Еще 20% из этого значения вычитаются на потери в контроллерах, проводах и диодном мосту. Тогда от изначального значения в 1837,5 Вт остается 588 – 20% = 470,4 Вт.

Так, при расчете мощности ветрогенератора для дома и дачи ожидаемое значение можно смело делить пополам. Лучше сразу проектировать установку в 2 раза мощнее, чем требуется по расчетам. Так вы компенсируете все недостатки, включая те или иные свойства используемых материалов и нюансы сборки в домашних условиях. Такой ветрогенератор будет обеспечивать ваше жилище необходимой электроэнергией без перебоев.

Рост цен на энергоносители заставляет многих владельцев домов задумываться над возможностью использования альтернативных источников энергии. Одним из вариантов видится использование ветрогенераторов. Источник – абсолютно легальный, так как никаких значимых ограничений по его использованию нет. И пока еще остается совершенно бесплатным – выработка электроэнергии таким способом в целях личного применения никакими налогами не облагается.

Готовые ветровые энергетические установки – довольно дорогое удовольствие, поэтому домашние мастера начинают строить планы по самостоятельному их изготовлению. Но прежде чем приступать к реализации такого, признаемся, очень непростого и во многом спорного проекта, есть смысл хотя бы примерно прикинуть – какой же ожидается выход выработанной энергии. Иными словами, будет ли какая-то реальная отдача взамен затраченных средств, усилий, времени. В этом вопросе, возможно, окажет помощь предлагаемый калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрогенератора.

Ниже будет дан ряд пояснений по проведению расчета. Сразу оговоримся – приведенный алгоритм предназначен для оценки только осевых горизонтальных ветрогенераторов.

Укажите запрашиваемые значения и нажмите
«РАССЧИТАТЬ ПРОГНОЗИРУЕМУЮ МОЩНОСТЬ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА»

Скорость ветра, м/с

Радиус ротора ветрогенератора (от оси до кончика лопасти), м

КПД генератора

КПД редуктора

Пояснения по проведению расчетов

Следует правильно понимать – никакой, даже самый совершенный и напичканный современной электроникой генератор не берет энергию ниоткуда, и не способен выдать больше того показателя, который определяется скоростью ветра и размерами ветряка. Иными словами, даже в идеальных условиях можно получить только ту энергию, которая переносится ветровым потоком через определенную площадь. Понятно, что площадью выступает в данном случае площадь круга, образованного вращением лопастей горизонтального ветряка.

Но весьма значительная часть этой энергии расходуется, так сказать, бесполезно – это создание завихрений воздуха, несоврешенсво крыльчатки, потери на силы трения в механике самого ветряка, системы передачи вращательного момента и в генераторе. Это банальный нагрев механизмов, потери в целях преобразования и передачи тока и многое другое. И считается очень неплохим показателем, если на выходе остается порядка 30÷40% от исходного энергетического потенциала. А на практике получается и того меньше.

Значит, задумывая создание ветровой энергетической установки, следует оценить, какое же от неё ожидается поступление электрической энергии. Оно зависит от скорости ветра (в кубической зависимости) и диаметра ветряка (в квадратичной).

Скорость ветра, понятное дело – величина непостоянная. Но для каждой местности рассчитаны среднегодовые показатели, на которые можно ориентироваться, если составляется прогноз на некоторую перспективу (месяц, год и т.п.). Эти показатели можно подсмотреть на карте схеме, размещённой ниже, но лучше все же уточнить в местной метеорологической службе.

Итак, если есть намётки по размерам лопастей создаваемого генератора, можно провести и расчет мощности. Формула уже заложена в алгоритм калькулятора.

• Пользователю для начала предлагается указать скорость ветра. Некоторые пояснения на этот счет. Прогнозы выработки электроэнергии на определенный период проводятся именно по среднегодовой скорости. А вот номинальная мощность ВЭУ обычно вычисляется по так называемой расчётной скорости ветра, которая может быть в 1,5÷2 раза выше.
• Вторым пунктом указывается радиус ротора ветрогенератора, то есть расстояние от его оси до края лопасти.

(Интересно, что от количества лопастей ничего в данном случае не зависит. Точнее, даже несколько обратная картина – если лопастей больше трех, то может стать только хуже, так как теряется скорость вращения).

• Если известны показатели КПД самого генератора и системы передачи вращения (редуктора), то они указываются в соответствующих полях. Если таких данных нет – можно оставить без изменения по умолчанию.

Остается нажать на кнопку расчета и получить результат. При вычислении от среднегодовой скорости ветра имеется возможность представить, какое количество энергии можно будет получить за определенный период.

К великому разочарованию многих, показатели могут быть более чем скромными. Так что есть над чем подумать, прежде чем принимать какое-то решение.

Ветрогенератор – насколько реалистичны возлагаемые на него надежды?

Увы, говорить о простоте реализации такого проекта и обретении бесплатного источника энергии, который решит все проблемы - было бы большим преувеличением. Для начала следует реально оценить и приобретаемые выгоды, и неизбежные немалые затраты, и собственные возможности. Надеемся, в этом поможет публикация нашего портала .

По мере того как растут потребительские цены на электроэнергию, а также на газ, бензин и дизельное топливо, владельцы собственных домов всё чаще рассматривают варианты электроснабжения от независимых альтернативных энергоисточников различного происхождения и конструкции. Одним из самых доступных источников является энергия ветра.

Сколько энергии таится в ветре?

Для начала, приблизительно оценим ту мощь, которую хотим использовать в своих целях. Рассчитаем энергию, выделяемую потоком воздуха с плотностью? и скоростью V, оказывающим давление на площадь S по простой формуле:

P = V3 ? S

Если принять плотность воздуха?=1,25 кг/м3, скорость ветра V=5 м/с, а площадь сечения турбины радиусом 2 метра S=12,5 м2, в результате получится 1953 Вт, т. е. чуть меньше 2 кВт. Однако из этой внушительной мощности даже самые совершенные сегодня ветряные электростанции (ВЭС) способны преобразовывать в электрическую энергию лишь сравнительно небольшую долю.

Наибольшие потери связаны с завихрениями воздушного потока в турбине и огибанием лопастей ветряка. Они учитываются коэффициентом преобразования ветровой энергии?, не превышающим в современных установках 0,4 – 0,5. Учитывая коэффициенты полезного действия редуктора и генератора, принимаем их равными соответственно 0,9 и 0,85. И вычисленное по уточнённой формуле значение выходной мощности той же энергоустановки:

P = ? ? R2 V3 ? КПД ред КПД ген = 0,45 12,5 125 1,25 0,9 0,85 = 672 Вт,

что составляет примерно треть от всей задействованной энергии ветра. В настоящее время суммарный КПД существующих ветрогенераторов не превышает 40%.
Этот примерный расчет ветрогенератора показывает, что получается не так уж много энергии на выходе, особенно в сравнении с современными портативными дизельными электростанциями.

А что на практике?

Хорошим примером выгодного использования энергии ветра будет рассмотрение параметров реально производящейся компанией Wind Electric и успешно применяющейся на практике модели ВЭС WE3000. Обладая ротором диаметром 4,5 м, при номинальной скорости ветра 10 м/с она вырабатывает 3 кВт, а максимальная мощность ветрогенератора – 5,1 кВт. Для запуска генератора необходим ветер со скоростью не менее 2 м/с.

Подобная установка вполне может обеспечить электричеством небольшой коттедж, хотя далеко не всегда и не везде можно рассчитывать на достаточно ветренную погоду.

Сколько стоит ветряная электроэнергия?

Цену вырабатываемого установкой ВЭС электричества в каждом конкретном случае довольно просто рассчитать по следующей формуле:

Ц = (Ст + РЭ Т) / (Р Т),

Ст – стоимость покупки и установки электростанции;
РЭ – ежегодные расходы по эксплуатации;
Р – энергия, вырабатываемая за год (кВт час/год);
Т – срок эксплуатации ВЭС в годах (как правило – 20 лет).

Какая всё-таки нужна мощность?

Прежде чем покупать ветряную электростанцию, следует полностью определиться с величиной пиковой суммарной мощности, потребляемой всей бытовой техникой, приборами и электроустановками в доме, всем, что может быть включено в сеть одновременно. И тут очень важно, будет ли ВЭС использоваться как дополнительный или резервный источник энергии, либо вы желаете перевести ваше хозяйство на полностью автономное электроснабжение.

В первом случае надо всего лишь знать тот минимум потребления энергии, который необходим в случае отключения внешнего электроснабжения, и покупать установку соответствующей мощности.
Для полной энергетической автономности приходится приобретать ветрогенераторы повышенной мощности, которые могут обеспечить общее потребление всей домашней техники. Конечно, это недёшево, но зато вам больше не понадобится покупать электроэнергию на стороне.

Где расположить ветрогенераторную станцию?

Конечно, лучше всего предоставить выбор места расположения ВЭС специалистам. Но существуют 3 основных правила, которых стоит придерживаться:

• Исключить завихрения воздушного потока вблизи турбины. Высота расположения ветряной турбины на мачте должна превосходить на 10 м все высотные объекты в пределах 100 м вокруг. Это касается, например, и столбов, и проводов ЛЭП.
• Использовать природные преимущества рельефа местности. Дело в том, что ущелья и каньоны являются естественными аэродинамическими трубами и в местах их сужения скорость ветра существенно возрастает.
• Располагать ВЭС на максимально открытых участках, таких как поле, побережье водоёма или вершина холма.

Размер и количество лопастей ветряков

Расчет лопастей ветрогенератора в общем случае сводится к простой зависимости, которую надо усвоить, - чем больше лопастей в турбине, тем меньше её диаметр, необходимый для выработки заданной мощности.

Комбинирование источников энергии

В местности, где ветер часто меняет направление и силу в зависимости от сезонных колебаний или ещё по каким-то причинам, наиболее надёжным вариантом автономного электроснабжения будет сочетание двух различных источников энергии. Чтобы исключить перебои с электричеством, рационально параллельно ВЭС использовать солнечные батареи или тривиальный дизель-генератор.

Мощность ветрогенератора конечно зависит от скорости ветра, точно так-же как мощность солнечной батареи зависит от яркости солнечного света, или мощность гидротурбины от скорости потока воды. Но какая зависимость ветрогенератора от скорости ветра нам не понятно, так-как мы не знаем сколько энергии в самом ветре. Энергии в ветре очень много, к примеру на рекламный щит шириной и высотой один метр при скорости ветра 5 м/с оказывается давление мощностью 75 ватт. А если щит будет размером три на три метра то мощность ветра при 5 м/с составит 675 ватт. При этом если скорость ветра снизится в два раза то мощность упадёт в восемь, а если ветер будет дуть с в два раза большей скоростью, то мощность давления на щит увеличится в восемь раз. Зависимость мощности ветра с увеличением скорости кубическая.

Но винт горизонтального ветряка или ротор вертикального ветрогенератора это вращающаяся конструкция, она испытывает то-же давление что и щит, но во вращение не может трансформировать всю энергию ветра. Лучшие горизонтальные ветрогенераторы могут брать от ветра до 47% энергии, а ветряки типа «бочка» до 25%. Обычный средний КПД горизонтального ветряка 0.4, и он не постоянный, так-как лопасти имеют фиксированные аэродинамические формы, которые с максимальным КПД могут работать только при определённой скорости ветра. Тоже самое и вертикальными роторами так-как их лопатки тоже имеют фиксированный размер.

На этом этапе я думаю понятно что мощность ветрогенератора определяет сила ветра или по другому скорость ветрового потока. Также размер винта определяет с какой площади ветрового потока можно брать энергию. Понятно что чем больше винт тем больше он «поймает» ветра, и отнимет у него энергию. Третье это КПД винта, это тоже немаловажный фактор, чем выше КПД тем больше мощности у винта и дешевле сам ветрогенератор.

К примеру винт диаметром 3 метра при ветре 5 м/с имеет мощность примерно 210 ватт, а при 10 м/с его мощность составит 1,8 кВт. Если конечно его КПД будет высокий. Вообще неправильно говорить КПД, нужно говорить коэффициент использования энергии ветра, то есть КИЭВ винта. Винт ветрогенератора это довольно сложная штука, и кроме диаметра винта есть такое понятие как быстроходность винта, это нужно будет чтобы подобрать правильный генератор. Быстроходность это скорость кончиков лопастей относительно скорости ветра, обычно кончики лопастей в рабочем режиме движутся быстрей скорости ветра в 5-7 раз для трехлопастных винтов. Это достаточно сложная наука и вы вначале ничего не поймёте в этом. Ниже таблица мощности винтов в зависимости от диаметра винта и скорости ветра при КИЭВ 0,45.

Далее у нас на очереди генератор, средний КПД обычно у генераторов 0.8, но этот КПД зависит от оборотов. Генератор может иметь и максимальный КПД 96%, но только в узком диапазоне оборотов, и это зависит от сопротивления нагрузки на генератор, и сопротивление обмотки генератора. Так-же КПД генератора может быть ниже 50% если он неправильно нагружен, но он не может быть правильно нагружен так-как на разных оборотах ему нужна разная нагрузка, а обороты разные потому что скорость ветра меняется, меняются и обороты винта, а следовательно и генератора.

Это в общем тоже сложно, генератор по мощности должен подходить винту, иметь чуть меньшую мощность чем винт в широком диапазоне оборотов, тогда вся эта цепочка будет работать эффективно.

Мощность ветрогенератора определяет:

скорость ветра

диаметр ветроколеса (винта или ротора)

КИЭВ ветроколеса

КПД генератора

Что определяет мощность ветрогенератора
Мощность ветрогенератора зависит от силы ветра, диаметра винта и мощности генератора. К примеру винт диаметром 3 метра имеет мощность

Человечество в XXI веке как никогда ранее задумалось об использовании источников энергии, которые могут предоставить неисчерпаемые ее запасы благодаря своей возобновляемости. К подобным источникам можно отнести солнечные электростанции, ветрогенераторы и гидроэлектростанции различного типа. Природные факторы накладывают свои ограничения для использования всех альтернативных источников энергии. Наименьшие эти ограничения характерны для ветроэнергетики, мощности которой с каждым годом увеличиваются на сотни мегаватт.

Эффективность ветряной электростанции определяется средней скоростью ветра, которую могут «полезно» преобразовать ветрогенераторы в электроэнергию. Экономически обоснованным рубежом для установки ветрогенератора считается скорость 4 м/с. Максимальный КПД, который может обеспечивать ветрогенератор, достигается при скорости ветра в 9…12 м/с. Помимо скорости ветра, в ветроэнергетике также важны геометрические размеры ветрогенератора, а именно его диаметр ротора и площадь лопастей. Диаметр ротора определяет полезную мощность, которую можно получать от ветрогенератора: для диаметра ротора в 1 м теоретически возможная максимальная мощность составляет 1,6 кВт, а для диаметра 10 м – уже 39,3 кВт. Максимальная мощность ветрогенератора также определяется высотой мачты, которая позволяет лопастям установки преобразовывать ветер бОльшей скорости.

Конструкция ветрогенератора также играет важную роль при расчете мощности. Первый критерий, по которому классифицируют ветрогенераторы, относится к расположению оси вращения ветротурбины. В промышленности выпускаются ветрогенераторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Только 5% ветрогенераторов изготавливают с вертикальной осью вращения, поскольку теоретически достижимый КПД для подобных установок составляет всего 22%. Для ветрогенераторов с горизонтальной осью – максимальный КПД составляет 59%.

Мощность ветрогенератора помимо этого зависит от множества факторов, среди которых турбулентность потока ветра, плотность воздушных масс, равномерность распределения нагрузки по оси ветрогенератора и пр. Согласно стандартной формуле для расчета мощности ветрогенератора его эффективность прямо пропорциональная кубу скорости ветра и квадрату диаметра ротора. Таким образом, для регионов, где скорость ветра вдвое больше, мощность ветрогенератора сразу увеличивается в 8 раз. При этом правильный выбор мощности ветрогенератора должен основываться не на пиковой мощности нагрузки, а на множестве факторов, которые оказывают влияние на работу генерирующего устройства и сети нагрузки.

От чего зависит мощность ветрогенератора
Эффективность ветряной электростанции определяется средней скоростью ветра, которую могут «полезно» преобразовать ветрогенераторы в электроэнергию

Ветрогенератор

Ветрогенератор - устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветрового воздушного потока в энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.

Средняя скорость ветра в Ярославле за отопительный период составляет 4,9 м/сек, а за три наиболее холодных месяца - 5-ть м/сек, что позволяет надеяться на достаточно высокую выработку энергии ветрогенератором.

Вот таблица средних скоростей ветра (в метрах/сек) на высоте 10-ть метров в Ярославле и Переславле-Залесском:

Кроме того, там же представлена интереснейшая таблица силы ветра по месяцам, созданная на основе метеонаблюдений с 1-го июля 2006-го года.

Мощность ветрогенератора P зависит от скорости ветра V , плотности воздуха p и ометаемой площади S : P=0,5*p*S*V^3

При условии наличия ветро- и гелио- ресурсов идеальная система для полностью автономного электроснабжения удаленного от промышленных электросетей хозяйства может состоять из следующих компонентов:

1. бензо/дизель/газогенератор 3-6 кВт со стартером и с системой автоматического пуска (САП «Энергия»)
2. МАП «Энергия» 3-18 кВт 48-220В со встроенным солнечным контроллером, с 4-8 шт. аккумуляторами по 200 А*ч, соединенных на 48 В (для автономии лучше тяговые АКБ).
3. комплект из чётного количества солнечных батарей, соединенных на 48 В, желательно мощностью от 2000 Вт, с отдельным МРРТ солнечным контроллером (при общей мощности солнечных панелей до 600 Вт можно использовать солнечный контроллер, имеющийся в контроллере ветрогенератора). Рекомендуем наш солнечный контроллер ECO Энергия МРРТ Pro.
4. ветрогенератор 2 или 3 KW-48V с прилагаемым контроллером заряда аккумуляторов на 48 В

Всё оборудование лучше установить внутри каменного гаража (для шумоизоляции), стоящего в стороне от основного дома (электрические кабели от него в дом прокладываются в трубах, под землей).

Но помните – аккумуляторы служат гораздо меньше при повышенных температурах (при +35 С в 2 раза меньше, чем при +25 С), генератор может нагреть гараж до +50 С, поэтому их лучше отделить друг от друга.

Об отводе выхлопных газов из помещения, вентиляции и глушении шума, читайте на страничке, посвящённой электростанциям.

Солнечные батареи устанавливаются на его крыше под углом 40-60 град. к горизонту, направлением на юг (или на его южную стену, вертикально).

Ветрогенератор устанавливается на стальную мачту высотой 10-18 м., в непосредственной близости от гаража (его электропроводка проходит внутри мачты и далее, под землёй попадает в гараж).

Полная стоимость подобного комплекса оборудования, в зависимости от выбранной модификации, может составлять 200-500 тыс. руб. и даже выше.

Выбрал ветрогенератор 48 В 2,5/3,5 кВт LOW WIND стоимостью 93100-то рублей и мачту высотой 12-ть метров стоимостью 49500-т рублей. Вот основные особенности этого ветрогенератора:

Комплект ветряка на 2,5/3,5 кВт состоит из:
— лопасти ротора, генератор с постоянными магнитами, ротор, хвостовая направляющая, хвостовые лопасти, а так же, в отличие от многих конкурентов, в комплект входит контроллер заряда со сбросом нагрузки на ТЭН. Цена комплекта 93100 руб.

Так же необходимо приобрести (или изготовить самостоятельно) мачту, комплект аккумуляторов и инвертор.

Технические характеристики ветрогенератора 2,5/3,5 кВт 48 В

Мощность ветрогенератора
Ветрогенератор — устройство, которое преобразует кинетическую энергию ветрового потока сначала в энергию вращения ротора, а затем — в электрическую энергию.

Мощность ветрогенератора

Огромные ветряки, расположенные в предместьях городов и поселков - это привычное явление в Европе и США.

Причем, устанавливают эти красивейшие гиганты ни только на земле, но и на водных просторах.

1. В настоящее время идея получения электрической энергии путем использования силы ветра не является новшеством. Первые попытки получения электрической энергии от силы ветра были предприняты еще в 1887-88 годах 19 века основателем американской электрической индустрии Чарльзом Ф. Брашем, построившим прототип автоматически управляемой ветровой турбины для производства электроэнергии.

Эта огромнейшая турбина, диаметр ротора которой составлял 17 метров, приводилась в движение 144 лопастями, изготовленными… из кедра.

2. Первая ветряки в Европе были построены в 1900 году, и к началу второй мировой войны для получения электрической энергии от силы ветра на планете использовалось несколько миллионов ветряных электрических станций.

3. Современная конструкция ветряка.

4. Современный ветряк представляет собой стальную башню высотой от 70 до 125 м, на вершине которой установлены генератор с ротором, имеющим 56-метровые лопасти, изготовленные из композиционных материалов.

5. В настоящее время для преобразования силы ветра в электрическую энергию используют не только маленькие (на один домик) ветряки, но и огромные, позволяющие обеспечивать электроэнергией большие пространства.

На фотографии представлены именно такие гигантские ветряки, на фоне которых дома внизу фотографии кажутся необыкновенно маленькими.

6. Один из крупнейших ветряков мощностью 4.5 мегаватт, построенный в Германии под Магдебургом в сентябре 2002 года, представляет собой 120-метровую башню, на которую крепится ротор.

Ротор такого ветряка состоит из трех лопастей, каждая из которых достигает размера в 52 метра в длину и 6 метров в ширину, и имеет вес по 20 тонн каждая.

7. Ротор ветряка.

8. На фотографии представлены лопасти гигантского ветряка.

9. Последним достижением в области ветроэнергетики являются ветряки, диаметр ротора которых превышает размах крыла самолетов-гигантов, даже таких, как «Руслан». Мощность такой установки составляет от 1 до 2 мегаватт и позволяет обеспечить электроэнергией 800 современных жилых домов.

10. В этом году в Норвегии ведутся работы по строительству самого крупного в мире ветряка, который позволит обеспечивать электроэнергией сразу 2 000 домов. По проектным данным высота его будет составлять 533 фута (162 метра), а диаметр ротора - 475 футов (144 метра). Проектная стоимость рекордного опытного образца достигает 67,5 миллионов долларов.

11. Рекордом по размеру и мощности в настоящее время является ветрогенератор Enercon E-126 высотой в 141 метр, мощность которого достигает 7 мегаватт, построенный недалеко от немецкого городка Эмден.

12. Монтажные работы по установке ветряка Enercon E-126:

13. Фотография демонстрирует ветряк Enercon E-126 во весь рост

14. Монтажные работы по установке ветряка на водных просторах.

15. Самый высокий в мире ветряк, установленный в провинции Сан-Хуан на высоте 4 110 метров над уровням моря занесен в книгу рекордов Гиннеса. Он принадлежит крупнейшей в мире золотодобывающей компании Баррик.

16. В настоящее время мощнейшие генераторы создаются не путем увеличения веса и габаритов лопаток ротора, а за счет передовых инженерных изобретений.

17. Установка ветряков, являющаяся изначально дорогостоящей, при расчетном сроке службы в 25 лет окупятся в течение первых 7 лет эксплуатации.

18. Лидером в Европе по использованию энергии ветра является Дания. Ветряки в Дании размещаются, как правило, на скалистых рифах и мелководье, на расстоянии около 2 км от берега.

19. Самым удачным местом в Европе для установки ветряком считаются шотландские острова Внешние Гибриды, северная часть которых продувается ветром постоянно.

20. В конце прошлого года компанией Deepwater Wind ведутся работы по проектированию самой глубоководной ветровой электростанции в мире.

21. Планируется, что она будет построена на протяжении от 29 до 43 км от побережья штата Род-Айленд и Массачусетс. Там будет производится до 1 000 мегаватт, что сопоставимо с количеством энергии, производимым ядерным энергоблоком.

Ветряки будут построены в океане на глубиной дна 52 м -что значительно глубже, нежели любая другая современная ветроэлектростанция.

Мощность ветрогенератора
Огромные ветряки, расположенные в предместьях городов и поселков &,mdash, это привычное явление в Европе и США. Причем, устанавливают эти красивейшие гиганты ни только на земле, но и на водных просторах. 1. В настоящее время идея получения электрической энергии путем &,nbsp,использования силы в…

Расчет вертикального ветряка по сути ни чем не отличается от расчета обычного горизонтального. Но в расчете есть свои особенности так-как вертикальные ветряки типа "Бочка" работают не за счет подъемной силы, а за счет давления ветра на лопасти. Далее я приведу пример расчета ветряка в общих чертах. Расчет хоть и довольно точный, но он дает общее представление о мощности ветрогенератора, но не учитываются многие факторы, которые могут значительно влиять на реальный результат.

Самодельный вертикальный ветрогенератор

Для примера фото вертикального ветряка типа "Бочка"

К примеру мы хотим сделать ветрогенератор типа "Бочка" размером по ширине 2 метра, и высотой 3 метра. Количество лопастей не имеет особого значения, и скажем у нас 4 полукруглых лопасти. Для начала нам нужно узнать сколько энергии мы вообще можем получить с этого ротора.

Для расчета есть простая формула:

P=0.6*S*V^3

P - мощность Ватт

S - площадь ометания лопастей кв.м.

V^3 - Скорость ветра в кубе м/с

0.6 - это скорость ветра. Ветер движущийся в пространстве принимается за единицу, но ветер при подходе к любому препятствию теряет свою скорость и мощность. Так-как потери в скорости нам не известны, то будем брать 0.6, это с учетом того что ветер потеряет скорость на 33%.

Дополнительно формула расчета площади круга S=πr2 , где

π - 3,14

r - радиус окружности в квадрате

Вообще вертикальные ветряки подобно рекламным щитам ветер тормозят очень сильно, и перед препятствием образуется воздушная подушка, натыкаясь на которую новые порции ветра расходятся по сторонам и 30-40% энергии ветра уходит не принимая участия в давлении на лопасти. По-этому общий КПД, или по правильному КИЭВ ветроколеса у вертикальных ветряков достаточно низкий и составляет всего 10-20% от энергии ветра.

Из анализа самодельных вертикальных ветряков КИЭВ в основном 10% всего, но мы-же оптимисты, по-этому я буду брать КИЭВ 0.2, хотя здесь еще не учитывается КПД генератора и трансмиссии.

0.6*6*2*2*2*0.2=5,76 ватт при 2м/с

0.6*6*3*3*3*0.2=19,44 ватт при 3м/с

0.6*6*4*4*4*0.2=46,08 ватт при 4м/с

0.6*6*5*5*5*0.2=90 ватт при 5м/с

0.6*6*7*7*7*0.2=246 ватт при 7м/с

0.6*6*10*10*10*0.2=720 ватт при 10м/с

Теперь понятно на что способен данный ротор. Далее нам нужно подогнать генератор к этому ротору чтобы генератор смог вырабатывать максимально возможную мощность, которая имеется на роторе, и при этом не перегружать ротор - чтобы он мог вращаться и его обороты сильно не падали. Иначе толку не будет, выработка энергии сильно упадет. Чтобы подогнать генератор нам нужно узнать обороты ветроколеса на каждой скорости ветра.

В отличие от горизонтальных ветряков, где скорость вращения кончиков лопастей обычно в 5 раз быстрее скорости ветра, вертикальный ветрогенератор не может вращаться быстрее скорости ветра. Это связано с тем что тут ветер просто толкает лопасть, и она начинает двигаться с потоком проходящего ветра. А горизонтальный винт работает за счет подъемной силы, которая образуется у тыльной части лопасти, и она выдавливает лопасть вперед, и тут обороты ограничиваются только аэродинамическими свойствами лопасти и подъемной силой.

Вдаваться в подробности не будем, и вернемся к нашему ветроколесу. Чтобы высчитать обороты ротора размером 2*3 метра, где ширина ротора 2 метра, нужно узнать длину окружности ротора. 2*3,14=6.28 метра, то-есть за один оборот кончик лопасти проходит путь в 6.28 метра. Это значит что в идеале полный оборот ротор сделает за проходящий поток ветра длинной 6.28 метра. Но так-как энергия тратится на вращение, на трансмиссию, да еще и на вращение генератора - который нагружен аккумулятором, то обороты упадут в среднем в два раза. И того полный оборот ротор сделает за 12 метров потока ветра.

Тогда получается так, если ветер 3м/с, то при этом ветре за секунду ротор сделает 0,4 оборота, а за 4 секунды полный оборот. А за минуту при ветре 3м/с будет 60:4=15об/м.

При 3м/с 12:3=4, 60:4=15об/м

При 4м/с будет 12:4=3, 60:3=20об/м.

При ветре 5м/с 12:5=2.4, 60:2.4=25об/м.

При 7м/с 12:7=1.71, 60:1,71=35об/м

При 10м/с 12:10=1.2, 60:1.2=50об/м

С оборотами ветроколеса я думаю теперь понятно, и они известны. Чем больше в диаметре ветроколесо, тем меньше его обороты относительно скорости ветра. Так к примеру ветроколесо диаметром 1 метр будет крутится в два раза быстрее чем ветроколесо 2м в диаметре.

Теперь нужен генератор, который на этих оборотах должен вырабатывать мощность не более чем может выдать ветроколесо. А если генератор будет мощнее, то он перегрузит ротор, и тот не сможет раскрутится до своих оборотов, и в итоге обороты будут низкие и общая мощность. При ветре 3м/с у нас 15 об/м, и мощность ветроколеса 19 ватт , вот нужно чтобы генератор нагружал ротор не более 19ватт. Это с учетом КПД редуктора (если он имеется) и КПД самого генератора. КПД редуктора и генератора обычно не известны, но на них тоже значительные потери, и в общем на этом теряется 20-50% энергии, и на выходе на аккумулятор уже поступает всего 50%, это в нашем случае 10ватт примерно.

Если генератор перегрузит ветроколесо, то его обороты не выйдут на номинальные, и будут значительно ниже скорости ветра. От этого упадут обороты генератора и его мощность. Плюс еще значительно медленные по скорости лопасти относительно ветра, будут его сильно тормозить и ветер будет разбегаться в стороны, в итоге мощность ветроколеса упадет еще больше. Так со слишком мощным генератором энергии на аккумулятор будет в разы меньше чем могло бы быть. Или наоборот, когда генератор слишком слабый и при 15об/м ветроколеса не может на полную нагрузить ветроколесо, то то-же получается что мы берем гораздо меньше энергии от возможной.

В итоге генератор должен соответствовать по мощности ветроколесу, только так мы можем снять максимально возможную мощность ветроколеса. Это можно сказать самая сложная задача так-как генератор может абсолютно разных характеристик напряжения и тока к оборотам. Чтобы подобрать генератор его нужно покрутить на аккумулятор и измерить отдаваемую энергию, или просчитать по формулам. А далее уже пробовать подгонять к ветроколесу.

К примеру у вашего генератора при 300об/м 1Ампет на АКБ 14вольт, это примерно 14ватт, а ветроколесо выдает 19ватт при 15об/м. Значит мультипликатор нужен 1:20 чтобы генератор крутился при этом на 300об/м. При 5м/с обороты ветроколеса 25об/м, а генератор значит будет вращаться со скоростью 500об/м. Мощность ветроколеса у нас при этом всего 90ватт, а генератор превышает по мощности и дает 200ватт. Так не пойдет ветроколесо просто будет медленно вращаться и свои 90ватт не выдаст - а 200ватт тем-более. Выход - или жертвовать началом зарядки и делать редуктор 1:15, или увеличивать по высоте ветроколесо в два раза чтобы ветроколесо потянуло генератор.

Так нужно чтобы генератор соответствовал по мощности и оборотам на всем диапазоне вращения ветроколеса. А если генератор не-дотягивает по мощности, то нужно или увеличивать передаточное число мультипликатора, или уменьшать ротор чтобы добиться баланса между оборотами и мощностью ветроколеса и генератора. Часто люди вообще без всяких расчетов ставят генераторы от чего найдут, и строят ветроколесо насмотревшись видео с ютюба, а в итоге получается что ветрогенератор не работает на малом ветру и по мощности просто мизер совсем.