Що таке вітряна електростанція для дому

Чи варто купувати вітрогенератор для будинку? У регіонах з підвищеною вітряністю-це хороше рішення для отримання енергії. Переваги: безкоштовно, екологічно чисто, доступно, не вимагає палива. Недоліки: мінливість джерела, шумно, довго окупається, ціна.

Складові і принцип роботи

Принцип вітрогенератора полягає в перетворенні кінетичної енергії вітру в електричний струм. Потік повітря приводить в рух крила установки. Усередині турбіни електромагнітна система перетворює отриману активність в електрику, яка акумулюється в батареї.

Основними складовими системи є:

• генератор;
• лопать;
• щогла;
• контролер;
• акумуляторна батарея;
• інвертор;
• автоматичний перемикач джерела живлення.

Додатково також може встановлюватися анемоскоп і датчик напрямку вітру. В домашніх умовах можуть не використовуватися, частіше використовується в станціях середньої і великої потужності, у виробничих масштабах.

Складові вітрогенератора

Генератор

Турбіна установки виробляє змінний струм. З його допомогою активність, одержувана від обертання крил, перетворюється в електрику. Електромагнітна установка всередині за допомогою механічного руху магнітів впливає на рух електронів в котушках.

Струм, що виробляється в ході цієї взаємодії, за допомогою контролера передається на акумуляторну батарею. Кількість вироблюваної енергії залежить від швидкості і сили, стабільності вітрового потоку.

Лопать

На потужність турбіни впливає розмір цих деталей.

При розрахунку для установки в будинку, фіксують споживання електрики в місяць. Множать цю цифру на 12. При споживанні будинку в 3600 кВт (300 в місяць) в регіоні з середнім значенням – 5 м/с необхідно використовувати довжину не менше 4 м.

Довжину лопаті для вітряка можна розрахувати за формулою:

D – діаметр вітроколеса ротора,

AOE-сума споживаної енергії на рік,

V – середня швидкість вітру в регіоні.

Якщо ж розмір необхідно зменшити, тоді потрібен апарат з більшою потужністю. За допомогою формули можна порахувати (з похибкою 20%) яку енергію можна отримати. Необхідно помножити квадрат діаметра лопатей на куб середньої швидкості потоків, далі розділити отримане значення на 7000.

Тобто якщо швидкість у вашій місцевості приблизно 4 м/с, а діаметр деталей 2 метра, тоді (4^Три*2^Два)/7000=0,036 кВт електрики вийде. Якщо вітер посилиться до 5 м/с, тоді вийде 0,071 кВт. Якщо середня швидкість вітру незмінна, тоді можна на потужність вплинути за допомогою довжини лопатей.

Якщо їх довжина в два рази більше, тоді при тій же швидкості потужність збільшується в 4 рази. Ці розрахунки можна використовувати при виготовленні станції своїми руками.

Турбіна продуктивністю до 700 Ватт на місяць, з початковою швидкістю вітру 2,5 м/с, і номінальною – 8, може виробити 120 кВт електрики при середній швидкості — 6. Розмір лопатей — 2,7 метра, кількість — 3 шт. А податок при потужності від 0-1600 Вт дасть місячну вироблення в 230 кВт.

Найпоширеніший це генератор потужністю 3000 Ватт з 3-ма крилами довжиною 3,2 м. Його вистачає, щоб виробити 480 кВт, при швидкості 6 м/с. Цієї кількості достатньо для забезпечення приватного будинку.

Щогла

Висота щогли впливає на висоту розміщення джерела отримання струму. Чим вище, тим сила вітру стабільніше, а швидкість вище. Щогли бувають різної форми. Одним з ключових факторів безпеки установки є матеріал, з якого зроблена щогла. При сильному вітрі або урагані основне навантаження припадає на цю частину. Опори повинні бути міцними і витримувати великі навантаження. Обслуговувати високі щогли проблематично.

Так звані фермные щогли мають окремі секції, які виготовляються з опорної труби (зазвичай 3 штуки), з’єднані між собою перемичками. Такі секції зручно використовувати в подальшому, якщо необхідно збільшити або зменшити висоту щогли. Вони кріпляться на болти, які можна розкручувати і додавати нові секції.

При установці щогли потрібно врахувати об’єкти на відстані до 300 метрів, вітряк повинен розташовуватися таким чином, щоб вони знаходилися на метр нижче турбіни. Ніщо не повинно заважати отримати максимальну продуктивність.

Контролер

Встановлюється для управління процесами і функціями. Цей механізм перетворює змінний струм в постійний, який надходить на акумулятори. Також в контролері здійснюється управління функціями повороту лопатей, захисту при сильному поривчастому вітрі.

Акумулятор

Батареї потрібні для того, щоб зберігати електрику, яку передає контролер, і стабілізувати її. Напруга, що виходить з батарей, стабільне і постійне, на відміну від того, яке виходить з генератора. Також акумулятори дозволяють використовувати енергію, коли обертання відсутнє, і установка не працює.

Інвертор

Інвертори поділяються на чотири види:

• трифазний,
• мережний,
• чистий синусоїда,
• модифікована синусоїда.

Чиста синусоїда підходить для будь-якого типу електроприладів (медичне, мережеве та інше обладнання) напруга змінного струму 220 вольт. Модифікована синусоїда придатна, при нечутливому споживанні до якості напруги. Цим вона відрізняється від чистої. Підходить для освітлення, заряду пристроїв, обігрівальних приладів і т. п.

Автоматичний перемикач джерела живлення

АВР використовують, якщо в електромережі задіяні також сонячні батареї, генератори палива, громадська мережа, інші альтернативні джерела живлення. Ця установка перемикає джерела живлення, якщо один з них недоступний. Він може працювати тільки з одним джерелом.

Види вітряних електростанцій

Існує кілька видів в промислових масштабах за типом розміщення: наземні, прибережні, шельфові, плаваючі, ширяють, гірський.

У побутовому використанні більш важливими є типи конструкцій:

• За кількістю лопатей поділяють на двох, трьох і багатолопатеві вітрогенератори.
• По напрямку осі обертання поділяються на вертикальні або горизонтальні. Перевагою вертикальних є підвищена стійкість конструкції. Перевагою горизонтальних є велика вироблення енергії.
• Також поділяють з управління кроком лопаті. Змінний дозволяє регулювати діапазон робочої швидкості обертання крил. Але конструкція з таким типом дорожче, важче. Для використання в домашніх умовах краще брати з фіксованим кроком.
• За типом виготовлення матеріалів крила бувають вітрильні або жорсткі. Перші коштують дешевше, їх простіше виготовити самому, проте міцність їх менше, ніж у жорстких. Другі виготовляють в основному з металу, пластику, склопластику. Такі лопаті служать довше, і не вимагає частої заміни. Якщо в районі вітру сильні, використовувати вітрильні нераціонально.
• Спіралеподібний. Нещодавно розроблені технології, в яких використовуються спіралеподібні, відомі як ротор Оніпко. Принцип їх конструкції дозволяє знизити шум, а також отримати вироблення енергії на найнижчих висотах при мінімальних потоках. Особлива конструкція спіралеподібної форми також дозволяє уникнути зіткнення з птахами-частою проблемою вітряків. За рахунок збільшеної площі контакту з вітром, у спіральної конструкції з’являється ефект збільшення і посилення потужності. Хвостовий стабілізатор відсутній, оскільки ротор вловлює потік повітря самостійно на горизонтальній осі. Можуть виготовлятися з різних матеріалів (пластик, метал та ін). У Голландії подібні рішення вже відчувають, турбіна називається LiamF1. Вони дуже практичні в умовах невеликої швидкості вітру. Такі конструкції можуть виробляти від 125 до 200 кВт в місяць на максимальній потужності. Їх розмір не перевищує півтора метра в діаметрі, може бути поставлений на даху будинку або щоглі. При цьому показник шуму не перевищує 45 децибел. Така конструкція буде доречна, як додаткове джерело енергії в невеликих містах з переважно низькими будівлями.

Що потрібно врахувати при виборі

В першу чергу необхідно вивчити карту вітрів регіону, щоб зрозуміти доцільність. Потім необхідно зробити розрахунок кількості споживаної енергії будинком. Виходячи з цих цифр, уточнюється який апарат, з яким розміром лопатей підійде для забезпечення даного запиту.

Також необхідно враховувати кліматичні особливості і вибрати правильний вид установки. У зонах підвищеної турбулентності ставлять агрегат з вертикальним обертанням, ці конструкції більш стійкі і довговічні в таких зонах.

Горизонтальні проявлять себе краще на відкритій місцевості або височини, а також на узбережжі. Однак, шум, вироблений цими установками, можливо, буде заважати сусідам, тому встановлювати їх варто на відкритій місцевості, такий як поле. В цих умовах ККД горизонтальних вище, ніж у вертикальних.

Спіральні конструкції дозволено встановлювати в регіонах з низьким показником швидкості вітру, а також в густонаселених пунктах. Такі конструкції майже не видають шум (до 45 ДБ), безпечні для птахів, не займають великі площі.

Вивчивши всі перераховані вище критерії, варто розрахувати економічний показник окупності установки. За який період часу установка окупиться згідно з діючими тарифами на електроенергію. Навіть при довгому терміні окупності від 5 років важливо відзначити, що це джерело енергії в майбутньому не споживає ніякого палива.

Ціна

Ціни на товари з різною потужністю залежать від виробника, комплекту поставки (генератор, акумулятори, інвертор і ін). Цінові пропозиції коливаються в показниках:

• 0,5 кВт – 40-90 тис. грн.,
• 1 кВт – 92-113 тис. грн.,
• 2 кВт – 111-150 тис. грн.,
• 3 кВт – 125 -195 тис. грн.,
• 5 кВт – 282 – 285 тис. грн.

Зауваження при будівництві своїми руками

Якщо ціни на вітряки занадто дорогі, можна зробити конструкцію своїми руками. Найчастіше для економії використовують або генератор від автомобіля, або від пральної машини. При використанні таких апаратів найчастіше вибирають горизонтальний тип установки, в якому застосовують 3-6 лопатей.

Готові лопаті насаджують за допомогою шківа на вал електродвигуна. З допомогою дерев’яного бруса монтують хвіст і кріплять з іншого боку вал. Для хвоста краще взяти лист алюмінію. Бокс турбіни потрібно захистити від дощу або кожухом, або шматком пластикові труби.

У нижній частині встановлюється труба, яка в подальшому буде виконувати повороти механізму. Для щогли варто використовувати металеві труби діаметром 32 міліметри по довжині від 3 до 4 метрів.

Верхня частина щогли є також поворотною втулкою, куди вставляється труба з двигуном. Внизу необхідно зробити опору з діаметром не менше 60 сантиметрів. На цій опорі встановити U-подібну трубопровідну арматури посередині. Щоб щоглу вийшло опускати, необхідно поставити трійник з поворотом.

Для виготовлення електронних схем необхідні спеціальні знання, тому при відсутності таких слід купити контролер і акумулятори. При необхідності також можна встановити мультиметр, цей прилад буде відстежувати напругу, що виходить з вітрогенератора і надходить на батарею. Електроніка вимагає захисту від дощу і вітру. Краще використовувати подовжувач і перенести цей блок в захищене місце.

Встановлювати чи ні

Доцільність використання даного типу установок завжди дуже індивідуально. Однозначно варто встановлювати такий вид джерела енергії в тих місцях, де немає доступу до інших варіантів. Добре буде працювати установка на прибережних зонах або на пагорбах. У цих районах доступ до джерела енергії майже постійний, тому навіть покупка дорогої електростанції виправдає себе через кілька років.

Вони допоможуть економити, і отримувати електроенергію, коли основний ресурс недоступний. При використанні великих горизонтальних вітряків з великими лопатями нераціонально ставити їх в тих районах, де густонаселені пункти.

У таких умовах краще підійдуть вертикальні генератори або спіралеподібні. Вони не виробляють багато шуму. Їх можна встановлювати навіть в приватних будинках з близьким сусідством. Однак в цьому випадку найближчі споруди можуть впливати на продуктивність станції.

Проблему можна вирішити, доповнивши мережу сонячними батареями. У комплексі два цих джерела можуть повністю забезпечити житловий будинок електроенергією.

Купувати або зробити своїми руками — питання чисто фінансової сторони. Якщо є кошти на готову установку, можна сміливо вкладати в майбутнє, оскільки це вкладення окупиться в найближчі роки.

Якщо ж грошей на покупку дорогого обладнання немає, але є можливість зібрати генератор своїми руками, однозначно радимо встановити вітряк будинку самому. Він дозволить заощадити як мінімум третину споживаної енергії.

Бліц-поради

1. Генератори від автомобіля потребують в перемотуванні котушок.
2. Будь-яку щоглу необхідно встановлювати на фундамент, оскільки вона має велику масу і буде схильна до серйозних навантажень. Фундамент щогли повинен бути не менше 1 м глибиною.
3. Виготовляючи лопаті самостійно важливо перевірити балансування. Якщо крило тягне вниз, його можна сточити або відшліфувати.
4. При штормі або урагані повинен бути передбачений механізм гальмування. Щоб конструкція не постраждала.
5. Акумулятори вибираються відповідно до споживання і витраті електрики в будинку. У день затишшя приміщення не повинно залишитися без харчування.
6. Для довгого терміну служби профілактика змащення підшипників необхідна раз в 6 місяців.
7. Після перших двох тижнів використання агрегату, обов’язково перевіряють кріплення і натягу, оскільки при роботі деталі мають властивість розхитуватися, слід зняти конструкцію перевірити і закріпити заново.