Ветрогенератор – отличная идея для частного дома. Он поможет сэкономить на электричестве и поддерживать экологичность естественной среды
Еще совсем недавно ветрогенератор для частного дома был инновационной техникой, но сегодня он все чаще встречается в быту. Чтобы выбрать такой прибор для своего дома, нужно разобраться, что из себя представляют ветряные электростанции, какие разновидности бывают и какие условия нужны для их полноценной и рентабельной работы.
Фундаментальным и отличительным элементом ветроэлектростанции является ротор, который захватывает энергию от массы воздуха и преобразует ее в механическую энергию, которая передается на вал генератора. В ветроэнергетике используются несколько типов генераторов в зависимости от размера установки и цели, для которой необходимо использовать электричество, то есть.
Решение, используемое на электростанциях наименьшей мощности. Генераторы постоянного тока или небольшие трехфазные генераторы в конструкциях с постоянными магнитами. Они характеризуются тем, что они работают при переменной скорости вращения ротора. Типичная система работает с батареями или электрическим нагревателем и водяным баком, который хранит электричество или тепло. Также в системе есть регуляторы напряжения и инверторы для генерации переменного напряжения. Генераторы переменного тока также позволяют получать мощность постоянного тока.
Небольшую установку из маленьких ветрогенераторов можно разместить прямо на крыше дома
Работает этот прибор по такому принципу: вращение лопастей, которые насажены на генераторный вал, происходит за счет потока ветра – это производит переменный ток. Такое электричество аккумулируется и сохраняется в аккумуляторных батареях, потребляется бытовой техникой по мере надобности. Эта схема очень упрощена. В реальности иногда требуются приборы, которые преобразуют электрический ток.
Необходимо заранее направить напряжение и отрегулировать его соответствующим образом. В связи с тем, что значения напряжения и частоты зависят от скорости ветра, необходимо дополнительно использовать систему с инвертором в дополнение к получению постоянных частот и амплитуд. Номинальный диапазон напряжения, на котором работают автономные системы, - постоянный или переменный. Небольшой размер электростанции в основном исключает использование низкоскоростных синхронных генераторов.
Рисунок 3 Схема небольшой ветровой электростанции, работающей в сети, разделенной в гибридной системе с фотогальванической установкой и аварийным источником. Электричество, производимое на таких электростанциях, должно иметь те же параметры, что и сеть, с которой взаимодействует ветряная электростанция. Как правило, скорость вращения турбины поддерживается на постоянном уровне, но также используются вращательные системы с переменной скоростью.
После генератора в этой цепи размещается контроллер. С его помощью происходит преобразование переменного тока в постоянный, который заряжает аккумуляторные батареи. Практически вся техника не работает от постоянного тока, поэтому после аккумулятора потребуется наличие еще одного прибора – инвертора. Это устройство производит операцию в обратном порядке, то есть преобразует постоянный в переменный ток с напряжением 220В. В ходе таких манипуляций происходят определенные потери полученной электрической энергии, что составляет примерно 15-20%. Это немалая часть.
Электростанции, использующие энергосистему, чаще всего используют асинхронный генератор. Они широко не используются вне ветровой энергии и малых гидроэлектростанций. Эти машины имеют много преимуществ, очень надежны, относительно дешевы и устойчивы к перегрузкам. Характерной особенностью асинхронных генераторов является появление явления скольжения. Это позволяет генератору слегка увеличивать или уменьшать скорость, если крутящий момент изменяется. Если существует потребность в асинхронном генераторе для работы в выделенной сети, где он будет единственным источником питания, то недостатком асинхронных генераторов будет то, что обмотки статора должны быть возбуждены до начала работы.
В случае, когда применяют несколько устройств для получения электричества (ветряк плюс солнечные батареи или топливный генератор), потребуется дополнить схему выключателем (АВР). Он потребуется для того, чтобы при выключении одного из приборов включался другой – резервный.
Перед началом работы вам понадобится устройство, которое обеспечит ток намагничивания. Другим решением является синхронный генератор, состоящий из статора и схемы статора, смонтированной на катушках, в которых индуцируется переменное напряжение. Для поддержания стабильности напряжения и частоты на машинных терминалах скорость магнитного потока и ротора должна быть постоянной, следовательно, имя генератора. Синхронные машины характеризуются тем, что их скорость вращения должна точно соответствовать частоте сети.
При изменении крутящего момента изменяется только угол между электромагнитным полем ротора и статором. Решение, обеспечивающее наилучшее использование энергии ветра, - это бесступенчатые электростанции на основе низкоскоростного синхронного генератора. Небольшие повороты и отсутствие зубчатых передач приводят к значительному упрощению конструкции, снижению расхода материала и созданию шума. Переменные обороты повышают эффективность установки и ее энергоэффективность. Недостатком этого решения является то, что электричество генерируется с разными параметрами, чем параметры сети.
Чтобы получить максимально возможную мощность, необходимо размещать ветряк вдоль потока ветра. Этот момент реализуется по принципу флюгера. Нужно закрепить вертикальную лопасть на противоположном конце генератора – это делается для того, чтобы она разворачивала его навстречу воздушным потокам. Если применена более мощная установка, на ней устанавливается поворотный электромотор.
Для подключения таких электростанций к энергосистеме требуются силовые электронные схемы. Схема установки малой ветровой энергии, подключенной к энергосистеме. Инвестиционные затраты и эксплуатационные расходы на фотогальванические установки. Инвестиционные расходы, связанные со строительством небольшой ветряной электростанции, зависят от масштабов инвестиций, а также от способа использования энергии.
Рисунок 5 Структура инвестиционных затрат на фотогальванические системы. Подавляющее большинство инвестиционных затрат - ветряные электростанции. Имейте в виду, что батареи обычно заменяются на 10 тысяч. циклов зарядки, которые могут иметь место от 5 до 8 лет. По истечении этого времени замените батареи новыми, что значительно увеличивает стоимость установки.
Все ветрогенераторы разделяются на две группы:
Значительно более дешевое решение для локального хранения энергии - это нагревание горячей водопроводной воды. Рис. 6 Инвестиционные расходы малых ветропарков. В зависимости от того, как энергия используется с небольшой ветровой фермы, средняя стоимость единицы измерения имеет разные значения.
Самым дорогостоящим решением для небольшой ветровой фермы является установка в сети, предназначенной для электрохимических батарей. Рис. 7 Среднегодовые эксплуатационные расходы малых ветровых электростанций. На рисунке 7 показаны различные эксплуатационные расходы малых ветропарков. Более высокие затраты возникают в сетчатых установках, где технические осмотры и замены расходных деталей являются более дорогими, с дополнительным страхованием установки.
Менее эффективным для получения электричества считается первый тип: его КПД меньше, чем у горизонтальных, почти в три раза. Преимуществами являются простота сборки и надежность. Низкий уровень шума делает возможным монтаж такого прибора на крыше дома и на уровне с землей. Такие приборы устойчивы при плохих погодных условиях (ураган, обледенение). Начинают работать от слабой силы ветра 1-2 м/с.
Экономика малых ветровых электростанций. Результаты этого расчета позволяют свободно сравнивать затраты на производство энергии из различных источников, как возобновляемых, так и обычных, включая электроэнергию из энергосистемы. Рисунок 8 Упрощенная формула для расчета распределения затрат на производство энергии.
Подробные предположения для фотогальванических установок с анализируемой установленной мощностью приведены ниже. Рис. 9 Расходы на производство электроэнергии в небольших ветровых электростанциях в соответствии с их номинальной мощностью. Следует также отметить, что небольшая ветряная турбина может работать в разных ветровых условиях при одновременном достижении разных коэффициентов использования энергии, т.е. количества часов в год, когда турбина работает на максимальной мощности.
Если говорить о горизонтальных, то им понадобится сила ветра не менее 3,5 м/с, однако эти приборы являются самыми распространенными. Уровень КПД составляет 50%, но зато шум и вибрация будут достаточно высокими. Для того чтобы установить такой прибор, потребуется много свободного места, до 100 метров, и высокая мачта.
Использование ветрогенератора для 220В может быть оправдано в ряде случаев:
Поскольку затраты на хранение энергии не включены, анализ не отражает фактические затраты на управление энергией от установленных электростанций. Существует несколько вариантов управления питанием. Потребление энергии для собственных нужд. В этом случае для хранения энергии потребуются батареи. Такие установки используются в первую очередь в местах, где инфраструктура распределения электроэнергии не является прибыльной.
Продажа всей энергии в сеть. Доминирование собственного потребления при продаже избыточной энергии в сеть. Решение, которое включает в себя элементы двух описанных выше решений, может эффективно снизить отдачу от инвестиций. Для этой цели необходимо выбрать мощность ветряной турбины, чтобы максимизировать потребление сгенерированной энергии для собственного потребления, но без использования хранения энергии, в то время как остальная часть избыточной энергии, поступающей в сетку. На этом этапе инвестор зарабатывает на экономии энергии, не используемой в энергосистеме, а также экономит на нехватке энергии батареи.
Обратите внимание! Просто для питания дома монтировать ветряк не имеет смысла, ведь даже если в вашей географической широте постоянно дует ветер, это не делает прибор выгодным с экономической точки зрения.
Если это так, инвестор может ожидать возврата инвестиций в течение 10 лет, в зависимости от динамики роста цен на электроэнергию от сети и доли собственного потребления в объеме энергии, производимой на фотогальванической установке. Значительное значение для затрат на производство энергии с небольшой ветровой электростанции - хороший выбор места в условиях ветра и техническая надежность установки отбора мощности. Можно сделать вывод, что долговечное и надежное строительство и высокое качество изготовления могут в значительной степени способствовать снижению затрат на производство энергии.
Потоки воздуха не могут поступать постоянно к вашему дому, как, например, подаваемый по газопроводу газ . Это капризное природное явление, которое сложно назвать постоянным. В один день это ураган, в другой – полный штиль. До того как купить ветрогенератор для частного дома или изготовить его своими руками, стоит определить возможности ветра в своем регионе. Это оценивается при помощи среднегодового показателя силы ветра. Такой параметр легко выясняется в интернете.
Благодаря этой программе физические лица, жилищные кооперативы и подразделения местного самоуправления смогут получить 40% субсидий на покупку и сборку микроустановок для производства электроэнергии или тепла. В рамках программы вы можете приобрести солнечные батареи, вы также можете создать ветряные электростанции или инвестировать в тепловые насосы. Эта программа также направлена на повышение осведомленности общественности о возобновляемых источниках энергии и распределенной энергии. Это может быть софинансировано фотогальваническими установками на крыше здания, ветровыми турбинами на крыше или автономными на участке, а также тепловыми насосами, которые являются отличной альтернативой традиционным системам отопления.
Если вы получите силу, меньшую 4 м/с, то устанавливать ветряк не стоит, потому что он не сможет генерировать необходимое количество электричества. Как только определились с моментом, что ставить прибор можно, следует подобрать генератор по мощности.
Общий бюджет, доступный для распространения по программе, составляет 400 миллионов злотых. Это не большая сумма, учитывая растущий интерес частных лиц к этому типу инвестиций. Эти современные установки, несмотря на видимость, не очень дороги, кроме того, вы можете получить много субсидий Европейского Союза для выбранного продукта и его сборки. Какие инвестиции мы можем сделать?
Наиболее популярны кровельные и наземные фотогальванические системы. Установка на крышах зданий более популярна среди людей с небольшими участками. Для установки на здания нам не нужен какой-либо сюжет, мы не возражаем в повседневной работе домашнего хозяйства и практически не нуждаемся в техническом обслуживании. Фотожурналисты превращают солнечную энергию в электричество в течение дня, заряжая аккумуляторы, в которых они могут хранить избыточную энергию, а затем использовать ее, когда это необходимо.
Для , в котором проживает одна семья, в среднем понадобится 300 кВт/ч в месяц. Если ваш регион с невысоким потенциалом ветра, тогда вам потребуется ветрогенератор 2-3 кВт мощности. Запомните, что зимой электричества будет получаться больше, чем летом: это обусловлено разностью скорости ветра.
Единственное решение более популярно в ветреных районах, поэтому на севере и в середине нашей страны есть ветряные турбины. Здесь у нас также есть выбор кровельных и наземных установок. Отдельные турбины, установленные на мачтах, не мешают повседневной жизни. Однако важно разместить ветряную мельницу в нескольких метрах от здания, однако, тем не менее, она кажется нежным «свистком», сопровождающим работу турбины при большем ветре. Турбины, установленные на крышах, обычно имеют меньшую мощность, но их можно монтировать более надежно.
Они менее громкие, и в этом случае они, конечно, не будут вмешиваться в использование дома каждый день, например, в жаркие дни им захочется открыть окно и наслаждаться звуком лета. Многие люди спрашивают о лицензиях ветряных турбин и документации, которую они должны собирать. Когда дело доходит до наземных автономных ветряных мельниц, все зависит от местного плана развития. Например, если максимальная высота здания установлена на уровне 11 м, то установка нижней ветряной мельницы не потребует разрешения.
Какой бы регион ни был, сила ветра не может быть величиной постоянной: она меняется как по направлению, так и по величине. Обязательно будет возникать период штиля. Кроме того, в течение суток потребление электроэнергии разное и не может быть постоянным. Эти факторы обусловливают сложность конструкции ветряка и потребность его в аккумуляторах и инверторе.
Прибор производит энергию небольшими партиями, а батарея аккумулирует ее, чтобы потребители могли использовать ее, когда им это потребуется. Не стоит устанавливать ветряк без дополнительных узлов, но тогда вы можете остаться без энергии в периоды штиля.
Нужно также помнить об устройствах для защиты и автономной работы ветроэлектрогенератора. От этого зависит непрерывное снабжение энергией дома.
Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.
Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.
Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.
Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.
Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).
Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.
Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.
В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.
Существует две разновидности ветрогенераторов:
Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).
Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).
К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.
Роторные колеса вертикальных ветряков
Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.
Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.
Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.
Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.
Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.
Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.
Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).
Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.
Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.
В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.
Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.
В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.
Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции
Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.
Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.
Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.
.jpg)