Generatory wiatrowe: przegląd, zasada działania, projekt i urządzenie

Alternatywne systemy energetyczne dla domu stają się coraz bardziej istotne jako rozwój konwersji elektrycznej. Praktycznie wolna energia naturalnych zjawisk dzisiaj może zostać przekształcona w prąd wysokiej klasy, który może zasilać urządzenia gospodarstwa domowego. Najpopularniejszą koncepcją tego rodzaju jest energia słoneczna, ale generatory wiatrowe mają wiele zalet. Po pierwsze, energia wytworzona w ten sposób może wystarczyć do utrzymania prywatnego domu. Kolejne pytanie brzmi: jak technicznie wdrożyć taką stację.

Zasada generatora wiatrowego

Po pierwsze, w wyniku nierównomiernego nagrzewania atmosfery przez Słońce powstają ruchome strumienie powietrza - od stref wysokiego ciśnienia do stref niskiego ciśnienia. W procesie powstają prądy powietrzne i wiatr, którego energia może być wykorzystana do różnych celów. Nawiasem mówiąc, najprostszym przykładem generatora wiatraków jest młyn - choć nie przekształca on energii, ale natychmiast kieruje ją do strumienia roboczego.

Do produktywnego wykorzystania nowoczesnych turbin wiatrowych wymaga odpowiedniej prędkości przepływu powietrza. Na przykład wiatr o prędkości około 5-6 m / s daje tylko minimalny efekt energetyczny. Optymalny poziom wynosi 15-20 m / s. To wystarczy, by dostarczyć wiatr generatory domowe ale stacje przemysłowe wymagają wielokrotnie większej siły. Wiatr wpływa na działające części generatora, uruchamiając w ten sposób silnik. To z kolei przekazuje energię do konwertera. Ostatecznym odbiornikiem energii jest akumulator. Akumulator akumuluje potencjał energetyczny, przekazując go konsumentowi w postaci elektryczności.

Ogólne rozmieszczenie stacji

Tradycyjne urządzenie wiatrakowe zakłada obecność generatora, trzpienia z masztem (elementy poboru energii wiatrowej), falownika i akumulatora. Struktura bardziej nowoczesnych stacji obejmuje kontroler - jednostkę sterującą turbiny wiatrowej, która reguluje parametry projektowe i bateryjne.

Jeśli chodzi o elementy wysiłku ogrodzenia, zwykle są one reprezentowane przez łopatki, które są zamontowane na wirniku. W wyniku obrotu silnik generujący wytwarza prąd przemienny. Ponadto, poprzez konwerter, system wytwarza napięcie w akumulatorze. Ten ostatni działa jako ogniwo łączące generator turbiny wiatrowej z konsumentami.

Należy zauważyć, że w przeważającej części generatory wiatrowe są urządzeniami autonomicznymi. Oznacza to, że nie wymagają zewnętrznego zasilania. W każdym przypadku bateria jest zasilana bezpośrednio z energii otrzymanej z konwertera. Jednak w dużych instalacjach przemysłowych dostarczane są awaryjne systemy zasilania, które dostarczają energię generatora do energii, gdy lokalnie wytwarzana moc jest niewystarczająca.

Rodzaje projektów

W nowoczesnych konstrukcjach turbiny wiatrowe wykorzystują jeden z dwóch wariantów silnika - z poziomą i pionową osią obrotu. W przeciwnym razie nazywa się je odpowiednio skrzydłem i karuzelą. Jeśli chodzi o urządzenie poziome, wygląda jak ten sam młyn, ale z mniejszą liczbą ostrzy. Są to generatory wiatrowe, w których nacisk kładzie się na właściwości aerodynamiczne. Według specjalistów sprawność wiatraka nie zależy od liczby łopatek, ale od ich długości i jakości wirnika. Dlatego turbiny wiatrowe montowane na skrzydłach są często wyposażone w tylko jedno lub dwa ostrza, których długość może sięgać 100 m - oczywiście w dużych instalacjach przemysłowych.

Modele karuzelowe są korzystne, ponieważ nie zależą od nich kierunek wiatru. W najprostszych konstrukcjach przewidziano tylko jedno ostrze w kształcie wstążki, które porusza się po kolumnie pręta. Dlatego pionowy generator wiatru, nawet przy niskich natężeniach przepływu powietrza, może generować minimalne ilości energii. Z drugiej strony, podczas silnych wiatrów, takie konstrukcje są nieopłacalne z tego powodu, że ze względu na siły przeciwdziałające taśma spiralna zwalnia się, ograniczając jej działanie.

Wykorzystanie turbin wiatrowych

Przy całej atrakcyjności turbin wiatrowych jako darmowego źródła energii, ich działanie wiąże się z szeregiem problemów niegospodarczych. Przede wszystkim jest to nietrwałość. Jest oczywiste, że użytkownik nie może w żaden sposób wpływać na siłę wiatru i może liczyć tylko na zmianę warunków pogodowych. Z tego powodu zasilacze awaryjne są podłączone na dużych stacjach wiatrowych - właśnie w przypadku długiej nieobecności wiatru o wystarczającej sile.

Ten sam aspekt wynika z wprowadzenia dodatkowego wyposażenia do zespołu generatorów. Obecność baterii, falownika i generatora zapasowego jest konieczna, aby siła się stabilizowała, a poziomy napięcia były wyłączone, ponieważ wiatr może być całkowicie nieobecny i może powodować różne prędkości ruchu.

I tutaj już pojawia się aspekt ekonomiczny, ponieważ dobrze wyposażone generatory wiatrowe w każdym przypadku wymagają kosztów utrzymania. Niemniej jednak, wraz z optymalizacją sprzętu energetycznego, problem ten stopniowo traci dominujące znaczenie, pozostawiając możliwości rozwoju branży.

Domowe wiatraki

Wdrożenie własnego projektu turbiny wiatrowej jest całkiem możliwe bez podłączania specjalistów. Oczywiście, jeśli mówimy o domowej roboty, to projekt z obliczeniami mocy i równoważenia będzie szablonem. Zaleca się uruchamianie takich przedsiębiorstw z małymi turbinami wiatrowymi, których potencjał energetyczny wynosi 10-20 watów. Takie urządzenia wymagają minimalnego kosztu, ale dadzą praktyczne doświadczenie i jasne wyobrażenie o tym, jak powstaje energia. Następnie, gdy struktura staje się bardziej złożona, a jej wielkość rośnie, można uzyskać wydajny generator wiatru dla domu. Własnymi rękami projekt ten można zmontować z gotowych elementów technicznych, zestawów i części dostępnych na rynku. Poniżej znajduje się kilka opcji montażu domowego generatora wiatrowego.

Modele silników

Najczęściej wytwarzane są domowe generatory wiatrowe Silniki prądu stałego, działa przy niskich obrotach. Wskazane jest skupienie się na projekcie za pomocą magnesy trwałe który zapewni napięcie 80-100 watów.

Generatory samochodów są często wykorzystywane do takich celów, jednak mnożnik powinien również zostać uwzględniony w takim projekcie. Wynika to z faktu, że autogenerator jest w stanie zapewnić wystarczające napięcie tylko przy podwyższonych prędkościach - do 2500 obrotów na minutę. Takie obciążenie nie jest po prostu zaprojektowane do generatora wiatrowego z domu. Ręce będą musiały zrekonstruować elektrownię, uzupełniając ją magnesami neodymowymi w obszarze wirnika. Konieczne mogą być precyzyjne operacje toczenia, ale zależy to od rodzaju konstrukcji turbiny wiatrowej.

Modele wirnika Savonius

Jest to koncepcja generatora pionowo-osiowego, który opiera się na tak zwanym karuzeli Savonius. Natychmiast muszę powiedzieć, że samobieżny generator wiatrowy tego typu będzie w stanie zapewnić moc na poziomie 20 watów. To nie wystarczy, aby zasilić dom, ale wystarczy trochę mocy urządzeń. Prace wykorzystają blachy aluminiowe, rury i baterię. Rama karuzeli z wewnętrznymi ostrzami zbudowana jest z blach i rur. Mogą występować 2-3 sekcje, w zależności od objętości materiału.

Jako elementy mocujące zastosowano śruby i nity z narożnikami. Jeśli uda ci się zbudować generator wiatrowy własnymi rękami na podstawie wirnika Savoniusa do zasilania urządzeń 12-woltowych, będzie to miało sens, aby zwiększyć rozmiar roboczej struktury odbiornika, a następnie możemy mówić o znacznych oszczędnościach w dostarczaniu energii do całego domu.

Instalacja instalacji

Z konstruktywnego punktu widzenia wiatrak składa się z trzech podstawowych elementów - silnika, odbiornika siły wiatru (łopat) i akumulatora z konwerterem. Oczywiście do projektu można dodać inne części, ale do instalacji warto rozważyć te węzły jako podstawowe. Jak instaluje się generatory wiatrowe z różnych komponentów? Prace rozpoczynają się od połączenia wału silnika z rurą nośną generatora. Rura będzie rdzeniem całej konstrukcji. Powinien początkowo wykonać kilka otworów na obu końcach, co ułatwi operacje instalacyjne.

W następnym etapie maszt jest zamontowany z wirnikiem. Musi być albo sztywno spawany albo zamocowany specjalnymi wspornikami. Następnie pojawia się kolejne pytanie - jak sprawić, by generator wiatrowy wytrzymał fizycznie silne prądy powietrza? Ta zdolność w dużej mierze zależy od fundamentu, do którego jest zintegrowana rura. Wskazane jest ustawienie betonowej platformy z kilkoma warstwami zbrojenia.

Wniosek

Do tej pory entuzjaści, którzy eksperymentują z podobnymi źródłami energii, kierują się przede wszystkim zainteresowaniami amatorskimi. W praktyce generatory wiatrowe tylko w pojedynczych przypadkach są urządzeniami korzystnymi finansowo. Oczywiście sama zasada wytwarzania energii wiatrowej działa i przynosi korzyści. Jednak w niewielkim procencie przypadków wdrażane jest pełne wyposażenie domowe kosztem takich stacji. Mimo to rozwój technologiczny komponentów generatora budzi optymizm w sukcesie rozwoju tego segmentu energetycznego.