Vertikaler Windgenerator: Beschreibung und Funktionsprinzip, Unterschiede zu Modellen mit horizontaler Drehachse

In letzter Zeit hat die Popularität alternativer Energiequellen rapide zugenommen. Die Nutzung von Wind ist einer der gefragtesten Bereiche im Energiesektor, daher denken viele Menschen darüber nach, einen vertikalen Windgenerator für ihr Zuhause zu kaufen. Handwerker versuchen, eine solche Installation mit eigenen Händen zu bauen, was ziemlich realistisch ist.

allgemeine Informationen

Die Aufgabe einer modernen vertikalen Windkraftanlage besteht darin, Windkraft in elektrische Energie umzuwandeln. Die ersten Prototypen einer solchen Erfindung sind schon vor langer Zeit erschienen, aber damals wurde ihnen noch nicht so viel Bedeutung beigemessen wie heute. Moderne Installationen zeichnen sich durch viele Vorteile aus und bieten eine stabile Stromversorgung, die für den häuslichen Bedarf ausreichend ist. In einigen europäischen Ländern beträgt der Anteil der von Windparks erzeugten verbrauchten Energieressourcen 25 %. Dänemark gehört dazu.

Vertikale Windgeneratoren sind den klassischen horizontalen Typen in mancher Hinsicht überlegen, was an der spezifischen Konstruktion und Funktionsweise liegt. Sie haben im Gegensatz zu Modellen mit horizontaler Achse praktisch keine Knoten und Mechanismen, die von der Windströmung geführt werden. Durch diese Eigenschaft werden hydroskopische Lasten erheblich reduziert und die Struktur nimmt unabhängig von der Windrichtung eine beliebige Position ein. Darüber hinaus haben solche Windmühlen ein einfacheres Design, sodass Sie sie zu Hause bauen können.

Zu den wichtigsten Anlagentypen mit vertikaler Drehachse zählen:

• orthogonale Konstruktion;
• Darrieus-Mechanismus;
• Savonius-Mechanismus;
• Windkraftanlage mit spiralförmigem Design.

Hauptvorteile

Der Hauptvorteil einer vertikalen Windkraftanlage besteht darin, dass sie in geringer Höhe betrieben werden kann, was zu einem hohen Wirkungsgrad führt. Und obwohl die horizontale Windkraftanlage effizienter ist, muss die vertikale nicht Verwenden Sie komplexe Mechanismen oder teure Geräte, während das Design eine hohe Zuverlässigkeit und große Lebensdauer.

Aufgrund des speziellen Profils der Blätter und der spezifischen Form des Rotors bietet das Gerät beste Leistungsindikatoren, die sich je nach Windbewegung nicht ändern. Kompakte Haushaltsmodelle sind mit drei (oder mehr) rotierenden Elementen ausgestattet, die einen Windstoß sofort einfangen und mit der Umwandlung in elektrische Energie beginnen können. Sie arbeiten mit Windgeschwindigkeiten von 1,5 m / s, was ihre Effizienz und Effizienz deutlich erhöht.

Während des Betriebs gibt die Anlage keine Geräusche oder Geräusche ab, die für große Windkraftanlagen charakteristisch sind, was als unbestreitbares Plus gilt. Es gibt auch keine Schadstoffe in die Atmosphäre ab, benötigt keine häufige Wartung und versorgt die Räumlichkeiten über einen langen Zeitraum mit hochwertiger Energie. Wenn Sie die Vorteile von vertikalen Windkraftanlagen auflisten, dann besteht es aus den folgenden Elementen:

1. Maximale Umweltfreundlichkeit.
2. Fähigkeit, ohne zusätzlichen Kraftstoff zu arbeiten.
3. Rentabilität.
4. Fehlende komplizierte und häufige Wartung.
5. Arbeiten Sie auf der Basis unerschöpflicher Energie.

Wenn die Windkraftanlage richtig ausgelegt ist, kann sie ein privates Gebäude in eine autonome Anlage zur Stromerzeugung verwandeln und zu einer zusätzlichen Einnahmequelle werden. Neben den Vorteilen haben solche Geräte jedoch auch Nachteile:

1. Hohe Kosten. Fabrikmodelle ausländischer Marken sind ziemlich teuer, aber in Russland hergestellte Vertikalachsen-Windturbinen sind recht erschwinglich.
2. Anständiger Geräuschpegel. Ein solcher Nachteil besteht bei großen industriellen Windkraftanlagen, da Hausentwicklungen praktisch geräuschlos sind.
3. Instabile Leistung.

Das letzte Merkmal von Windkraftanlagen gilt als das bedeutendste, aber Experten beseitigen es, indem sie mehrere Batterien installieren. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Leistung eines Windparks durch Wetterbedingungen beeinflusst werden kann, die oft unvorhersehbar sind. Ein solcher Energiegenerator hat viel mehr Vor- als Nachteile, so dass das Thema seiner Installation in einem Privathaus immer dringender wird.

Arbeitsprinzip und Klassifizierung

Der Betrieb der vertikalen Windkraftanlage basiert auf dem Prinzip der Magnetschwebebahn. Wenn sich die Turbinen drehen, wird eine Impuls- und Auftriebskraft sowie eine tatsächliche Bremskraft erzeugt. Aufgrund der ersten beiden beginnen sich die Flügel der Anlage zu bewegen, was den Rotor aktiviert und zur Erzeugung eines Magnetfelds führt. Das System arbeitet autonom und erfordert keine Beteiligung des Eigentümers.

Trotz des allgemeinen Funktionsprinzips können sich Windfänger in ihrer Ausführung unterscheiden. Und obwohl dies praktisch keinen Einfluss auf Effizienz und Produktivität hat, hilft es, die beste Option für bestimmte Aufgaben in einem bestimmten Bereich zu finden.

Wenn wir von orthogonalen Systemen sprechen, dann sind sie auf der Grundlage einer festen vertikalen Rotationsachse und mehrerer Schaufeln aufgebaut, die sich im Abstand vom Mittelrahmen befinden. Das System erfordert keine Installation zusätzlicher Führungsbaugruppen und funktioniert bei jedem Wind vollständig. Durch die senkrechte Lage der Hauptwelle kann der Antrieb ebenerdig installiert werden, was die weitere Bedienung oder Reparaturarbeiten stark vereinfacht.

Der einzige Schwachpunkt bei orthogonalen Generatoren sind die Pivot-Knoten. Sie haben keine sehr lange Lebensdauer, was durch die Notwendigkeit erklärt wird, unter hohen Belastungen des Rotors zu arbeiten. Um schnelle Schäden am System zu vermeiden, müssen die Stützteile rechtzeitig gewartet und die ausgefallenen Elemente durch neue ersetzt werden.

Zu den Nachteilen solcher Geräte zählen das beeindruckende Gewicht der Blätter sowie ein geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu Geräten mit horizontaler Achse. Aber für Haushaltszwecke reichen solche Windgeneratoren völlig aus. Sie meistern ihre Arbeitsaufgaben bestmöglich.

Modelle mit Darrieus- und Savonius-Rotor

Geräte auf Basis des Darrieus-Rotors sind mit einer vertikalen Drehachse und zwei oder drei flachen Blattsysteme, die kein charakteristisches aerodynamisches Profil haben und sich an der Basis und an der Seite befinden die Spitze. Das Funktionsprinzip der Anlage basiert auf der Stärke oder Richtung des Windes. Die Vorteile einer solchen Windmühle sind:

1. Maximale Rotationsgeschwindigkeit.
2. Möglichkeit der Montage des Antriebssystems direkt am Boden.
3. Einfache Inspektion und Wartung.

Modelle mit zwei Blättern interagieren nur bei starken Böen mit dem Wind. Bei ungenügender oder gleichmäßig entgegenkommender Windströmung bleiben sie stehen. Zu den Nachteilen von Windkraftanlagen mit Darrieus-Generator zählen die Anfälligkeit für dynamische Belastungen und ein relativ niedriger Wirkungsgradindikator.

Die mit dem Savonius-Rotor ausgestatteten Windenergieanlagen haben halbzylindrische Blätter und bieten auch bei zu wenig Wind ein hohes Drehmoment. Die maximale Leistung von Windgeneratoren dieses Typs beträgt 5 kW, sodass sie praktisch nicht als eigenständiger Arbeitsplatz verwendet werden. Stattdessen wurden die Instrumente als Werkzeug verwendet, um die Rotormodelle von Darrieus zu beschleunigen. Aufgrund erheblicher Mängel wird die Massenproduktion solcher Geräte als ungerechtfertigt angesehen.

Andere Arten

Die mit einem Mehrblattrotor ausgestatteten Windenergieanlagen stellen eine qualitative Modernisierung der klassischen orthogonalen Typmodelle dar. Ihre Arbeit basiert auf einem Rotorkomplex aus mehreren in zwei Reihen angeordneten Schaufeln. Die äußere Ebene ist statisch und fungiert als Leitmechanismus, der die Windströmung auffängt und komprimiert. Durch diese Technologie erhöht sich die tatsächliche Windgeschwindigkeit deutlich.

Die zweite Ebene besteht aus beweglichen Elementen, die den Luftstrom der Außenlamellen in einem bestimmten Winkel wahrnehmen. Diese Konfiguration macht das Gerät hocheffizient und steigert seine Effizienz deutlich. Aber Systeme mit einem Mehrblattrotor sind nicht billig, so dass der Durchschnittsverbraucher bei einfacheren und günstigeren Lösungen halt macht. Nichtsdestotrotz bietet dieses Gerät nach Ansicht von Energieexperten den besten Wirkungsgrad seiner Klasse und kann auch bei geringem Windaufkommen betrieben werden.

Ebenfalls auf dem Markt sind weit verbreitete spiralförmige Windturbinen, die eine verbesserte Version von orthogonalen Geräten sind. Bei diesen Geräten sind die Flügel bogenförmig verdreht, was eine effektive Windstromerfassung und stabile Rotation gewährleistet. Der Einsatz fortschrittlicher Rotationstechnologie reduziert die dynamische Belastung der Hauptarbeitselemente, was sich positiv auf die Lebensdauer der Anlage auswirkt.

Schrägrotorgeräte bieten höchste Zuverlässigkeit und können schwere Lasten bewältigen. Im Betrieb können sie jedoch Geräusche und zusätzliche Schallwellen aussenden.

Leider hat diese Art von Windkraftanlage aufgrund ihrer hohen Kosten keine große Popularität erlangt. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Herstellung von spiralförmigen Vorrichtungen ein sehr arbeits- und zeitaufwändiger Prozess ist, der den Einsatz komplexer Technologie erfordert.

Geräte mit vertikaler Achse

Die Generatoren mit vertikaler Achse unterscheiden sich von den vorherigen Typen durch die Position des Blattsystems. In vertikaler Konfiguration ähnelt es einem Flugzeugflügel mit einer Achse parallel zur vertikalen Welle. Die Erfindung ist in ihren Konstruktionsmerkmalen dem Darrieus-Rotor etwas ähnlich, weist jedoch viele Vorteile und einzigartige Merkmale auf.

Ein solcher Generator arbeitet viel schneller.als bei anderen Modellen, sodass die Effizienzkennzahlen deutlich höher liegen. In kurzer Zeit stellt die Anlage die benötigte Energieressource bereit und erfüllt die Bedürfnisse der Verbraucher im Energieverbrauch.

Zu den Vorteilen des Systems gehören auch maximale Zuverlässigkeit und Langlebigkeit, die Fähigkeit, beeindruckende Belastungen zu bewältigen, und die relative Kostengünstigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften erfreuen sich Vertikalachsgeneratoren großer Beliebtheit und sind Marktführer.

DIY machen

Selbst die einfachsten Modelle von Windkraftanlagen sind ziemlich teuer, sodass sich nicht jeder ein solches Gerät leisten kann. Aus diesem Grund begannen Handwerker und talentierte Erfinder, mit ihren eigenen Händen produktive Mechanismen herzustellen.

Es ist nicht schwierig, einen Windgenerator eines vertikal-axialen Typs herzustellen. Dazu müssen Sie geeignetes Zubehör finden, Zeichnungen erstellen und den Anweisungen folgen. Bei minimalen Windböen wird eine solche Windkraftanlage ihre Arbeit aufnehmen und ihre Besitzer mit erschwinglichem und hochwertigem Strom begeistern. Um einen zukünftigen Generator zu erstellen, müssen Sie Folgendes vorbereiten:

• Rotor - bewegliche Einheit;
• Klingensystem;
• axialer Mast;
• Stator;
• Batterien;
• Wandler;
• Regler.

Wenn Sie Ihre eigenen Klingen herstellen, wird empfohlen, leichten Kunststoff zu verwenden, der eine gute Elastizität aufweist. Der Rest der Rohstoffe hat Angst vor allen möglichen Einflüssen und verformt sich schnell, daher ist es besser, sich mit Kunststoffstrukturen zu beschäftigen.

Bevor Sie mit der Produktion beginnen, müssen Sie berücksichtigen, dass ein solches Gerät nicht leistungsstark genug ist und den Werksmustern in der Leistung erheblich unterlegen ist. Um bei einem selbstgemachten Design nicht enttäuscht zu werden, ist es besser, es im Voraus 2 Mal stärker zu machen, als in der Anleitung angegeben.

Ohne Zweifel ist der Windgenerator eine der nützlichsten Erfindungen unseres Jahrhunderts. Und Sie müssen kein Oligarch sein, um ein solches System zu bekommen, denn mit minimalem Aufwand können Sie es selbst herstellen.