Vorrichtung und Wirkungsweise des kinetischen Windgenerators

Mit einem modernen kinetischen Windgenerator können Sie die Kraft des Luftstroms nutzen und in Elektrizität umwandeln. Zu diesem Zweck gibt es Fabrik- und hausgemachte Modelle von Geräten, die sowohl in der Industrie als auch in privaten Farmen verwendet werden.

Wir werden darüber sprechen, wie die Windmühlen dieses Typs angeordnet sind, wir werden die Eigenschaften des Geräts und die konstruktiven Möglichkeiten kennenlernen. Der von uns vorgeschlagene Artikel zeigt die Stärken und Schwächen der Windenergieanlage. Unabhängige Meister finden hier nützliche Schemata und Empfehlungen für die Versammlung.

Das Funktionsprinzip des Windgenerators

Grundlage des Betriebs des Windgenerators ist die Umwandlung der kinetischen Energie des Windes in die mechanische Energie des Rotors, die dann in elektrischen Strom umgewandelt wird.

Das Funktionsprinzip ist recht einfach: Die Drehung der auf der Achse des Geräts montierten Schaufeln führt zu Kreisbewegungen des Rotorgenerators und damit zur Erzeugung von Elektrizität.

Der resultierende instabile Wechselstrom "fließt" in die Steuerung, wo er in eine konstante Spannung umgewandelt wird, die die Batterien aufladen kann. Von dort wird der Wechselrichter mit Strom versorgt und dort mit einer 220/380-V-Anzeige in Wechselspannung umgewandelt, die den Verbrauchern zugeführt wird.

Die Leistung der Windkraftanlage ist direkt abhängig von der Leistung des Luftstroms (N), berechnet nach der Formel N = pSV³/ 2, wobei V die Windgeschwindigkeit ist, S der Arbeitsbereich ist, p die Luftdichte ist.

Windgenerator Gerät

Verschiedene Versionen von Windkraftanlagen unterscheiden sich erheblich voneinander.

Industrielle Geräte sind ein komplexes Multi-Meter-Design, dessen Installation ein Fundament erfordert, während im Haushalt Das Modell kann aus einem Minimum an Bauteilen bestehen (ein Gleichstrommotor von 3-12 V, ein elektrischer Kondensator 1000 μF 6 V, ein Siliziumgleichrichter) Diode).

Die typische Installation umfasst die folgenden Komponenten:

• Lichtmaschine (Leistung abhängig von Windgeschwindigkeit);
• Schaufeln, die die Drehung auf die Generatorwelle übertragen (häufig sind sie zusätzlich mit Getrieben und Stabilisatoren für die Rotordrehzahl ausgestattet);
• der Mast der Windmühle, an dem die Schaufeln befestigt sind (je höher diese Elemente sind, desto mehr Windenergie können sie erhalten);
• Batterien, die Energie speichern, was die Verwendung bei geringem Wind oder bei Abwesenheit ermöglicht. Die Batterie hat auch die Funktion, die elektrische Energie des Generators zu stabilisieren.
• Regler - Wechselspannungswandler, der vom Generator bezogen wird, in eine Konstante, mit der die Batterie aufgeladen wird. Die Steuerung erfolgt durch Drehen der Schaufeln, wodurch berücksichtigt werden kann, wo die Luft strömt.
• AVR - das Gerät der automatischen Umschaltung, das den Windgenerator mit anderen Energiequellen (Sonnenkollektoren, Stromnetz) verbindet;
• Windrichtungssensor - ein Gerät, das die Blattsuche beim Windfluss erleichtert;
• Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom aus Batterien in Wechselspannung, der in der elektrischen Kommunikation verwendet wird.

Um den Benutzeranforderungen besser gerecht zu werden, kann das Gerät mit verschiedenen Arten von Wechselrichtern ausgestattet werden:

• Geräte mit invertierter Sinuswelle, die eine Rechtecksinuswelle ausgeben. Geräte dieses Typs eignen sich für Heizelemente, Glühlampen und andere Geräte, die die Qualität des Netzes nicht beeinträchtigen.
• Dreiphasenspannungswechselrichter für dreiphasige elektrische Netze;
• reine Sinuswellenanlagen, die Energie für empfindlichere Geräte erzeugen;
• Netzwerk-Wechselrichter, die ohne Batterien arbeiten können. Derartige Geräte sind für Stromkreise ausgelegt, bei denen elektrische Energie direkt in das gemeinsame Netz eingespeist wird.

Achten Sie bei der Auswahl der Modelle auf den Wechselrichtertyp.

Arten von Windkraftanlagen

Bei der Klassifizierung von Windenergieanlagen können folgende Merkmale berücksichtigt werden:

• Ernennung;
• Konstruktionsmerkmale;
• die Anzahl der Klingen;
• die Materialien, aus denen sie bestehen;
• Drehachse;
• Schraubensteigung.

Lassen Sie uns die beiden am häufigsten verwendeten Klassifikationen im Detail betrachten.

Windkraftanlagenklassifizierung nach Zweck

Es gibt verschiedene Arten von Windkraftanlagen, die sich in ihrem Verwendungszweck unterscheiden. Die Hauptmerkmale von Geräten, zum Beispiel die Leistung, hängen davon ab.

Industrielle Windkraftanlagen

Solche Geräte werden von großen Energieunternehmen oder vom Staat installiert, um Industrieanlagen mit Strom zu versorgen. Turbinen mit einer Leistung von mehreren zehn Megawatt stehen in der Regel auf Windflächen (offene Erhebungen, Küsten).

Der erzeugte Strom fließt in der Regel direkt in das Netz, während zur Stabilität und Steuerung der Drehfrequenz die Schaufeln der Windenergieanlage mit zusätzlichen Mechanismen ausgestattet sind.

Kommerzielle Windgeneratoren

Solche Anlagen werden verwendet, um Strom für den Verkauf zu erzeugen oder um Industrien in Regionen mit geringem Stromverbrauch (oder deren völliger Abwesenheit) mit Strom zu versorgen. Solche Windparks bestehen aus Gruppen von Stromerzeugern, die unterschiedliche Kapazitäten haben können.

Kommerzieller Strom kann direkt in die elektrische Kommunikation fließen oder Wird zum Aufladen einer großen Anzahl von Batterien verwendet, in denen sie sich ansammeln und in Strom umgewandelt werden Stromnetz.

Haushaltswindgeräte

Low-Power-Geräte werden für den privaten Gebrauch eingesetzt. Windenergieanlagen mit weniger als 25 Meter hohen Masten dürfen nach den Vorschriften von den Vermietern ohne Zustimmung der Behörden installiert werden, für höhere Masten ist eine Sondergenehmigung erforderlich.

Haushaltswindgeneratoren eignen sich zum Laden von Batterien mit einer Spannung von 12/24/48 V, deren Energie in eine Spannung von 220 Volt umgewandelt wird. Mit solchen Geräten kann das Problem der Stromversorgung kleiner Objekte, die sich außerhalb des zentralen Stromnetzes befinden, ganz oder teilweise gelöst werden.

Mit Richtlinien für die Auswahl eines Windgenerators zur Energieversorgung eines Privathauses wird den Artikel vorstellendieser interessanten Frage gewidmet.

Vielzahl von Windmühlen-Designs

Entsprechend den konstruktiven Merkmalen des Gerätes kann auch in eine Reihe von Kategorien eingeteilt werden, obwohl alle Sorten auf zwei Haupttypen reduziert sind: vertikal und horizontal.

Klassische horizontale Windgeneratoren

Solche Installationen (sie werden auch Propeller oder Flügel genannt) haben normalerweise 3-5 Blätter, die auf einer horizontalen Achse montiert sind. Solche Elemente drehen sich mit hoher Geschwindigkeit und ermöglichen es, die maximale Energiemenge (KIEV bis zu 0,4) zu erreichen.

Gleichzeitig hängt die Menge des erzeugten Stroms stark von der Höhe des Geräts ab (je höher es ist, desto größer ist das Ergebnis).

Derartige Geräte werden üblicherweise in Windparks installiert, in denen Energie für industrielle und gewerbliche Zwecke erzeugt wird, sie sind jedoch auch für den Hausgebrauch geeignet.

Vertikale Windkraftanlagen

Das Bedienelement solcher Anlagen ist ein rotierendes Windrad. Konstruktionsbedingt unterscheiden sich solche Konstruktionen in den Typen („Fass“, „Savonius“).

Trotz des niedrigen KIEV (0,1-0,2) sind sie weit verbreitet: vertikale Installationen Wirken Sie auf turbulente Luftströmungen ein, so dass sie auch in stark beanspruchten Bereichen aufgestellt werden können Wind

Um die Leistung vertikaler Windmühlen zu verbessern, erhöhen die Hersteller häufig ihre Abmessungsparameter, was zu einer signifikanten Erhöhung der Kosten führt. Da solche Anlagen sehr zerbrechlich sind, benötigen sie einen erhöhten Schutz gegen Wirbelstürme und andere Naturereignisse.

Windgeneratoren "Rotor Daria"

Derartige Geräte gehören zur Kategorie der vertikalen Windkraftanlagen, weisen jedoch ausgeprägte konstruktive Unterschiede auf. Aufgrund ähnlicher Merkmale wird eine Geräuschreduzierung erzielt, und auch KIEV wächst, was der Leistung horizontaler Modelle nahe kommt.

Der Nachteil derartiger Strukturen ist ein niedriger Startpunkt (aufgrund des Vorhandenseins von nur zwei Flügeln ist es für das Gerät schwierig, unabhängig zu starten). Zur Lösung des Problems wird häufig Hybrid "Savonius + Darya" verwendet.

Segelwindanlagen

Für solche Anlagen kann das Prinzip sowohl vertikaler als auch horizontaler Windkraftanlagen angewendet werden. Das Hauptmerkmal des Designs ist ein Windrad, das mit mehreren Schaufeln oder Segeln bedeckt ist, während das aerodynamische Profil solcher Modelle fehlt.

Trotz der Tatsache, dass Segelanlagen durch niedrige Geschwindigkeit und geringen Wirkungsgrad gekennzeichnet sind, werden sie häufig in der Volkswirtschaft eingesetzt. Ähnliche Konstruktionen sind einfach zu installieren und zu bedienen, und die Kombination von hohem Drehmoment mit geringem Drehungen ermöglicht es Ihnen, verschiedene nützliche Mechanismen, beispielsweise eine Pumpe für direkt in Bewegung zu setzen Wasser abpumpen.

Windkraftanlage Generator

Für den Betrieb der Windmühlen benötigen Sie die üblichen Drehstromgeneratoren. Das Design solcher Geräte ähnelt den Modellen, die für Autos verwendet werden, weist jedoch große Parameter auf.

Windenergieanlagen haben eine dreiphasige Statorwicklung (Sternschaltung), wohin gehen die drei drähte zum controller, wo die umwandlung der wechselspannung in permanent.

Zur Erhöhung der Geschwindigkeit wird häufig ein Multiplikator verwendet. Mit einem solchen Gerät können Sie die Leistung des Stromgenerators erhöhen oder ein kleineres Gerät verwenden, was die Installationskosten senkt.

Multiplikatoren werden häufiger in vertikalen Windgeneratoren verwendet, bei denen der Prozess des Drehens des Windrads langsamer ist. Bei horizontalen Geräten mit einer hohen Drehzahl der Schaufeln sind keine Multiplizierer erforderlich, was die Baukosten vereinfacht und reduziert.

Besonderheit der Montage und Installation eines Windgenerators von der Waschmaschine und Windkraftanlagen vom Auto Generator ausführlich in den Artikeln, die wir empfehlen.

Vor- und Nachteile eines Windgenerators

Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile von Windenergieanlagen im Detail betrachten, denn es liegt an ihnen, zu entscheiden, ob sie eine Windenergieanlage kaufen oder nicht.

Vorteile von Windkraftanlagen

Die Vorteile von Geräten, die Windenergie nutzen, umfassen:

• Umweltfreundlichkeit. Anlagen nutzen erneuerbare Energiequellen, die kontinuierlich genutzt werden können, ohne die Umwelt zu schädigen. Strom aus Windkraftanlagen ersetzt die Energie von Wärmekraftwerken und reduziert die Treibhausgasemissionen.
• Vielseitigkeit. Windenergie kann fast überall aufgebaut werden: in den Ebenen, in den Bergen, auf den Feldern, auf den Inseln und sogar im flachen Wasser. Windenergie wird besonders an abgelegenen Orten geschätzt, an denen es schwierig ist, die übliche elektrische Kommunikation zu überbrücken. In diesem Fall ermöglichen Windgeneratoren die Anpassung der Stromversorgung an die Anlagen, um sicherzustellen, dass diese unabhängig von Zufallsfaktoren ist (z. B. von nicht rechtzeitig geliefertem Kraftstoff).
• Effizienz nutzen. Moderne Modelle recyceln Energie auch bei schwachem Wind - die Mindestgeschwindigkeit liegt bei 3,5 m / s. Ebenso ist es möglich, zusätzlich Strom an ein zentrales Netz zu liefern, sowie Organisation der Stromversorgung einzelner Objekte (Insel oder lokal), unabhängig von deren Größe Macht.
• Eine würdige Alternative zu traditionellen Quellen. Stationäre Windparks können ein Wohnhaus oder sogar eine kleine Produktionsanlage vollständig mit Strom versorgen. In diesem Fall wird die Turbine in Batterien die erforderliche Elektrizitätsversorgung für die Verwendung in windstillen Perioden akkumulieren.
• Effizienz. Im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Energiequellen (Gas, Torf, Kohle, Öl) können Kreislauf-Turbinen die Energiekosten erheblich senken. In vielen Fällen ist der Bau eines Windparks billiger als der Anschluss an vorhandene Stromversorgungssysteme.

Der Einsatz von Windenergieanlagen kann eine Alternative zum Einsatz teurer Dieselgeneratoren sein und die Kosten für Transport und Lagerung von Kraftstoff um bis zu 80% senken.

Die durchschnittliche Leistung der Windenergieanlage unterscheidet sich um ein Vielfaches von der Spitzenlast. Der Windgenerator ist nur für die Menge der Energieerzeugung für einen bestimmten Zeitraum mit einer durchschnittlichen monatlichen Windgeschwindigkeit verantwortlich, die für das Gebiet charakteristisch ist.

Für eine genauere Beurteilung der Windressourcen können Sie speziell abgeleitete Daten (Weibull-Parameter) verwenden. Diese Zahlen spiegeln die charakteristische Verteilung von Winden unterschiedlicher Stärke für einen bestimmten Ort wider. Diese Informationen müssen bei der Entwicklung von Projekten für Windparks mit einer Kapazität von mehreren zehn MW berücksichtigt werden.

Die von der Windkraftanlage erzeugte Leistung ist proportional zur verdreifachten Windgeschwindigkeit. Infolgedessen ist dieser Indikator bei schwachen Windströmungen sehr klein. Wenn sie jedoch zunehmen, nimmt er dramatisch zu. Aufgrund der Variabilität der Windrichtung und ihrer Geschwindigkeit ist es erforderlich, stabilisierende Komponenten bei der Auslegung der Windkraftanlage vorzusehen.

Regeln und Formeln zur Berechnung der Leistung einer Windkraftanlage hier gegebenWir empfehlen, sich mit sehr nützlichen Informationen vertraut zu machen.

In kleinen autonomen Systemen wird ihre Funktion von Batterien wahrgenommen, deren Ladung zu steigen beginnt, sobald die Leistung der Windkraftanlage den Lastindikator überschreitet.

Es sollte beachtet werden, dass die effektive Nutzung von Windströmungen zu einer Vielzahl von Konstruktionen von Windgeneratoren beiträgt.

Horizontale Turbinen bieten eine hohe Leistung an flachen Orten, an denen viel Wind weht, und vertikale Turbinen Arbeiten Sie besser in Regionen mit turbulenten Strömungen, die sich tief über dem Boden befinden (im oberen Teil der Hügel, in den Bergen) Grate).

Die Hauptnachteile von Windkraftanlagen

Gleichzeitig haben Windkraftanlagen ihre negativen Seiten:

• Die Stärke der Windkraft ist im Voraus schwer vorherzusagen, da sie sich häufig ändert. Aus diesem Grund ist es ratsam, über ein Sicherheitsnetz nachzudenken, das eine Ersatzenergiequelle (Sonnenkollektoren, elektrischer Anschluss) vorsieht.
• Vertikale Geräte sind der Gefahr der Zerstörung der Propellerblätter durch Fliehkräfte beim Drehen der Blätter um die Hauptachse ausgesetzt. Aufgrund dieses Effekts werden wichtige Elemente der Struktur im Laufe der Zeit deformiert und zerstört, und der Mechanismus versagt.
• Es ist besser, Windenergieanlagen im freien Raum zu installieren, da angrenzende Gebäude den Wind „löschen“ und eine „tote“ Luftzone bilden können.
• Um die überschüssige Energie von Windenergieanlagen zu sparen, ist es erforderlich, den Einsatz von Batterien und anderem vorzusehen zusätzliche Geräte, die dazu dienen, den entstehenden Strom mit geeigneten Verbrauchern in Strom umzuwandeln Eigenschaften.
• Während der Arbeit strahlen Windgeneratoren Geräusche aus, die beim Menschen Unbehagen hervorrufen und Tiere abschrecken können. Klingen von Anlagen können auch den Tod von Vögeln verursachen, die zu ihnen fliegen.
• Nach Ansicht einiger Experten können Windenergieanlagen den Empfang von Rundfunk- und Fernsehsendungen beeinträchtigen.

Die negativen Aspekte sind auch auf die relativ hohen Kosten solcher Geräte zurückzuführen, die Kostengünstigkeit der Energiequelle eliminiert diesen Faktor jedoch weitgehend.

Verbindungsschemata und -methoden

Obwohl die Windenergieanlage autonom arbeiten kann, können mit Hilfe von kombinierten Schemata viel bessere Ergebnisse erzielt werden. Kombination eines Windgeräts mit Sonnenkollektoren, zentralem Strom, Diesel oder Gas Energiequellen.

Autonomes Arbeiten. In diesem Fall wird eine einzige Anlage errichtet, mit deren Hilfe die Windenergie erfasst und gespeichert wird, die dann in Strom umgewandelt wird, der von den Verbrauchern benötigt wird.

Kombination von Windgenerator mit Sonnenkollektoren. Die kombinierte Option wird als eine zuverlässige und effiziente Art der Stromversorgung angesehen. Bei Windstille arbeitet der Akku ab SonnenkollektorenBei bewölktem Wetter und in der Nacht wird der Akku durch eine Windkraftanlage aufgeladen.

Die kombinierte Arbeit des Windgenerators und der Energie. Die Windkraftanlage kann mit Elektrokommunikation kombiniert werden.

Mit einem Überschuss an erzeugtem Strom gelangt es in das zentrale Netz, und mit seinem Mangel ist es möglich, den elektrischen Strom aus dem gemeinsamen Stromnetz zu nutzen.

Nuancen der Verwendung von Windkraftanlagen

Derzeit werden Windenergieanlagen in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft eingesetzt. Industriemodelle mit unterschiedlichen Kapazitäten werden von Öl und Gas, Telekommunikationsunternehmen, Bohr- und geologischen Explorationsstationen, Produktionsanlagen und Regierungsbehörden verwendet.

Besonders hervorzuheben ist die Bedeutung des Einsatzes von Windenergieanlagen für die schnelle Wiederherstellung gestörter Elektrizität bei Katastrophen und Naturkatastrophen. Zu diesem Zweck werden Windenergieanlagen häufig von den Einheiten des Katastrophenschutzministeriums eingesetzt.

Haushaltswindkraftanlagen eignen sich hervorragend für die Beleuchtung und Beheizung von Bauerndörfern und Privathäusern sowie für wirtschaftliche Zwecke auf Bauernhöfen.

Dabei sollten einige Punkte berücksichtigt werden:

• Geräte bis 1 kW können nur an windigen Orten ausreichend Strom liefern. In der Regel reicht die von ihnen erzeugte Energie nur für die LED-Beleuchtung und die Stromversorgung kleiner elektronischer Geräte aus.
• Um die Hütte (Landhaus) vollständig mit Strom zu versorgen, benötigen Sie einen Windgenerator mit einer Leistung von über 1 kW. Diese Anzeige reicht jedoch aus, um die Beleuchtungsgeräte sowie einen Computer und einen Fernseher mit Strom zu versorgen seine leistung reicht nicht aus, um rund um die uhr mit strom zu versorgen ein Kühlschrank
• Um das Haus mit Energie zu versorgen, benötigen Sie eine Windkraftanlage mit einer Leistung von 3 bis 5 kW, aber selbst diese Zahl reicht nicht aus, um Häuser zu heizen. Um diese Funktion nutzen zu können, ist eine leistungsstarke Option von 10 kW erforderlich.

Bei der Auswahl eines Modells ist zu beachten, dass die auf dem Gerät angegebene Leistungsanzeige nur bei maximaler Windgeschwindigkeit erreicht wird. Eine Installation von 300 V erzeugt daher die angegebene Energiemenge nur bei einer Luftgeschwindigkeit von 10-12 m / s.

Wenn Sie einen Windgenerator mit eigenen Händen bauen möchten, bieten wir an nächster Artikel, die ausführliche nützliche Informationen.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Das folgende Video zeigt detaillierte Informationen zum Funktionsprinzip und zum Gerät eines Haushaltsmodells einer Windkraftanlage:

Ein Windgenerator ist eine hervorragende Quelle für die Erzeugung elektrischer Energie, die vor allem von Bewohnern abgelegener Gebiete geschätzt wird. Verschiedene russische und ausländische Unternehmen bieten eine breite Palette von Windstrukturen an, außerdem können inländische Modelle mit eigenen Händen hergestellt werden.

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