Alternatywna energia otrzymywana z elektrowni wiatrowych powoduje duże zainteresowanie społeczeństwa. Obfituje w to dowód na poziomie prawdziwej praktyki domowej.
Właściciele podmiejskich nieruchomości budują wiatraki własnymi rękami i są zadowoleni z wyniku, chociaż efekt jest również krótkotrwały. Powodem jest to, że podczas montażu generator wiatru nie został poprawnie obliczony.
Zgadzam się, nie chciałbym poświęcać czasu i pieniędzy na projekt, aby uzyskać nieefektywną instalację. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć, jak wykonać obliczenia generatora wiatrowego i jakie parametry wybrać główne jednostki robocze wiatraka.
Artykuł poświęcony jest rozwiązaniu tych problemów. Część teoretyczna materiału jest uzupełniona ilustracyjnymi przykładami i praktycznymi zaleceniami dotyczącymi montażu instalacji generatora wiatrowego.
Treść artykułu:
-
Obliczanie instalacji generatora wiatrowego
- Jak obliczyć moc wiatraka
- Obliczanie śrub turbin wiatrowych
- Wybór generatorów dla turbin wiatrowych
- Obliczanie i wybór regulatora ładowania
- Wybór baterii do systemu
- Obliczanie falownika dla wiatraka domowego
- Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Obliczanie instalacji generatora wiatrowego
Jak zacząć liczyć system reprodukcji energii elektrycznej z energii wiatru? Biorąc pod uwagę, że mówimy o generatorze wiatrowym, wstępna analiza róży wiatrów w określonym obszarze wydaje się logiczna.
Takie parametry projektowe, jak prędkość wiatru i jego charakterystyczny kierunek dla danego terytorium, są ważnymi parametrami projektowymi. W pewnym stopniu określają poziom mocy wiatraka, który będzie naprawdę osiągalny.
Turbiny wiatrowe o takiej mocy trudno sobie nawet wyobrazić. Ale takie projekty istnieją i działają skutecznie. Jednak obliczenia takich struktur wykazują stosunkowo niską moc w porównaniu z tradycyjnymi źródłami energii.
Co godne uwagi, proces ten jest długotrwały (co najmniej 1 miesiąc), co jest dość oczywiste. Oblicz maksymalne prawdopodobne parametry prędkości wiatru, a jej najczęstszy kierunek jest niemożliwy przy jednym lub dwóch pomiarach.
Wymagane będą dziesiątki pomiarów. Niemniej jednak ta operacja jest naprawdę konieczna, jeśli istnieje potrzeba zbudowania skutecznego systemu produkcyjnego.
Jak obliczyć moc wiatraka
Domowe turbiny wiatrowe, zwłaszcza te wykonane własnymi rękami, nie musiały jeszcze zaskakiwać ludzi o dużej mocy. To zrozumiałe. Trzeba tylko wyobrazić sobie masywny maszt o wysokości 8-10 m, wyposażony w generator o rozpiętości łopatek śmigła powyżej 3 m. Nie jest to najmocniejsza instalacja. Tylko około 2 kW.
Do obsługi turbin wiatrowych o takiej mocy wykorzystywane są helikoptery i zespoły specjalistów liczące do dziesięciu osób. Do obliczenia takiej elektrowni zaangażowana jest jeszcze większa liczba wykonawców.
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli polegasz na standardowej tabeli pokazującej stosunek mocy generatora wiatrowego i wymaganej rozpiętości łopatek śmigła, jest coś, co powinno być zaskoczone. Według tabeli wymagane jest 2-metrowe śmigło dla wiatraka o mocy 10 W.
W przypadku konstrukcji o mocy 500 W wymagana jest śruba o średnicy 14 m. W tym przypadku parametr rozpiętości ostrza zależy od ich liczby. Im większe ostrza, tym mniejsza huśtawka.
Ale to tylko teoria z powodu prędkości wiatru nieprzekraczającej 4 m / s. W praktyce wszystko jest nieco inne, a moc instalacji domowej, działająca przez długi czas, nigdy nie przekroczyła 500 watów.
Dlatego wybór mocy tutaj jest zwykle ograniczony do zakresu 250-500 W przy średniej prędkości wiatru 6-8 m / s.
Tabela zależności mocy systemu energii wiatru od średnicy śruby roboczej i liczby łopatek. Ta tabela może być używana do obliczeń, ale z uwzględnieniem jej kompilacji przy parametrze prędkości wiatru do 4 m / s (+)
Z teoretycznej pozycji moc elektrowni wiatrowej jest rozpatrywana według wzoru:
N = p * s * v3/2,
gdzie:
- str - gęstość mas powietrza;
- S - całkowity wydmuchany obszar łopatek śmigła;
- V - prędkość powietrza;
- N - natężenie przepływu powietrza.
Ponieważ N jest parametrem, który drastycznie wpływa na moc generatora wiatrowego, rzeczywista pojemność instalacji będzie zbliżona do obliczonej wartości N.
Obliczanie śrub turbin wiatrowych
Przy projektowaniu wiatraka zazwyczaj stosuje się dwa rodzaje śrub:
- skrzydlaty - obrót w płaszczyźnie poziomej;
- Savonius rotor, Darier rotor - obrót w płaszczyźnie pionowej.
Konstrukcja śrub z obrotem w dowolnej płaszczyźnie może być obliczona według wzoru:
Z = L * W / 60 / V
gdzie:
- Z - stopień szybkości (mała prędkość) śruby;
- L - rozmiar długości opisany przez ostrza koła;
- W - prędkość (częstotliwość) śruby;
- V - natężenie przepływu powietrza.
Na podstawie tej formuły można łatwo obliczyć liczbę obrotów W - prędkość obrotu.
Wygląda to jak konstrukcja śrubowa o nazwie „Rotor Daria”. Ta wersja śmigła jest uważana za skuteczną w produkcji turbin wiatrowych o małej pojemności i wielkości. Obliczanie śrub ma pewne cechy
Stosunek prędkości do prędkości wiatru można znaleźć w tabelach dostępnych w sieci. Na przykład dla śruby z dwoma ostrzami i Z = 5 obowiązuje następujący związek:
| Liczba ostrzy | Stopień szybkości | Prędkość wiatru m / s |
| 2 | 5 | 330 |
Jednym z ważnych wskaźników śruby wiatraka jest również krok.
Ten parametr można określić za pomocą wzoru:
H = 2πR * tg α,
gdzie:
- 2π - stała (2 * 3,14);
- R - promień opisany przez ostrze;
- tg α - kąt przekroju.
Dodatkowe informacje na temat wyboru kształtu i liczby ostrzy, a także instrukcje ich wytwarzania są podane w ten artykuł.
Wybór generatorów dla turbin wiatrowych
Mając obliczoną wartość prędkości śruby (W), otrzymaną powyższą metodą, można już wybrać (zrobić) odpowiedni generator.
Na przykład, gdy stopień szybkości wynosi Z = 5, liczba ostrzy wynosi 2, a prędkość wynosi 330 obrotów na minutę. Przy prędkości wiatru 8 m / s. moc generatora powinna wynosić około 300 watów.
Elektrownia wiatrowa generatora „w sekcji”. Przykładowa kopia jednej z możliwych konstrukcji generatora domowego systemu wiatrowego montowana niezależnie
Przy takich parametrach silnik, który jest wykorzystywany do budowy nowoczesnych rowerów elektrycznych, może być odpowiednim wyborem jako generator dla domowej elektrowni wiatrowej. Tradycyjna nazwa części to silnik rowerowy (wyprodukowany w Chinach).
Wygląda to jak silnik z elektrycznym cyklem, na podstawie którego proponuje się stworzenie generatora dla domowego wiatraka. Konstrukcja silnika rowerowego jest idealna do wdrożenia z niewielkimi lub żadnymi obliczeniami i ulepszeniami. Jednak ich moc jest niewielka
Charakterystyka silnika elektrycznego cyklu jest następująca:
| Parametr | Znaczenia |
| Napięcie, V | 24 |
| Moc W | 250-300 |
| Prędkość obrotowa, rpm | 200-250 |
| Torque Nm | 25 |
Pozytywną cechą velomotorów jest to, że praktycznie nie muszą być przerabiane. Zostały one konstruktywnie opracowane jako silniki elektryczne o niskich obrotach i mogą być z powodzeniem stosowane do generatorów wiatrowych.
Do produkcji wiatraka można użyj generatora samochodowego lub zbierz jednostka pralki.
Obliczanie i wybór regulatora ładowania
Regulator ładowania akumulatora jest wymagany dla elektrowni wiatrowej dowolnego typu, w tym również dla gospodarstwa domowego.
Obliczenia tego urządzenia są ograniczone do wyboru obwodu elektrycznego urządzenia, który odpowiadałby obliczonym parametrom systemu wiatrowego.
Z tych podstawowych parametrów są:
- znamionowe i maksymalne napięcie generatora;
- maksymalna możliwa moc generatora;
- maksymalny możliwy prąd ładowania baterii;
- napięcie na baterii;
- temperatura otoczenia;
- wilgotność środowiska.
Na podstawie przedstawionych parametrów jest zespół kontrolera ładowania własnymi rękami lub wybór gotowego urządzenia.
Kontroler ładowania akumulatora używany jako część elektrowni wiatrowej. Urządzenie to jest producentem przemysłowym, który decyduje, czy wystarczy dokładnie przestudiować parametry techniczne, aby uzyskać precyzyjną koordynację z istniejącym systemem
Oczywiście pożądane jest wybranie (lub zmontowanie) urządzenia, którego obwód zapewniałby funkcję łatwego startu w warunkach przepływu słabych strumieni powietrza. Mile widziany jest również sterownik przeznaczony do pracy z bateriami o różnych napięciach (12, 24, 48 V).
Wreszcie, przy obliczaniu (dopasowywaniu) obwodu kontrolera, zaleca się nie zapominać o obecności takiej funkcji jak sterowanie inwerterowe.
Wybór baterii do systemu
W praktyce stosowane są różne typy baterii i prawie wszystkie są całkiem odpowiednie do wykorzystania jako część systemu energii wiatrowej. Ale i tak musisz dokonać konkretnego wyboru. W zależności od parametrów systemu turbiny wiatrowej, bateria jest wybierana na napięcie, pojemność, warunki ładowania.
Tradycyjnymi komponentami do domowych wiatraków są klasyczne akumulatory kwasowo-ołowiowe. Wykazywały dobre wyniki w sensie praktycznym. Ponadto koszt tego typu baterii jest bardziej akceptowalny w porównaniu z innymi typami.
Akumulatory kwasowo-ołowiowe są szczególnie bezpretensjonalne dla warunków ładowania / rozładowania, ale niedopuszczalne jest umieszczanie ich w systemie bez sterownika.
Generator domowy z akumulatorem. Nie najlepsza opcja działania, biorąc pod uwagę chaos związany z kablami i wymaganiami dotyczącymi przechowywania. Przy takim stanie urządzeń do magazynowania energii nie trzeba liczyć na ich długoterminowy efekt
W obecności zestawu generatora wiatrowego profesjonalnie wykonany regulator ładowania, posiadający pełnoprawny system automatyzacji, użycie baterii AGM lub hel.
Oba typy urządzeń do magazynowania energii charakteryzują się większą wydajnością i długą żywotnością, ale stawiają wysokie wymagania dotyczące warunków ładowania.
To samo dotyczy tak zwanych akumulatorów pancernych typu hel. Ale wybór tych akumulatorów do wiatraka domowego jest znacznie ograniczony przez cenę. Jednak życie tych drogich baterii jest najdłuższe w porównaniu do wszystkich innych typów.
Akumulatorom przypisuje się również bardziej znaczący cykl ładowania / rozładowania, ale z zastrzeżeniem użycia wysokiej jakości ładowarki.
Obliczanie falownika dla wiatraka domowego
Powinniśmy natychmiast dokonać rezerwacji: jeśli projekt instalacji wiatrowej energii domowej zawiera jedną baterię 12 woltów, nie ma sensu instalować falownika w takim systemie.
Średnio zużycie energii w gospodarstwach domowych wynosi co najmniej 4 kW przy szczytowych obciążeniach. Stąd wniosek: liczba baterii dla takiej mocy powinna wynosić co najmniej 10 sztuk, a najlepiej pod napięciem 24 woltów. W przypadku takiej liczby baterii sensowne jest już zainstalowanie falownika.
Mały falownik mocy (600 W), który może być używany w małej elektrowni domowej. Możliwe jest zasilanie telewizora lub małej lodówki z takiego urządzenia 220 V. Na lampie w żyrandolu prąd nie wystarcza
Aby jednak zapewnić 10 akumulatorów o napięciu 24 W na każdy i stabilnie utrzymać ładunek, wymagany będzie wiatrak o mocy co najmniej 2-3 kW. Oczywiście, w przypadku bezpretensjonalnych projektów gospodarstwa domowego taka moc nie polega na ciągnięciu.
Moc falownika można jednak obliczyć w następujący sposób:
- Podsumuj moc wszystkich konsumentów.
- Określ czas konsumpcji.
- Określ obciążenie szczytowe.
Na konkretnym przykładzie będzie wyglądać następująco.
Niech jako ładunek znajdują się domowe urządzenia elektryczne: lampy oświetleniowe - 3 szt. 40 W każdy, odbiornik TV 120 W, kompaktowa lodówka 200 W. Podsumowujemy moc: 3 * 40 + 120 + 200 i otrzymujemy 440 W na wyjściu.
Określ moc odbiorników przez średni czas 4 godzin: 440 * 4 = 1760 W. W oparciu o uzyskaną wartość mocy w czasie zużycia, logiczne wydaje się wybranie falownika spośród takich urządzeń o mocy wyjściowej 2 kW.
Na podstawie tej wartości obliczana jest charakterystyka prądowo-napięciowa wymaganego urządzenia: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.
Klasyczny schemat odtwarzania i dystrybucji energii otrzymanej z generatora wiatrowego typu domowego. Jednakże, aby zapewnić taką liczbę urządzeń z długoterminową energią, potrzebna jest wystarczająco silna instalacja (+).
W rzeczywistości ładunek z gospodarstwa domowego do rodziny składającej się z trzech osób, gdzie istnieje pełnoprawny sprzęt z urządzeniami gospodarstwa domowego, będzie wyższy niż obliczony w przykładzie. Zazwyczaj i w związku z czasem ładowania parametr przekracza 4 godziny. W związku z tym falownik energii wiatrowej będzie potrzebował mocniejszego.
Wstępne obliczenia wiatraka są przydatne nie tylko dla jego samodzielnego montażu. Aby określić optymalne parametry jest konieczne i wybór turbiny wiatrowej.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
W jaki sposób analizowane są dane źródłowe i jak stosowane są formuły:
W każdym przypadku konieczne jest użycie obliczonych danych. Niezależnie od tego, czy jest to elektrownia przemysłowa, czy produkowana do warunków domowych, obliczenia każdego węzła zawsze wiążą się z maksymalną wydajnością urządzenia i, co najważniejsze, bezpieczeństwem pracy.
Wstępne obliczenia określają wykonalność projektu, pomagają ustalić, jak kosztowny lub ekonomiczny okazuje się projekt.
Czy masz doświadczenie w rozwiązywaniu takich problemów? Czy masz pytania na ten temat? Podziel się swoimi umiejętnościami w zakresie obliczania i projektowania generatora wiatrowego. Możesz zostawić komentarze i zadawać pytania w poniższym formularzu.
