Pionowy generator wiatrowy: opis i zasada działania, różnice w stosunku do modeli z poziomą osią obrotu

W ostatnim czasie nastąpił szybki wzrost popularności alternatywnych źródeł energii. Wykorzystanie wiatru jest jednym z najbardziej poszukiwanych obszarów w sektorze energetycznym, dlatego wiele osób zastanawia się nad zakupem pionowego generatora wiatrowego do swojego domu. Rzemieślnicy próbują zbudować taką instalację własnymi rękami, co jest dość realistyczne.

informacje ogólne

Zadaniem nowoczesnej pionowej turbiny wiatrowej jest zamiana energii wiatru na energię elektryczną. Pierwsze prototypy takiego wynalazku pojawiły się bardzo dawno temu, ale w tamtych czasach ludzie nie przywiązywali do nich takiej wagi jak teraz. Jeśli chodzi o nowoczesne instalacje, charakteryzują się one wieloma zaletami i zapewniają stabilne dostawy energii elektrycznej, które w zupełności wystarczają na potrzeby domowe. W niektórych krajach europejskich udział zużywanych surowców energetycznych wytwarzanych przez farmy wiatrowe wynosi 25%. Wśród nich jest Dania.

Pod pewnymi względami pionowe turbiny wiatrowe przewyższają klasyczne typy poziome, co wynika ze specyficznej konstrukcji i zasady działania. W przeciwieństwie do modeli z osią poziomą praktycznie nie mają węzłów i mechanizmów kierowanych przez przepływ wiatru. Dzięki tej funkcji wszelkie obciążenia hydroskopijne są znacznie zmniejszone, a konstrukcja przyjmuje dowolne położenie niezależnie od kierunku przepływu wiatru. Co więcej, takie wiatraki mają prostszą konstrukcję, co pozwala na ich budowanie w domu.

Do kluczowych typów instalacji z pionową osią obrotu należą:

• konstrukcja ortogonalna;
• mechanizm Darrieusa;
• Mechanizm Savoniusa;
• turbina wiatrowa o konstrukcji helikoidalnej.

Główne zalety

Główną zaletą pionowej turbiny wiatrowej jest jej zdolność do działania na niewielkiej wysokości, co daje wysoki poziom wydajności. I choć generator wiatrowy poziomy jest bardziej wydajny, to generator pionowy nie musi używać skomplikowanych mechanizmów lub drogiego sprzętu, a konstrukcja ma wysoką niezawodność i duże żywotność.

Dzięki specjalnemu profilowi ​​łopat i specyficznemu kształtowi wirnika, jednostka zapewnia najlepsze wskaźniki wydajności, które nie zmieniają się w zależności od ruchu wiatru. Kompaktowe modele gospodarstwa domowego są wyposażone w trzy (lub więcej) obracające się elementy, które mogą błyskawicznie wychwycić podmuch wiatru i rozpocząć proces jego konwersji na energię elektryczną. Pracują przy prędkości wiatru 1,5 m/s, co znacznie zwiększa ich sprawność i sprawność.

Podczas pracy instalacja nie emituje hałasu ani dźwięku charakterystycznego dla dużych turbin wiatrowych, co jest niekwestionowanym plusem. Nie emituje również szkodliwych substancji do atmosfery, nie wymaga częstej konserwacji i przez długi czas dostarcza do pomieszczeń wysokiej jakości energię. Jeśli zrobisz listę zalet pionowych turbin wiatrowych, wtedy będzie się składać z następujących elementów:

1. Maksymalna przyjazność dla środowiska.
2. Możliwość pracy bez dodatkowego paliwa.
3. Rentowność.
4. Brak skomplikowanej i częstej konserwacji.
5. Pracuj w oparciu o niewyczerpaną energię.

Jeśli turbina wiatrowa zostanie poprawnie zaprojektowana, to będzie w stanie zamienić prywatny budynek w autonomiczny obiekt do produkcji energii elektrycznej, stając się dodatkowym źródłem dochodu. Jednak oprócz zalet takie jednostki mają również wady:

1. Wysoki koszt. Fabryczne modele zagranicznych marek są dość drogie, ale rosyjskie turbiny wiatrowe o pionowej osi są dość przystępne.
2. Przyzwoity poziom hałasu. Taka wada występuje w dużych przemysłowych turbinach wiatrowych, ponieważ zabudowa domowa jest praktycznie bezgłośna.
3. Niestabilna moc.

Ostatnia cecha turbin wiatrowych jest uważana za najważniejszą, ale eksperci pozbywają się jej, instalując kilka baterii. Należy również zauważyć, że na wydajność farmy wiatrowej mogą mieć wpływ warunki pogodowe, które często są nieprzewidywalne. Zalety takiego generatora energii to znacznie więcej niż wady, dlatego kwestia jego instalacji w prywatnym domu staje się coraz pilniejsza.

Zasada działania i klasyfikacja

Działanie pionowej turbiny wiatrowej opiera się na zasadzie lewitacji magnetycznej. Gdy turbiny się obracają, wytwarzana jest siła impulsu i siły nośnej, a także rzeczywista siła hamowania. Dzięki dwóm pierwszym łopaty instalacji zaczynają się poruszać, co uruchamia wirnik i prowadzi do wytworzenia pola magnetycznego. System działa autonomicznie i nie wymaga udziału właściciela.

Pomimo ogólnej zasady działania łapacze wiatru mogą różnić się konstrukcją. I choć praktycznie nie wpływa to na wydajność i produktywność, pomaga znaleźć najlepszą opcję do określonych zadań w określonym obszarze.

Jeśli mówimy o układach ortogonalnych, to są one zbudowane na podstawie stałej pionowej osi obrotu i kilku ostrzy, które znajdują się w pewnej odległości od ramy środkowej. System nie wymaga montażu dodatkowych zespołów prowadzących i w pełni działa przy każdym wietrze. Pionowa pozycja wału głównego pozwala na montaż napędu na poziomie gruntu, co znacznie ułatwia dalszą eksploatację lub prace naprawcze.

Jedynym słabym punktem generatorów ortogonalnych są węzły obrotowe. Nie mają bardzo długiej żywotności, co tłumaczy się koniecznością pracy pod dużym obciążeniem wirnika. Aby zapobiec szybkiemu uszkodzeniu systemu, części podtrzymujące muszą być serwisowane na czas, wymieniając uszkodzone elementy na nowe.

Do wad tego typu urządzeń należy imponująca waga ostrzy, a także niższy wskaźnik wydajności w porównaniu do urządzeń poziomo-osiowych. Ale do celów domowych takie generatory wiatrowe są wystarczające. Najlepiej radzą sobie ze swoimi obowiązkami w pracy.

Modele z rotorem Darrieus i Savonius

Urządzenia oparte na rotorze Darrieus wyposażone są w pionową oś obrotu oraz dwie lub trzy płaskie systemy łopatek, które nie mają charakterystycznego profilu aerodynamicznego i znajdują się u podstawy oraz na szczyt. Zasada działania instalacji opiera się na sile lub kierunku wiatru. Zaletami takiej turbiny wiatrowej są:

1. Maksymalna prędkość obrotowa.
2. Możliwość montażu układu napędowego bezpośrednio na ziemi.
3. Łatwość kontroli i konserwacji.

Modele z dwoma ostrzami oddziałują na wiatr tylko wtedy, gdy są silne podmuchy. Jeśli wiatr jest niewystarczająco intensywny lub równomiernie nadchodzi, pozostają one nieruchome. Wśród wad turbin wiatrowych z generatorem Darrieus wyróżniają podatność na obciążenia dynamiczne oraz stosunkowo niski współczynnik sprawności.

Jeśli chodzi o turbiny wiatrowe wyposażone w wirnik Savonius, mają one półcylindryczne łopaty i zapewniają wysoki moment obrotowy nawet przy niedostatecznym wietrze. Maksymalna moc tego typu turbin wiatrowych sięga 5 kW, więc praktycznie nie są wykorzystywane jako samodzielna stacja robocza. Zamiast tego instrumenty zaczęły być używane jako narzędzie do przyspieszania modeli wirników Darrieusa. Ze względu na znaczne niedociągnięcia masowa produkcja takiego sprzętu jest uważana za nieuzasadnioną.

Inne rodzaje

Turbiny wiatrowe wyposażone w wielołopatowy wirnik stanowią jakościową modernizację klasycznych modeli typu ortogonalnego. Ich praca opiera się na zespole wirników składającym się z kilku łopatek ułożonych w dwóch rzędach. Zewnętrzna warstwa jest statyczna i działa jako mechanizm prowadzący, wychwytując przepływ wiatru i kompresując go. Dzięki tej technologii rzeczywista prędkość wiatru znacznie wzrasta.

Drugi poziom składa się z ruchomych elementów, które odbierają strumień powietrza z zewnętrznych łopatek pod pewnym kątem. Taka konfiguracja sprawia, że ​​urządzenie jest bardzo wydajne i znacznie zwiększa jego wydajność. Ale systemy z wirnikiem wielołopatkowym nie są tanie, więc przeciętni konsumenci zatrzymują się na prostszych i tańszych rozwiązaniach. Niemniej eksperci ds. energii twierdzą, że ta jednostka oferuje najlepszą wydajność w swojej klasie i może działać nawet przy słabym wietrze.

Na rynku są również szeroko rozpowszechnione helikoidalne turbiny wiatrowe, które są ulepszoną wersją urządzeń ortogonalnych. W tych urządzeniach łopaty są skręcone łukowo, co zapewnia skuteczne wychwytywanie strumienia wiatru i stabilny obrót. Zastosowanie zaawansowanej technologii rotacji zmniejsza dynamiczne obciążenie głównych elementów roboczych, co pozytywnie wpływa na żywotność instalacji.

Urządzenia z wirnikiem śrubowym zapewniają maksymalną niezawodność i mogą obsługiwać duże obciążenia. Ale podczas pracy mogą emitować hałas i dodatkowe fale dźwiękowe.

Niestety ten typ turbiny wiatrowej nie zyskał dużej popularności ze względu na wysoki koszt. Tłumaczy się to tym, że produkcja urządzeń helikoidalnych jest bardzo pracochłonnym i czasochłonnym procesem, który wiąże się z wykorzystaniem złożonej technologii.

Urządzenia z osią pionową

Jeśli chodzi o generatory o osi pionowej, różnią się one od poprzednich typów położeniem układu łopatkowego. W konfiguracji pionowej przypomina skrzydło samolotu o osi równoległej do pionowego szybu. Pod względem cech konstrukcyjnych wynalazek jest nieco podobny do wirnika Darrieus, ale ma wiele zalet i unikalnych cech.

Taki generator działa znacznie szybciej.niż inne modele, więc jego wskaźniki wydajności są zauważalnie wyższe. Instalacja w krótkim czasie dostarcza wymagany zasób energii i zaspokaja potrzeby odbiorców w zakresie zużycia energii.

Zaletami systemu są również maksymalna niezawodność i trwałość, zdolność radzenia sobie z imponującymi obciążeniami i względna taniość. Dzięki tym cechom generatory z osią pionową cieszą się dużą popularnością i są liderami na rynku.

Zrób to sam

Nawet najprostsze modele turbin wiatrowych są dość drogie, więc nie każdy może sobie pozwolić na zakup takiego urządzenia. Z tego powodu rzemieślnicy i utalentowani wynalazcy zaczęli własnymi rękami tworzyć wydajne mechanizmy.

Wykonanie generatora wiatrowego typu pionowo-osiowego nie jest trudne. Aby to zrobić, musisz znaleźć odpowiednie akcesoria, sporządzić rysunki i postępować zgodnie z instrukcjami. Przy minimalnych podmuchach wiatru taka turbina wiatrowa zacznie działać, zachwycając swoich właścicieli niedrogą i wysokiej jakości energią elektryczną. Aby stworzyć przyszły generator, musisz przygotować:

• wirnik - jednostka ruchoma;
• system ostrzy;
• maszt osiowy;
• stojan;
• baterie;
• falownik;
• kontroler.

Przy wykonywaniu własnych ostrzy zaleca się używanie lekkiego plastiku, który ma dobrą elastyczność. Reszta surowców boi się wszelkiego rodzaju wpływów i szybko się odkształca, dlatego lepiej poprzestać na plastikowych konstrukcjach.

Przed rozpoczęciem produkcji należy wziąć pod uwagę, że takie urządzenie nie jest wystarczająco wydajne i jest znacznie gorsze od próbek fabrycznych. Aby nie rozczarować się domowym projektem, lepiej z góry zrobić 2 razy mocniejszy niż w instrukcji.

Bez wątpienia generator wiatrowy jest jednym z najbardziej użytecznych wynalazków naszego stulecia. I wcale nie trzeba być oligarchą, żeby mieć taki system, bo przy minimalnym wysiłku można go wykonać samemu.