A energia alternativa recebida de usinas de energia eólica causa grande interesse na sociedade. Provas disso ao nível da prática doméstica real abundam.
Proprietários de imóveis suburbanos constroem moinhos de vento com suas próprias mãos e estão satisfeitos com o resultado, embora o efeito também seja de curta duração. A razão é que durante a montagem o gerador eólico não foi calculado corretamente.
Concordo, eu não gostaria de gastar tempo e dinheiro no projeto, para obter uma instalação ineficiente. Portanto, é importante entender como fazer um cálculo do gerador eólico e por quais parâmetros escolher as principais unidades de trabalho do aerogerador.
O artigo é dedicado a resolver esses problemas. A parte teórica do material é complementada por exemplos ilustrativos e recomendações práticas para a montagem de uma instalação de gerador eólico.
Conteúdo do artigo:
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Cálculo da instalação do gerador eólico
- Como calcular o poder do moinho de vento
- Cálculo de turbinas eólicas de parafusos
- Seleção de geradores para turbinas eólicas
- Cálculo e seleção de controlador de carga
- Seleção da bateria para o sistema
- Cálculo do inversor para moinho de vento em casa
- Conclusões e vídeos úteis sobre o tema
Cálculo da instalação do gerador eólico
Como começar a contar o sistema de reprodução de eletricidade a partir da energia eólica? Dado que estamos falando de um gerador eólico, uma análise preliminar do vento aumentou em uma área específica parece lógica.
Tais parâmetros de projeto, como a velocidade do vento e sua direção característica para um determinado território, são importantes parâmetros de projeto. Eles determinam, em certa medida, o nível de potência do aerogerador, o que será realmente viável.
Turbinas eólicas de tal poder são difíceis de imaginar. Mas tais projetos existem e funcionam efetivamente. No entanto, os cálculos dessas estruturas mostram uma potência relativamente baixa em comparação com as fontes tradicionais de energia.
O que é notável, este processo é a longo prazo (pelo menos 1 mês), o que é bastante óbvio. Calcule os parâmetros máximos prováveis da velocidade do vento e sua direção mais frequente é impossível com uma ou duas medições.
Dezenas de medições serão necessárias. No entanto, esta operação é realmente necessária se houver o desejo de construir um sistema produtivo eficaz.
Como calcular o poder do moinho de vento
Turbinas eólicas domésticas, especialmente aquelas feitas com as próprias mãos, ainda não tiveram que surpreender as pessoas com alta potência. É compreensível. Basta imaginar um mastro maciço com uma altura de 8-10 m, equipado com um gerador com uma extensão das hélices de mais de 3 m, e esta não é a instalação mais potente. Apenas cerca de 2 kW.
Para a manutenção de turbinas eólicas de tal potência, são utilizados helicópteros e equipes de especialistas, com números de até dez pessoas. Para calcular essa usina, um número ainda maior de artistas está envolvido.
Em geral, se você confiar em uma tabela padrão que mostre a relação entre a potência do gerador eólico e a extensão necessária das pás da hélice, há algo para se surpreender. De acordo com a tabela, uma hélice de 2 metros é necessária para um moinho de vento de 10 W.
Para um projeto de 500 watts, é necessário um parafuso com um diâmetro de 14 m Neste caso, o parâmetro da extensão da lâmina depende do seu número. Quanto maiores as lâminas, menor o balanço.
Mas esta é apenas uma teoria, devido à velocidade do vento não superior a 4 m / s. Na prática, tudo é um pouco diferente, e o poder da instalação doméstica, operando por muito tempo, nunca excedeu 500 watts.
Portanto, a escolha da potência aqui é geralmente limitada ao alcance de 250-500 W com uma velocidade média do vento de 6-8 m / s.
Tabela da dependência da potência do sistema de energia eólica sobre o diâmetro do parafuso de trabalho e o número de pás. Esta tabela pode ser usada para cálculos, mas levando em conta sua compilação sob o parâmetro de velocidade do vento até 4 m / s (+)
De uma posição teórica, o poder de uma estação de energia eólica é calculado pela fórmula:
N = p * s * v3/2,
onde:
- p - densidade de massas de ar;
- S - área total soprada das pás da hélice;
- V - velocidade do ar;
- N - caudal de ar.
Como N é um parâmetro que afeta drasticamente a potência de um gerador eólico, a capacidade real da instalação será próxima ao valor calculado N.
Cálculo de turbinas eólicas de parafusos
Ao projetar um moinho de vento, dois tipos de parafusos são normalmente usados:
- alado - rotação no plano horizontal;
- Rotor Savonius, rotor Darier - rotação no plano vertical.
O design dos parafusos com rotação em qualquer um dos planos pode ser calculado usando a fórmula:
Z = L * W / 60 / V
onde:
- Z - o grau de velocidade (baixa velocidade) do parafuso;
- L - o tamanho do comprimento descrito pelas lâminas de um círculo;
- W - velocidade (frequência) de rotação do parafuso;
- V - caudal de ar.
Com base nesta fórmula, você pode calcular facilmente o número de revoluções W - a velocidade de rotação.
Isto parece um design de parafuso chamado “Rotor Daria”. Esta versão da hélice é considerada eficaz na fabricação de turbinas eólicas de pequena capacidade e tamanho. Cálculo de parafuso tem algumas características
Uma taxa de trabalho de velocidade e velocidade do vento pode ser encontrada nas tabelas que estão disponíveis na rede. Por exemplo, para um parafuso com duas lâminas e Z = 5, a relação a seguir é verdadeira:
| Número de lâminas | Grau de rapidez | Velocidade do vento m / s |
| 2 | 5 | 330 |
Também um dos indicadores importantes de um parafuso de turbina eólica é um passo.
Esse parâmetro pode ser determinado usando a fórmula:
H = 2πR * tg α,
onde:
- 2π - constante (2 * 3,14);
- R - o raio descrito pela lâmina;
- tg α - ângulo de seção.
Informações adicionais sobre a escolha da forma e número de lâminas, bem como instruções para sua fabricação são dadas em este artigo.
Seleção de geradores para turbinas eólicas
Tendo o valor calculado da velocidade do parafuso (W), obtido pelo método acima, você já pode selecionar (fazer) o gerador correspondente.
Por exemplo, quando o grau de rapidez é Z = 5, o número de pás é 2 e a velocidade é de 330 rpm. Com uma velocidade de vento de 8 m / s. a potência do gerador deve ser de aproximadamente 300 watts.
Gerador de usina eólica "na seção." Uma cópia exemplar de um dos projetos possíveis de um gerador de um sistema de energia eólica residencial montado independentemente
Com esses parâmetros, um motor que é usado na construção de modernas bicicletas elétricas pode ser uma escolha adequada como um gerador para uma usina eólica doméstica. O nome tradicional da peça é o motor de ciclo (fabricado na China).
Parece um motor de ciclo elétrico, com base no qual é proposto fazer um gerador para um moinho de vento doméstico. O design do motor de ciclo é ideal para implementação com poucos ou nenhum cálculo e melhorias. No entanto, seu poder é pequeno
As características de um motor de ciclo elétrico são as seguintes:
| Parâmetro | Significados |
| Tensão, v | 24 |
| Potência W | 250-300 |
| Velocidade de rotação, rpm | 200-250 |
| Torque Nm | 25 |
Uma característica positiva dos velomotores é que eles praticamente não precisam ser refeitos. Eles foram construídos de forma construtiva como motores elétricos de baixa rotação e podem ser utilizados com sucesso para geradores eólicos.
Para a fabricação de um moinho de vento usar gerador de carros ou coletar unidade de máquina de lavar roupa.
Cálculo e seleção de controlador de carga
O controlador de carga da bateria é necessário para uma usina de energia eólica de qualquer tipo, incluindo uma estrutura doméstica.
O cálculo deste dispositivo é reduzido para a seleção do circuito elétrico do dispositivo, que corresponderia aos parâmetros calculados do sistema eólico.
Destes parâmetros básicos são:
- tensão nominal e máxima do gerador;
- Potência máxima possível do gerador;
- Corrente de carga máxima possível da bateria;
- tensão na bateria;
- temperatura ambiente;
- nível de umidade ambiental.
Com base nos parâmetros apresentados, é conjunto do controlador de carregamento com suas próprias mãos ou a seleção do dispositivo acabado.
Controlador de carga da bateria usado como parte de uma usina de energia eólica. O dispositivo é um fabricante industrial, escolhendo que você só precisa estudar cuidadosamente as características técnicas para uma coordenação precisa com o sistema existente.
Naturalmente, é desejável selecionar (ou montar) um dispositivo cujo circuito forneceria a função de um início fácil em condições do fluxo de fluxos de ar fracos. Um controlador projetado para operação com baterias de diferentes tensões (12, 24, 48 volts) também é bem-vindo.
Finalmente, ao calcular (combinar) o circuito do controlador, recomenda-se não esquecer a presença de tal função como controle do inversor.
Seleção da bateria para o sistema
Na prática, diferentes tipos de baterias são usados e quase todos são bastante adequados para uso como parte de um sistema de energia eólica. Mas você tem que fazer uma escolha concreta de qualquer maneira. Dependendo dos parâmetros do sistema de turbina eólica, a bateria é selecionada para condições de tensão, capacidade e carga.
Componentes tradicionais para moinhos de vento domésticos são as clássicas baterias de chumbo-ácido. Eles mostraram bons resultados em um sentido prático. Além disso, o custo deste tipo de bateria é mais aceitável em comparação com outros tipos.
As baterias de chumbo-ácido são particularmente despretensiosas para as condições de carga / descarga, mas é inaceitável incluí-las em um sistema sem um controlador.
Gerador de vento de bateria em casa. Não é a melhor opção de operação, dado o caos dos fios e os requisitos de armazenamento. Com este estado de dispositivos de armazenamento de energia, não é necessário confiar em sua ação de longo prazo.
Na presença de um conjunto de gerador eólico controlador de carga executado profissionalmente, ter um sistema de automação completo, o uso de baterias AGM ou hélio.
Ambos os tipos de dispositivos de armazenamento de energia são caracterizados por maior eficiência e longa vida útil, mas exigem alta carga nas condições de carga.
O mesmo se aplica às chamadas baterias blindadas do tipo hélio. Mas a escolha dessas baterias para o moinho doméstico é significativamente limitada pelo preço. No entanto, a vida dessas baterias caras é a mais longa em comparação com todos os outros tipos.
Essas baterias também recebem um ciclo de carga / descarga mais significativo, mas sujeitas ao uso de carregador de alta qualidade.
Cálculo do inversor para moinho de vento em casa
Devemos fazer imediatamente uma reserva: se o projeto de uma instalação de energia eólica doméstica contiver uma bateria de 12 volts, não faz sentido instalar um inversor em tal sistema.
Em média, o consumo de energia das residências é de pelo menos 4 kW em cargas de pico. Daí a conclusão: o número de baterias para tal potência deve ser de pelo menos 10 peças e, de preferência, sob uma tensão de 24 volts. Em um número tão grande de baterias, já faz sentido instalar um inversor.
Pequeno inversor de potência (600 W), que pode ser usado em pequenas centrais elétricas domésticas. É possível alimentar uma TV ou um pequeno refrigerador de tal equipamento de 220 volts. Na lâmpada na corrente do candelabro não é suficiente
No entanto, para fornecer 10 baterias com uma voltagem de 24 W por cada e para manter a sua carga de forma estável, será necessário um moinho de vento com uma capacidade de pelo menos 2-3 kW. Obviamente, para projetos despretensiosos domésticos, esse poder não é puxar.
No entanto, a potência do inversor pode ser calculada da seguinte forma:
- Resuma o poder de todos os consumidores.
- Determinar o tempo de consumo.
- Determine o pico de carga.
Em um exemplo concreto, ficará assim.
Deixe como uma carga há eletrodomésticos: lâmpadas de iluminação - 3 pcs. 40 W cada, receptor de TV 120 W, refrigerador compacto de 200 W. Resumimos a potência: 3 * 40 + 120 + 200 e obtemos 440 W na saída.
Determine o poder dos consumidores por um período médio de 4 horas: 440 * 4 = 1760 W. Com base no valor de potência obtido ao longo do tempo de consumo, parece lógico escolher um inversor entre esses dispositivos com uma potência de saída de 2 kW.
Com base nesse valor, calcula-se a característica de tensão atual do dispositivo necessário: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.
O esquema clássico de reprodução e distribuição de energia recebido de um gerador eólico do tipo doméstico. No entanto, para fornecer um número tão grande de dispositivos com energia de longo prazo, é necessária uma instalação suficientemente poderosa (+).
Na realidade, a carga de uma família para uma família de três pessoas, onde há um equipamento completo com eletrodomésticos, será maior do que a calculada no exemplo. Geralmente e em conexão com o tempo de carregamento, o parâmetro excede as 4 horas tomadas. Consequentemente, um inversor de energia eólica precisará de um inversor mais potente.
O cálculo preliminar do moinho de vento é útil não apenas para sua automontagem. Para determinar os parâmetros ideais é necessário e escolhendo uma turbina eólica.
Conclusões e vídeos úteis sobre o tema
Como os dados de origem são analisados e como as fórmulas são aplicadas são apresentados no vídeo:
É necessário usar os dados calculados em qualquer caso. Quer se trate de uma usina industrial ou fabricada para condições domésticas, o cálculo de cada nó sempre traz consigo a máxima eficiência do dispositivo e, mais importante, a segurança operacional.
Cálculos preliminares determinam a viabilidade do projeto, ajudam a determinar o custo ou a economia do projeto.
Tem experiência em resolver tais problemas? Ou tem dúvidas sobre o assunto? Por favor, compartilhe suas habilidades em calcular e projetar um gerador eólico. Você pode deixar comentários e fazer perguntas no formulário abaixo.
