Рост цен на электроэнергию вынуждает многих пользователей задуматься – как можно сэкономить , и есть ли разумная альтернатива потреблению энергии из общей сети? Для многих выходом из положения становится покупка или строительство собственными руками ветряка для дома. Тем более, что современные ветрогенераторы являются не только эффективным методом обеспечения электроэнергией удаленных от центральных сетей населенных пунктов, но и способом существенно снизить затраты на коммунальные услуги и сделать свое домохозяйство более энергонезависимым.
Давайте рассмотрим, какой именно ветрогенератор лучше подобрать для дома, на какой объем энергии мы можем рассчитывать и что нужно знать для его установки.
Разновидности ветряков
Ветрогенераторы (еще их называют ветрогенераторными установками, ветровыми электрогенераторами, ветростанциями, просто ВЭУ, ветряными станциями и т.п.) - это, по своей сути, ветровые электростанции (ВЭС). Так называют ветровую электроустановку, оборудование и сооружения которой функционально связаны между собой и образуют единый комплекс, который производит электроэнергию из кинетической энергии подвижных воздушных масс. Проще говоря, это системы, которые позволяют использовать ветер в качестве источника возобновляемой энергии.
Необходимо помнить, что разреженность воздуха также влияет на работу ветроустановки, однако при действии постоянных ветров, например, на морском побережье, этот недостаток не является существенным. Важно иметь ввиду, что работа домашних ветряков влияет на телевизионную сеть и может вызывать помехи для приемной антенны.
Устройство ветряка и состав оборудования ветровой электростанции, изображение ataba.com.ua
Если в районе расположения ВЭС преобладают слабые ветра, оптимальным решением станет объединение нескольких установок в сеть с общим аккумуляторным узлом. В противном случае, необходимо настроить работу ветряков так, чтобы каждое отдельное устройство обслуживало свою «долю» нагрузки, а для экономии электроэнергии, следует распределить потребителей в доме: разной группе бытовых приборов должна соответствовать определенная силовая линия.
Как подсказывает опыт многих европейских стран, для многоквартирных домов целесообразнее установить несколько ветряков (пример ) небольшой производительности, которые будут генерировать электроэнергию и сохранять ее в общий аккумулятор, чем приобретать одну крупногабаритную ветроустановку.
Как подсчитать мощность ветрогератора для дома
Для ориентировочного расчета мощности домашней ВЭС нужно вычислить среднемесячное потребление электроэнергии, учитывая перечень всех используемых бытовых электроприборов, их мощность и время работы (таблица, которая показывает среднее потребление бытовой техники, находится ). Стоить отметить, что чаще всего в магазинах продаются ветровые электростанции для частного пользования мощностью от 2 до 10 кВт.
На многих информационных ресурсах указывается, что для полноценного обеспечения бытовых нужд семье из 3 - 4-х человек потребуется мощность ветрогенератора не менее чем 10 кВт. Однако в каждом конкретном случае, нужно исходить из определенных энергопотребностей, которые могут быть достаточно индивидуальным показателем.
Одним из дополнительных положительных моментов использования ветряков в домашних условиях является также возможность продажи избытков электроэнергии государству. О том, как поставлять «лишнее» электричество в центральную электросеть и подробную информацию об актуальных на сегодня «зеленых» тарифах можно найти в .
Не стоит забывать о безопасности: удары молний, результатом попадания которых может стать возгорание ветряка, обледенение лопастей, недостаточная прочность несущих конструкций или фундамента ветроустановки – могут нанести ущерб не только самому устройству, но и причинить вред здоровью человека. Поэтому, не лишним будет позаботиться об оснащении генератора различными защитными системами.
В конечном счете, при выборе типа ветрогенератора, поисках проверенного производителя, расчетах его мощности и решении других вопросов, может возникнуть множество «подводных камней», ответы на которые в полном объеме ни одна статья дать не сможет. К счастью, уже сегодня современные технологии позволяют установить ветряк где угодно, причем специальными техническими знаниями для этого обладать вовсе не обязательно, а эффективность и экологичность такого источника чистой энергии уже не вызывает сомнений. В любом случае, консультация с опытным специалистом станет мудрым решением.
Смотрите еще интересные материалы:
Please enable JavaScript to view theС использованием энергии ветра человечество знакомо с незапамятных времен. Когда-то неизвестный изобретатель приладил парус к неказистому плавучему средству, и с его помощью через столетия вся Земля была обследована пытливыми мореплавателями. Ветряные мельницы даже в наше время во многих странах исправно служат человеку.
Но сегодня использование ветра подразумевает, прежде всего, получение электроэнергии. Попытаемся разобраться, насколько это просто, дешево и удобно. Для тех, кто хочет сразу услышать итог, вывод: ветряная электроэнергия никогда не станет дешевле энергии, полученной из других источников: тепловых, атомных или гидроэлектростанций.
Поэтому заниматься ветряными электростанциями для дома имеет смысл только тем, у кого руки чешутся приспособить доставшийся «по случаю» готовый генератор, или энтузиастам экологически чистой энергии, фанатично желающим спасти планету от экологической катастрофы. Других причин использовать ветряную энергию при подведенном питании от внешних электрических сетей просто не придумаешь.
Для начала немного сведений о возможностях использования энергии ветра. При воздействии ветра на лопасти турбины, эффективность отбора энергии (КПД) не может превышать 59%. Это значение получили в своих работах ряд ученых (Ланчестер, Бец, Жуковский) еще в 1920 г. С тех пор оно известно как «предел Беца».
Есть ли смысл считать КПД ветряного генератора , если он приводится в действие дармовым источником неограниченной мощности? Конечно, есть! Зная КПД преобразования, можно оценить необходимую мощность электростанции, а затем - насколько похудеет ваш кошелек после ее приобретения.
Предельная мощность, которую можно «отнять» у ветра, равна площади, на которую он воздействует (площадь обмаха пропеллера), умноженной на скорость ветра в кубе и на упомянутый выше КПД, равный 0,6. Выразив все величины в системе СИ, получим, что 1м2 турбины при скорости ветра 2 м/сек отбирает мощность аж...4,8 Вт. При скорости ветра 8 м/сек (номинальная скорость большинства ветряных генераторов), отбор с единицы площади возрастет до 307 Вт.
Теперь информация к размышлению: реальный КПД для домашних установок нужно брать не более 0,3. Время работы ветряных электростанций при оптимальной скорости ветра колеблется от 10 до 15% в год в климатических условиях стран СНГ.
Поэтому полученную из формулы мощность ветряной электростанции необходимо увеличить еще в 4-5 раз. На практике рекомендуют устанавливать ветряную электростанцию, ориентируясь не столько на технические показатели, сколько на финансовые возможности, по принципу: «Чем больше, тем лучше». С мечтой установить мощную и, одновременно, компактную установку необходимо сразу расстаться. Одно другому противоречит в принципе.
Конструкция ветряной электростанции, в общем случае, состоит из генератора, выпрямительного устройства, аккумуляторной батареи и инвертора для преобразования напряжения в привычное значение 220В. Контроль и управление всеми блоками и элементами электростанции выполняет микропроцессорный контроллер или более простые логические схемы.
Изучая технические характеристики ветряных электростанций , предпочтение необходимо отдавать тем, у которых скорость начала движение ротора, начальная скорость зарядки аккумуляторов и скорость, при которой они выходят на рабочий режим, минимальны. Чем шире диапазон рабочих скоростей ветра, тем больше вероятность получить энергию. Стоимость в этом случае играет вторичную роль: зачем брать установку дешевле, если она в вашем регионе будет работать несколько дней в году?
Теперь пришло время прицениться к продукции фирм, предлагающих готовые комплекты оборудования. О самодельных ветряных электростанциях здесь вообще не будем говорить. Даже лучшие образцы промышленного изготовления имеют КПД не более 30%, а самодельные конструкции из подсобных материалов смогут производить разве что шум.
Все разнообразие конструкций ветряных генераторов можно свести к двум большим группам: с горизонтальным расположением ротора генератора и генераторы с ротором вертикального типа.
Горизонтальные генераторы флюгерного типа обладают более высоким КПД, меньшей материалоемкостью. Но требуют применения мачт большей высоты, имеют сложную механическую часть и неудобны в обслуживании. Станции вертикального типа менее экономичны, они имеют большую материалоемкость, но работают в большем диапазоне скоростей ветра и более компактны.
Рассмотрим по одному образцу из наиболее интересных представителей ветряных электростанций каждой группы. Наибольший интерес из электростанций с горизонтальным расположением ротора представляет безредукторный контурный генератор «Windtronics» .
В нем аэродинамическое сопротивление снижено за счет особой конструкции турбины, в которой на концах лопастей закреплены сильные постоянные магниты, а по ободу смонтировано 68 статорных катушек. При таком решении ротор одновременно является и генератором электрической энергии. Специальные закрылки на лопастях позволяют турбине начать движение при скорости ветра 0,2 м/сек. На сегодня это значение является рекордным для генераторов.
При скорости 0,9 м/сек. турбина начинает вырабатывать электричество. Другие типы генераторов при этих значениях скорости ветра даже не могут сдвинуться с места. Вес изделия около 110 кг, диаметр 1,8 метра, уровень шумов - не более 35 дБ.
Благодаря жесткой конструкции, турбина выдерживает скорость ветра до 62,6 сек. Годовая производительность от 1500 до 2750 кВт/ч электроэнергии. Американской фирмой «Honeywell Wind Turbine» в комплекте с турбиной поставляется вся необходимая электроника, рассчитанная на подключение 2 генераторов или солнечной дополнительной панели. Серьезным и единственным недостатком ветряной электростанции является ее цена - 5750 долларов при номинальной мощности генератора всего 1,5 кВт.
Многообещающим представителем электростанций с генератором вертикального типа можно считать турбины «Eddy» компании «Urban Green Energy» . Генераторы очень компактны, почти бесшумны и могут монтироваться даже в городских условиях. При весе генератора 95 кг он занимает площадь чуть больше 2,5 м2.
Турбину можно смонтировать за час, а служит она до 20 лет. Генератор выдерживает ветровые нагрузки до 193 км/час и вырабатывает, в зависимости от модификации, от 2000 до 4000 кВт/ч энергии в год. Главным недостатком является высокая начальная скорость ветра для турбины - 3,2 м/сек. Информации о стоимости генератора пока нет.
Ветряной генератор «Eddy»
Оригинальная форма турбины, напоминающая лепестки розы, натолкнула архитекторов на идею создать электростанцию в виде дерева, на ветвях которого смонтировано от 3 до 12 турбин, Проект получил название «Power Flowers» - «цветочное дерево» и привлек широкое внимание общественности, создав неплохую рекламу генераторам «Eddy» и фирме UGE.
Ветряная электростанция «Power Flowers» с генераторами «Eddy»
О различных конструкциях и моделях электростанций можно очень долго говорить, но объединяет их одно: очень высокая цена. Из анализа предложений фирм можно вывести некую удельную стоимость 1кВт мощности оборудования. Она составляет приблизительно 2000 долларов без монтажных работ. Добавив еще около 500 долларов на монтаж и наладку, мы получим усредненную величину затрат на оборудование, которое произведет вам 2000-3000кВт/ч электрической энергии за год.
По оценкам специалистов, электроэнергия, полученная от экологически чистых источников, дороже обычной в 3-4 раза. При использовании маломощных ветряных электростанций, стоимость энергии может на порядок (в 10 раз) превышать полученную из традиционных источников. Это связано с большими разовыми затратами на оборудование и работами по установке, наладке и обслуживанию ветряных электростанций.
Для того, что бы скрыть этот факт, часто используют утверждение, что с ростом цены на энергоносители экологически чистые источники станут рентабельными. При этом игнорируется то соображение, что с ростом расценок на энергию будет расти и стоимость оборудования, которое обладают значительной материалоемкостью. И перспектив к сокращению подобной «вилки» не предвидится даже в отдаленном будущем.
Если есть непреодолимое желание установить ветряную электростанцию, то сначала необходимо познакомиться с архивом сводок погоды за несколько последних лет в вашем регионе. Подобная информация сейчас доступна в сети и сразу прояснит реальные возможности по использованию ветровой энергии.
Стоит ли покупать ветрогенератор для дома? В регионах с повышенной ветреностью - это хорошее решение для получения энергии. Преимущества: бесплатно, экологически чисто, доступно, не требует топлива. Недостатки: непостоянство источника, шумно, долго окупается, цена.
Составляющие и принцип работы
Принцип ветрогенератора заключается в преображении кинетической энергии ветра в электрический ток. Поток воздуха приводит в движение крылья установки. Внутри турбины электромагнитная система преобразует полученную активность в электричество, которое аккумулируется в батарее.
С помощью инвертора ток из постоянного преобразуется в переменный. Затем он используется в быту и распределяется в доме.
Основными составляющими системы являются:
- генератор;
- лопасти;
- мачта;
- контроллер;
- аккумуляторная батарея;
- инвертор;
- автоматический переключатель источника питания.
Дополнительно также может устанавливаться анемоскоп и датчик направления ветра. В домашних условиях могут не использоваться, чаще используется в станциях средней и большой мощности, в производственных масштабах.
Составляющие ветрогенератора
Генератор
Турбина установки вырабатывает переменный ток. С его помощью активность, получаемая от вращения крыльев, преобразуется в электричество. Электромагнитная установка внутри с помощью механического движения магнитов влияет на движение электронов в катушках.
Ток, которые вырабатывается в ходе этого взаимодействия, с помощью контроллера передается на аккумуляторную батарею. Количество вырабатываемой энергии зависит от скорости и силы, стабильности ветрового потока.
Лопасти
На мощность турбины влияет размер этих деталей.
При расчете для установки в доме, фиксируют потребление электричества в месяц. Умножают эту цифру на 12. При потреблении дома в 3600 кВт (300 в месяц) в регионе со средним значением – 5 м/с необходимо использовать длину не меньше 4 м.
AOE = (V3*D2)/7000 (кВт)
D – диаметр ветроколеса ротора,
AOE – сумма потребляемой энергии в год,
V – средняя скорость ветра в регионе.
Если же размер необходимо уменьшить, тогда нужен аппарат с большей мощностью. С помощью формулы можно посчитать (с погрешностью 20%) какую энергию можно получить. Необходимо умножить квадрат диаметра лопастей на куб средней скорости потоков, далее разделить полученное значение на 7000.
То есть если скорость в вашей местности приблизительно 4 м/с, а диаметр деталей 2 метра, тогда (4 3 *2 2)/7000=0,036 кВт электричества получится. Если ветер усилится до 5 м/с, тогда получится 0,071 кВт. Если средняя скорость ветра неизменна, тогда можно на мощность повлиять с помощью длины лопастей.
Если их длинна в два раза больше, тогда при той же скорости мощность увеличивается в 4 раза. Эти расчеты можно использовать при изготовлении станции своими руками.
В таблице представлены данные по расчетам:
| Скорость ветра м/с | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| диаметр лопастей (м) | 2 | 0,0005714 | 0,0045714 | 0,0154286 | 0,0365714 | 0,0714286 | 0,1234286 | 0,1960000 |
| 3 | 0,0012857 | 0,0102857 | 0,0347143 | 0,0822857 | 0,1607143 | 0,2777143 | 0,4410000 | |
| 4 | 0,0022857 | 0,0182857 | 0,0617143 | 0,1462857 | 0,2857143 | 0,4937143 | 0,7840000 | |
Турбина производительностью до 700 Ватт в месяц, с начальной скоростью ветра 2,5 м/с, и номинальной – 8, может выработать 120 кВт электричества при средней скорости - 6. Размер лопастей - 2,7 метра, количество - 3 шт. А налог при мощности от 0-1600 Вт даст месячную выработку в 230 кВт.
Самый распространенный это генератор мощностью 3000 Ватт с 3-мя крылами длинной 3,2 м. Его хватает, чтобы выработать 480 кВт, при скорости 6 м/с. Этого количества достаточно для обеспечения частного дома.
Мачта
Высота мачты влияет на высоту размещения источника получения тока. Чем выше, тем сила ветра стабильнее, а скорость выше. Мачты бывают различной формы. Одним из ключевых факторов безопасности установки является материал, из которого сделана мачта. При сильном ветре или урагане основная нагрузка приходится на эту часть. Опоры должны быть прочными и выдерживать большие нагрузки. Обслуживать высокие мачты проблематично.
Лучше всего для мачт подходят металлические жесткие трубы с сечением не меньше 11 см. Их устанавливают высотой от 5 до 7 м. При установке мачты из стальной трубы, необходимо сделать фундамент с диагональю вдвое превышающую высоту мачты. Для растяжек используют тросы не меньше 6 миллиметров в толщину с оцинковкой.
Так называемые фермные мачты имеют отдельные секции, которые изготавливаются из опорной трубы (обычно 3 штуки), соединенные между собой перемычками. Такие секции удобно использовать в дальнейшем, если необходимо увеличить или уменьшить высоту мачты. Они крепятся на болты, которые можно раскручивать и добавлять новые секции.
При установке мачты нужно учесть объекты на расстоянии до 300 метров, ветряк должен располагаться таким образом, чтобы они находились на метр ниже турбины. Ничто не должно мешать получить максимальную продуктивность.
Контроллер
Устанавливается для управления процессами и функциями. Этот механизм преобразовывает переменный ток в постоянный, который поступает на аккумуляторы. Также в контроллере осуществляется управление функциями поворота лопастей, защиты при сильном порывистом ветре.
Аккумуляторы
Батареи нужны для того, чтобы сохранять электричество, которое передает контроллер, и стабилизировать её. Напряжение, выходящее из батарей, стабильное и постоянное, в отличие от того, которое выходит из генератора. Также аккумуляторы позволяют использовать энергию, когда вращение отсутствует, и установка не работает.
Инвертор
Инверторы подразделяются на четыре вида:
- трехфазный,
- сетевой,
- чистая синусоида,
- модифицированная синусоида.
Трехфазный преобразует ток с напряжением 380 Вольт, подходит для использования оборудования на производстве. Сетевой инвертор позволяет установки работать без аккумуляторной батареи, однако стоимость такого инвертора в разы превышает даже стоимость самой ВЭУ.
Чистая синусоида подходит для любого типа электроприборов (медицинское, сетевое и другое оборудование) напряжение переменного тока 220 вольт. Модифицированная синусоида пригодна, при нечувствительном потреблении к качеству напряжения. Этим она отличается от чистой. Подходит для освещения, заряда устройств, обогревательных приборов и т.п.
Автоматический переключатель источника питания
АВР используют, если в электросети задействованы также , генераторы топлива, общественная сеть, другие альтернативные источники питания. Эта установка переключает источники питания, если один из них недоступен. Он может работать только с одним источником.
Виды ветряных электростанций
Существует несколько видов в промышленных масштабах по типу размещения: наземные, прибрежные, шельфовые, плавающие, парящие, горные.
В бытовом использовании более важными являются типы конструкций:
- По количеству лопастей разделяют на двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы.
- По направлению оси вращения разделяются на вертикальные или горизонтальные. Преимуществом вертикальных является повышенная устойчивость конструкции. Преимуществом горизонтальных является большая выработка энергии.
- Также разделяют по управлению шагом лопасти. Изменяемый позволяет регулировать диапазон рабочей скорости вращения крыльев. Но конструкция с таким типом дороже, тяжелее. Для использования в домашних условиях лучше брать с фиксированным шагом.
- По типу изготовления материалов крыла бывают парусные или жесткие. Первые стоят дешевле, их проще изготовить самому, однако прочность их меньше, чем у жестких. Вторые изготавливают в основном из металла, пластика, стеклопластика. Такие лопасти служат дольше, и не требует частой замены. Если в районе ветра сильные, использовать парусные нерационально.
- Спиралевидные. Недавно разработаны технологии, в которых используются спиралевидные, известные как ротор Онипко. Принцип их конструкции позволяет снизить шум, а также получить выработку энергии на самых низких высотах при минимальных потоках. Особая конструкция спиралевидной формы также позволяет избежать столкновения с птицами – частой проблемой ветряков. За счет увеличенной площади контакта с ветром, у спиральной конструкции появляется эффект увеличения и усиления мощности. Хвостовой стабилизатор отсутствует, поскольку ротор улавливает поток воздуха самостоятельно на горизонтальной оси. Могут изготавливаться из различных материалов (пластик, металл и др.). В Голландии подобные решения уже испытывают, турбина называется LiamF1. Они очень практичны в условиях небольшой скорости ветра. Такие конструкции могут вырабатывать от 125 до 200 кВт в месяц на максимальной мощности. Их размер не превышает полтора метра в диаметре, может быть поставлен на крыше дома или мачте. При этом показатель шума не превышает 45 децибел. Такая конструкция будет уместна, как дополнительный источник энергии в небольших городах с преимущественно низкими постройками.
Что нужно учесть при выборе
В первую очередь необходимо изучить карту ветров региона, чтобы понять целесообразность. Затем необходимо сделать расчёт количества потребляемой энергии домом. Исходя из этих цифр, уточняется какой аппарат, с каким размером лопастей подойдет для обеспечения данного запроса.
Также необходимо учитывать климатические особенности и выбрать правильный вид установки. В зонах повышенной турбулентности ставят агрегат с вертикальным вращением, эти конструкции более устойчивы и долговечны в таких зонах.
Горизонтальные проявят себя лучше на открытой местности или возвышенности, а также на побережье. Однако, шум, производимый этими установками, возможно, будет мешать соседям, поэтому устанавливать их стоит на открытой местности, такой как поле. В этих условиях КПД горизонтальных выше, чем у вертикальных.
Спиралевидные конструкции позволено устанавливать в регионах с низким показателем скорости ветра, а также в густонаселенных пунктах. Такие конструкции почти не издают шум (до 45 ДБ), безопасные для птиц, не занимают большие площади.
Ветрогенераторы часто используют как дополнительный источник энергии, в домах с установленной солнечной батареей. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить автономной энергией частные дома.
Изучив все вышеперечисленные критерии, стоит рассчитать экономический показатель окупаемости установки. За какой период времени установка окупится согласно действующим тарифам на электроэнергию. Даже при долгом сроке окупаемости от 5 лет важно отметить, что этот источник энергии в будущем не потребляет никакого топлива.
Устройство ветрогенератора
Цены
Цены на товары с различной мощностью зависят от производителя, комплекта поставки (генератор, аккумуляторы, инвертор и др.). Ценовые предложения колеблются в показателях:
- 0,5 кВт – 40-90 тыс. руб.,
- 1 кВт – 92-113 тыс. руб.,
- 2 кВт – 111-150 тыс. руб.,
- 3 кВт – 125 -195 тыс. руб.,
- 5 кВт – 282- 285 тыс. руб.
Замечания при строительстве своими руками
Если цены на ветряки слишком дорогие, можно сделать конструкцию своими руками. Чаще всего для экономии используют либо генератор от автомобиля, либо от стиральной машины. При использовании таких аппаратов чаще всего выбирают горизонтальный тип установки, в котором применяют 3-6 лопастей.
Важно учитывать расчёты указанные выше. Детали годятся из трубы ПВХ - доступны в любом строительном магазине, зачастую берут трубы для водоотведения канализации.
Готовые лопасти насаживают с помощью шкива на вал электродвигателя. С помощью деревянного бруса монтируют хвост и крепят с другой стороны вал. Для хвоста лучше взять лист алюминия. Бокс турбины нужно защитить от дождя либо кожухом, либо куском пластиковые трубы.
В нижней части устанавливается труба, которая в дальнейшем будет выполнять повороты механизма. Для мачты стоит использовать металлические трубы диаметром 32 миллиметра по длине от 3 до 4 метров.
Верхняя часть мачты является также поворотной втулкой, куда вставляется труба с двигателем. Внизу необходимо сделать опору с диаметром не меньше 60 сантиметров. На этой опоре установить U-образную трубопроводную арматуры посредине. Чтобы мачту получилось опускать, необходимо поставить тройник с поворотом.
Для изготовления электронных схем необходимы специальные знания, поэтому при отсутствии таковых следует купить контроллер и аккумуляторы. При необходимости также можно , этот прибор будет отслеживать напряжение, выходящее из ветрогенератора и поступающее на батарею. Электроника требует защиты от дождя и ветра. Лучше использовать удлинитель и перенести этот блок в защищенное место.
Устанавливать или нет
Целесообразность использования данного типа установок всегда очень индивидуально. Однозначно стоит устанавливать такой вид источника энергии в тех местах, где нет доступа к другим вариантам. Хорошо будет работать установка на прибрежных зонах или на холмах. В этих районах доступ к источнику энергии почти постоянный, поэтому даже покупка дорогой электростанции оправдает себя через несколько лет.
В условиях домашнего использования в средней полосе, где показатели ветра в среднем 4-6 м/с нужно учитывать ближайшие постройки. В деревне, где постоянно происходят перебои с электричеством, можно рассматривать ветряки как дополнительные станции.
Они помогут экономить, и получать электроэнергию, когда основной ресурс недоступен. При использовании крупных горизонтальных ветряков с большими лопастями нерационально ставить их в тех районах, где густонаселенные пункты.
В таких условиях лучше подойдут вертикальные генераторы или спиралевидные. Они не производят много шума. Их можно устанавливать даже в частных домах с близким соседством. Однако в этом случае ближайшие постройки могут влиять на производительность станции.
Проблему можно решить, дополнив сеть солнечными батареями. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить жилой дом электроэнергией.
Покупать или сделать своими руками - вопрос чисто финансовой стороны. Если есть средства на готовую установку, можно смело вкладывать в будущее, поскольку это вложение окупится в ближайшие годы.
Если же денег на покупку дорогого оборудования нет, но есть возможность собрать генератор своими руками, однозначно советуем установить ветряк дома самому. Он позволит сэкономить как минимум треть потребляемой энергии.
- Генераторы от автомобиля нуждаются в перемотке катушек.
- Любую мачту необходимо устанавливать на фундамент, поскольку она имеет большую массу и будет подвержена серьезным нагрузкам. Фундамент мачты должен быть не менее 1 м глубиной.
- Изготавливая лопасти самостоятельно важно проверить балансировку. Если крыло тянет вниз, его можно сточить или отшлифовать.
- При шторме или урагане должен быть предусмотрен механизм торможения. Чтобы конструкция не пострадала.
- Аккумуляторы выбираются согласно потреблению и расходу электричества в доме. В день затишья помещение не должно остаться без питания.
- Для долгого срока службы профилактика смазки подшипников необходима раз в 6 месяцев.
- После первых двух недель использования агрегата, обязательно проверяют крепеж и натяжения , поскольку при работе детали имеют свойство расшатываться, следует снять конструкцию проверить и закрепить заново.
Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.
Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.
Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.
Что такое ветрогенератор?
Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.
Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).
Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.
Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.
В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.
Основные виды ветрогенераторов и их особенности
Существует две разновидности ветрогенераторов:
- С горизонтальным расположением ротора.
- С вертикальным ротором.
Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).
Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).
К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.
Роторные колеса вертикальных ветряков
Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.
Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?
Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.
Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.
Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.
Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.
Выбор ветрогенератора. Ориентировочные цены
Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.
Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).
Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?
Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.
Генератор
Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.
В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.
Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.
В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.
Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции
Винт
Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.
Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.
Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.
Был инновационной техникой, но сегодня он все чаще встречается в быту. Чтобы выбрать такой прибор для своего дома, нужно разобраться, что из себя представляют ветряные электростанции, какие разновидности бывают и какие условия нужны для их полноценной и рентабельной работы.
Ветрогенератор - что это такое?
Работает этот прибор по такому принципу: вращение лопастей, которые насажены на генераторный вал, происходит за счет потока ветра – это производит переменный ток. Такое электричество аккумулируется и сохраняется в аккумуляторных батареях, потребляется бытовой техникой по мере надобности. Эта схема очень упрощена. В реальности иногда требуются приборы, которые преобразуют электрический ток.
После генератора в этой цепи размещается контроллер. С его помощью происходит преобразование переменного тока в постоянный, который заряжает аккумуляторные батареи. Практически вся техника не работает от постоянного тока, поэтому после аккумулятора потребуется наличие еще одного прибора – инвертора. Это устройство производит операцию в обратном порядке, то есть преобразует постоянный в переменный ток с напряжением 220В. В ходе таких манипуляций происходят определенные потери полученной электрической энергии, что составляет примерно 15-20%. Это немалая часть.
В случае, когда применяют несколько устройств для получения электричества (ветряк плюс солнечные батареи или топливный генератор), потребуется дополнить схему выключателем (АВР). Он потребуется для того, чтобы при выключении одного из приборов включался другой – резервный.
Топ-5 лучших ветрогенераторов для частного дома (цены)
| Модель | Характеристики |
|---|---|
| Ветрогенератор "Condor Home" - 0.5 кВт Купить |
|
Ветрогенератор WW/FD 5,5 - 2 кВт/48VDC
Купить
|
|
Ветрогенератор FD 8 -10 кВт
Купить
|
|
Купить
|
|
Горизонтально-осевой ветрогенератор «Condor Air 380 - 10 кВт»
Купить
|
|
Чтобы получить максимально возможную мощность, необходимо размещать ветряк вдоль потока ветра. Этот момент реализуется по принципу флюгера. Нужно закрепить вертикальную лопасть на противоположном конце генератора – это делается для того, чтобы она разворачивала его навстречу воздушным потокам. Если применена более мощная установка, на ней устанавливается поворотный электромотор.
Разновидности и особенности ветрогенераторов для частного дома
Все ветрогенераторы разделяются на две группы:
- с ротором, размещенным вертикально;
- с горизонтальным ротором.
Менее эффективным для получения электричества считается первый тип: его КПД меньше, чем у горизонтальных, почти в три раза.
На заметку! Преимуществами являются простота сборки и надежность. Низкий уровень шума делает возможным монтаж такого прибора на крыше дома и на уровне с землей. Такие приборы устойчивы при плохих погодных условиях (ураган, обледенение). Начинают работать от слабой силы ветра 1-2 м/с.
Если говорить о горизонтальных, то им понадобится сила ветра не менее 3,5 м/с, однако эти приборы являются самыми распространенными. Уровень КПД составляет 50%, но зато шум и вибрация будут достаточно высокими. Для того чтобы установить такой прибор, потребуется много свободного места, до 100 метров, и высокая мачта.
Использование ветрогенератора для 220В может быть оправдано в ряде случаев:
- отсутствие возможности включиться в энергосистему общего пользования;
- можно изготовить прибор самостоятельно;
- в случае активного участия в движении экологической безопасности планеты.
Обратите внимание! Просто для питания дома монтировать ветряк не имеет смысла, ведь даже если в вашей географической широте постоянно дует ветер, это не делает прибор выгодным с экономической точки зрения.
Рассчитываем и подбираем ветрогенератор для своего дома
Потоки воздуха не могут поступать постоянно к вашему дому, как, например, подаваемый по газопроводу газ . Это капризное природное явление, которое сложно назвать постоянным. В один день это ураган, в другой – полный штиль. До того как купить ветрогенератор для частного дома или изготовить его своими руками, стоит определить возможности ветра в своем регионе. Это оценивается при помощи среднегодового показателя силы ветра. Такой параметр легко выясняется в интернете.
Если вы получите силу, меньшую 4 м/с, то устанавливать ветряк не стоит, потому что он не сможет генерировать необходимое количество электричества. Как только определились с моментом, что ставить прибор можно, следует подобрать генератор по мощности.
Нужно также помнить об устройствах для защиты и автономной работы ветроэлектрогенератора. От этого зависит непрерывное снабжение энергией дома.
- Все установки обязательно оснащаются защитой от молнии: это необходимо, потому что ветряк – высокая конструкция, сделанная из проводящих ток материалов.
- Обязательно необходимо укомплектовать прибор защитой от обледенения – это позволит избежать наледи на лопасти турбины в холодное время года.
- Необходимо оборудовать установку системой пожаротушения. Это позволит быстро локализовать очаг возгорания, причин которому может быть несколько: утечка масла, короткое замыкание, попадание молнии.
- Для того чтобы создать исправную работу ветряка при разных порывах ветра, применяют автоматическую систему торможения. Ветер с большой скоростью способен вывести из строя редуктор и сам генератор, поэтому без тормоза просто не обойтись.
Варианты установки ветряка
Прежде чем купить ветрогенератор для частного дома 220 В, нужно знать, как и куда его устанавливать. Существует ряд моментов, которые нужно учитывать при установке:
- прибор необходимо монтировать на специальное сооружение, которое обязательно должно превышать на несколько метров все стоящие рядом строения;
- обратите внимание, что рядом не должны находиться деревья и столбы, а также объекты, снижающие производительность генератора;
- самый лучший вариант – удаление от жилого дома на 50 м, что обусловлено наличием шума, который может доставлять людям дискомфорт.
Постоянную во времени выработку энергии получить не удастся. Происходит это из-за того, что условия природы постоянно меняются. Заранее продумайте, куда использовать лишнюю электроэнергию, которая будет возникать при сильном ветре. К примеру, можно обеспечить нагрев воды в бойлере или электрообогревателе для дома. Такая возможность должна включаться автоматически при сильном ветре и слабой нагрузке.
Для климата с затяжной зимой больше подойдут модели вертикального расположения ротора. Установить такое устройство можно на земле или на невысокой мачте. Кроме того, его можно напрямую включить в электросеть с и бойлером . В этом случае можно попробовать обойтись без инвертора и аккумуляторных батарей. Чаще всего такую схему подключения можно реализовать собственноручно без привлечения сторонних организаций. Такой ветрогенератор может послужить для .
Следует также решить некоторые проблемы, которые связаны с эксплуатацией ветряка:
- во-первых, наличие шума. Это вряд ли обрадует ваших соседей, кроме того, инфразвук может быть некомфортным для слуха. Чтобы исключить эту особенность, устанавливают прибор как можно дальше от жилых зданий;
- во-вторых, обязательное наличие заземления и защиты от молний, а также сигнальная система для авиации на самой высокой точке конструкции. Обратите внимание, что во время работы будет создаваться вибрация. Это значит, что мачта не должна контактировать с другими объектами;
- в третьих, сам генератор и другие части системы. Аккумуляторные батареи и инверторы требуют регулярного обслуживания и систематической замены. Мачту также необходимо красить, своевременно осматривать и ухаживать за ней;
- в-четвертых, существует вероятность повреждения при обледенении или сильном урагане.
Как выбрать электрический генератор?
Если вы решили купить ветрогенератор для , цены нужно изучить. Обратите внимание на приборы российского производства, а также сделанные в Китае: они будут значительно дешевле аналогичных установок европейского производства.
Чтобы сделать правильный выбор, стоит рассмотреть все плюсы и минусы установок. Достоинства ветрогенераторов:
- затраты нужны только на обслуживание установки;
- слаженная работа не потребует вмешательства;
- прибор можно использовать во многих климатических зонах;
- все комплектующие системы подвержены незначительному износу.
Необходимо найти и приобрести неодимовый генератор, который позволит снимать энергию ветра. Винт может быть как парусным, так и роторным. Чтобы собрать все и установить на опору, нужно сделать бетонное основание, которое будет надежно ее держать. Используя растяжки, нужно зафиксировать мачту в вертикальном положении.
