Ниже формула расчета мощности энергии ветра P=0.6*S*V^3 , где
P- мощность Ватт
S- площадь ометания кв.м.
V^3- Скорость ветра в кубе м/с
Дополнительно формула расчета площади круга S=πr2 , где
R- радиус окружности в квадрате
К примеру если взять площадь винта 3кв.м. и посчитать мощность на ветре 10 м/с, то получится 0,6*3*10*10*10=1800ватт. Но это мощность ветрового потока, а винт заберет часть мощности, которая в теории может достигать 57%, но на практике для горизонтальных трехлопастных ветрогенераторов этот параметр 35-45%. А для вертикальных типа Савониус 15-25%.
Тогда в среднем для горизонтального трехлопастного винта коэффициент использования энергии ветра поставим 40% и посчитаем, 1800*0,4= 720 ватт. Винт заберет 720 ватт у ветра, но еще есть КПД генератора, который у генераторов на постоянных магнитах примерно 0,8 , а с электровозбуждением 0,6. Тогда 720*0,8=576 ватт.
Но на практике все может быть гораздо хуже, так-как генератор не во всех режимах работы имеет высокий КПД, так-же eсть потери в проводах, на диодном мосту, в контроллере, и в аккумуляторе. Поэтому можно скинуть смело еще 20% мощности и останется примерно 576-20%=640,8 ватт.
У вертикального ветрогенератора это параметр будет еще меньше так-как во-первых КИЭВ всего 20%, а так-же мультипликатор, КПД которого 70-90%. Тогда изначальные из 1800 ватт мощности ветра лопасти отнимут 1800*0,2=360ватт. Минус КПД генератора 0,8 и мультипликатора 0,8 равно 360*0,8*0,8=230,4ватт. И еще минус 20% на потери в проводах, диодном мосту, контроллере и АКБ., и останется 230,4-20%=183,6ватт.
Из реальной жизни практический расчет мощности ветрогенератора.
Эту формулу можно встретить на многих форумах и сайтах по ветрогенераторам. Для проверки формулы я хочу сравнить реальные данные двух ветрогенераторов небольшой мощности с почти одинаковыми по площади винтами, но один горизонтальный, а второй вертикальный.На фото два реальных самодельных ветрогенератора, первый горизотальный трехлопастной с диаметром винта 1,5м., второй вертикальный шириной 1м высотой 1,8м. Не считая данные сразу напишу что мощность горизонтального на ветру 10м/с около 90 ватт, и вертикального 60ватт. КИЭВ первого так-как лопасти сделаны на глазок наверно 0,3 , а второго вертикального вроде хорошо сделанного 0,2.
Теперь вычислим площадь винта ометаемую ветром, для первого это 1,76м, для второго вертикального 1,8м.
Значит для горизонтального 0,6*1,76*10*10*10=1056*0,3*0,8-20%=202ватт.
Значит для вертикального 0,6*1,8*10*10*10=1080*0,2*0,8-20%=138ватт.
Получились вот такие теоретические данные, но зная реальные становится становится понятно что КИЭВ обоих ветрогенераторов и КПД их генераторов далек от хороших показателей. В таком случае для большинства самодельных генераторов, которые делаются на глазок без расчетов можно смело скидывать еще 50% и получить в итоге реальную ожидаемую мощность от ветроустановки с ветроколесом определенной площади.
Реальная мощность самодельного ветрогенератора.
Горизонтальный ветрогенератор мощностью 202ватт.-50%=101ватт, а реальных 90ватт.Вертикальный ветрогенератор мощностью 138ватт.-50%=69ватт,а реальных 60ватт.
Уже продолжительное время интересуясь ветрогенераторами я сделал (может и ошибочный) вывод что большинство самодельных ветроустановок далеки от заводских аналогов. Только лишь с применением точных расчетов можно добиться высокого КПД всей ветроустановки и это удается не многим.
А с большинства самодельных ветрогенераторов можно при расчете мощности смело скидывать половину ожидаемой мощности и сразу делать ветрогенератор в два раза мощнее чем нужен, чтобы компенсировать все недочеты домашней сборки и применяемых материалов.
Рост цен на энергоносители заставляет многих владельцев домов задумываться над возможностью использования альтернативных источников энергии. Одним из вариантов видится использование ветрогенераторов. Источник – абсолютно легальный, так как никаких значимых ограничений по его использованию нет. И пока еще остается совершенно бесплатным – выработка электроэнергии таким способом в целях личного применения никакими налогами не облагается.
Готовые ветровые энергетические установки – довольно дорогое удовольствие, поэтому домашние мастера начинают строить планы по самостоятельному их изготовлению. Но прежде чем приступать к реализации такого, признаемся, очень непростого и во многом спорного проекта, есть смысл хотя бы примерно прикинуть – какой же ожидается выход выработанной энергии. Иными словами, будет ли какая-то реальная отдача взамен затраченных средств, усилий, времени. В этом вопросе, возможно, окажет помощь предлагаемый калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрогенератора.
Ниже будет дан ряд пояснений по проведению расчета. Сразу оговоримся – приведенный алгоритм предназначен для оценки только осевых горизонтальных ветрогенераторов.
Продолжая тему, посвященную ветроэнергетике в домашнем хозяйстве, считаем своим долгом рассказать о конструкции ветрогенератора – ключевого элемента системы. Статья ориентирована на тех, кто планирует собирать «сердце» ветроэнергетической установки своими руками.
Судя по опыту пользователей FORUMHOUSE, которые не привыкли искать легких путей, сборка ветрогенератора своими силами – задача, вполне осуществимая. И первое, что необходимо выполнить для ее успешной реализации – это правильно рассчитать основные элементы установки.
Для того чтобы основные моменты, представленные в настоящей статье, были вам понятны, рекомендуем ознакомиться с материалами, изложенными в ее и частях.
Из статьи вы узнаете:
- Как правильно рассчитывать рабочий винт ветрогенератора.
- Какие типы генераторов больше всего подходят для сборки в домашних условиях.
- Как рассчитывать рабочие характеристики генератора переменного тока.
Расчет рабочего винта (ветроколеса)
Преобразование механической энергии воздушного потока в энергию электрическую начинается с рабочего винта. Поэтому методику расчета ветроколеса мы рассмотрим в первую очередь. Сделаем это на примере наиболее распространенного трехлопастного винта с горизонтальной осью вращения.
Ключевое правило, которого следует придерживаться, осуществляя расчет ветряка, заключается в следующем: мощность ветрового потока, которую можно снять с рабочих лопастей устройства, должна соответствовать электрической мощности самого генератора. Объясним почему: если мощность винта будет слишком малой, то даже при сильном ветре винт не сможет стронуть с места ротор генератора, находящегося под нагрузкой. Если же, наоборот, винт окажется слишком мощным для генератора, то при сильном ветре он раскрутит ротор до очень высоких оборотов, что неизбежно приведет к разрушению всей установки.
Учитывая этот момент, рассмотрим порядок расчета трехлопастного винта в соответствии с заданными характеристиками генератора. Предположим, что у вас уже есть генератор, с номинальной мощностью 300 Вт*ч (к примеру). Также представим, что свои номинальные характеристики устройство будет демонстрировать при оборотах ротора – 150 об/мин. Если средняя скорость ветра в вашей местности составляет 6 м/сек, то на нее и следует ориентироваться, осуществляя дальнейшие расчеты.
Далее: генератор переменного тока, на который ветроколесо передает вращательный момент, имеет свой собственный КПД (0,6…0,8). При различных условиях эксплуатации данный показатель может опускаться до более низких значений, поэтому в качестве примера возьмем КПД, равный 50%.
Для того чтобы устройство, обладающее подобным КПД, выдало необходимые 300 Вт*ч электрической мощности, на его ротор необходимо подать мощность, в два раза превышающую ту, которую требуется с него снять. То есть, механическая мощность, передаваемая на генератор с ветроколеса, должна быть равна 600 Вт.
Средний КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) у трехлопастных винтов равен 0,4 (это и будет КПД ветроколеса). Следовательно, мощность ветра (Х), которая должна воздействовать на рабочие лопасти ветряка (чтобы снять с них 600 Вт), можно вычислить, решив уравнение:
Х*0,4 = 600 Вт.
В нашем случае:
Х = 600:0,4 = 1500 Ватт.
Итак, количество необходимой энергии нам известно, теперь рассчитаем площадь, ометаемую рабочими лопастями ветроколеса (S).
dim_on_art Пользователь FORUMHOUSE
Вот нашел формулу: P = 0,5 *Q * S * V³ * Cp * Ng
- P – мощность (Вт);
- Q – плотность воздуха (1,23 кг/м³);
- S – площадь ометания ветроколеса (м²);
- V – скорость ветра (м/с);
- CP – коэффициент использования энергии ветра (0,35…0,45);
- Ng – КПД генератора;
Плотность воздуха – неизменна, площадь ометания ротора – тоже.
Эта формула обозначает мощность на выходных клеммах генератора. Учитывая, что значение мощности (1500 Вт) мы изначально взяли с учетом КИЭВ ветроколеса и КПД генератора, последние два значения из формулы убираем.
Мощность ветра, которую воздушный поток передает на ветроколесо, будет равна:
P = 0,5 *Q * S * V³
Все значения, входящие в формулу, нам известны (кроме площади – S). Решив простейшее уравнение, получим:
S = 1500/0,5*1,23*6³ = 11,292 м²
Площадь круга вычисляется по формуле:
S = πr²
где π – математическая константа (3,14), а r² – квадрат радиуса окружности ветроколеса.
В нашем случае r² = 11,292/3,14 = 3,596.
Следовательно, радиус ветроколеса будет равен 1,89 м, а его диаметр – 3,78 м.
Теперь необходимо удостовериться в том, что такое ветроколесо сможет при ветре – 6 м/с развить достаточное количество оборотов. В этом нам поможет коэффициент быстроходности ветряка – Z (у трехлопастных устройств Z=5).
Окружная (концевая) скорость лопастей ветряка с коэффициентом быстроходности Z5 будет равна произведению коэффициента (Z) на скорость ветра (6*5=30 м/с). Периметр ветроколеса диаметром 3,78 метра равен 11,87 м (L=2πr). Это длина его окружности по внешнему диаметру лопастей, то есть, расстояние, которое конец каждой лопасти проходит за один оборот. Следовательно, за секунду каждая лопасть сделает 2,53 оборота (30 м/с делим на 11,87 м) или 151 оборот за минуту. Что нам и требовалось.
Для того чтобы увеличить обороты, мы можем уменьшить диаметр ветроколеса, но мощность винта в этом случае снизится.
Netbyka Пользователь FORUMHOUSE
Уменьшение диаметра ветроколеса должно давать увеличение оборотов. Его можно уменьшать до тех пор, пока мощности винта будет хватать для прокручивания генератора под нагрузкой. Это и будут оптимальные параметры.
Мы представили вашему вниманию методику «грубого» расчета ветроколеса, основанную на характеристиках генератора и существующих потребностях в альтернативной электроэнергии.
Учитывая, что большой ветряк и построить сложно, и обслуживать – непросто, конструкцию рабочего винта можно рассчитать под конкретные условия эксплуатации (добавляя или уменьшая количество лопастей, а также меняя при этом их длину). Это поможет изменить коэффициент быстроходности, а, следовательно, и количество оборотов. Также при недостаточном количестве оборотов мощные ветрогенераторы (особенно многолопастные – тихоходные) оснащаются дополнительным редуктором-мультипликатором.
BOB691774 Пользователь FORUMHOUSE
При малых скоростях вращения ротора выработки электроэнергии нет вообще. Мультипликатор решает эту проблему даже при малых оборотах.
Как бы мастер ни старался, самодельный ветрогенератор всегда будет далек от совершенства: самодельные лопасти, самодельные катушки – при изготовлении всего этого трудно соблюсти рекомендуемые аэродинамические и электротехнические параметры. И если в теории мы рассчитали, что ветроколесо диаметром 3,78 метра (при ветре 6 м/с) позволит получить нам 300 Вт*ч электроэнергии, на практике этот показатель можно смело уменьшить на 30%. Этим самым мы на стадии расчетов учтем недостатки кустарной сборки и возможные потери мощности.
Расчет генератора
Рассмотрим последовательность расчета трехфазного генератора переменного тока на постоянных магнитах. Трехфазные генераторы получили значительно более широкое распространение (нежели однофазные) за счет своих характеристик: отсутствие сильных вибраций и гула во время работы, улучшенные характеристики по мощности, току и т. д.
Мощность генератора зависит от целого ряда факторов: скорость вращения, величина магнитной индукции, количество витков на обмотках статора и т. д. Также она напрямую зависит от величины ЭДС генератора, которая определяется по формуле:
- E – ЭДС (В);
- B – величина магнитной индукции (Тс);
- V – линейная скорость движения магнитов (м/с) – произведение длины окружности ротора на количество оборотов;
- L – активная длина проводника (м), которую перекрывают магниты генератора.
Среднее значение индукции постоянных магнитов, используемых в составе генераторов переменного тока, равно 0.8 Тл. Его можно смело применять во время осуществления предварительных расчетов.
Если генератор изготавливается на основе неодимовых магнитов, величина магнитной индукции будет выше (от 1 до 1,4 Тл).
Рассмотрим последовательность предварительного расчета трехфазного аксиального генератора, пользуясь примером, который предложил один из пользователей FORUMHOUSE.
Хиттч Пользователь FORUMHOUSE
Вот, что я имею: 24 магнита (неодимовые) толщиной – 5 мм, шириной – 9.5 мм, длиной – 20 мм. Имею среднегодовую скорость ветра – 5 м/сек. Планирую сделать два ротора – по 12 магнитов на роторе (то есть – 12 полюсов). Соотношение полюсов и катушек – 2/3 (на каждые 2 полюса идет 3 катушки). Получаем 12 полюсов и 18 катушек (по 12 магнитов на каждом диске ротора). Ветроколесо выбрал диаметром 2 метра (двухлопастное). Его быстроходность – Z7. При ветре 5 м/с ветряк должен развивать 334 об/мин (334/60= 5,6 об/сек).
Оптимальное соотношение полюсов и катушек в трехфазном генераторе – 2/3. Один полюс формируется двумя магнитами.
Пользователя интересовал расчет дискового генератора аксиального типа.
Преимущества аксиальных генераторов заключаются в отсутствии магнитного залипания, что позволяет им стартовать при сравнительно небольшой скорости ветра (около 2-х м/с). Основной их недостаток, в сравнении с классическими самодельными моделями, заключается в том, что для получения одинаковой мощности на сборку аксиального генератора необходимо потратить, как минимум, в 2 раза больше магнитов.
Под классическими моделями подразумеваются устройства, изготовленные из асинхронного двигателя или из стандартного автомобильного генератора.
Но вернемся к аксиальникам: ротор аксиального генератора на прямоугольных неодимовых магнитах будет иметь следующий вид.
Учитывая, что длина магнита – 20 мм, активная длина катушек тоже будет 20 мм (или 0,02 м).
Активная длина проводника аксиального генератора равна длине магнита. В классических генераторах с металлическим статором активная длина проводника равна ширине статора.
Хиттч
Нижний радиус магнитов – 59 мм.
Верхний радиус магнитов (59 + 20) = 79 мм.
Следовательно, радиус по центру магнитов будет равен 69 мм. Эту величину и будем использовать в своих расчетах. За один оборот ротора каждый магнит пройдет расстояние, равное периметру окружности по центру магнитов (2πr или πd). В нашем случае:
L = 2*0.069*3.14 = 0.433 м.
Подставим известные значения в формулу для расчета ЭДС генератора и определим этот показатель для одного витка катушки. Индукцию неодимовых магнитов примем равной – 1 Тл (при условии, что расстояние между магнитами на противоположных дисках ротора не превышает толщину магнитов).
E=B V L = 1*0,433*0,02 = 0,0087 В.
Это получилась ЭДС одного витка катушки при скорости вращения генератора – 1 об/сек (60 об/мин).
Расстояние между магнитами на противоположных дисках не должно превышать толщину самих магнитов. В противном случае значение магнитной индукции, воздействующей на проводники катушки, заметно снижается. Это следует учитывать, рассчитывая ширину статора.
Обратимся к исходным данным, которые нам предоставил пользователь Хиттч.
Хиттч
Количество витков в катушке: толщина провода для катушки – 0,4 мм, ширина намотки – 5 мм, толщина намотки – 5 мм. 5/0,4 = 12,5 витков (в длину и столько же в ширину). Итог: 12,5*12,5 = 156 * 0,8 (коэффициент упаковки) = 125 витков в катушке.
Рассчитаем напряжение катушки при одном обороте в секунду: 0,0087*125 = 1,087 В.
Если учесть, что расчетная скорость вращения генератора составляет 5,6 об/сек, ЭДС, полученная с одной катушки при ветре 5 м/сек, будет равна:
1,087*5,6 = 6,087 В.
Каждая фаза генератора объединяет между собой несколько катушек (если всего катушек 18, то на каждую фазу идет по 6 катушек). При этом обмотки самодельных трехфазных генераторов принято соединять между собой «звездой» (концы всех трех обмоток объединяются в один узел, а нагрузка подключается на начало каждой из обмоток).
Соединение «звездой» увеличивает напряжение генератора в 1,7 раз, но при этом настолько же увеличивает и его сопротивление.
Соединив фазы генератора по типу «звезда», мы сможем увеличить ЭДС каждой катушки в 1,7 раза. То есть получим значение – 10,35 В. Но на практике в отдельный момент времени магниты перекрывают примерно половину катушек каждой фазы. Это означает, что лишь 3 катушки из каждой фазы одновременно будет генерировать напряжение. То есть каждая фаза при ветре 5 м/сек будет генерировать:
10,35*3 = 31,05 В.
Это мы получили ЭДС генератора, которое для простоты расчетов примем за его напряжение без учета внутреннего сопротивления.
Расчет мощности
Чтобы вычислить значение мощности, которую генератор будет подавать на аккумулятор, необходимо рассчитать силу тока в цепи АКБ.
В соответствии с законом Ома:
I = U/R+r
- I – сила тока;
- U – разница между напряжением генератора и напряжением аккумулятора (U = Ug-Ua)
- R + r – сопротивление внешних элементов цепи и источника тока.
Рассчитаем сопротивление катушек генератора. Для этого будем использовать значение сопротивления проводника (в данном случае – сопротивление медного провода диаметром 0,4 мм и длиной 1 метр), которое будет равно 0,14 Ом.
| Диаметр провода, мм | Площадь поперечного сечения, мм2 | Сопротивление 1 м провода, Ом | Допустимый ток, А, при плотности потока, равной 3 А/мм2 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Медь | Ник-елий и ман-ганин | Конс-тантен | Нихром | |||
| 0.05 | 0.002 | 8.90 | 212.00 | 245.00 | 5.10 | 0.006 |
| 0.08 | 0.005 | 3.50 | 82.50 | 95.40 | 199.00 | 0.015 |
| 0.10 | 0.0079 | 2.20 | 53.00 | 61.10 | 127.00 | 0.025 |
| 0.12 | 0.011 | 1.60 | 37.60 | 42.60 | 88.50 | 0.033 |
| 0.15 | 0.18 | 1.00 | 23.50 | 27.20 | 56.50 | 0.052 |
| 0.20 | 0.031 | 0.55 | 13.20 | 15.30 | 31.90 | 0.094 |
| 0.25 | 0.049 | 0.36 | 8.45 | 9.78 | 20.40 | 0.147 |
| 0.30 | 0.070 | 0.25 | 5.36 | 6.80 | 14.20 | 0.21 |
| 0.40 | 0.126 | 0.14 | 3.30 | 3.80 | 7.94 | 0.38 |
| 0.50 | 0.196 | 0.09 | 2.12 | 2.45 | 5.10 | 0.6 |
| 0.60 | 0.283 | 0.06 | 1.45 | 1.69 | 3.54 | 0.86 |
| 0.70 | 0.385 | 0.045 | 1.08 | 1.25 | 2.60 | 1.16 |
| 0.80 | 0.50 | 0.035 | 0.825 | 0.954 | 1.99 | 1.5 |
| 1.00 | 0.79 | 0.023 | 0.530 | 0.611 | 1.27 | 2.5 |
Общая длина провода одной катушки генератора – 7250 мм.
Aleksei2011 Пользователь FORUMHOUSE
Берем напряжение генератора и отнимаем от него напряжение АКБ (это 13Вольт). Разницу делим на сопротивление генератора и получаем ток заряда аккумулятора.
В этом случае мощность, потребляемая аккумулятором при ветре 5 м/сек, составит:
1,74А*13В = 22,62 Вт*ч или 0,023 (кВт*ч).
В представленных расчетах не были учтены такие параметры, как сопротивление аккумулятора, сопротивление проводников, идущих от генератора к аккумулятору, потери на сопротивления диодного моста и т. д. В среднем неучтенные при расчетах потери мощности достигают 30%, следовательно, на практике генератор выдаст 0,0069 кВт*ч. (всего около 7 Вт*час).
Добиться увеличения мощности можно установкой более широких и толстых магнитов, а также уменьшением сопротивления обмоток (путем использования более толстого провода в обмотке).
Вот мнение опытного практика относительно генератора, расчеты которого приведены выше.
Aleksei2011
Аксиальник на таких магнитах слишком слабый получится, им только пальчиковые аккумуляторы заряжать. Если же их в автомобильный генератор поместить, сделать новый ротор и перемотать статор, то до 150ватт будет ветряк выдавать с винтом 1,5 м.
Методика расчета, которую мы представили вашему вниманию, подходит как для аксиальных, так и для классических генераторов на постоянных магнитах. Самостоятельные расчеты позволяют получить весьма приближенные результаты. Тем не менее, выполнив их перед изготовлением генератора, можно будет вполне обоснованно судить о рабочих характеристиках будущего устройства.
В связи с ростом цен на энергоносители, все больше владельцев частных домов обращаются к возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (ВНИЭ), таких как ветровая, солнечная, гидроэнергия и геотермальная. Здесь расскажем, как рядовому гражданину нашей страны рационально и доступно, с финансовой точки зрения, можно воспользоваться энергией ветра.
Перед тем как будет продемонстрирован пример выбора ветроэлектростанции (ВЭС), следует узнать, каким образом поток воздуха трансформируется в электрическую энергию и сколько такой энергии можно будет получить на своем участке. По приведенной формуле можно рассчитать энергию, которая «гуляет» вашим участком:
P = V 3 ρ S
Например, на площадь, равной 3 кв.м дует воздушный поток обычной плотности со скоростью 5 м/с. При таких условиях получим:
P = V 3 ρ S = 5 3 1,25 12,5 = 1953,125
Где,
V - скорость ветра, единица измерения - м/с
S - площадь, на которую дует (пожимает) воздушный поток, единица измерения - м2
Почти 2 кВт, в идеале, если не учитывать ту часть потока, которая пойдет на завихрения, обтекание объекта и т.д. В реальных условиях максимально мы можем получить 30-40% от потенциальной энергии воздушного потока. Это ограничение связано с технологическим и физическим выполнением ветрогенератора. Более точный расчет можно сделать по следующей формуле:
P = ξ π R 2 0,5 V 3 ρ ηред ηген
Где,
ξ - коэффициент использования энергии ветра (в номинальном режиме для быстроходных ветряков достигает максимум ξmax = 0,4 ÷ 0,5), безмерная величина
R - радиус ротора, единица измерения - м
V - скорость воздушного потока, единица измерения - м / с
ρ - плотность воздуха, единица измерения - кг/м3
ηред - КПД редуктора, единица измерения - проценты
ηген - КПД генератора, единица измерения - проценты
Для следующих данных:
ξ = 0,45
R = 2 м
V = 5 м / с
ρ = 1,25 кг/м3
ηред = 0,9
ηген = 0,85
Рассчитываем:
P = ξ π R 2 0,5 V 3 ρ ηред ηген = 0,45 π 2 2 0,5 5 3 1,25 0,9 0,85
Ветроэнергетика на практике
Рассматриваемые модель имеет номинальную мощность 5кВт и следующие важные для нас технические параметры:
| Технические характеристики ветроэлектростанции WE3000 | |
| Номинальная мощность генератора, кВт | 3 |
| Максимальная мощность генератора, кВт | 5,1 |
| Диаметр ротора, м | 4,5 |
| Стартовая скорость ветра, м/с | 2,0 |
| Номинальная скорость ветра, м/с | 10 |
| Высота мачты не менее, м | 12 |
По данным инженерного центра компании WindElectric модель WE3000 имеет следующую характеристику (мощность в зависимости от скорости ветра): При скорости ветра 10 метров в секунду такая установка будет генерировать более 3кВт ч, такого количества энергии полностью хватит для маленького коттеджа, но стоит помнить, что в нашей стране далеко не всегда ветренно.
Пришло время выяснить важнейший вопрос, сколько же это будет стоить и через какое время окупится? Стоимость электроэнергии приближенно можно определить по следующей схеме:
Где,
В - полная стоимость ВЭС, единица измерения - грн, рубли, $ и т.д.
ЕВ - эксплуатационные расходы за год, единица измерения - (грн / год, рубли / год, $ / год)
Р - количество произведенной энергии за год, единица измерения - кВт время
Т - срок службы ветрогенератора в годах (считается Т = 20 лет)
| Среднегодовая скорость ветра, м/с | Выработка энергии за год, КВт.год | Срок окупаемости, лет |
| ВЭС WE3000 | ||
| 3 | 1445 | |
| 4 | 3048 | |
| 5 | 5913 | |
| 6 | 8935 | |
| 7 | 12864 | |
Ориентирование в потребностях
Совершая покупку, мы не всегда точно знаем, что с ней делать и насколько она нам необходима. В случае с ветроэлектростанцией это следует непременно выяснить.Вариант первый:
Я хочу частично обеспечить свою квартиру независимым источником энергии (мой дом подключен к внешней сети. В таком случае мощность установки будет зависеть от количества энергии, которую вы хотите получать не из сети, а генерировать самостоятельно.Вариант второй:
Я хочу обеспечить свою квартиру независимым источником энергии, поэтому выбираю вариант ВЭС (мой дом не подключен к внешней сети. В этом случае нужно точно знать свои потребности в электроэнергии.В чем отличие этих двух вариантов? В обоих случаях требуется ВЭС, но необходимо знать, в какой мере она будет использоваться, следовательно, какой мощности установка будет нам нужна.Подготовка к выбору ВЭС... правильнее будет написать подготовка к разговору с компанией-специалистом, кто же еще сможет предоставить услуги по установке, настройке и гарантийного обслуживания? Прежде чем сделать вам предложения, компания должна иметь некоторые сведения. Попробуем узнать о них. Это заинтересует и вас. Для двух приведенных выше вариантов подготовка имеет несколько общих пунктов:1. Потребности. Если вы решили купить сок, то сначала оцениваете силу жажды, которую чувствуете. После этого покупаете бутылку сока соответствующего объема. Для установки ВЭС нужно знать свои «аппетиты». Под «аппетитами» в нашем случае следует иметь в виду количество потребляемой электроэнергии за сутки, месяц, время года. Необходимо также установить границу верхней нагрузки (к примеру, в праздничные дни в вашем доме работают одновременно два телевизора, музыкальный центр, компьютер, освещение в нескольких комнатах, микроволновая печь и т.д.), т.е. верхний предел нагрузки - это максимальное энергопотребление вашего жилища. Необходимо также знать продолжительность этой максимальной нагрузки. Установить общее энергопотребление очень просто, однако это потребует от вас изрядной тщательности. Ваша задача - выяснить мощность каждого электроприбора в помещении и время его работы, а после внести сведения в таблицу.2. Размещение. Следующим подготовительным этапом будет ориентировочный (!) выбор места расположения ВЭС. Ориентировочный, поскольку только специалисты смогут определить наилучший вариант для Вашего индивидуального случая. Однако есть несколько пунктов, которые позволяют лучше представить возможное расположение ВЭС. Следует помнить 3 золотых правила:
* Турбулентность. Ветротурбина должна размещаться на 10 метров выше наивысшиего объекта в радиусе 100 метров (включая ЛЭП).
* По возможностью, ВЭС должны размещаться на открытых участках (берегах рек, морей, озер).
* Орография местности. Следует учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойство сжиматься и, как следствие, увеличивается его скорость. Подобную ситуацию можно наблюдать на пригорках.3. В случае, если ваш загородный дом не планируется подключать к общей сети, то следует рассмотреть вариант комбинированных систем:
* ВЭС + Солнечные батареи
* ВЭС + ДизельКомбинированные варианты помогут решить проблемы в регионах, где ветер переменчивый или зависит от времени года, а также данный вариант является актуальным для солнечных батарей.
Ветрогенераторы как источник электроэнергии не так давно завоевали популярность у жителей загородных участков. Перед установкой необходимо сделать расчет ветрогенератора для своей местности. Этот экологически чистый прибор для выработки электричества бывает двух видов:
- с горизонтальной осью
- с вертикальной осью
Последние более эффективны и технологичны. Единственным минусом вертикальных ветрогенераторов является их высокая цена. Часто такие приборы окупаются в течение пятнадцати лет. Поэтому ветрогенераторы используют как дополнительный источник энергии. Установить их можно своими руками.
Как выбрать ветрогенератор
Если грамотно подойти к вопросу покупки вертикального ветрогенератора, можно увеличить его производительность и сократить срок окупаемости. Сначала следует рассмотреть разные виды вертикальных ветрогенераторов:
- ортогональные генераторы, которые не нуждаются в направляющих механизмах. Они имеют несколько лопастей параллельно основной оси. Работа такого генератора не зависит от направления ветра
- ветрогенераторы с ротором Дарье. Они имеют две-три лопасти на плоском винте. Главное достоинство конструкции в том, что ее можно монтировать на уровне земли
- генераторы с ротором Савониуса. Они очень эффективны, так как работа винта может быть проведена на низких скоростях, что существенно снижает расход аккумулятора
- устройства с большим количеством лопастей на оси. Это более усовершенствованная версия ортогонального прибора. Они очень эффективны, но и цены на них ощутимо выше
- приборы с геликоидным ротором. Они также произошли от ортогонального прибора. Благодаря своей сложной технологии лопасти на оси оказывают небольшую нагрузку на катушку. Это повышает срок эксплуатации генератора. Но и на них цена очень высока
Самыми популярными ветрогенераторами являются ортогональные и с ротором Савониуса. Почти каждый ветрогенератор с вертикальной осью работает на неодимовых магнитах. Они достаточно эффективны, при этом стоимость не слишком высока. Чтобы не переплатить при выборе ветрогенератора, можно сделать правильные расчеты своими руками.
Что нужно рассчитать при выборе генератора
Когда вы решили приобрести такой полезный прибор, как ветрогенератор, нужно учитывать следующие параметры:
- мощность ветрогенератора на неодимовых магнитах. Если в вашей местности нет сильных ветров, вам нужен генератор с маленькой мощностью
- направление ветра. Если ветра часто меняют направление, вам подойдет только вертикальный ветрогенератор с подвижными лопастями
- марка. От производителя напрямую зависит цена прибора. Следует помнить, что импортный товар всегда дороже российских аналогов
Как сделать расчет ветрогенератора самостоятельно
Чтобы рассчитать мощность ветрогенератора для вашей местности, воспользуйтесь специальными формулами. Сначала нужно рассчитать количество энергии, которую сможет выработать генератор в течение года в вашей местности. Для этого нужно выполнить ряд действий:
- произвести расчет. На основе результатов будут выбраны длина лопастей и высота башни
- провести анализ скорости ветра в вашей местности. Это можно сделать своими руками с помощью специального прибора, наблюдая за ветром несколько месяцев, или запросить результаты с местной метеостанции
Методика расчета мощности ветреного потока своими руками подразумевает использование формулы — P*= krV 3S/2, [В т] . В этой формуле используются следующие обозначения:
- r — плотность воздуха, которая при нормальных условиях составляет 1,225 кг/м3
- V — скорость потока в м/с
- S — площадь потока в квадратных метрах
- k — коэффициент эффективности турбины ветрогенератора в значении 0,2-0,5
С помощью этих расчетов вы сможете выявить подходящую мощность для вашей местности. На упаковке ветрогенератора указано, при каком потоке ветра его работа эффективнее всего. Как правило, это значение находится в промежутке 7-11 м/с .
Ветрогенераторы (от ортогонального до Савониуса) являются оптимальным источником дополнительной или основной электроэнергии в частном доме. Если вы сделаете правильный расчет ветрогенератора своими руками, то сможете приобрести подходящий под вашу местность агрегат.
