Как се изчислява генератор на вятър: формули + практически пример за изчисление

Алтернативната енергия, получена от вятърните турбини, представлява голям интерес за обществото. Има много потвърждения за това на нивото на реалната домакинска практика.

Собствениците на крайградски недвижими имоти изграждат вятърни мелници със собствените си ръце и се задоволяват с резултата, въпреки че ефектът може да бъде краткотраен. Причината - по време на монтажа генераторът на вятъра не е изчислен правилно.

Съгласете се, не бих искал да отделя време и пари за проекта, за да получа неефективна инсталация. Затова е важно да разберем как да изчислим генератора на вятъра и по какви параметри да изберем основните работни единици на вятърната турбина.

Статията е посветена на решението на тези въпроси. Теоретичната част на материала е допълнена от илюстративни примери и практически препоръки за сглобяване на ветрогенератор.

Изчисляване на ветрогенератор

Откъде да започнем да изчисляваме системата за възпроизвеждане на електроенергия от вятърната енергия? Като се има предвид, че говорим за генератор на вятър, предварителен анализ на розата на вятъра в определена област изглежда логичен.

Проектните параметри като скоростта на вятъра и характерната му посока за дадена територия са важни проектни параметри. Те до известна степен определят нивото на мощността на вятърната мелница, което ще бъде постижимо.

Трудно е да си представим ветрогенератори с такава мощност. Но подобни дизайни съществуват и работят ефективно. Изчисленията на такива структури обаче показват сравнително малка мощност в сравнение с традиционните енергийни източници.

Трябва да се отбележи, че този процес е от дългосрочен характер (поне 1 месец), което е съвсем очевидно. Невъзможно е да се изчислят най-вероятните параметри на скоростта на вятъра и неговата най-честа посока с едно или две измервания.

Ще бъдат необходими десетки измервания. Независимо от това, тази операция е наистина необходима, ако има желание за изграждане на ефективна продуктивна система.

Как да изчислим мощността на вятърна мелница

Домакинските вятърни генератори, особено тези, направени със собствените им ръце, все още не е трябвало да изненадват хората с висока мощност. Разбираемо е. Човек трябва само да си представи масивна мачта с височина 8-10 м, оборудвана с генератор с обсег на лопатките на витлата над 3 м. И това не е най-мощната инсталация. Само около 2 кВт.

За обслужване на вятърни мелници с такава мощност се използват хеликоптери и екипи от специалисти, наброяващи до десетина души. За да се изчисли такава централа, се включва още по-голям брой изпълнители

Като цяло, ако разчитате на стандартна таблица, показваща съотношението на мощността на ветрогенератора и необходимия обхват на лопатките на ротора, няма какво да се изненадате. Според таблицата е необходим 10-метров витъл за вятърна мелница с мощност 10 W.

За дизайн с мощност 500 вата ще е необходим винт с диаметър 14 м. Освен това параметърът на острието зависи от техния брой. Колкото повече остриета, толкова по-малък е обхватът.

Но това е само теория, поради скоростта на вятъра не надвишаваща 4 m / s. На практика всичко е малко по-различно и мощността на битовите инсталации, които са в сила от дълго време, никога не е надвишавала 500 вата.

Следователно изборът на мощност тук обикновено е ограничен до диапазона от 250-500 W със средна скорост на вятъра 6-8 m / s.

Таблица на зависимостта на мощността на системата за вятърна енергия от диаметъра на ротора и броя на лопатките. Тази таблица може да се използва за изчисления, но като се вземе предвид съставянето й за параметър на скоростта на вятъра до 4 m / s (+)

От теоретична гледна точка, мощността на вятърната електроцентрала се изчислява по формулата:

N = p * S * V³/2,

когато:

• р - плътност на въздушните маси;
• S - обща издухана площ на лопатките на витлото;
• V - дебит на въздушния поток;
• N - дебит на въздушния поток.

Тъй като N е параметър, който драматично влияе на мощността на генератора на вятъра, реалната мощност на инсталацията ще бъде близка до изчислената стойност на N.

Изчисляване на винтови турбини

При проектирането на вятърна мелница обикновено се използват два вида винтове:

• ветропоказател - въртене в хоризонталната равнина;
• Ротор Савоний, ротор Дария - въртене във вертикална равнина.

Конструкцията на винтовете с въртене във всяка от равнините може да се изчисли по формулата:

Z = L * W / 60 / V

когато:

• Z - степента на скорост (ниска скорост) на винта;
• L - размера на дължината, описана от остриетата на кръга;
• W - скорост (честота) на въртене на винта;
• V - дебит на въздушния поток.

Въз основа на тази формула човек може лесно да изчисли броя на оборотите W - скоростта на въртене.

Това е дизайнът на винта, наречен "Дария Ротор". Тази версия на витлото се счита за ефективна при производството на вятърни генератори с малка мощност и размери. Изчисляването на винта има някои характеристики

Работно съотношение на оборотите и скоростта на вятъра можете да намерите в таблиците, които са достъпни в мрежата. Например, за винт с две остриета и Z = 5 е вярно следното отношение:

Също така един от важните показатели за вятърната турбина е стъпка.

Този параметър може да бъде определен по формулата:

H = 2πR * tan α,

когато:

• 2π - константа (2 * 3.14);
• R - радиусът, описан от острието;
• tg α - ъгъл на сечение.

Допълнителна информация за избора на форма и брой на остриетата, както и инструкции за тяхното производство са дадени в тази статия.

Избор на генератори за вятърни мелници

Имайки изчислената стойност на скоростта на ротора (W), получена по горния метод, вече е възможно да се избере (направи) подходящият генератор.

Например, когато степента на скорост Z = 5, броят на лопатките е равен на 2 и скорост 330 об / мин. При скорост на вятъра 8 m / s. мощността на генератора трябва да бъде приблизително 300 вата.

Генератор на вятърна инсталация "в секция".Представителен пример за един от възможните проекти на генератор на система за домашна вятърна енергия, сглобена независимо

С тези параметри моторът, който се използва при изграждането на съвременни електрически велосипеди, може да бъде подходящ избор като генератор за битова вятърна ферма. Традиционното наименование на частта е мотоциклет (производство на КНР).

Прилича на електродвигател с електрически цикъл, въз основа на който се предлага да се направи генератор за домашна вятърна турбина. Дизайнът на моторния цикъл е идеален за изпълнение, без почти никакви изчисления и подобрения. Силата им обаче е малка

Характеристиките на двигателя с електрически цикъл са приблизително следните:

Положителна характеристика на моторите на велосипеди е, че те практически не се нуждаят от преработка. Те бяха конструктивно разработени като електромотори с ниска скорост и могат успешно да се използват за вятърни генератори.

За да направите вятърна мелница, можете използвайте автомобилен генератор или събирайте единица перална машина.

Изчисляване и избор на контролер на заряда

Контролер на заряда на батерията е необходим за всякакъв вид инсталация за вятърна енергия, включително за домашна конструкция.

Изчисляването на това устройство се свежда до избора на електрическата верига на устройството, която би отговаряла на изчислените параметри на вятърната система.

От тези параметри основните са:

• номинално и максимално напрежение на генератора;
• максималната възможна мощност на генератора;
• максимален възможен ток на зареждане на батерията;
• напрежение на батерията;
• температура на околната среда;
• ниво на влажност в околната среда.

Въз основа на представените параметри, монтаж на контролер на заряда направете сами или избора на готово устройство.

Контролер на заряда на батерията, използван като част от вятърна централа. Устройство за промишлено производство, избирайки което е необходимо само внимателно да проучите техническите спецификации за точна координация със съществуващата система

Разбира се, желателно е да изберете (или сглобите) устройство, чиято верига би осигурила функция за лесно стартиране в потока на слаби въздушни потоци. Контролер, предназначен за използване с батерии с различно напрежение (12, 24, 48 волта), също е добре дошъл.

И накрая, при изчисляване (избор) на веригата на контролера се препоръчва да не се забравя за наличието на такава функция като управление на инвертора.

Избор на батерия за системата

На практика се използват различни видове батерии и почти всички са доста подходящи за използване като част от система за вятърна енергия. Но все пак конкретният избор ще трябва да бъде направен. В зависимост от параметрите на системата за вятърни мелници, изборът на акумулатора се извършва според напрежението, капацитета, условията на зареждане.

Класическите компоненти за вятърни мелници за дома се считат за класически оловни батерии. Те показаха добри резултати в практически смисъл. В допълнение, цената на този тип батерия е по-приемлива в сравнение с други видове.

Оловно-киселинните батерии са особено непретенциозни към условията на зареждане / разреждане, но е неприемливо да се включват в системата без контролер.

Ако в комплекта на вятърния генератор има професионално направен контролер за заряд, който има пълноценна система за автоматизация, изглежда рационално да използвате AGM или хелиеви батерии.

Вятър генератор за батерии. Не е най-добрият вариант, предвид хаоса на проводниците и изискванията за съхранение. При това състояние на съхранение на енергия не може да се разчита на техния дългосрочен ефект.

И двата типа устройства за съхранение на енергия се характеризират с по-голяма ефективност и дълъг експлоатационен живот, но имат високи изисквания за условията на зареждане.

Същото важи и за така наречените бронирани батерии от хелий. Но изборът на тези батерии за домакинска вятърна мелница е значително ограничен от цената. Животът на тези скъпи батерии обаче е най-дълъг спрямо всички останали типове.

Тези батерии се отличават и с по-значителен цикъл на зареждане / разреждане, но при условие че се използва висококачествено зарядно устройство.

Изчисляване на инвертора за домашна вятърна турбина

Трябва да се отбележи веднага: ако дизайнът на вятърната турбина за домашна енергия съдържа една 12-волтова батерия, има смисъл да поставите инвертор на такава система напълно.

Средно потреблението на енергия в домакинството е най-малко 4 kW при върхови натоварвания. Оттук и заключението: броят на батериите за такава мощност трябва да бъде най-малко 10 броя и за предпочитане под напрежение 24 волта. Вече има смисъл да инсталирате инвертор за такъв брой батерии.

Въпреки това, за да се осигури напълно енергия на 10 батерии с напрежение 24 W всяка и за да поддържат стабилно своя заряд, ще е необходима вятърна турбина с мощност поне 2-3 кВт. Очевидно е, че за домакинските прости дизайни такава мощност не може да бъде изтеглена.

Малък инвертор за мощност (600 W), който може да се използва за малка инсталация за домашно захранване. Можете да захранвате телевизор или малък хладилник от такова оборудване с напрежение 220 волта. Няма достатъчно ток за лампите в полилея

Въпреки това, мощността на инвертора може да се изчисли, както следва:

1. Обобщете силата на всички потребители.
2. Определете времето на потребление.
3. Определете върховото натоварване.

За конкретен пример ще изглежда така.

Нека като товар да има домакински уреди: осветителни лампи - 3 бр. 40 W всеки, телевизионен приемник - 120 W, компактен хладилник 200 W. Обобщаваме мощността: 3 * 40 + 120 + 200 и получаваме 440 вата мощност.

Ние определяме мощността на потребителите за среден период от време от 4 часа: 440 * 4 = 1760 вата. Въз основа на получената стойност на мощността в зависимост от времето на потребление изглежда логично да се избере инвертор измежду такива устройства с изходна мощност 2 кВт.

Въз основа на тази стойност се изчислява характеристиката на токовото напрежение на необходимото устройство: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Класическата схема за възпроизвеждане и разпределение на енергия, получена от вятърния генератор от домакински тип. Въпреки това, за да се осигури дългосрочна енергия с такъв брой устройства, е необходима достатъчно мощна инсталация (+)

Всъщност натоварването от домакинството за семейство от три души, където има пълно оборудване за домакински уреди, ще бъде по-голямо от изчисленото в примера. Обикновено по отношение на времето за свързване на натоварването параметърът надвишава 4 часа, взети. Съответно инверторът на системата за вятърна енергия ще изисква по-мощен.

Предварителното изчисление на вятърната мелница е полезно не само за нейното независимо сглобяване. Необходимо е да се определят оптималните параметри кога избор на завършен генератор на вятъра.

Изводи и полезно видео по темата

Как е представен анализът на изходните данни и как се прилагат формулите във видеото:

Във всеки случай е необходимо да се използват изчислените данни. Независимо дали става въпрос за промишлена електроцентрала или произведена за условия на живот, изчисляването на всеки възел винаги носи със себе си максималната ефективност на устройството и най-важното - безопасността на работа.

Предварително направените изчисления определят осъществимостта на проекта, помагат да се установи колко скъп или икономичен е проектът.

Имате опит в решаването на подобни проблеми? Или имате въпроси по темата? Моля, споделете уменията си в изчисляването и проектирането на ветрогенератор. Можете да оставяте коментари и да задавате въпроси във формата по-долу.