Com calcular un generador eòlic: fórmules + exemple pràctic de càlcul

L’energia alternativa rebuda dels aerogeneradors és de gran interès per a la societat. Hi ha moltes confirmacions al nivell de pràctiques reals de la llar.

Els propietaris de béns immobles suburbans construeixen molins de vent amb les seves pròpies mans i es conformen amb el resultat, tot i que l'efecte pot ser de curta durada. El motiu: durant el muntatge, el generador eòlic no es va calcular adequadament.

D’acord, no voldria gastar temps i diners en el projecte per aconseguir una instal·lació ineficient. Per tant, és important comprendre com calcular el generador eòlic i quins paràmetres escollir les principals unitats de treball de l'aerogenerador.

L’article es dedica a la solució d’aquestes preguntes. La part teòrica del material es complementa amb exemples il·lustratius i recomanacions pràctiques per muntar un generador eòlic.

Càlcul d’un generador eòlic

Per on començar a calcular el sistema de reproducció d’electricitat de l’energia eòlica? Tenint en compte que parlem d’un generador eòlic, sembla lògica una anàlisi preliminar de la pujada del vent en una zona determinada.

Els paràmetres de disseny com la velocitat del vent i la seva direcció característica per a un territori determinat són paràmetres de disseny importants. En certa mesura determinen el nivell de potència del molí de vent, que serà possible.

És difícil imaginar generadors eòlics de tanta potència. Però existeixen dissenys similars i funcionen eficaçment. Tanmateix, els càlculs d’aquestes estructures mostren una potència relativament petita en comparació amb les fonts d’energia tradicionals.

El que cal destacar, aquest procés és de llarga durada (almenys 1 mes), cosa que és força evident. És impossible calcular els paràmetres més probables de la velocitat del vent i la seva direcció més freqüent amb una o dues mesures.

Seran necessàries desenes de mesures. No obstant això, aquesta operació és realment necessària si hi ha voluntat de construir un sistema productiu eficaç.

Com calcular la potència d’un molí de vent

Els aerogeneradors domèstics, especialment els elaborats amb les seves pròpies mans, encara no han hagut de sorprendre a persones amb gran potència. És comprensible. Un només s’ha d’imaginar un pal massiu de 8-10 m d’alçada, equipat amb un generador amb un abast de pales de hèlix de més de 3 m. No es tracta de la instal·lació més potent. Només uns 2 kW.

Per al servei de molins de vent d’aquesta potència s’utilitzen helicòpters i equips d’especialistes, que numera fins a una dotzena de persones. Per calcular una central elèctrica hi participen un nombre encara més gran d’intèrprets

En general, si es basa en una taula estàndard que mostri la relació de la potència del generador eòlic i la extensió requerida de les pales del rotor, no hi ha res de sorprendre. Segons la taula, es necessita una hèlix de 10 metres per a un molí de vent de 10 W.

Es necessitarà un cargol de 14 m de diàmetre per a un disseny de 500 watts, a més, el paràmetre de la fulla depèn del seu nombre. Com més fulles, més reduït és l’abast.

Però aquesta és només una teoria, ja que la velocitat del vent no supera els 4 m / s. A la pràctica, tot és una mica diferent, i la potència de les instal·lacions domèstiques que han estat vigents des de fa temps no ha superat mai els 500 watts.

Per tant, l’elecció de potència aquí sol limitar-se a l’interval de 250-500 W amb una velocitat mitjana del vent de 6-8 m / s.

Taula de la dependència de la potència del sistema eòlic del diàmetre del rotor i el nombre de pales. Aquesta taula es pot utilitzar per a càlculs, però tenint en compte la seva compilació per a un paràmetre de velocitat del vent de fins a 4 m / s (+)

Des d’un punt de vista teòric, la potència d’una central eòlica es calcula mitjançant la fórmula:

N = p * S * V³/2,

on:

• pàg - densitat de masses d'aire;
• S - superfície total bufada de les pales de l'hèlix;
• V - cabal d'aire;
• N - cabal d’aire.

Com que N és un paràmetre que afecta dramàticament la potència del generador eòlic, la potència real de la instal·lació serà propera al valor calculat de N.

Càlcul de cargols aerogeneradors

Per dissenyar un molí de vent, normalment s’utilitzen dos tipus de cargols:

• alada - rotació en el pla horitzontal;
• Rotor de Savonius, rotor de Daria - rotació en un pla vertical.

El disseny dels cargols amb gir en qualsevol dels plans es pot calcular mitjançant la fórmula:

Z = L * W / 60 / V

on:

• Z - el grau de velocitat (baixa velocitat) del cargol;
• L - la mida de la longitud que descriuen les fulles del cercle;
• W - velocitat (freqüència) de gir del cargol;
• V - cabal d’aire.

A partir d’aquesta fórmula, es pot calcular fàcilment el nombre de revolucions W: la velocitat de rotació.

Aquest és el disseny del cargol anomenat "Daria Rotor". Aquesta versió de l'hèlix es considera eficaç en la fabricació de generadors eòlics de petita potència i mida. El càlcul del cargol té algunes característiques

A les taules disponibles a la xarxa es pot trobar una relació de treball de revolucions i velocitat del vent. Per exemple, per a un cargol de dues pales i Z = 5, la relació següent és certa:

Un dels indicadors importants d’un suport dels aerogeneradors és un pas.

Aquest paràmetre es pot determinar mitjançant la fórmula:

H = 2πR * tan α,

on:

• 2π - constant (2 * 3,14);
• R - el radi descrit per la fulla;
• tg α - angle de secció.

Es proporciona informació addicional sobre l’elecció de la forma i el nombre de fulles, així com instruccions per a la seva fabricació aquest article.

Selecció de generadors per a molins de vent

Tenint el valor calculat de la velocitat de rotació del cargol (W) obtingut pel mètode anterior, ja és possible seleccionar (fer) el generador corresponent.

Per exemple, quan el grau de velocitat Z = 5, el nombre de pales és igual a 2 i una velocitat de 330 rpm. A una velocitat del vent de 8 m / s. la potència del generador hauria de ser d'aproximadament 300 watts

Generador d'una instal·lació eòlica "a la secció".Un exemple representatiu d’un dels possibles dissenys d’un generador d’un sistema eòlic domèstic, muntat de forma independent

Amb aquests paràmetres, el motor que s’utilitza en la construcció de bicicletes elèctriques modernes pot ser una elecció adequada com a generador per a un parc eòlic domèstic. El nom tradicional de la peça és un motor de cicle (producció del PRC).

Sembla un motor de cicle elèctric, sobre la base del qual es proposa fer un generador per a un aerogenerador. El disseny del motor de cicle és ideal per a la seva aplicació sense pràcticament cap càlcul i millora. Tot i això, el seu poder és reduït

Les característiques del motor del cicle elèctric són aproximadament les següents:

Una característica positiva dels motors de cicle és que pràcticament no cal que es tornin a fer. Van ser desenvolupats constructivament com a motors elèctrics de baixa velocitat i es poden utilitzar amb èxit per a generadors de vent.

Per fer un molí de vent, podeu utilitzar generador de cotxes o recollir unitat de rentadora.

Càlcul i elecció del controlador de càrrega

Cal un controlador de càrrega de la bateria per a qualsevol tipus d’instal·lació d’energia eòlica, inclosa una construcció domèstica.

El càlcul d’aquest dispositiu es redueix a la selecció del circuit elèctric del dispositiu, que correspondria als paràmetres calculats del sistema eòlic.

Aquests paràmetres són els següents:

• tensió nominal i màxima del generador;
• la màxima potència generadora possible;
• el màxim de corrent de càrrega possible de la bateria;
• tensió de la bateria;
• temperatura ambient;
• nivell d’humitat ambiental.

A partir dels paràmetres presentats, conjunt de controlador de càrrega fes-ho tu o la selecció d’un dispositiu acabat.

Controlador de càrrega de la bateria que s’utilitza com a part d’una central eòlica. Un dispositiu de fabricació industrial, que tria el qual només cal estudiar detingudament les especificacions tècniques per a una coordinació exacta amb el sistema existent

Per descomptat, és desitjable seleccionar (o muntar) un dispositiu el circuit de la qual proporcionés una fàcil funció d’arrencada en el flux de fluids fluxos d’aire. Un controlador dissenyat per utilitzar amb bateries de diferents tensions (12, 24, 48 volts) també és benvingut.

Finalment, quan es calcula (selecciona) el circuit del controlador, es recomana no oblidar-se de la presència de tal funció com el control inversor.

Selecció de la bateria del sistema

A la pràctica, s'utilitzen diferents tipus de bateries i gairebé totes són adequades per utilitzar-les com a part d'un sistema d'energia eòlica. Però l’elecció concreta caldrà fer-la de totes maneres. En funció dels paràmetres del sistema de molins de vent, la selecció de la bateria es realitza segons les condicions de tensió, capacitat, càrrega.

Els components clàssics dels molins de vent casolans es consideren piles clàssiques d’àcid de plom. Van mostrar bons resultats en un sentit pràctic. A més, el cost d’aquest tipus de bateries és més assumible en comparació amb altres tipus.

Les bateries amb plom-àcid són especialment desprevingudes per a les condicions de càrrega / descàrrega, però és inacceptable incloure-les al sistema sense controlador.

Si hi ha un controlador de càrrega fabricat professionalment al conjunt de generadors eòlics que compta amb un sistema automatitzat complet, sembla racional utilitzar piles AGM o helium.

Generador eòlic de paquet de bateries. No és la millor opció, atès el caos dels cables i els requisits d'emmagatzematge. Amb aquest estat d’emmagatzematge d’energia, no es pot comptar amb el seu efecte a llarg termini.

Els dos tipus de dispositius d’emmagatzematge d’energia es caracteritzen per una major eficiència i una llarga vida útil, però tenen requisits elevats per a les condicions de càrrega.

El mateix s'aplica a les anomenades bateries blindades de tipus heli. Però l'elecció d'aquestes bateries per a un molí de vent domèstic està limitada significativament pel preu. Tanmateix, la vida d’aquestes bateries cares és la més llarga en relació a tots els altres tipus.

Aquestes bateries també es distingeixen per un cicle de càrrega / descàrrega més significatiu, però estan subjectes a l’ús d’un carregador d’alta qualitat.

Càlcul de l’inversor d’un aerogenerador domèstic

Cal destacar-ne immediatament: si el disseny d’un aerogenerador d’energia domèstica conté una bateria de 12 volts, té sentit posar un inversor completament en un sistema com aquest.

En mitjana, el consum elèctric de la llar és d’almenys 4 kW en càrregues màximes. D’aquí la conclusió: el nombre de bateries per a aquesta potència ha de ser com a mínim de 10 peces i preferiblement sota una tensió de 24 volts. Ja té sentit instal·lar un inversor per a un nombre tan elevat de bateries.

Tanmateix, per tal d’aportar completament l’energia a 10 bateries amb un voltatge de 24 W cadascuna i mantenir la seva càrrega estable, cal un aerogenerador amb una potència d’almenys 2-3 kW. Evidentment, per a dissenys senzills de la llar, no es pot extreure una potència així.

Un petit inversor de potència (600 W) que es pot utilitzar per a una petita instal·lació d'energia domèstica. Podeu alimentar un televisor o un petit refrigerador d'aquest equip amb una tensió de 220 volts. No hi ha prou corrent per a les llums del candelabre

Tanmateix, la potència de l’inversor es pot calcular de la manera següent:

1. Resumeix el poder de tots els consumidors.
2. Determinar el temps de consum.
3. Determineu la càrrega màxima.

Com a exemple concret, quedarà així.

Que hi hagi electrodomèstics com a càrrega: llums d’il·luminació - 3 unitats. 40 W cadascun, receptor de televisió - 120 W, nevera compacta 200 W. Resumim la potència: 3 * 40 + 120 + 200 i obtenim 440 watts de sortida.

Determinem la potència dels consumidors per un període mitjà de temps de 4 hores: 440 * 4 = 1760 watts. Segons el valor de potència obtingut segons el temps de consum, sembla lògic seleccionar un inversor entre aquests dispositius amb una potència de sortida de 2 kW.

A partir d’aquest valor, es calcula la característica de tensió actual del dispositiu requerit: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

L’esquema clàssic de reproducció i distribució de l’energia rebuda d’un generador eòlic de tipus domèstic. No obstant això, per proporcionar energia a llarg termini amb un nombre de dispositius, cal una instal·lació prou potent (+)

En realitat, la càrrega de la llar per a una família de tres persones, on hi ha equip complet per a electrodomèstics, serà superior a la calculada en l'exemple. Normalment, en termes de temps de connexió de càrrega, el paràmetre supera les 4 hores preses. Per tant, l'inversor del sistema eòlic requerirà un de més potent.

El càlcul previ del molí de vent és útil no només per al seu muntatge independent. Cal determinar els paràmetres òptims quan escollint un generador eòlic acabat.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Com es presenta al vídeo l’anàlisi de les dades font i com s’apliquen les fórmules:

Cal utilitzar les dades calculades en qualsevol cas. Ja sigui una central industrial o fabricada per a condicions de vida, el càlcul de cada node comporta sempre la màxima eficiència del dispositiu i, el més important, la seguretat de funcionament.

Els càlculs previs realitzats determinen la viabilitat del projecte, ajuden a establir el cost que és econòmic o econòmic.

Teniu experiència a la resolució d’aquests problemes? O teniu preguntes sobre el tema? Compartiu les vostres habilitats en el càlcul i el disseny d’un generador eòlic. Podeu deixar comentaris i fer preguntes al formulari següent.