Kinetisk vindgenerator: enhed, driftsprincip, anvendelse

En moderne kinetisk vindgenerator giver dig mulighed for at bruge strømmen fra luftstrømme og omdanne den til elektricitet. Til dette formål er der fabriks- og hjemmelavede modeller af enheder, der bruges både i industrien og på private gårde.

Vi vil tale om, hvordan vindmøller af denne type er arrangeret, vi vil introducere dig til udstyrets funktioner og designmuligheder. Den artikel, vi har foreslået, viser styrker og svagheder ved et vindkraftværk. Uafhængige mestre hos os vil finde nyttige skemaer og anbefalinger til samling.

Princippet for drift af en vindgenerator

Funktionen af ​​vindgeneratoren er baseret på omdannelsen af ​​vindens kinetiske energi til rotorens mekaniske energi, der derefter omdannes til elektricitet.

Funktionsprincippet er ganske enkelt: drejningen af ​​knive monteret på enhedens akse fører til cirkulære bevægelser af rotorgeneratoren, på grund af hvilken der genereres elektricitet.

Vindenergi er en af ​​de mest lovende sektorer inden for vedvarende energi. Moderne design tillader omkostningseffektiv brug af luftstrøm ved at bruge den til at generere elektricitet

Den resulterende ustabile vekselstrøm flyder "ind i regulatoren, hvor den konverteres til en konstant spænding, der kan oplade batterierne. Derfra leveres strømmen til vekselretteren, hvor den omdannes til vekslende spænding med en indikator på 220/380 V, som leveres til forbrugerne.

Vindgenerators effekt afhænger direkte af effekten af ​​luftstrømmen (N), beregnet efter formlen N = pSV³/ 2, hvor V er vindhastigheden, S er arbejdsområdet, p er lufttætheden.

Vindgeneratorenhed

Forskellige versioner af vindgeneratorer er markant forskellige fra hinanden.

Ovenstående diagram viser den interne struktur af en klassisk vandret vindgenerator. Sådanne modeller bruges ofte både i industrien og i hverdagen.

Industrielle enheder er et komplekst multimeterskonstruktion, hvis installation kræver et fundament, mens en husholdningsmodel kan bestå af et minimum af komponenter (3-12V jævnstrømsmotor, 1000uF 6V elektrokapacitor, silicium ensretterdiode).

En typisk installation inkluderer følgende komponenter:

• vekselstrømsgenerator (strøm afhænger af hastigheden af ​​vindstrømme);
• knive, der transmitterer rotation til generatorakslen (ofte er de også udstyret med gearkasser, rotorhastighedsstabilisatorer);
• masten til vindmøllen, som knivene er knyttet til (jo højere disse elementer er, jo større er mængden af ​​vindenergi, de kan modtage);
• batterier, der akkumulerer energi, som giver dig mulighed for at bruge det med en lille vindstrøm eller dets fuldstændige fravær. Batteriet udfører også funktionen af ​​at stabilisere den elektriske energi, der er modtaget fra generatoren;
• controller - en konverter af vekselspænding modtaget fra generatoren til jævnstrøm, der bruges til at oplade batteriet. Regulatoren styres ved at dreje knivene, som giver dig mulighed for at overveje, hvor luften flyder;
• ABP - automatisk skifteanordning, der forbinder vindgeneratoren med andre energikilder (solpaneler, elnettet);
• vindretningssensor - en enhed, der gør det lettere for knivene at finde vindstrømmen;
• en inverter til konvertering af jævnstrøm fra batterier til vekselspænding, der bruges til elektrisk kommunikation.

For bedre at imødekomme brugernes behov kan enheden udstyres med forskellige typer invertere:

• enheder med en inverter-modificeret sinusbølge, der udsteder en firkantet sinusoid. Enheder af denne type er egnede til varmeelementer, glødelamper og andre enheder, der ikke kræver netværkets kvalitet;
• trefasede spændingsomformere designet til trefasede netværk;
• rene sinusbølgeanlæg, der producerer energi til en mere følsom teknik;
• netværksinvertere, der kan fungere uden batterier. Sådanne anordninger er beregnet til kredsløb, der involverer indtrængen af ​​elektrisk energi direkte i et fælles netværk.

Når du vælger modeller, skal du bestemt være opmærksom på typen inverter.

Typer af vindgeneratorer

Ved klassificering af vindmøller kan karakteristika som:

• aftale;
• designfunktioner;
• antal knive;
• materialerne, hvorfra de er fremstillet;
• rotationsakse;
• skruehældning.

Overvej detaljeret de to mest anvendte klassifikationer.

Klassificering af vindgeneratorer efter formål

Der er sorter af vindmøller, der adskiller sig hinanden. De vigtigste egenskaber ved enhederne, for eksempel strøm, afhænger af dette.

Industrielle vindmøller

Sådanne enheder er installeret af store energiselskaber eller af staten for at levere elektricitet til industrianlæg. Turbiner med en kapacitet på snesevis af megawatt befinder sig normalt i vindområder (åbne bakker, kyster).

Vindmølleparker, hvor snesevis af vindmøller er installeret, brydes ikke kun på jorden, men også på lavt vand. Modtaget elektricitet bruges normalt til industrielle formål.

Den genererede elektricitet går som regel direkte til netværket, mens stabilitet og regulering af rotationsfrekvensen af ​​vindmøllens klinger er udstyret med yderligere mekanismer.

Kommercielle vindgeneratorer

Sådanne installationer bruges til at generere elektricitet til salg eller til at levere elektricitet til industrier i regioner med lavt strømnet (eller med dets fuldstændige fravær). Sådanne vindmølleparker består af en klynge af elektriske generatorer, der kan have forskellige kapaciteter.

Energien fra kommercielle anlæg kan leveres direkte til elektrisk kommunikation eller bruges til at oplade et stort antal batterier, hvor det opbevares og konverteres til levering til elsystemet.

Husholdningsvindmøbler

Enheder med lav effekt bruges til privat brug. I henhold til reglerne kan vindmøller med master med en højde på mindre end 25 meter installeres af ejere af lokaliteterne uden tilladelse fra myndighederne. For højere master er det nødvendigt at få særlig tilladelse.

Vindmøller med lav og mellemstor energi kan tjene som en kilde til elektrisk energi til hytter, sommerhuse, landhuse, gårde

Husgeneratorer er egnede til opladning af batterier med en spænding på 12/24 / 48V, hvis energi transformeres til en spænding på 220 volt. Sådanne anordninger kan helt eller delvist løse problemet med strømforsyningen til små genstande, der er placeret væk fra det centraliserede strømnettet.

Med retningslinjer for valg af en vindgenerator, der skal levere energi til et privat hjem introducerer artiklendedikeret til dette interessante spørgsmål.

Sorter af konstruktion af vindmøller

I henhold til enhedens designfunktioner kan også opdeles i et antal kategorier, selvom alle sorter er reduceret til to hovedtyper: lodret og vandret.

Klassiske vandrette vindgeneratorer

Lignende installationer (de kaldes også propell eller vinge) har normalt 3-5 klinger monteret på en vandret akse. Ved at dreje med høj hastighed giver sådanne elementer dig den maksimale mængde energi (KIEV op til 0,4).

Derudover afhænger mængden af ​​elektricitet, der genereres, stort set af enhedens højde (jo højere den er, desto større er resultatet).

Den horisontale vindgenerator bruger løftekraften, der opstår, når trykket stiger på det punkt, hvor direkte luftstrøm passerer gennem knivene, reflekteret fra disse elementer

Sådanne enheder installeres normalt i vindmølleparker, hvor der genereres energi til industriel og kommerciel brug, men de er også egnede til husholdningsbrug.

En interessant løsning på en vandret vindmølle er en model med et blad, dens funktioner vil blive introduceret ved følgende valg af fotos:

Lodrette vindmøller

Et aktivt element i sådanne installationer er et roterende vindhjul. På grund af designfunktionerne er sådanne designs forskellige i type ("Barrel", "Savonius").

Følgende fotovalg vil gøre dig bekendt med princippet om at bygge en turbin til en lodret Savonius-generator:

På trods af det lave KIEV-indeks (0,1-0,2) bruges de meget: lodrette enheder fungerer på turbulente luftstrømme, så de kan placeres selv i områder, hvor stærk vind sjældent blæser.

Betjeningen af ​​lodrette vindgeneratorer afhænger ikke af vindens retning. De er lette at installere og betjene. Desuden kan sådanne enheder placeres tæt på jorden

For at øge effektiviteten af ​​lodrette vindmøller øger producenter ofte deres størrelsesparametre, hvilket fører til en betydelig stigning i omkostningerne. Da sådanne installationer er skrøbelige nok, kræver de øget beskyttelse mod orkaner og andre naturfænomener.

Vindgeneratorer "Rotor Daria"

Sådanne apparater hører til kategorien lodrette vindmøller, men de har udtalt forskelle i design. Takket være disse funktioner opnås støjreduktion, og KIEV vokser, som nærmer sig ydelsen af ​​vandrette modeller.

Lavtryksturbinen med en rotationsakse vinkelret på luftmiljøet, foreslået i 1931 af den franske flydesigner Georges Darier, blev meget brugt i vindenergi

Ulempen ved sådanne design er det lave startmoment (på grund af tilstedeværelsen af ​​kun to klinger er det vanskeligt for enheden at starte uafhængigt). For at løse problemet bruges ofte Savonius + Darier-hybrid.

Sejladsinstallationer

For sådanne installationer kan princippet om både lodrette og vandrette vindmøller anvendes. Det vigtigste strukturelle træk er et vindhjul, der er dækket med mange knive eller sejl, mens den aerodynamiske profil af sådanne modeller er fraværende.

Der er mange modeller af sejlvindgeneratorer, der adskiller sig i antallet af klinger, vægt, kraft. Alle disse parametre skal overvejes, når du vælger en enhed.

På trods af at sejladsinstallationer er kendetegnet ved lav hastighed og lav effektivitet, bruges de ofte i den nationale økonomi. Sådanne design er lette at installere og betjene, og kombinationen af ​​højt drejningsmoment med lave hastigheder giver dig mulighed for direkte at sætte i gang forskellige nyttige mekanismer, for eksempel en pumpe til pumpning af vand.

Følgende galleri vil gøre dig bekendt med en af ​​de praktiske modeller for sejlsvindmøller:

Vindmøllegenerator

Til drift af vindmøller er konventionelle trefasegeneratorer nødvendige. Designet af sådanne enheder ligner de modeller, der bruges på biler, men har store parametre.

I apparater til vindmøller er der tilvejebragt en trefaset statorvikling (stjernetilslutning), hvorfra tre ledninger går til regulatoren, hvor vekslingsspændingen omdannes til direkte spænding.

Generatorens rotor til en vindmølle er lavet af neodymmagneter: det er upassende at bruge elektrisk excitation i sådanne konstruktioner, da spolen bruger meget energi

For at øge hastigheden bruges ofte en multiplikator. Denne enhed giver dig mulighed for at øge strømmen til den eksisterende generator eller bruge en mindre enhed, hvilket reducerer installationsomkostningerne.

Multiplikatorer bruges oftere i vertikale vindgeneratorer, hvor vindhjulets rotationsproces er langsommere. For horisontale anordninger med en høj rotationshastighed af klingerne kræves der ikke multiplikatorer, hvilket forenkler og reducerer konstruktionsomkostningerne.

Specifikationerne ved montering og installation af en vindgenerator fra vaskemaskinen og vindmøller fra en bilgenerator detaljeret i vores anbefalede artikler.

Fordele og ulemper ved en vindgenerator

Lad os i detaljer overveje fordele og ulemper ved vindmøller, da beslutningen om at købe en vindmølle eller opgive den afhænger af dem.

Fordele ved vindenheder

Fordelene ved vindenergienheder inkluderer:

• Miljøvenlighed. Planterne bruger en vedvarende energikilde, som kontinuerligt kan bruges uden at skade miljøet. Elektricitet, der genereres af vindgeneratorer, erstatter energien fra termiske kraftværker, hvilket reducerer drivhusgasemissionerne.
• Alsidighed. Vindmølleparker kan bygges næsten overalt: på sletterne, i bjergene, i markerne, på øerne og endda på lavt vand. Vindenergi værdsættes især på fjerntliggende steder, hvor det er vanskeligt at udvide den sædvanlige elektriske kommunikation. I dette tilfælde gør vindkraftaggregater det muligt at etablere strømforsyning til anlæg, hvilket giver den uafhængighed fra tilfældige faktorer (for eksempel fra brændstof, der ikke leveres til tiden).
• Brug effektivitet. Moderne modeller genanvender energien fra endda lette vinde - minimumsgrænsen er 3,5 m / s. På en lignende måde er det muligt at levere elektricitet til et centraliseret netværk samt organisere strømforsyningen til individuelle faciliteter (ø eller lokalt), uanset deres kapacitet.
• Et værdigt alternativ til traditionelle kilder. Stationære vindmølleparker kan fuldt ud levere elektricitet til en boligbygning eller endda et lille produktionsanlæg. I dette tilfælde akkumulerer turbinen i batterierne den nødvendige strømforsyning beregnet til brug i vindstille perioder.
• Økonomi. Sammenlignet med traditionelle kilder til elektrisk energi (gas, tørv, kul, olie) kan cykelturbiner reducere energiomkostningerne markant. I mange tilfælde er det billigere at opbygge en vindmøllepark end at tilslutte til eksisterende elsystemer.

Brug af vindmøller kan være et alternativ til brugen af ​​dyre dieselgeneratorer, hvilket yderligere reducerer omkostningerne ved transport og opbevaring af brændstof op til 80%.

Den gennemsnitlige effekt for en vindmølle adskiller sig markant fra topbelastningsindikatoren. En vindgenerator er kun ansvarlig for mængden af ​​energi produceret i en bestemt periode med den gennemsnitlige månedlige vindhastighed, der er karakteristisk for et givet område.

For en mere nøjagtig vurdering af vindressourcer kan du bruge specielt afledte data (Weibull-parametre). Disse indikatorer afspejler fordelingen af ​​vinder med forskellige styrker, der er karakteristiske for et bestemt område. Sådan information er vigtig at overveje, når man udvikler vindmølleprojekter med en kapacitet på snesevis af MW.

Effekten genereret af vindmøllen er proportional med den tredobbelte vindhastighed. Derfor er denne indikator meget lille med svage vindstrømme, men når de styrkes øges den kraftigt. På grund af variationen i vindretningen og deres hastighed under konstruktionen af ​​vindmøllen er det nødvendigt at tilvejebringe stabiliserende komponenter.

Regler og formler til beregning af en vindgenerators effekt givet herVi anbefaler, at du læser nogle meget nyttige oplysninger.

I små autonome systemer udføres deres funktion ved hjælp af batterier, hvis opladning begynder at stige, så snart vindgeneratorens effekt overstiger belastningsindikatoren.

Når belastningen øges, kan batteriet tømme. Denne funktion af arbejdet er vigtig at overveje, når du vælger en husholdningsenhed, dens kapacitet skal være sammenfaldende med den månedlige eller årlige elforbrugssats

Det skal bemærkes, at effektiv anvendelse af vindstrømme bidrager til forskellige design af vindgeneratorer.

Horisontale turbiner giver høj ydeevne på flade steder, hvor der er mange vinde, mens lodrette turbiner fungerer bedre i regioner med turbulente strømme, der observeres lavt fra jorden (i den øverste del af bakkerne, bjergkæder).

De største ulemper ved vindmøller

Samtidig har vindmøller deres egne negative aspekter:

• Størrelsen af ​​vindstyrken er vanskelig at forudsige på forhånd, da den ofte ændrer sig. På grund af dette tilrådes det at tænke over et sikkerhedsnet og sørge for en backup-energikilde (solcellepaneler, elektrisk forbindelse).
• Lodrette anordninger risikerer at ødelægge rotorblade på grund af virkningen af ​​centrifugalkræfter, når knivene roterer rundt om hovedaksen. På grund af denne effekt bliver vigtige strukturelle elementer deformeret og ødelagt over tid, og mekanismen svigter.
• Vindmøller installeres bedst i frit rum, da bygninger i nærheden kan "fugtige" vinden og danne en "død" luftzone.
• For at spare overskydende energi fra vindmøller er det nødvendigt at tilvejebringe brugen af ​​batterier og andre ekstra enheder i designet, som bruges til at konvertere den producerede elektricitet til strøm med passende forbrugerkarakteristika.
• Under drift laver vindgeneratorer en støj, der kan forårsage ubehag for mennesker og skræmme dyr væk. Installationsbladene kan også forårsage død af fugle, der flyver op til dem.
• Ifølge nogle eksperter kan vindmøller forringe modtagelsen af ​​radio- og tv-udsendelser.

De negative aspekter kan også omfatte de relativt høje omkostninger ved sådanne enheder, men energikildens billighed fjerner i vid udstrækning denne faktor.

Skemaer og forbindelsesmetoder

Selvom vindmøllen kan arbejde uafhængigt, kan der opnås et meget bedre resultat ved hjælp af kombinerede ordninger, der giver mulighed for kombination af en vindindretning med solcellepaneler, et centraliseret elektrisk net, diesel eller gas energikilder.

Offline arbejde. I dette tilfælde indstilles en enkelt installation, ved hjælp af hvilken vindenergi indfanges og akkumuleres, som derefter omdannes til en elektrisk strøm, som forbrugerne har brug for.

Diagrammet viser den enkleste måde at bruge en vindgenerator, som det tilrådes at bruge i regioner, hvor der konstant blæser stærk vind.

Kombination af en vindgenerator med solcellepaneler. Den kombinerede mulighed betragtes som en pålidelig og effektiv måde til strømforsyning på. I fravær af vind kører batteriet solpaneler, og i overskyet vejr og i løbet af natten kommer opladning fra en vindinstallation.

Ideel til et privat hjem eller husholdning beliggende væk fra et centraliseret elnettet. Denne kombinerede ordning tillader brugen af ​​to typer vedvarende energi.

Kombineret vindgenerator og lysnettet. En vindmølle kan kombineres med elektrisk kommunikation.

Et lignende mønster er typisk for industrielle og kommercielle enheder. Forbindelse til elektrisk kommunikation tilvejebringes også af nogle modeller af indenlandske vindgeneratorer.

Med produceret overskydende elektricitet går det ind i det centraliserede netværk, og med sin mangel er det muligt at bruge elektrisk strøm fra det generelle kraftsystem.

Nuancer af brug af vindgeneratorer

I øjeblikket bruges vindmøller i forskellige sektorer i økonomien. Industrielle modeller med forskellige kapaciteter bruges af olie og gas, telekommunikationsfirmaer, bore- og efterforskningsstationer, produktionsfaciliteter og offentlige agenturer.

Vindmøllen kan bruges som en ekstra energikilde på hospitaler og andre institutioner til at levere en kontinuerlig forsyning af elektricitet i nødsituationer.

Navnlig er vigtigheden af ​​at bruge vindmøller til hurtig genvinding af forstyrret elektricitet under katastrofer og naturkatastrofer. Til dette formål bruges vindgeneratorer ofte af ministeriet for nødsituationer.

Husholdningsvindmøller er perfekte til at organisere belysning og opvarmning af sommerhusbyer og private huse samt til husholdningsbrug på gårde.

I dette tilfælde skal der tages hensyn til nogle punkter:

• Enheder på op til 1 kW kan kun give en tilstrækkelig mængde elektricitet på blæsende steder. Normalt er energien, de producerer, kun nok til LED-belysning og strøm til små elektroniske enheder.
• For fuldt ud at levere strøm til sommerhuset (landstedet) har du brug for en vindgenerator med en kapacitet på mere end 1 kW.Denne indikator er nok til at give strøm til belysningen såvel som en computer og tv, men dens strøm er ikke nok til at levere elektricitet til et moderne køleskab døgnet rundt.
• For at give hytten energi, har du brug for en 3-5 kW vindmølle, men selv dette tal er ikke nok til opvarmning af huse. For at bruge denne funktion skal du bruge en kraftfuld mulighed, der starter fra 10 kW.

Når du vælger en model, skal det bemærkes, at den effektindikator, der er angivet på enheden, kun opnås ved maksimal vindhastighed. Så en 300V-installation vil kun producere den angivne mængde energi ved en luftstrømningshastighed på 10-12 m / s.

De, der ønsker at bygge en vindgenerator med egne hænder, tilbyder vi næste artikelhvor nyttige oplysninger er detaljerede.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videoen nedenfor indeholder detaljerede oplysninger om driftsprincippet og designet til en husholdningsmodel af en vindgenerator:

En vindgenerator er en fremragende kilde til produktion af elektrisk energi, som beboere i fjerntliggende steder især vil sætte pris på. Forskellige russiske og udenlandske virksomheder tilbyder en bred vifte af vindkonstruktioner, derudover kan husholdningsmodeller fremstilles med egne hænder.

Skriv kommentarer i nedenstående blok. Fortæl os om, hvordan du byggede en vindgenerator på dit websted, eller hvordan dine naboer har en vindmølle. Stil spørgsmål, del nyttige oplysninger og fotos om emnet.