So berechnen Sie einen Windgenerator: Formeln + praktisches Berechnungsbeispiel

Alternative Energie aus Windkraftanlagen ist für die Gesellschaft von großem Interesse. Es gibt viele Bestätigungen auf der Ebene der realen Haushaltspraxis.

Eigentümer von Vorortimmobilien bauen Windmühlen mit eigenen Händen und sind mit dem Ergebnis zufrieden, obwohl der Effekt nur von kurzer Dauer sein kann. Der Grund - während der Montage wurde der Windgenerator nicht richtig berechnet.

Ich stimme zu, ich möchte keine Zeit und kein Geld für das Projekt aufwenden, um eine ineffiziente Installation zu erhalten. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie der Windgenerator berechnet wird und anhand welcher Parameter die Hauptarbeitseinheiten der Windkraftanlage ausgewählt werden.

Der Artikel widmet sich der Lösung dieser Fragen. Der theoretische Teil des Materials wird durch veranschaulichende Beispiele und praktische Empfehlungen für die Montage eines Windgenerators ergänzt.

Berechnung eines Windgenerators

Wo soll man mit der Berechnung des Systems zur Reproduktion von Elektrizität aus Windenergie beginnen? In Anbetracht der Tatsache, dass es sich um einen Windgenerator handelt, erscheint eine vorläufige Analyse der Windrose in einem bestimmten Gebiet logisch.

Konstruktionsparameter wie die Windgeschwindigkeit und ihre charakteristische Richtung für ein bestimmtes Gebiet sind wichtige Konstruktionsparameter. Sie bestimmen bis zu einem gewissen Grad die Leistung der Windmühle, die erreichbar sein wird.

Windgeneratoren mit einer solchen Leistung sind kaum vorstellbar. Aber ähnliche Designs existieren und funktionieren effektiv. Berechnungen solcher Strukturen zeigen jedoch eine relativ geringe Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Energiequellen.

Bemerkenswert ist, dass dieser Prozess langfristiger Natur ist (mindestens 1 Monat), was ziemlich offensichtlich ist. Es ist unmöglich, die wahrscheinlichsten Parameter der Windgeschwindigkeit und ihrer häufigsten Richtung mit ein oder zwei Messungen zu berechnen.

Dutzende von Messungen sind erforderlich. Diese Operation ist jedoch wirklich notwendig, wenn ein effektives Produktivsystem aufgebaut werden soll.

So berechnen Sie die Leistung einer Windmühle

Haushaltswindgeneratoren, insbesondere solche, die mit eigenen Händen hergestellt wurden, mussten Menschen mit hoher Leistung noch nicht überraschen. Es ist verständlich. Man muss sich nur einen massiven Mast von 8 bis 10 m Höhe vorstellen, der mit einem Generator mit einer Spannweite von Propellerblättern von mehr als 3 m ausgestattet ist. Und dies ist nicht die leistungsstärkste Installation. Nur ca. 2 kW.

Zur Wartung von Windmühlen mit solcher Leistung werden Hubschrauber und Spezialistenteams mit bis zu einem Dutzend Mitarbeitern eingesetzt. Um ein solches Kraftwerk zu berechnen, ist eine noch größere Anzahl von Leistungsträgern beteiligt

Wenn Sie sich auf eine Standardtabelle verlassen, die das Verhältnis der Leistung des Windgenerators und der erforderlichen Spannweite der Rotorblätter zeigt, ist im Allgemeinen nichts zu überraschen. Laut Tabelle ist für eine 10-W-Windmühle ein 10-Meter-Propeller erforderlich.

Für eine 500-Watt-Konstruktion ist eine Schraube mit einem Durchmesser von 14 m erforderlich. Darüber hinaus hängt der Parameter für die Messerspanne von ihrer Anzahl ab. Je mehr Klingen, desto kleiner das Zielfernrohr.

Dies ist jedoch nur eine Theorie, da die Windgeschwindigkeit 4 m / s nicht überschreitet. In der Praxis ist alles etwas anders, und die Leistung von Haushaltsanlagen, die seit langem in Betrieb sind, hat 500 Watt nie überschritten.

Daher ist die Wahl der Leistung hier normalerweise auf den Bereich von 250 bis 500 W bei einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 6 bis 8 m / s beschränkt.

Tabelle der Abhängigkeit der Leistung der Windenergieanlage vom Durchmesser des Rotors und der Anzahl der Blätter. Diese Tabelle kann für Berechnungen verwendet werden, berücksichtigt jedoch die Zusammenstellung für einen Windgeschwindigkeitsparameter von bis zu 4 m / s (+)

Aus theoretischer Sicht wird die Leistung einer Windkraftanlage nach folgender Formel berechnet:

N = p * S * V.³/2,

wo:

• p - Dichte der Luftmassen;
• S. - insgesamt geblasene Fläche der Propellerblätter;
• V. - Luftdurchsatz;
• N. - Luftdurchsatz.

Da N ein Parameter ist, der die Leistung des Windgenerators dramatisch beeinflusst, liegt die tatsächliche Leistung der Anlage nahe am berechneten Wert von N.

Berechnung von Windkraftanlagenschrauben

Bei der Konstruktion einer Windmühle werden normalerweise zwei Arten von Schrauben verwendet:

• geflügelt - Drehung in der horizontalen Ebene;
• Savonius Rotor, Daria Rotor - Drehung in einer vertikalen Ebene.

Das Design der Schrauben mit Drehung in einer der Ebenen kann nach folgender Formel berechnet werden:

Z = L * W / 60 / V.

wo:

• Z. - den Geschwindigkeitsgrad (niedrige Geschwindigkeit) der Schraube;
• L. - die Größe der Länge, die durch die Schaufeln des Kreises beschrieben wird;
• W. - Drehzahl (Frequenz) der Schraube;
• V. - Luftdurchsatz.

Basierend auf dieser Formel kann man leicht die Anzahl der Umdrehungen W - die Drehzahl - berechnen.

Dies ist das Design der Schraube "Daria Rotor". Diese Version des Propellers gilt als effektiv bei der Herstellung von Windgeneratoren mit geringer Leistung und Größe. Die Berechnung der Schraube weist einige Merkmale auf

Ein Arbeitsverhältnis von Umdrehungen und Windgeschwindigkeit finden Sie in den Tabellen, die im Netzwerk verfügbar sind. Für eine Schraube mit zwei Klingen und Z = 5 gilt beispielsweise die folgende Beziehung:

Auch einer der wichtigen Indikatoren einer Windkraftanlage ist ein Schritt.

Dieser Parameter kann mit folgender Formel bestimmt werden:

H = 2πR * tan α,

wo:

• 2π - konstant (2 * 3,14);
• R. - der von der Klinge beschriebene Radius;
• tg α - Querschnittswinkel.

Weitere Informationen zur Wahl der Form und Anzahl der Klingen sowie Anweisungen zu deren Herstellung finden Sie in dieser Artikel.

Auswahl von Generatoren für Windmühlen

Mit dem berechneten Wert der Drehzahl der Schnecke (W), der durch das obige Verfahren erhalten wurde, ist es bereits möglich, den entsprechenden Generator auszuwählen (herzustellen).

Wenn beispielsweise der Drehzahlgrad Z = 5 ist, ist die Anzahl der Schaufeln gleich 2 und eine Drehzahl von 330 U / min. Bei einer Windgeschwindigkeit von 8 m / s. Die Generatorleistung sollte ca. 300 Watt betragen.

Generator einer Windkraftanlage "in Abschnitt".Ein repräsentatives Beispiel für eine der möglichen Konstruktionen eines Generators einer Windkraftanlage, die unabhängig voneinander zusammengebaut wurde

Mit diesen Parametern kann der Motor, der beim Bau moderner Elektrofahrräder verwendet wird, als Generator für einen Haushaltswindpark geeignet sein. Der traditionelle Name des Teils ist ein Fahrradmotor (Produktion der VR China).

Es sieht aus wie ein Elektromotor, auf dessen Grundlage vorgeschlagen wird, einen Generator für eine Heimwindkraftanlage herzustellen. Das Design des Fahrradmotors ist ideal für die Implementierung ohne Berechnungen und Verbesserungen. Ihre Leistung ist jedoch gering

Die Eigenschaften des Elektromotores sind ungefähr wie folgt:

Ein positives Merkmal von Fahrradmotoren ist, dass sie praktisch nicht erneuert werden müssen. Sie wurden konstruktiv als langsame Elektromotoren entwickelt und können erfolgreich für Windgeneratoren eingesetzt werden.

Um eine Windmühle zu bauen, können Sie Verwenden Sie einen Autogenerator oder sammeln Waschmaschineneinheit.

Berechnung und Wahl des Ladereglers

Für jede Art von Windkraftanlage, einschließlich einer Haushaltskonstruktion, ist ein Batterieladecontroller erforderlich.

Die Berechnung dieses Geräts reduziert sich auf die Auswahl des Stromkreises des Geräts, der den berechneten Parametern des Windsystems entsprechen würde.

Von diesen Parametern sind die wichtigsten:

• Nennspannung und maximale Spannung des Generators;
• die maximal mögliche Generatorleistung;
• maximal möglicher Batterieladestrom;
• Batteriespannung;
• Umgebungstemperatur;
• Luftfeuchtigkeit.

Basierend auf den dargestellten Parametern, Laderegler Mach es selbst oder die Auswahl eines fertigen Gerätes.

Batterieladesteuerung als Teil einer Windkraftanlage. Ein industrielles Fertigungsgerät, bei dem Sie nur die technischen Spezifikationen sorgfältig studieren müssen, um eine genaue Abstimmung mit dem vorhandenen System zu gewährleisten

Natürlich ist es wünschenswert, eine Vorrichtung auszuwählen (oder zusammenzubauen), deren Schaltung eine einfache Startfunktion bei der Strömung schwacher Luftströme bereitstellen würde. Ein Controller, der für die Verwendung mit Batterien mit unterschiedlichen Spannungen (12, 24, 48 Volt) ausgelegt ist, ist ebenfalls willkommen.

Schließlich wird bei der Berechnung (Auswahl) der Steuerschaltung empfohlen, das Vorhandensein einer Funktion wie der Wechselrichtersteuerung nicht zu vergessen.

Batterieauswahl für das System

In der Praxis werden verschiedene Batterietypen verwendet und fast alle sind für den Einsatz als Teil einer Windenergieanlage gut geeignet. Aber die konkrete Wahl muss trotzdem getroffen werden. Abhängig von den Parametern des Windmühlensystems erfolgt die Auswahl der Batterie nach Spannung, Kapazität, Ladebedingungen.

Die klassischen Komponenten für Heimwindmühlen gelten als klassische Blei-Säure-Batterien. Sie zeigten im praktischen Sinne gute Ergebnisse. Darüber hinaus sind die Kosten für diesen Batterietyp im Vergleich zu anderen Batterietypen akzeptabler.

Blei-Säure-Batterien sind für die Lade- / Entladebedingungen besonders unprätentiös, es ist jedoch nicht akzeptabel, sie ohne Steuerung in das System aufzunehmen.

Wenn der Windgenerator einen professionell gefertigten Laderegler mit einem vollwertigen Automatisierungssystem enthält, erscheint es sinnvoll, AGM- oder Heliumbatterien zu verwenden.

Batteriepack Heimwindgenerator. Angesichts des Chaos der Kabel und der Speicheranforderungen nicht die beste Option. Mit diesem Zustand der Energiespeicherung kann man nicht auf ihre Langzeitwirkung zählen.

Beide Arten von Energiespeichern zeichnen sich durch höhere Effizienz und lange Lebensdauer aus, stellen jedoch hohe Anforderungen an die Ladebedingungen.

Gleiches gilt für die sogenannten Helium-Panzerbatterien. Die Auswahl dieser Batterien für eine Haushaltswindmühle ist jedoch durch den Preis erheblich begrenzt. Die Lebensdauer dieser teuren Batterien ist jedoch im Vergleich zu allen anderen Typen am längsten.

Diese Batterien zeichnen sich auch durch einen bedeutenderen Lade- / Entladezyklus aus, unterliegen jedoch der Verwendung eines hochwertigen Ladegeräts.

Berechnung des Wechselrichters für eine Heimwindkraftanlage

Es sollte sofort beachtet werden: Wenn das Design einer Windkraftanlage für den Hausgebrauch eine 12-Volt-Batterie enthält, ist es sinnvoll, einen Wechselrichter vollständig in ein solches System einzubauen.

Im Durchschnitt beträgt der Stromverbrauch der Haushalte bei Spitzenlasten mindestens 4 kW. Daher die Schlussfolgerung: Die Anzahl der Batterien für eine solche Leistung sollte mindestens 10 Stück betragen und vorzugsweise unter einer Spannung von 24 Volt liegen. Für eine solche Anzahl von Batterien ist es bereits sinnvoll, einen Wechselrichter zu installieren.

Um jedoch 10 Batterien mit einer Spannung von jeweils 24 W vollständig mit Energie zu versorgen und ihre Ladung stabil aufrechtzuerhalten, ist eine Windkraftanlage mit einer Leistung von mindestens 2-3 kW erforderlich. Offensichtlich kann für einfache Haushaltskonstruktionen eine solche Kraft nicht gezogen werden.

Ein kleiner Wechselrichter (600 W), der für eine kleine Hausstrominstallation verwendet werden kann. Sie können einen Fernseher oder einen kleinen Kühlschrank mit solchen Geräten mit einer Spannung von 220 Volt betreiben. Es gibt nicht genug Strom für die Lampen im Kronleuchter

Die Wechselrichterleistung kann jedoch wie folgt berechnet werden:

1. Fassen Sie die Macht aller Verbraucher zusammen.
2. Bestimmen Sie den Zeitpunkt des Verbrauchs.
3. Bestimmen Sie die Spitzenlast.

Für ein konkretes Beispiel wird es so aussehen.

Lassen Sie es Haushaltsgeräte als Last geben: Beleuchtungslampen - 3 Stk. Jeweils 40 W, Fernsehempfänger - 120 W, kompakter Kühlschrank 200 W. Wir fassen die Leistung zusammen: 3 * 40 + 120 + 200 und wir erhalten 440 Watt Leistung.

Wir bestimmen die Leistung der Verbraucher für einen durchschnittlichen Zeitraum von 4 Stunden: 440 * 4 = 1760 Watt. Basierend auf dem erhaltenen Leistungswert gemäß der Verbrauchszeit erscheint es logisch, aus solchen Geräten einen Wechselrichter mit einer Ausgangsleistung von 2 kW auszuwählen.

Basierend auf diesem Wert wird die Strom-Spannungs-Kennlinie des erforderlichen Geräts berechnet: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Das klassische Schema der Reproduktion und Verteilung von Energie, die von einem Haushaltswindgenerator empfangen wird. Um eine solche Anzahl von Geräten langfristig mit Energie zu versorgen, ist jedoch eine ausreichend leistungsfähige Installation erforderlich (+).

Tatsächlich ist die Belastung des Haushalts für eine dreiköpfige Familie, in der die gesamte Ausrüstung für Haushaltsgeräte vorhanden ist, höher als im Beispiel berechnet. Normalerweise überschreitet der Parameter in Bezug auf die Lastverbindungszeit 4 Stunden. Dementsprechend benötigt der Wechselrichter der Windkraftanlage einen stärkeren.

Die vorläufige Berechnung der Windmühle ist nicht nur für ihre unabhängige Montage nützlich. Es ist notwendig, die optimalen Parameter zu bestimmen, wenn Auswahl eines fertigen Windgenerators.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Wie die Analyse der Quelldaten und wie die Formeln angewendet werden, zeigt das Video:

In jedem Fall müssen die berechneten Daten verwendet werden. Unabhängig davon, ob es sich um ein Industriekraftwerk handelt oder unter Lebensbedingungen hergestellt wird, bringt die Berechnung jedes Knotens immer die maximale Effizienz des Geräts und vor allem die Betriebssicherheit mit sich.

Vorgefertigte Berechnungen bestimmen die Machbarkeit des Projekts und helfen festzustellen, wie kostspielig oder wirtschaftlich das Projekt ist.

Haben Sie Erfahrung in der Lösung solcher Probleme? Oder haben Sie Fragen zum Thema? Bitte teilen Sie Ihre Fähigkeiten bei der Berechnung und Auslegung eines Windgenerators. Sie können Kommentare hinterlassen und Fragen im unten stehenden Formular stellen.