Kako izračunati generator vjetra: formule + praktični primjer izračuna

Alternativna energija dobivena iz vjetroagregata je od velikog interesa za društvo. Postoje mnoge potvrde za to na razini stvarne kućne prakse.

Vlasnici prigradskih nekretnina grade vjetrenjače vlastitim rukama i zadovoljni su rezultatom, iako učinak može biti kratkotrajan. Razlog - tijekom montaže generator vjetra nije pravilno izračunat.

Slažem se, ne bih htio trošiti vrijeme i novac na projekt, da bih dobio neučinkovitu instalaciju. Stoga je važno razumjeti kako izračunati generator vjetra i prema kojim parametrima odabrati glavne radne jedinice vjetroagregata.

Članak je posvećen rješenju ovih pitanja. Teorijski dio materijala dopunjen je ilustrativnim primjerima i praktičnim preporukama za sastavljanje generatora vjetra.

Proračun generatora vjetra

Gdje započeti izračunavanje sustava reprodukcije električne energije iz energije vjetra? S obzirom da govorimo o generatoru vjetra, preliminarna analiza ruže vjetra na određenom području čini se logičnom.

Projektni parametri poput brzine vjetra i njegovog karakterističnog smjera za određeni teritorij važni su parametri dizajna. Oni u određenoj mjeri određuju razinu snage vjetrenjače, što će biti dostižno.

Teško je zamisliti vjetroelektrane takve snage. Ali slični dizajni postoje i djeluju učinkovito. Međutim, proračuni takvih struktura pokazuju relativno malu snagu u usporedbi s tradicionalnim izvorima energije.

Ono što je vrijedno napomenuti, ovaj je postupak dugoročne prirode (najmanje 1 mjesec), što je sasvim očito. Nemoguće je izračunati najvjerojatnije parametre brzine vjetra i njegovog najčešćeg smjera s jednim ili dva mjerenja.

Bit će potrebne desetine mjerenja. Ipak, ova je operacija doista potrebna ako postoji želja za izgradnjom učinkovitog proizvodnog sustava.

Kako izračunati snagu vjetrenjače

Vjetroelektrani u kućanstvu, posebno oni izrađeni vlastitim rukama, još uvijek nisu morali iznenaditi ljude velike snage. Razumljivo je. Treba samo zamisliti masivan jarbol visok 8-10 m, opremljen generatorom s rasponom lopatica propelera većim od 3 m. A ovo nije najmoćnija instalacija. Samo oko 2 kW.

Za servisiranje vjetrenjača takve snage koriste se helikopteri i timovi stručnjaka, koji broje do desetak ljudi. Za proračun takve elektrane uključen je još veći broj izvođača

Općenito, ako se oslonite na standardnu ​​tablicu koja prikazuje omjer snage generatora vjetra i potrebnog raspona lopatica rotora, ne možete se iznenaditi. Prema tablici, za vjetrenjaču od 10 W potreban je propeler od 10 metara.

Za dizajn snage 500 W bit će potreban vijak promjera 14 m. Štoviše, parametar raspona lopatice ovisi o njihovom broju. Što više noža, to je manji opseg.

Ali ovo je samo teorija, jer brzina vjetra ne prelazi 4 m / s. U praksi je sve nešto drugačije, a snaga domaćih instalacija koja je na snazi ​​već dulje vrijeme nikad nije prešla 500 vata.

Stoga je izbor snage ovdje obično ograničen na raspon od 250-500 W s prosječnom brzinom vjetra od 6-8 m / s.

Tablica ovisnosti snage sustava energije vjetra o promjeru rotora i broju lopatica. Ova se tablica može koristiti za izračun, ali uzimajući u obzir njezinu sastavljanje za parametar brzine vjetra do 4 m / s (+)

S teorijskog stajališta, snaga vjetroelektrane izračunava se formulom:

N = p * S * V³/2,

gdje je:

• p - gustoća zračnih masa;
• S - ukupna površina ispuhanih lopatica propelera;
• V - protok zraka;
• N - protok zraka.

Budući da je N parametar koji dramatično utječe na snagu generatora vjetra, stvarna snaga instalacije bit će blizu izračunatoj vrijednosti N.

Proračun vijaka za vjetroturbine

Pri projektiranju vjetrenjače obično se koriste dvije vrste vijaka:

• vjetrokaz - rotacija u vodoravnoj ravnini;
• Savonius rotor, Daria rotor - rotacija u vertikalnoj ravnini.

Dizajn vijaka s rotiranjem u bilo kojoj od ravnina može se izračunati pomoću formule:

Z = L * Š / 60 / V

gdje je:

• Z - stupanj brzine (male brzine) vijaka;
• L - veličina duljine opisana noževima kruga;
• W - brzina (frekvencija) rotacije vijka;
• V - protok zraka.

Na temelju ove formule može se lako izračunati broj okretaja W - brzina rotacije.

Ovo je dizajn vijka zvanog "Daria Rotor". Ova verzija propelera smatra se učinkovitom u proizvodnji vjetroelektrana male snage i veličine. Proračun vijka ima neke značajke

Radni omjer okretaja i brzine vjetra možete naći u tablicama koje su dostupne na mreži. Na primjer, za vijak s dva noža i Z = 5 vrijedi sljedeći odnos:

Također je jedan od važnih pokazatelja vjetroagregata korak.

Ovaj se parametar može odrediti formulom:

H = 2πR * tan α,

gdje je:

• 2π - konstanta (2 * 3,14);
• R - polumjer opisan oštricom;
• tg α - kut presjeka.

Dati su dodatni podaci o izboru oblika i broja noževa, kao i upute za njihovu izradu ovaj članak.

Odabir generatora za vjetrenjače

Imajući izračunatu vrijednost brzine vrtnje vijka (W) dobivenu gornjom metodom, već je moguće odabrati (napraviti) odgovarajući generator.

Na primjer, kada je stupanj brzine Z = 5, broj lopatica jednak 2 i brzina od 330 o / min. Pri brzini vjetra od 8 m / s. snaga generatora trebala bi biti približno 300 vata.

Generator vjetroelektrane "u presjeku".Reprezentativni primjer jednog od mogućih dizajna generatora kućnog vjetroelektrana, sastavljenog neovisno

S ovim parametrima motor koji se koristi u konstrukciji modernih električnih bicikala može biti prikladan izbor kao generator za kućnu vjetroelektranu. Tradicionalni naziv dijela je ciklički motor (proizvodnja NRK).

Izgleda kao motor s električnim ciklusom, na temelju kojeg se predlaže napraviti generator za kućnu vjetrenjaču. Dizajn ciklusnog motora idealan je za primjenu, bez ikakvih izračuna i poboljšanja. Međutim, njihova je moć mala

Karakteristike motora s električnim ciklusom su otprilike kako slijedi:

Pozitivna karakteristika motocikala je da ih praktički ne treba preraditi. Konstruktivno su razvijeni kao električni motori male brzine i mogu se uspješno koristiti za vjetroelektrane.

Da biste napravili vjetrenjaču, možete koristite auto generator ili skupljati jedinica za perilicu rublja.

Proračun i izbor regulatora punjenja

Regulator napunjenosti baterije potreban je za bilo koju vrstu vjetroelektrana, uključujući i kućnu konstrukciju.

Proračun ovog uređaja svodi se na odabir električnog kruga uređaja, koji bi odgovarao izračunatim parametrima vjetrovnog sustava.

Od tih parametara glavni su:

• nazivni i maksimalni napon generatora;
• najveća moguća snaga generatora;
• najveća moguća struja napunjenosti baterije;
• napon akumulatora;
• temperatura okoline;
• razina vlage u okolišu.

Na temelju predstavljenih parametara, sklop regulatora naboja učinite to sami ili odabir gotovog uređaja.

Regulator napunjenosti baterije koji se koristi kao dio vjetroelektrane. Uređaj za industrijsku proizvodnju, odabirom kojeg trebate samo pažljivo proučiti tehničke specifikacije za točno usklađivanje s postojećim sustavom

Naravno, poželjno je odabrati (ili sastaviti) uređaj čiji bi krug omogućio jednostavno pokretanje u protoku slabih protoka zraka. Regulator dizajniran za upotrebu s baterijama različitog napona (12, 24, 48 volta) je također dobrodošao.

Konačno, prilikom izračuna (odabira) kruga regulatora preporučuje se ne zaboraviti na prisutnost takve funkcije kao što je upravljanje pretvaračem.

Odabir baterije za sustav

U praksi se koriste različite vrste baterija i gotovo su sve prilično pogodne za upotrebu u sklopu sustava energije vjetra. No, svejedno će se morati donijeti konkretan izbor. Ovisno o parametrima sustava vjetrenjača, izbor akumulatora provodi se prema naponu, kapacitetu, uvjetima punjenja.

Klasične komponente za kućne vjetrenjače smatraju se klasičnim olovnim baterijama. Pokazali su dobre rezultate u praktičnom smislu. Osim toga, trošak ove vrste baterija je prihvatljiviji u usporedbi s drugim tipovima.

Olovne baterije su posebno nepretenciozne za uvjete punjenja / pražnjenja, ali je neprihvatljivo uključiti ih u sustav bez regulatora.

Ako u setu generatora vjetra postoji profesionalno napravljen regulator punjenja koji ima potpuno automatizirani sustav, čini se racionalnim koristiti AGM ili helijske baterije.

Kućni generator vjetra za baterije. Ne najbolja opcija, s obzirom na kaos žica i zahtjeve za pohranom. Uz ovo stanje skladištenja energije, ne može se računati na njihov dugoročni učinak.

Oba tipa uređaja za skladištenje energije odlikuju se većom učinkovitošću i dugim radnim vijekom, ali imaju visoke zahtjeve za uvjete punjenja.

Isto se odnosi i na takozvane hemijske oklopne baterije. Ali izbor ovih baterija za kućnu vjetrenjaču značajno je ograničen cijenom. Međutim, život ovih skupih baterija je najduži u odnosu na sve ostale vrste.

Ove se baterije također odlikuju značajnijim ciklusom punjenja / pražnjenja, ali podložne su upotrebi visokokvalitetnog punjača.

Proračun pretvarača za kućnu vjetrenjaču

Odmah treba napomenuti: ako dizajn kućne vjetroturbine za energiju sadrži jednu bateriju od 12 volti, ima smisla u potpunosti staviti pretvarač na takav sustav.

Potrošnja električne energije u domaćinstvu je najmanje 4 kW pri najvećim opterećenjima. Otuda i zaključak: broj baterija za takvu snagu trebao bi biti najmanje 10 komada, a po mogućnosti pod naponom od 24 volta. Za takav broj baterija već ima smisla instalirati pretvarač.

No, kako bi se u potpunosti napajalo 10 baterija naponom od 24 W i kako bi se stabilno održavalo napunjenje, bit će potrebna vjetrenjača snage najmanje 2-3 kW. Očito je da se za kućne jednostavne dizajne takva snaga ne može povući.

Mali pretvarač snage (600 W) koji se može koristiti za malu kućnu instalaciju napajanja. Iz takve opreme možete napajati televizor ili mali hladnjak s naponom od 220 volti. Nema dovoljno struje za svjetiljke u lusteru

Međutim, snaga pretvarača može se izračunati na sljedeći način:

1. Sažmi snagu svih potrošača.
2. Odredite vrijeme potrošnje.
3. Odredite vršno opterećenje.

Za konkretan primjer izgledat će ovako.

Neka kao opterećenje budu kućanski uređaji: svjetiljke za osvjetljenje - 3 kom. 40 W svaki, televizijski prijemnik - 120 W, kompaktni hladnjak 200 W. Sažimamo snagu: 3 * 40 + 120 + 200 i dobivamo 440 vata izlazne snage.

Snagu potrošača određujemo u prosječnom vremenu od 4 sata: 440 * 4 = 1760 vata. Na temelju dobivene vrijednosti snage prema vremenu potrošnje, čini se logičnim odabrati pretvarač među takvim uređajima s izlaznom snagom od 2 kW.

Na temelju ove vrijednosti izračunava se karakteristika struje napona potrebnog uređaja: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Klasična shema reprodukcije i distribucije energije dobivene iz kućnog vjetroelektrana. Međutim, za dugoročnu energiju takvog broja uređaja potrebna je dovoljno moćna instalacija (+)

Zapravo, opterećenje kućanstva za obitelj od tri osobe, gdje postoji puna oprema za kućanske uređaje, bit će veće nego što je izračunato u primjeru. U pogledu vremena povezivanja s opterećenjem, parametar obično prelazi 4 sata. U skladu s tim, pretvaraču vjetroelektrane bit će potreban snažniji.

Preliminarni izračun vjetrenjače koristan je ne samo za njegovu neovisnu montažu. Potrebno je utvrditi optimalne parametre kada odabir gotovog generatora vjetra.

Zaključci i korisni video na temu

Kako je analiza izvornih podataka i kako se formule primjenjuju predstavljena u videu:

Izračunane podatke potrebno je koristiti u svakom slučaju. Bilo da se radi o industrijskoj elektrani ili proizvedeno za životne uvjete, proračun svakog čvora uvijek nosi sa sobom maksimalnu učinkovitost uređaja i, što je najvažnije, sigurnost rada.

Unaprijed izrađeni proračuni određuju izvedivost projekta, pomažu vam da utvrdite koliko je projekt skup ili ekonomičan.

Imate iskustva u rješavanju takvih problema? Ili imate pitanja o temi? Molimo podijelite svoje vještine u izračunavanju i projektiranju generatora vjetra. Možete ostaviti komentare i postavljati pitanja u donjem obrascu.