Come calcolare un generatore eolico: formule + esempio pratico di calcolo

L'energia alternativa ricevuta dalle turbine eoliche è di grande interesse per la società. Ci sono molte conferme a questo livello a livello di pratica domestica reale.

I proprietari di immobili suburbani costruiscono mulini a vento con le proprie mani e si accontentano del risultato, sebbene l'effetto possa essere di breve durata. Il motivo: durante l'assemblaggio, il generatore eolico non è stato calcolato correttamente.

D'accordo, non vorrei spendere tempo e denaro per il progetto, per ottenere un'installazione inefficiente. Pertanto, è importante capire come calcolare il generatore eolico e in base a quali parametri scegliere le principali unità di lavoro della turbina eolica.

L'articolo è dedicato alla soluzione di queste domande. La parte teorica del materiale è integrata da esempi illustrativi e raccomandazioni pratiche per l'assemblaggio di un generatore eolico.

Calcolo di un generatore eolico

Da dove iniziare a calcolare il sistema di riproduzione dell'elettricità dall'energia eolica? Considerando che stiamo parlando di un generatore eolico, un'analisi preliminare della rosa dei venti in una particolare area sembra logica.

I parametri di progettazione come la velocità del vento e la sua direzione caratteristica per un determinato territorio sono parametri di progettazione importanti. In una certa misura determinano il livello di potenza del mulino a vento, che sarà raggiungibile.

È difficile immaginare generatori eolici di tale potenza. Ma esistono progetti simili che funzionano efficacemente. Tuttavia, i calcoli di tali strutture mostrano una potenza relativamente piccola rispetto alle fonti di energia tradizionali.

Ciò che è degno di nota, questo processo è di natura a lungo termine (almeno 1 mese), il che è abbastanza ovvio. È impossibile calcolare i parametri più probabili della velocità del vento e della sua direzione più frequente con una o due misurazioni.

Saranno necessarie decine di misurazioni. Tuttavia, questa operazione è davvero necessaria se si desidera costruire un sistema produttivo efficace.

Come calcolare la potenza di un mulino a vento

I generatori eolici domestici, in particolare quelli realizzati con le proprie mani, non hanno ancora dovuto sorprendere le persone con un alto potere. È comprensibile Non ci resta che immaginare un massiccio albero alto 8-10 m, dotato di un generatore con una campata di pale dell'elica di oltre 3 m, e questa non è l'installazione più potente. Solo circa 2 kW.

Per servire mulini a vento di tale potenza, vengono utilizzati elicotteri e squadre di specialisti, che contano fino a una dozzina di persone. Per calcolare una tale centrale elettrica, è coinvolto un numero ancora maggiore di artisti

In generale, se si fa affidamento su una tabella standard che mostra il rapporto tra la potenza del generatore eolico e l'intervallo richiesto delle pale del rotore, non c'è nulla da stupirsi. Secondo la tabella, è richiesta un'elica da 10 metri per un mulino a vento da 10 W.

Per un design da 500 watt sarà necessaria una vite con un diametro di 14 m, inoltre il parametro della distanza della lama dipende dal loro numero. Maggiore è il numero di pale, minore è l'ambito.

Ma questa è solo una teoria, a causa della velocità del vento che non supera i 4 m / s. In pratica, tutto è in qualche modo diverso e la potenza delle installazioni domestiche in uso da molto tempo non ha mai superato i 500 watt.

Pertanto, la scelta della potenza qui è generalmente limitata alla gamma di 250-500 W con una velocità media del vento di 6-8 m / s.

Tabella della dipendenza della potenza del sistema di energia eolica dal diametro del rotore e dal numero di pale. Questa tabella può essere utilizzata per i calcoli, ma tenendo conto della sua compilazione per un parametro di velocità del vento fino a 4 m / s (+)

Da un punto di vista teorico, la potenza di una centrale eolica è calcolata dalla formula:

N = p * S * V³/2,

dove:

• p - densità delle masse d'aria;
• S - area totale soffiata delle pale dell'elica;
• V - portata d'aria;
• N - portata d'aria.

Poiché N è un parametro che influisce notevolmente sulla potenza del generatore eolico, la potenza reale dell'installazione sarà vicina al valore calcolato di N.

Calcolo delle viti del generatore eolico

Quando si progetta un mulino a vento, vengono solitamente utilizzati due tipi di viti:

• paletta - rotazione sul piano orizzontale;
• Rotore Savonius, rotore Daria - rotazione su un piano verticale.

Il design delle viti con rotazione in uno qualsiasi dei piani può essere calcolato usando la formula:

Z = L * W / 60 / V

dove:

• Z - il grado di velocità (bassa velocità) della vite;
• L - la dimensione della lunghezza descritta dalle lame del cerchio;
• W - velocità (frequenza) di rotazione della vite;
• V - portata d'aria.

Sulla base di questa formula, si può facilmente calcolare il numero di giri W - la velocità di rotazione.

Questo è il design della vite chiamata "Daria Rotor". Questa versione dell'elica è considerata efficace nella produzione di generatori eolici di piccola potenza e dimensioni. Il calcolo della vite ha alcune caratteristiche

Un rapporto di funzionamento di giri e velocità del vento è riportato nelle tabelle disponibili sulla rete. Ad esempio, per una vite con due lame e Z = 5, è vera la seguente relazione:

Anche uno degli indicatori importanti dell'elica di una turbina eolica è un passo.

Questo parametro può essere determinato utilizzando la formula:

H = 2πR * abbronzatura α,

dove:

• 2π - costante (2 * 3.14);
• R - il raggio descritto dalla lama;
• tg α - angolo di sezione.

Vengono fornite ulteriori informazioni sulla scelta della forma e del numero di pale, nonché le istruzioni per la loro fabbricazione questo articolo.

Selezione di generatori per mulini a vento

Avendo il valore calcolato della velocità di rotazione della vite (W) ottenuto con il metodo sopra, è già possibile selezionare (realizzare) il generatore corrispondente.

Ad esempio, quando il grado di velocità Z = 5, il numero di pale è uguale a 2 e una velocità di 330 rpm. Ad una velocità del vento di 8 m / s. la potenza del generatore dovrebbe essere di circa 300 watt.

Generatore di un impianto eolico "in sezione".Un esempio rappresentativo di uno dei possibili progetti di un generatore di un sistema eolico domestico, assemblato in modo indipendente

Con questi parametri, il motore utilizzato nella costruzione di moderne biciclette elettriche può essere una scelta adatta come generatore per un parco eolico domestico. Il nome tradizionale della parte è un motore a ciclo (produzione della RPC).

Sembra un motore a ciclo elettrico, sulla base del quale si propone di creare un generatore per una turbina eolica domestica. Il design del motore del ciclo è ideale per l'implementazione praticamente senza calcoli e miglioramenti. Tuttavia, il loro potere è piccolo

Le caratteristiche del motore del ciclo elettrico sono approssimativamente le seguenti:

Una caratteristica positiva dei motori a ciclo è che praticamente non devono essere rifatti. Sono stati sviluppati in modo costruttivo come motori elettrici a bassa velocità e possono essere utilizzati con successo per generatori eolici.

Per fare un mulino a vento, puoi utilizzare il generatore di auto o colleziona unità lavatrice.

Calcolo e scelta del controller di carica

Un controller di carica della batteria è necessario per qualsiasi tipo di installazione di energia eolica, inclusa una costruzione domestica.

Il calcolo di questo dispositivo è ridotto alla selezione del circuito elettrico del dispositivo, che corrisponderebbe ai parametri calcolati del sistema eolico.

Di questi parametri, i principali sono:

• tensione nominale e massima del generatore;
• la massima potenza possibile del generatore;
• massima corrente di carica possibile della batteria;
• tensione della batteria;
• temperatura ambiente;
• livello di umidità ambientale.

Sulla base dei parametri presentati, gruppo regolatore di carica fai da te o la selezione di un dispositivo finito.

Regolatore di carica della batteria utilizzato come parte di una centrale eolica. Un dispositivo di produzione industriale, scegliendo quale solo bisogno di studiare attentamente le specifiche tecniche per il coordinamento esatto con il sistema esistente

Naturalmente, è desiderabile selezionare (o assemblare) un dispositivo i cui circuiti fornirebbero una funzione di avvio facile nel flusso di flussi d'aria deboli. Anche un controller progettato per l'uso con batterie di diverse tensioni (12, 24, 48 volt) è il benvenuto.

Infine, nel calcolare (selezionare) il circuito del controller, si consiglia di non dimenticare la presenza di una funzione come il controllo dell'inverter.

Selezione della batteria per il sistema

In pratica, vengono utilizzati diversi tipi di batterie e quasi tutti sono abbastanza adatti per l'uso come parte di un sistema di energia eolica. Ma la scelta concreta dovrà essere fatta comunque. A seconda dei parametri del sistema del mulino a vento, la selezione della batteria viene effettuata in base a tensione, capacità, condizioni di carica.

I componenti classici per i mulini a vento domestici sono considerati batterie al piombo acido classiche. Hanno mostrato buoni risultati in senso pratico. Inoltre, il costo di questo tipo di batteria è più accettabile rispetto ad altri tipi.

Le batterie al piombo acido sono particolarmente prive di pretese per le condizioni di carica / scarica, ma è inaccettabile includerle nel sistema senza un controller.

Se nel gruppo elettrogeno eolico è presente un regolatore di carica realizzato in modo professionale con un sistema di automazione completo, sembra razionale utilizzare batterie AGM o elio.

Generatore eolico domestico del pacco batterie. Non è l'opzione migliore, dato il caos dei cavi e i requisiti di archiviazione. Con questo stato di accumulo di energia, non si può contare sul loro effetto a lungo termine.

Entrambi i tipi di dispositivi di accumulo dell'energia sono caratterizzati da una maggiore efficienza e una lunga durata, ma presentano requisiti elevati per le condizioni di ricarica.

Lo stesso vale per le cosiddette batterie corazzate di tipo elio. Ma la scelta di queste batterie per un mulino a vento domestico è significativamente limitata dal prezzo. Tuttavia, la durata di queste costose batterie è la più lunga rispetto a tutti gli altri tipi.

Queste batterie si distinguono anche per un ciclo di carica / scarica più significativo, ma sono soggette all'uso di un caricabatterie di alta qualità.

Calcolo dell'inverter per una turbina eolica domestica

Va notato subito: se il progetto di una turbina eolica a energia domestica contiene una batteria da 12 volt, ha senso mettere completamente un inverter su tale sistema.

In media, il consumo di energia domestica è di almeno 4 kW ai carichi di punta. Da qui la conclusione: il numero di batterie per tale potenza dovrebbe essere di almeno 10 pezzi e preferibilmente sotto una tensione di 24 volt. Per un tale numero di batterie, ha già senso installare un inverter.

Tuttavia, per fornire energia a 10 batterie con una tensione di 24 W ciascuna e mantenere stabilmente la loro carica, sarà necessaria una turbina eolica con una potenza di almeno 2-3 kW. Ovviamente, per i progetti semplici domestici, un tale potere non può essere tirato.

Un piccolo inverter (600 W) che può essere utilizzato per una piccola installazione domestica. È possibile alimentare una TV o un piccolo frigorifero da tali apparecchiature con una tensione di 220 volt. Non c'è abbastanza corrente per le lampade nel lampadario

Tuttavia, la potenza dell'inverter può essere calcolata come segue:

1. Riassumi il potere di tutti i consumatori.
2. Determina il tempo di consumo.
3. Determinare il carico di picco.

Per un esempio concreto, sarà simile a questo.

Lascia che ci siano elettrodomestici come carico: lampade di illuminazione - 3 pezzi. 40 W ciascuno, ricevitore TV - 120 W, frigorifero compatto 200 W. Riassumiamo la potenza: 3 * 40 + 120 + 200 e otteniamo 440 watt di potenza.

Determiniamo la potenza dei consumatori per un periodo medio di 4 ore: 440 * 4 = 1760 watt. In base al valore di potenza ottenuto in base al tempo di consumo, sembra logico selezionare un inverter tra tali dispositivi con una potenza di uscita di 2 kW.

Sulla base di questo valore, viene calcolata la caratteristica corrente-tensione del dispositivo richiesto: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Lo schema classico di riproduzione e distribuzione dell'energia ricevuta da un generatore eolico di tipo domestico. Tuttavia, al fine di fornire energia a lungo termine con un tale numero di dispositivi, è necessaria un'installazione sufficientemente potente (+)

In realtà, il carico della famiglia per una famiglia di tre persone, in cui è presente l'attrezzatura completa per gli elettrodomestici, sarà superiore a quello calcolato nell'esempio. Di solito, in termini di tempo di connessione del carico, il parametro supera le 4 ore impiegate. Di conseguenza, l'inverter del sistema eolico ne richiederà uno più potente.

Il calcolo preliminare del mulino a vento è utile non solo per il suo assemblaggio indipendente. È necessario determinare i parametri ottimali quando scegliendo un generatore eolico finito.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Come viene presentata l'analisi dei dati di origine e come vengono applicate le formule nel video:

È necessario utilizzare i dati calcolati in ogni caso. Che si tratti di una centrale elettrica industriale o fabbricato per condizioni di vita, il calcolo di ciascun nodo porta sempre con sé la massima efficienza del dispositivo e, soprattutto, la sicurezza di funzionamento.

I calcoli predefiniti determinano la fattibilità del progetto, aiutano a stabilire quanto sia costoso o economico il progetto.

Hai esperienza nel risolvere tali problemi? O hai domande sull'argomento? Per favore, condividi le tue abilità nel calcolo e nella progettazione di un generatore eolico. Puoi lasciare commenti e porre domande nel modulo sottostante.