כיצד לחשב מחולל רוח: נוסחאות + דוגמא מעשית לחישוב

אנרגיה אלטרנטיבית המתקבלת מטורבינות רוח היא עניין רב בחברה. ישנן אישורים רבים לכך ברמת התרגול הביתי האמיתי.

בעלי נדל"ן פרברי בונים טחנות רוח במו ידיהם ומסתפקים בתוצאה, אם כי ההשפעה יכולה להיות קצרת מועד. הסיבה - במהלך ההרכבה, מחולל הרוח לא חושב באופן תקין.

מסכים, לא הייתי רוצה לבזבז זמן וכסף על הפרויקט, כדי לקבל התקנה לא יעילה. לכן חשוב להבין כיצד לחשב את מחולל הרוח, ועל פי אילו פרמטרים לבחור את יחידות העבודה העיקריות של טורבינת הרוח.

המאמר מוקדש לפיתרון של שאלות אלה. החלק התיאורטי של החומר מתווסף לדוגמאות המחשות והמלצות מעשיות להרכבת מחולל רוח.

חישוב גנרטור רוח

היכן להתחיל לחשב את מערכת ההתרבות של חשמל מאנרגיית הרוח? בהתחשב בכך שאנחנו מדברים על מחולל רוח, ניתוח ראשוני של ורד הרוח באזור מסוים נראה הגיוני.

פרמטרים עיצוביים כמו מהירות הרוח והכיוון האופייני לטריטוריה מסוימת הם פרמטרים עיצוביים חשובים. הם קובעים במידה מסוימת את רמת ההספק של טחנת הרוח, שתהיה בר השגה.

קשה לדמיין מחוללי רוח בעלי כוח כזה. אבל עיצובים דומים קיימים ועובדים ביעילות. עם זאת, חישובי מבנים כאלה מראים עוצמה קטנה יחסית בהשוואה למקורות אנרגיה מסורתיים.

מה שראוי לציין, תהליך זה הוא בעל אופי ארוך טווח (לפחות חודש), וזה די ברור. אי אפשר לחשב את הפרמטרים הסבירים ביותר של מהירות הרוח ואת הכיוון הכי תכוף שלה באמצעות מדידה אחת או שתיים.

יידרשו עשרות מדידות. עם זאת, פעולה זו נחוצה באמת אם יש רצון לבנות מערכת יצרנית יעילה.

כיצד לחשב את כוחה של טחנת רוח

מחוללי רוח ביתיים, במיוחד אלה המיוצרים במו ידיהם, טרם נאלצו להפתיע אנשים בעלי עוצמה גבוהה. זה מובן. צריך רק לדמיין תורן מסיבי בגובה 8-10 מ ', המצויד בגנרטור עם טווח להבי מדחף של יותר מ -3 מ'. וזה לא המתקן החזק ביותר. רק כ -2 קילוואט.

לשירות של טחנות רוח של כוח כזה משתמשים במסוקים וצוותים של מומחים, המונים עד תריסר אנשים. כדי לחשב תחנת כוח כזו מעורבים מספר גדול יותר של מבצעים

באופן כללי, אם אתה מסתמך על טבלה סטנדרטית המציגה את היחס בין עוצמת גנרטור הרוח ואת התוחלת הנדרשת של להבי הרוטור, אין מה להפתיע. על פי הטבלה, יש צורך במדחף של 10 מטרים לטחנת רוח של 10 וואט.

יידרש בורג בקוטר של 14 מ 'לתכנון 500 וואט, יתר על כן, פרמטר טווח הלהבים תלוי במספרם. ככל שהלהבים רבים יותר, ההיקף קטן יותר.

אבל זו רק תיאוריה, בגלל מהירות הרוח שלא תעלה על 4 מ '/ ש'. בפועל, הכל שונה במקצת, וכוחם של מתקנים ביתיים שנמצאים בתוקף זמן רב מעולם לא עלה על 500 וואט.

לכן בחירת הכוח כאן מוגבלת בדרך כלל לטווח של 250-500 W עם מהירות רוח ממוצעת של 6-8 מ '/ ש'.

טבלה של התלות בכוח מערכת אנרגיית הרוח בקוטר הרוטור ומספר הלהבים. ניתן להשתמש בטבלה זו לחישובים, אך תוך התחשבות בהרכב שלה לפרמטר מהירות רוח של עד 4 m / s (+)

מנקודת מבט תיאורטית, כוחה של תחנת כוח רוח מחושב על ידי הנוסחה:

N = p * S * V³/2,

איפה:

• ע - צפיפות מסות אוויר;
• ס - השטח המפוצץ הכולל של להבי המדחף;
• V - קצב זרימת אוויר;
• נ - קצב זרימת אוויר.

מכיוון ש- N הוא פרמטר המשפיע באופן דרמטי על כוחו של מחולל הרוח, ההספק האמיתי של המתקן יהיה קרוב לערך המחושב של N.

חישוב ברגי טורבינת הרוח

בעת תכנון טחנת רוח, משתמשים בדרך כלל בשני סוגים של ברגים:

• מכונף - סיבוב במישור האופקי;
• הרוטור של סבוניוס, הרוטור של דריה - סיבוב במישור אנכי.

ניתן לחשב את עיצוב הברגים עם סיבוב בכל אחד מהמטוסים באמצעות הנוסחה:

Z = L * W / 60 / V

איפה:

• ז - מידת המהירות (המהירות הנמוכה) של הבורג;
• ל - גודל האורך המתואר על ידי להבי המעגל;
• W - מהירות (תדר) של סיבוב הבורג;
• V - קצב זרימת אוויר.

על סמך נוסחה זו ניתן לחשב בקלות את מספר המהפכות W - מהירות הסיבוב.

זה העיצוב של הבורג שנקרא "דריה רוטור". גרסה זו של המדחף נחשבת ליעילה בייצור גנרטורים רוח בעלי כוח קטן וגודל. לחישוב הבורג יש כמה תכונות

יחס עבודה של סיבובים ומהירות הרוח ניתן למצוא בטבלאות הזמינות ברשת. לדוגמה, עבור בורג עם שני להבים ו- Z = 5, הקשר הבא נכון:

גם אחד האינדיקטורים החשובים של אבזר טורבינת רוח הוא צעד.

ניתן לקבוע פרמטר זה באמצעות הנוסחה:

H = 2πR * שיזוף α,

איפה:

• 2π - קבוע (2 * 3.14);
• ר - הרדיוס המתואר על ידי הלהב;
• tg α - זווית חתך.

מידע נוסף על בחירת צורתם ומספר הלהבים וכן הוראות לייצורם ניתנים ב מאמר זה.

מבחר גנרטורים לטחנות רוח

לאחר הערך המחושב של מהירות הסיבוב של הבורג (W) המתקבלת בשיטה לעיל, ניתן כבר לבחור (להפוך) את הגנרטור המקביל.

לדוגמא, כאשר דרגת המהירות Z = 5, מספר הלהבים שווה ל -2 ומהירות של 330 סל"ד. במהירות רוח של 8 מ '/ ש. הספק הגנרטור צריך להיות בערך 300 וואט.

מחולל של התקנת כוח רוח "בקטע".דוגמה מייצגת לאחד העיצובים האפשריים של גנרטור של מערכת כוח רוח ביתית, שהורכבה באופן עצמאי

בעזרת פרמטרים אלה המנוע המשמש לבניית אופניים חשמליים מודרניים יכול להיות בחירה מתאימה כגנרטור לחוות רוח ביתית. שמו המסורתי של החלק הוא מנוע מחזור (ייצור ה- PRC).

זה נראה כמו מנוע מחזור חשמלי, שעל בסיסו מוצע לייצר גנרטור לטורבינת רוח ביתית. העיצוב של מנוע המחזור אידיאלי ליישום כמעט ללא חישובים ושיפורים. עם זאת, כוחם קטן

המאפיינים של מנוע המחזור החשמלי הם כדלקמן:

מאפיין חיובי של מנועי מחזור הוא שהם למעשה לא צריכים לבצע מחדש. הם פותחו באופן קונסטרוקטיבי כמנועים חשמליים במהירות נמוכה וניתן להשתמש בהם בהצלחה עבור גנרטורים רוח.

להכין טחנת רוח, אתה יכול השתמש בגנרטור לרכב או לאסוף יחידת מכונת כביסה.

חישוב ובחירת בקר טעינה

בקר טעינת סוללה נדרש לכל סוג של התקנת חשמל לרוח, כולל קונסטרוקציה ביתית.

חישוב מכשיר זה מצטמצם לבחירת המעגל החשמלי של המכשיר, אשר יתאים לפרמטרים המחושבים של מערכת הרוח.

מבין הפרמטרים הללו, העיקריים הם:

• מתח וגודל מקסימאלי של הגנרטור;
• כוח הגנרטור המרבי האפשרי;
• זרם טעינת סוללה מקסימלי אפשרי;
• מתח סוללה;
• טמפרטורת הסביבה;
• רמת לחות סביבתית.

בהתבסס על הפרמטרים שהוצגו, הרכבה של בקר טעינה עשה זאת בעצמך או בחירת מכשיר מוגמר.

בקר טעינת סוללות המשמש כחלק מתחנת כוח רוח. מכשיר לייצור תעשייתי, שבוחר בו אתה צריך רק ללמוד בזהירות את המפרט הטכני לתיאום מדויק עם המערכת הקיימת

כמובן שרצוי לבחור (או להרכיב) מכשיר שהמעגלים שלו יספקו פונקציית התחלה קלה בזרימת האוויר החלש. גם בקר המיועד לשימוש עם סוללות במתח שונה (12, 24, 48 וולט).

לבסוף, בעת חישוב (בחירה) של מעגל הבקר, מומלץ לא לשכוח מהנוכחות של פונקציה כזו כמו בקרת מהפך.

בחירת סוללה למערכת

בפועל משתמשים בסוללות מסוגים שונים וכמעט כולם מתאימים לשימוש כחלק ממערכת אנרגיית רוח. אבל הבחירה הקונקרטית תצטרך להיעשות בכל מקרה. בהתאם לפרמטרים של מערכת טחנת הרוח, בחירת הסוללה מתבצעת על פי מתח, קיבולת, תנאי טעינה.

הרכיבים הקלאסיים לטחנות רוח ביתיות נחשבים לסוללות חומצות עופרת קלאסיות. הם הראו תוצאות טובות במובן המעשי. בנוסף, עלות סוללה מסוג זה מקובלת יותר בהשוואה לסוגים אחרים.

סוללות עופרת חומצות עופרת יומרות במיוחד לתנאי טעינה / פריקה, אך לא מקובל לכלול אותן במערכת ללא בקר.

אם יש בקר טעינה מיוצר באופן מקצועי בערכת מחוללי הרוח שיש לה מערכת אוטומציה מן המניין, נראה כי זה הגיוני להשתמש בסוללות AGM או בהליום.

גנרטור רוח ביתי. לא האפשרות הטובה ביותר, לאור הכאוס של החוטים ודרישות האחסון. במצב זה של אחסון אנרגיה, אי אפשר לסמוך על השפעתם לטווח הארוך.

שני סוגים של התקני אחסון אנרגיה מאופיינים ביעילות רבה יותר ובחיי שירות ארוכים, אך יש להם דרישות גבוהות לתנאי טעינה.

הדבר נכון גם לסוללות המשוריינות מהסוג הליום. אבל הבחירה של סוללות אלה עבור טחנת רוח ביתית מוגבלת באופן משמעותי על ידי המחיר. עם זאת, חיי הסוללות היקרות הללו הם הארוכים ביותר ביחס לכל הסוגים האחרים.

סוללות אלה נבדלות גם על ידי מחזור טעינה / פריקה משמעותי יותר, אך בכפוף לשימוש במטען איכותי.

חישוב המהפך לטורבינת רוח ביתית

יש לציין מיד: אם העיצוב של טורבינת רוח לאנרגיה ביתית מכילה סוללה אחת של 12 וולט, הגיוני להניח לחלוטין מהפך על מערכת כזו.

בממוצע, צריכת החשמל של הבית היא לפחות 4 קילוואט בעומסים שיא. מכאן המסקנה: מספר הסוללות להספק כזה צריך להיות לפחות 10 חלקים ועדיף תחת מתח של 24 וולט. למספר כזה של סוללות, כבר הגיוני להתקין מהפך.

עם זאת, על מנת לספק אנרגיה מלאה ל -10 סוללות עם מתח של 24 וואט כל אחד ולשמירה יציבה על טעינתן, תידרש טורבינת רוח בהספק של לפחות 2-3 קילוואט. ברור, עבור עיצובים פשוטים לבית, אי אפשר למשוך כוח כזה.

מהפך כוח קטן (600 וואט) שיכול לשמש להתקנת חשמל ביתית קטנה. אתה יכול להניע טלוויזיה או מקרר קטן מציוד כזה עם מתח של 220 וולט. אין מספיק זרם למנורות בנברשת

עם זאת, ניתן לחשב את כוח המהפך כדלקמן:

1. סיכמו את כוחם של כל הצרכנים.
2. קבע את זמן הצריכה.
3. קבע את העומס השיא.

לדוגמא קונקרטית זה ייראה כך.

שיהיו מכשירי חשמל ביתיים כעומס: פנסי תאורה - 3 יח '. 40 וואט כל אחד, מקלט טלוויזיה - 120 וואט, מקרר קומפקטי 200 וואט. נסכם את ההספק: 3 * 40 + 120 + 200 וקבל פלט של 440 וואט.

אנו קובעים את כוח הצרכנים לפרק זמן ממוצע של 4 שעות: 440 * 4 = 1760 וואט. בהתבסס על ערך ההספק המתקבל בהתאם לזמן הצריכה, נראה הגיוני לבחור מהפך מבין מכשירים כאלה עם הספק פלט של 2 קילוואט.

על סמך ערך זה מחושב מאפיין מתח הזרם של המכשיר הנדרש: 2000 * 0.6 = 1200 וולט / א.

התוכנית הקלאסית של רבייה והפצה של אנרגיה שהתקבלה מחולל רוח מסוג ביתי. עם זאת, על מנת לספק אנרגיה לטווח הארוך עם מספר כה גדול של מכשירים, יש צורך בהתקנה חזקה מספיק (+)

למעשה, העומס מבני הבית למשפחה של שלושה אנשים, שם יש ציוד מלא למכשירי חשמל ביתיים, יהיה גבוה מהמחושב בדוגמה. בדרך כלל, מבחינת זמן חיבור העומס, הפרמטר עולה על 4 שעות שנלקחו. בהתאם, המהפך של מערכת כוח הרוח ידרוש אחד חזק יותר.

חישוב ראשוני של טחנת הרוח מועיל לא רק להרכבה העצמאית. יש לקבוע את הפרמטרים האופטימליים מתי בחירת גנרטור רוח מוגמר.

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

כיצד מוצג הניתוח של נתוני המקור וכיצד מיישמים את הנוסחאות בסרטון:

בכל מקרה יש להשתמש בנתונים המחושבים. בין אם מדובר בתחנת כוח תעשייתית ובין שהיא מיוצרת לתנאי מחיה, החישוב של כל צומת נושא עימו תמיד את היעילות המרבית של המכשיר, והכי חשוב - את בטיחות התפעול.

חישובים מוכנים מראש קובעים את כדאיות הפרויקט, מסייעים לקבוע עד כמה הפרויקט יקר או חסכוני.

האם יש לך ניסיון בפתרון בעיות כאלה? או שיש לך שאלות בנושא? אנא שתפו את כישוריכם בחישוב ועיצוב גנרטור רוח. תוכלו להשאיר הערות ולשאול שאלות בטופס למטה.