Jak obliczyć generator wiatru: wzory + praktyczny przykład obliczeń

Energia alternatywna otrzymywana z turbin wiatrowych cieszy się dużym zainteresowaniem społeczeństwa. Istnieje wiele potwierdzeń tego na poziomie prawdziwej praktyki domowej.

Właściciele podmiejskich nieruchomości budują wiatraki własnymi rękami i są zadowoleni z rezultatu, chociaż efekt może być krótkotrwały. Powód - podczas montażu generator wiatru nie został poprawnie obliczony.

Zgadzam się, nie chciałbym tracić czasu i pieniędzy na projekt, aby uzyskać nieefektywną instalację. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć, jak obliczyć generator wiatru i jakie parametry wybrać główne jednostki robocze turbiny wiatrowej.

Artykuł poświęcony jest rozwiązaniu tych pytań. Część teoretyczną materiału uzupełniają ilustrujące przykłady i praktyczne zalecenia dotyczące montażu generatora wiatrowego.

Obliczanie generatora wiatrowego

Od czego zacząć obliczanie systemu reprodukcji energii elektrycznej z energii wiatru? Biorąc pod uwagę, że mówimy o generatorze wiatru, wstępna analiza róży wiatrów w danym obszarze wydaje się logiczna.

Ważnymi parametrami projektowymi są parametry projektowe, takie jak prędkość wiatru i jego charakterystyczny kierunek dla danego terytorium. W pewnym stopniu określają poziom mocy wiatraka, który będzie możliwy do osiągnięcia.

Trudno wyobrazić sobie generatory wiatrowe o takiej mocy. Ale podobne projekty istnieją i działają skutecznie. Jednak obliczenia takich struktur wykazują stosunkowo małą moc w porównaniu do tradycyjnych źródeł energii.

Co godne uwagi, proces ten ma charakter długoterminowy (co najmniej 1 miesiąc), co jest dość oczywiste. Niemożliwe jest obliczenie najbardziej prawdopodobnych parametrów prędkości wiatru i jego najczęstszego kierunku za pomocą jednego lub dwóch pomiarów.

Wymagane będą dziesiątki pomiarów. Niemniej jednak ta operacja jest naprawdę konieczna, jeśli istnieje potrzeba zbudowania skutecznego systemu produkcyjnego.

Jak obliczyć moc wiatraka

Domowe generatory wiatrowe, zwłaszcza wytwarzane własnymi rękami, nie musiały jeszcze zaskakiwać ludzi dużą mocą. To zrozumiałe. Wystarczy sobie wyobrazić ogromny maszt o wysokości 8-10 m, wyposażony w generator z rozpiętością łopat śmigła powyżej 3 m. I nie jest to najmocniejsza instalacja. Tylko około 2 kW.

Do obsługi wiatraków o takiej mocy wykorzystywane są helikoptery i zespoły specjalistów liczące nawet kilkanaście osób. Do obliczenia takiej elektrowni zaangażowana jest jeszcze większa liczba wykonawców

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli polegasz na standardowej tabeli pokazującej stosunek mocy generatora wiatrowego i wymaganej rozpiętości łopat wirnika, nie ma się co dziwić. Zgodnie z tabelą dla wiatraka o mocy 10 W wymagane jest 10-metrowe śmigło.

Do konstrukcji o mocy 500 W. wymagana będzie śruba o średnicy 14 m. Ponadto parametr rozpiętości ostrza zależy od ich liczby. Im więcej ostrzy, tym mniejszy zakres.

Ale to tylko teoria, ze względu na prędkość wiatru nieprzekraczającą 4 m / s. W praktyce wszystko jest nieco inne, a moc domowych instalacji, które działały przez długi czas, nigdy nie przekroczyła 500 watów.

Dlatego wybór mocy tutaj jest zwykle ograniczony do zakresu 250-500 W przy średniej prędkości wiatru 6-8 m / s.

Tabela zależności mocy systemu energii wiatru od średnicy wirnika i liczby łopat. Tabeli tej można użyć do obliczeń, ale uwzględniając jej kompilację dla parametru prędkości wiatru do 4 m / s (+)

Z teoretycznego punktu widzenia moc elektrowni wiatrowej oblicza się według wzoru:

N = p * S * V³/2,

gdzie:

• p - gęstość mas powietrza;
• S. - całkowita powierzchnia rozdmuchu łopat śmigła;
• V. - natężenie przepływu powietrza;
• N. - natężenie przepływu powietrza.

Ponieważ N jest parametrem, który dramatycznie wpływa na moc generatora wiatrowego, rzeczywista moc instalacji będzie zbliżona do obliczonej wartości N.

Obliczanie śrub turbin wiatrowych

Podczas projektowania wiatraka zwykle stosuje się dwa rodzaje śrub:

• skrzydlaty - obrót w płaszczyźnie poziomej;
• Rotor Savonius, rotor Daria - obrót w płaszczyźnie pionowej.

Projekt śrub z obrotem w dowolnej płaszczyźnie można obliczyć za pomocą wzoru:

Z = L * W / 60 / V

gdzie:

• Z - stopień prędkości (niska prędkość) śruby;
• L. - długość koła opisanego przez ostrza;
• W. - prędkość (częstotliwość) obrotu śruby;
• V. - natężenie przepływu powietrza.

W oparciu o ten wzór można łatwo obliczyć liczbę obrotów W - prędkość obrotową.

Jest to konstrukcja śruby o nazwie „Daria Rotor”. Ta wersja śmigła jest uważana za skuteczną w produkcji generatorów wiatrowych o małej mocy i rozmiarze. Obliczenie śruby ma pewne cechy

Współczynnik roboczy obrotów i prędkości wiatru można znaleźć w tabelach dostępnych w sieci. Na przykład w przypadku śruby z dwoma ostrzami i Z = 5 obowiązuje następująca zależność:

Jednym z ważnych wskaźników śmigła turbiny wiatrowej jest również krok.

Ten parametr można określić za pomocą wzoru:

H = 2πR * tan α,

gdzie:

• 2π - stała (2 * 3,14);
• R - promień opisany przez ostrze;
• tg α - kąt przekroju.

Dodatkowe informacje na temat wyboru kształtu i liczby ostrzy, a także instrukcje dotyczące ich produkcji znajdują się w ten artykuł.

Wybór generatorów dla wiatraków

Mając obliczoną wartość prędkości obrotowej śruby (W) uzyskaną powyższą metodą, można już wybrać (wykonać) odpowiedni generator.

Na przykład, gdy stopień prędkości Z = 5, liczba łopat równa się 2 i prędkości 330 obr / min. Przy prędkości wiatru 8 m / s. moc generatora powinna wynosić około 300 watów.

Generator instalacji wiatrowej „w sekcji”.Reprezentatywny przykład jednego z możliwych projektów generatora domowego systemu energetyki wiatrowej, montowanego niezależnie

Dzięki tym parametrom silnik stosowany w budowie nowoczesnych rowerów elektrycznych może być odpowiednim wyborem jako generator dla farmy wiatrowej w gospodarstwie domowym. Tradycyjna nazwa części to silnik rowerowy (produkcja ChRL).

Wygląda jak elektryczny silnik rowerowy, na podstawie którego proponuje się wykonanie generatora dla domowej turbiny wiatrowej. Konstrukcja silnika rowerowego jest idealna do wdrożenia praktycznie bez obliczeń i ulepszeń. Ich moc jest jednak niewielka

Charakterystyka elektrycznego silnika rowerowego jest w przybliżeniu następująca:

Zaletą silników rowerowych jest to, że praktycznie nie trzeba ich przerabiać. Zostały one konstrukcyjnie opracowane jako silniki elektryczne o niskiej prędkości i mogą być z powodzeniem stosowane w generatorach wiatrowych.

Aby zrobić wiatrak, możesz użyj generatora samochodowego lub odbierz pralka.

Obliczanie i wybór kontrolera ładowania

Kontroler ładowania akumulatora jest wymagany w przypadku każdego rodzaju instalacji wiatrowej, w tym w budownictwie domowym.

Obliczenia tego urządzenia sprowadzają się do wyboru obwodu elektrycznego urządzenia, który odpowiadałby obliczonym parametrom układu wiatrowego.

Spośród tych parametrów głównymi są:

• napięcie znamionowe i maksymalne generatora;
• maksymalna możliwa moc generatora;
• maksymalny możliwy prąd ładowania akumulatora;
• napięcie akumulatora;
• temperatura otoczenia;
• poziom wilgotności otoczenia.

Na podstawie przedstawionych parametrów zespół kontrolera ładowania zrób to sam lub wybierz gotowe urządzenie.

Kontroler ładowania baterii stosowany jako część elektrowni wiatrowej. Przemysłowe urządzenie produkcyjne, wybierające, które należy dokładnie przestudiować specyfikacje techniczne w celu dokładnej koordynacji z istniejącym systemem

Oczywiście pożądane jest wybranie (lub złożenie) urządzenia, którego zespół obwodów zapewniłby funkcję łatwego rozruchu w przepływie słabych przepływów powietrza. Mile widziane są również kontrolery zaprojektowane do użytku z akumulatorami o różnych napięciach (12, 24, 48 woltów).

Wreszcie przy obliczaniu (wyborze) obwodu sterownika zaleca się nie zapominać o obecności takiej funkcji, jak sterowanie falownikiem.

Wybór baterii dla systemu

W praktyce stosuje się różne rodzaje akumulatorów i prawie wszystkie nadają się do stosowania jako część systemu energii wiatrowej. Ale i tak trzeba będzie dokonać konkretnego wyboru. W zależności od parametrów systemu wiatraka, wybór akumulatora odbywa się zgodnie z napięciem, pojemnością, warunkami ładowania.

Klasyczne komponenty do wiatraków domowych są uważane za klasyczne akumulatory kwasowo-ołowiowe. Wykazały dobre wyniki w sensie praktycznym. Ponadto koszt tego rodzaju baterii jest bardziej akceptowalny w porównaniu do innych typów.

Akumulatory ołowiowo-kwasowe są szczególnie bezpretensjonalne dla warunków ładowania / rozładowania, ale niedopuszczalne jest umieszczanie ich w systemie bez sterownika.

Jeśli w generatorze wiatrowym znajduje się profesjonalnie wykonany kontroler ładowania, który ma pełnoprawny system automatyki, rozsądne wydaje się stosowanie AGM lub baterii helowych.

Akumulatorowy generator wiatrowy do domu. Nie jest to najlepsza opcja, biorąc pod uwagę chaos przewodów i wymagania dotyczące przechowywania. Przy takim stanie magazynowania energii nie można liczyć na ich długoterminowy efekt.

Oba typy urządzeń do magazynowania energii charakteryzują się większą wydajnością i długą żywotnością, ale mają wysokie wymagania dotyczące warunków ładowania.

To samo dotyczy tak zwanych baterii pancernych typu helu. Ale wybór tych baterii do wiatraka domowego jest znacznie ograniczony przez cenę. Jednak żywotność tych drogich akumulatorów jest najdłuższa w porównaniu do wszystkich innych typów.

Akumulatory te wyróżniają się również bardziej znaczącym cyklem ładowania / rozładowania, ale pod warunkiem użycia wysokiej jakości ładowarki.

Obliczanie falownika dla domowej turbiny wiatrowej

Należy od razu zauważyć: jeśli konstrukcja domowej turbiny wiatrowej zawiera jedną baterię 12 woltów, sensowne jest całkowite zainstalowanie falownika w takim systemie.

Średnio zużycie energii w gospodarstwie domowym wynosi co najmniej 4 kW przy szczytowym obciążeniu. Stąd wniosek: liczba akumulatorów o takiej mocy powinna wynosić co najmniej 10 sztuk, a najlepiej pod napięciem 24 woltów. W przypadku takiej liczby akumulatorów sensowne jest już zainstalowanie falownika.

Jednak w celu zapewnienia pełnej energii 10 akumulatorom o napięciu 24 W każdy i stabilnego utrzymania ich ładunku wymagana będzie turbina wiatrowa o mocy co najmniej 2-3 kW. Oczywiście w przypadku prostych projektów domowych takiej mocy nie można wyciągnąć.

Mały falownik (600 W), którego można użyć do małej domowej instalacji elektrycznej. Możesz zasilać telewizor lub małą lodówkę z takiego sprzętu o napięciu 220 woltów. Za mało prądu na lampy w żyrandolu

Moc falownika można jednak obliczyć w następujący sposób:

1. Podsumuj moc wszystkich konsumentów.
2. Określ czas zużycia.
3. Określ obciążenie szczytowe.

Na konkretny przykład będzie to wyglądać tak.

Niech będą ładunki gospodarstwa domowego: lampy oświetleniowe - 3 szt. 40 W każdy, odbiornik telewizyjny - 120 W, kompaktowa lodówka 200 W. Podsumowujemy moc: 3 * 40 + 120 + 200 i otrzymujemy 440 watów mocy.

Moc konsumentów określamy na średni okres 4 godzin: 440 * 4 = 1760 watów. Na podstawie uzyskanej wartości mocy stosownie do czasu zużycia logiczne wydaje się wybranie falownika spośród takich urządzeń o mocy wyjściowej 2 kW.

Na podstawie tej wartości obliczana jest charakterystyka prądowo-napięciowa wymaganego urządzenia: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Klasyczny schemat odtwarzania i dystrybucji energii otrzymywanej z generatora wiatrowego typu domowego. Jednak w celu zapewnienia długoterminowej energii przy takiej liczbie urządzeń potrzebna jest wystarczająco mocna instalacja (+)

W rzeczywistości obciążenie z gospodarstwa domowego dla trzyosobowej rodziny, w której znajduje się pełne wyposażenie do urządzeń gospodarstwa domowego, będzie wyższe niż obliczone w przykładzie. Zwykle pod względem czasu podłączenia obciążenia parametr przekracza 4 godziny. Odpowiednio falownik systemu energii wiatrowej będzie wymagał mocniejszego.

Wstępne obliczenia wiatraka są przydatne nie tylko do jego niezależnego montażu. Kiedy należy określić optymalne parametry wybór gotowego generatora wiatrowego.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jak analiza danych źródłowych i jak stosowane są formuły, jest prezentowana na wideo:

W każdym przypadku konieczne jest wykorzystanie obliczonych danych. Niezależnie od tego, czy jest to elektrownia przemysłowa, czy wyprodukowana do warunków życia, obliczenia każdego węzła zawsze pociągają za sobą maksymalną wydajność urządzenia i, co najważniejsze, bezpieczeństwo pracy.

Wstępnie wykonane obliczenia określają wykonalność projektu, pomagają ustalić, jak kosztowny lub ekonomiczny jest projekt.

Masz doświadczenie w rozwiązywaniu takich problemów? Lub masz pytania na ten temat? Podziel się swoimi umiejętnościami w zakresie obliczania i projektowania generatora wiatrowego. Możesz zostawić komentarz i zadać pytanie w poniższym formularzu.