Cum se calculează un generator eolian: formule + exemplu practic de calcul

Energia alternativă primită de la turbinele eoliene este de mare interes pentru societate. Există multe confirmări la acest nivel la practica reală a gospodăriei.

Proprietarii imobilelor suburbane construiesc mori de vânt cu propriile mâini și se mulțumesc cu rezultatul, deși efectul poate fi de scurtă durată. Motivul - în timpul asamblării, generatorul eolian nu a fost calculat corect.

De acord, nu aș dori să cheltuiesc timp și bani pentru proiect, pentru a obține o instalare ineficientă. Prin urmare, este important să înțelegem cum să calculăm generatorul eolian și după ce parametri să alegem principalele unități de lucru ale turbinei eoliene.

Articolul este dedicat soluției acestor întrebări. Partea teoretică a materialului este completată de exemple ilustrative și recomandări practice pentru montarea unui generator eolian.

Calculul unui generator eolian

De unde să începeți să calculați sistemul de reproducere a energiei electrice din energia eoliană? Având în vedere că vorbim despre un generator eolian, o analiză preliminară a vântului eolian într-o anumită zonă pare logică.

Parametrii de proiectare, cum ar fi viteza vântului și direcția sa caracteristică pentru un anumit teritoriu, sunt parametri importanți de proiectare. Acestea determină într-o oarecare măsură nivelul de putere a morii de vânt, care va fi realizabil.

Este dificil să ne imaginăm generatoare eoliene de o astfel de putere. Dar există modele similare și funcționează eficient. Cu toate acestea, calculele acestor structuri arată o putere relativ mică în comparație cu sursele tradiționale de energie.

Ceea ce este de remarcat, acest proces este de natură pe termen lung (cel puțin o lună), ceea ce este destul de evident. Este imposibil de calculat parametrii cei mai probabili ai vitezei vântului și direcția cea mai frecventă a acesteia cu una sau două măsurători.

Zeci de măsurători vor fi necesare. Cu toate acestea, această operațiune este într-adevăr necesară dacă există dorința de a construi un sistem productiv eficient.

Cum se calculează puterea unei mori de vânt

Generatoarele eoliene de uz casnic, în special cele realizate cu propriile mâini, nu au fost încă nevoite să surprindă oamenii cu putere mare. Este de înțeles. Nu trebuie decât să ne imaginăm un catarg masiv înălțimea de 8-10 m, echipat cu un generator cu o paletă de elice mai mare de 3 m. Și aceasta nu este cea mai puternică instalație. Doar aproximativ 2 kW.

Pentru a servi mori de vânt de o astfel de putere, se folosesc elicoptere și echipe de specialiști, care numără până la o duzină de persoane. Pentru a calcula o astfel de centrală electrică, este implicat un număr și mai mare de interpreți

În general, dacă vă bazați pe un tabel standard care arată raportul dintre puterea generatorului eolian și durata necesară a palelor rotorului, nu este nimic de surprins. Conform tabelului, este nevoie de o elică de 10 metri pentru o moară de vânt de 10 W.

Pentru o proiectare de 500 de watt va fi necesară o șurub cu un diametru de 14 m. În plus, parametrul de întindere a lamei depinde de numărul lor. Cu cât mai multe lame, cu atât este mai mică aria de aplicare.

Dar aceasta este doar o teorie, datorită vitezei vântului care nu depășește 4 m / s. În practică, totul este oarecum diferit, iar puterea instalațiilor interne care au fost în vigoare de mult timp nu a depășit niciodată 500 de wați.

Prin urmare, aici alegerea puterii este limitată la intervalul de 250-500 W cu o viteză medie a vântului de 6-8 m / s.

Tabel cu dependența puterii sistemului de energie eoliană de diametrul rotorului și numărul de lame. Acest tabel poate fi utilizat pentru calcule, dar ținând cont de compilarea sa pentru un parametru de viteză a vântului de până la 4 m / s (+)

Din punct de vedere teoretic, puterea unei centrale eoliene este calculată după formula:

N = p * S * V³/2,

în cazul în care:

• p - densitatea maselor de aer;
• S - suprafața totală suflată a palelor elicei;
• V - debitul de aer;
• N - debitul de aer.

Deoarece N este un parametru care afectează dramatic puterea generatorului eolian, puterea reală a instalației va fi aproape de valoarea calculată a lui N.

Calcularea șuruburilor turbinei eoliene

La proiectarea unei mori de vânt, de obicei se folosesc două tipuri de șuruburi:

• giruetă - rotirea în plan orizontal;
• Rotor Savonius, rotor Daria - rotirea într-un plan vertical.

Proiectarea șuruburilor cu rotire în oricare dintre planuri poate fi calculată folosind formula:

Z = L * W / 60 / V

în cazul în care:

• Z - gradul de viteză (viteză mică) a șurubului;
• L - dimensiunea lungimii descrise de lamele cercului;
• W - viteza (frecvența) de rotație a șurubului;
• V - debitul de aer.

Pe baza acestei formule, se poate calcula cu ușurință numărul de rotații W - viteza de rotație.

Acesta este designul șurubului numit "Daria Rotor". Această versiune a elicei este considerată eficientă la fabricarea generatoarelor eoliene de putere și dimensiuni reduse. Calculul șurubului are câteva caracteristici

Un raport de lucru al revoluțiilor și al vitezei vântului poate fi găsit în tabelele disponibile în rețea. De exemplu, pentru un șurub cu două lame și Z = 5, următoarea relație este adevărată:

Unul dintre indicatorii importanți ai unui propulsor pentru o turbină eoliană este un pas.

Acest parametru poate fi determinat folosind formula:

H = 2πR * bronzat α,

în cazul în care:

• 2π - constantă (2 * 3,14);
• R - raza descrisă de lamă;
• tg α - unghiul secțiunii.

Informații suplimentare despre alegerea formei și a numărului de lame, precum și instrucțiuni pentru fabricarea lor sunt prezentate acest articol.

Selectarea generatoarelor pentru mori de vânt

Având valoarea calculată a vitezei de rotație a șurubului (W) obținută prin metoda de mai sus, este deja posibil să selectați (faceți) generatorul corespunzător.

De exemplu, atunci când gradul de viteză Z = 5, numărul de lame este egal cu 2 și o viteză de 330 rpm. La o viteză a vântului de 8 m / s. puterea generatorului trebuie să fie de aproximativ 300 wați.

Generator al unei instalații eoliene "în secțiune".Un exemplu reprezentativ al unuia dintre posibilele proiectări ale unui generator al unui sistem eolian de acasă, asamblat independent

Cu acești parametri, motorul folosit la construcția bicicletelor electrice moderne poate fi o alegere potrivită ca generator pentru un parc eolian casnic. Denumirea tradițională a piesei este un motor cu bicicleta (producția de RPC).

Pare un motor cu ciclu electric, pe baza căruia se propune realizarea unui generator pentru o turbină eoliană. Proiectarea motorului cu bicicleta este ideală pentru implementare fără practic calcule și îmbunătățiri. Cu toate acestea, puterea lor este mică

Caracteristicile motorului cu ciclu electric sunt aproximativ următoarele:

O caracteristică pozitivă a motoarelor cu ciclu este aceea că practic nu este nevoie să fie refăcute. Au fost dezvoltate constructiv ca motoare electrice cu viteză mică și pot fi utilizate cu succes pentru generatoarele eoliene.

Pentru a face o moară de vânt, puteți folosiți generator auto sau colecta unitate de mașini de spălat.

Calculul și alegerea controlerului de încărcare

Un controler de încărcare a bateriei este necesar pentru orice tip de instalație eoliană, inclusiv pentru o construcție casnică.

Calculul acestui dispozitiv se reduce la selectarea circuitului electric al dispozitivului, ceea ce ar corespunde parametrilor calculați ai sistemului eolian.

Dintre acești parametri, principalii sunt:

• tensiunea nominală și maximă a generatorului;
• puterea maximă a generatorului;
• maxim de curent posibil de încărcare a bateriei;
• tensiunea bateriei;
• temperatura mediului;
• nivelul de umiditate a mediului.

Pe baza parametrilor prezentați, ansamblu controler sarcină faceți-vă singuri sau selectarea unui dispozitiv finalizat.

Controler de încărcare a bateriei utilizat ca parte a unei centrale eoliene. Un dispozitiv de fabricație industrială, alegând pe care trebuie să studiați cu atenție specificațiile tehnice pentru coordonarea exactă cu sistemul existent

Desigur, este de dorit să selectați (sau să asamblați) un dispozitiv al cărui circuit ar asigura o funcție de pornire ușoară în fluxul de fluxuri de aer slabe. Un controler conceput pentru utilizare cu baterii de tensiuni diferite (12, 24, 48 volți) este, de asemenea, binevenit.

În cele din urmă, atunci când calculați (selectați) circuitul controlerului, se recomandă să nu uitați de prezența unei astfel de funcții precum controlul invertorului.

Selectarea bateriei pentru sistem

În practică, se folosesc diferite tipuri de baterii și aproape toate sunt destul de potrivite pentru utilizare ca parte a unui sistem de energie eoliană. Dar alegerea concretă va trebui să fie oricum făcută. În funcție de parametrii sistemului de vânt, selectarea bateriei se efectuează în funcție de tensiune, capacitate, condiții de încărcare.

Componentele clasice pentru mori de vânt de casă sunt considerate baterii clasice cu acid plumb. Au arătat rezultate bune în sens practic. În plus, costul acestui tip de baterie este mai acceptabil în comparație cu alte tipuri.

Bateriile cu plumb sunt deosebit de lipsite de atenție în ceea ce privește condițiile de încărcare / descărcare, dar este inacceptabil să le includem în sistem fără un controler.

Dacă în setul generatorului eolian există un regulator de încărcare făcut profesional care are un sistem de automatizare complet, pare rațional să folosiți baterii AGM sau heliu.

Generator eolian pentru baterii. Nu este cea mai bună opțiune, având în vedere haosul firelor și a cerințelor de stocare. Cu această stare de stocare a energiei, nu se poate conta pe efectul lor pe termen lung.

Ambele tipuri de dispozitive de stocare a energiei se caracterizează printr-o eficiență mai mare și o durată de viață lungă, dar au cerințe ridicate pentru condițiile de încărcare.

Același lucru este valabil și pentru așa-numitele baterii blindate de tip heliu. Dar alegerea acestor baterii pentru o moară de vânt pentru casă este limitată semnificativ de preț. Cu toate acestea, durata de viață a acestor baterii scumpe este cea mai lungă în raport cu toate celelalte tipuri.

Aceste baterii se disting, de asemenea, printr-un ciclu de încărcare / descărcare mai semnificativ, dar sub rezerva utilizării unui încărcător de înaltă calitate.

Calculul invertorului pentru o turbină eoliană

Trebuie menționat imediat: dacă proiectarea unei turbine eoliene pentru energie acasă conține o baterie de 12 volți, are sens să puneți un invertor pe un astfel de sistem complet.

În medie, consumul de energie pentru gospodărie este de cel puțin 4 kW la sarcinile maxime. De aici concluzia: numărul de baterii pentru o astfel de putere ar trebui să fie de cel puțin 10 bucăți și, de preferință, sub o tensiune de 24 de volți. Pentru un astfel de număr de baterii, are deja sens să instalați un invertor.

Cu toate acestea, pentru a oferi energie completă la 10 baterii cu o tensiune de 24 W fiecare și pentru a-și menține stabil încărcarea, va fi necesară o turbină eoliană cu o putere de cel puțin 2-3 kW. Evident, pentru modele simple de uz casnic, o astfel de putere nu poate fi trasă.

Un mic invertor de putere (600 W) care poate fi folosit pentru o instalație mică de alimentare la domiciliu. Puteți alimenta un televizor sau un frigider mic de la un astfel de echipament cu o tensiune de 220 volți. Nu există suficient curent pentru lămpile din candelabru

Cu toate acestea, puterea invertorului poate fi calculată după cum urmează:

1. Rezumă puterea tuturor consumatorilor.
2. Determinați timpul de consum.
3. Determinați sarcina de vârf.

Pentru un exemplu concret, va arăta astfel.

Lăsați să existe aparate de uz casnic ca sarcină: lămpi de iluminat - 3 buc. 40 W fiecare, receptor de televiziune - 120 W, frigider compact 200 W. Rezumăm puterea: 3 * 40 + 120 + 200 și obținem o ieșire de 440 de wați.

Determinăm puterea consumatorilor pentru o perioadă medie de timp de 4 ore: 440 * 4 = 1760 wați. Pe baza valorii de putere obținute în funcție de momentul consumului, pare logic să selectăm un invertor dintre astfel de dispozitive cu o putere de ieșire de 2 kW.

Pe baza acestei valori, se calculează caracteristica de tensiune curentă a dispozitivului necesar: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Schema clasică de reproducere și distribuție a energiei primite de la un generator eolian de tip gospodărie. Cu toate acestea, pentru a oferi energie pe termen lung cu un astfel de număr de dispozitive, este necesară o instalare suficient de puternică (+)

De fapt, încărcătura din gospodărie pentru o familie de trei persoane, unde există echipament complet pentru electrocasnice, va fi mai mare decât se calculează în exemplu. De obicei, în ceea ce privește timpul de conectare la sarcină, parametrul depășește 4 ore efectuate. În consecință, invertorul sistemului eolian va necesita unul mai puternic.

Calculul preliminar al morii de vânt este util nu numai pentru asamblarea sa independentă. Este necesar să se determine parametrii optimi când alegerea unui generator eolian finalizat.

Concluzii și video util pe această temă

Cum se prezintă analiza datelor sursă și modul în care sunt aplicate formulele:

În orice caz, este necesară utilizarea datelor calculate. Fie că este o centrală industrială sau este fabricată pentru condiții de viață, calculul fiecărui nod poartă întotdeauna eficiența maximă a dispozitivului și, cel mai important, siguranța în funcționare.

Calculele pre-făcute determină fezabilitatea proiectului, ajută la stabilirea cât de costisitor sau economic este proiectul.

Aveți experiență în rezolvarea unor astfel de probleme? Sau aveți întrebări despre subiect? Vă rugăm să vă împărtășiți abilitățile dvs. în calculul și proiectarea unui generator eolian. Puteți lăsa comentarii și pune întrebări în formularul de mai jos.