Ako vypočítať generátor vetra: vzorce + praktický príklad výpočtu

Alternatívna energia získaná z veterných turbín je v spoločnosti veľmi zaujímavá. Existuje veľa potvrdení na úrovni skutočnej praxe v domácnosti.

Majitelia prímestskej nehnuteľnosti stavajú veterné mlyny vlastnými rukami a sú spokojní s výsledkom, hoci tento účinok môže byť krátkodobý. Dôvod - počas montáže nebol generátor vetra vypočítaný správne.

Súhlasím, že by som nechcel tráviť čas a peniaze na projekte, aby som získal neefektívnu inštaláciu. Preto je dôležité pochopiť, ako vypočítať generátor vetra a aké parametre zvoliť hlavné pracovné jednotky veternej turbíny.

Článok je venovaný riešeniu týchto otázok. Teoretická časť materiálu je doplnená ilustratívnymi príkladmi a praktickými odporúčaniami na zostavenie veterného generátora.

Výpočet veterného generátora

Kde začať s výpočtom systému reprodukcie elektriny z veternej energie? Vzhľadom na to, že hovoríme o veternom generátore, predbežná analýza veternej ružice v určitej oblasti sa zdá byť logická.

Konštrukčné parametre, ako napríklad rýchlosť vetra a jeho charakteristický smer pre dané územie, sú dôležitými konštrukčnými parametrami. Do určitej miery určujú úroveň výkonu veterného mlyna, ktorá bude dosiahnuteľná.

Je ťažké predstaviť si veterné generátory takejto energie. Ale podobné návrhy existujú a fungujú efektívne. Výpočty takýchto štruktúr však ukazujú relatívne malú silu v porovnaní s tradičnými zdrojmi energie.

Je pozoruhodné, že tento proces je dlhodobého charakteru (najmenej 1 mesiac), čo je celkom zrejmé. Nie je možné vypočítať najpravdepodobnejšie parametre rýchlosti vetra a jeho najčastejší smer jedným alebo dvoma meraniami.

Vyžadujú sa desiatky meraní. Táto operácia je napriek tomu nevyhnutná, ak existuje potreba vybudovať efektívny produktívny systém.

Ako vypočítať silu veterného mlyna

Domáce veterné generátory, najmä tie, ktoré boli vyrobené vlastnými rukami, ešte nemuseli ľudí s vysokou silou prekvapiť. Je to pochopiteľné. Človek si musí len predstaviť masívny stožiar vysoký 8 - 10 m, vybavený generátorom s rozpätím lopatiek vrtule viac ako 3 m. Toto nie je najvýkonnejšia inštalácia. Iba asi 2 kW.

Na údržbu veterných mlynov s takouto energiou sa používajú vrtuľníky a tímy špecialistov, ktorých počet je až tucet. Na výpočet takejto elektrárne sa podieľa ešte väčší počet výkonných umelcov

Všeobecne platí, že ak sa spoliehate na štandardnú tabuľku ukazujúcu pomer výkonu generátora vetra a požadované rozpätie lopatiek rotora, nič neprekvapuje. Podľa tabuľky je pre 10 W veterný mlyn potrebná vrtuľa 10 metrov.

Na konštrukciu 500 W sa bude vyžadovať skrutka s priemerom 14 m. Parameter rozpätia čepele navyše závisí od ich počtu. Čím viac čepelí, tým menší je rozsah.

Je to však iba teória, pretože rýchlosť vetra nepresahuje 4 m / s. V praxi je všetko trochu iné a výkon domácich inštalácií, ktoré boli v platnosti už dlho, nikdy neprekročil 500 wattov.

Preto je výber sily tu obvykle obmedzený na rozsah 250 - 500 W s priemernou rýchlosťou vetra 6 - 8 m / s.

Tabuľka závislosti výkonu systému veternej energie od priemeru rotora a počtu lopatiek. Táto tabuľka sa môže použiť na výpočty, ale s prihliadnutím na jej zostavenie pre parameter rýchlosti vetra až 4 m / s (+)

Z teoretického hľadiska sa energia veternej elektrárne vypočíta podľa vzorca:

N = p * S * V³/2,

kde:

• p - hustota vzduchových hmôt;
• S - celková fúkaná plocha listov vrtule;
• V - prietok vzduchu;
• N - prietok vzduchu.

Pretože N je parameter, ktorý dramaticky ovplyvňuje výkon veterného generátora, skutočný výkon zariadenia sa bude blížiť vypočítanej hodnote N.

Výpočet skrutiek veterných turbín

Pri navrhovaní veterného mlyna sa zvyčajne používajú dva typy skrutiek:

• veterník - rotácia v horizontálnej rovine;
• Savonius rotor, Daria rotor - rotácia vo vertikálnej rovine.

Konštrukcia skrutiek s rotáciou v ktorejkoľvek z rovín sa môže vypočítať pomocou vzorca:

Z = L * W / 60 / V

kde:

• Z - stupeň rýchlosti (nízka rýchlosť) skrutky;
• L - veľkosť dĺžky opísanej čepeľami kruhu;
• W - rýchlosť (frekvencia) otáčania skrutky;
• V - prietok vzduchu.

Na základe tohto vzorca je možné ľahko vypočítať počet otáčok W - rýchlosť otáčania.

Toto je konštrukcia skrutky s názvom „Daria Rotor“. Táto verzia vrtule sa považuje za účinnú pri výrobe veterných generátorov s malým výkonom a veľkosťou. Výpočet skrutky má niektoré vlastnosti

Pracovný pomer otáčok a rýchlosti vetra nájdete v tabuľkách dostupných v sieti. Napríklad pre skrutku s dvoma čepeľami a Z = 5 platí tento vzťah:

Krokom je aj jeden z dôležitých ukazovateľov vrtule veternej turbíny.

Tento parameter je možné určiť pomocou vzorca:

H = 2πR * tan a,

kde:

• 2π - konštanta (2 x 3,14);
• R - polomer opísaný čepeľou;
• tg a - uhol prierezu.

Ďalšie informácie o výbere tvaru a počte čepelí, ako aj pokyny na ich výrobu sú uvedené v tento článok.

Výber generátorov pre veterné mlyny

Po vypočítanej hodnote rýchlosti rotora (W) získanej vyššie uvedeným spôsobom je už možné zvoliť (vyrobiť) vhodný generátor.

Napríklad, keď stupeň rýchlosti Z = 5, počet lopatiek sa rovná 2 a rýchlosť 330 ot./min. Pri rýchlosti vetra 8 m / s. výkon generátora by mal byť približne 300 wattov.

Generátor veternej elektrárne "v oddiele".Reprezentatívny príklad jedného z možných návrhov generátora domáceho veterného energetického systému zostaveného nezávisle

S týmito parametrami môže byť motor, ktorý sa používa pri konštrukcii moderných elektrických bicyklov, vhodnou voľbou ako generátor pre domácu veternú farmu. Tradičný názov tejto časti je motocyklový motor (výroba ČĽR).

Vyzerá to ako motor s elektrickým cyklom, na základe ktorého sa navrhuje vytvoriť generátor pre domácu veternú turbínu. Konštrukcia cyklu motora je ideálna na implementáciu bez akýchkoľvek výpočtov a vylepšení. Ich sila je však malá

Charakteristiky motora s elektrickým cyklom sú približne tieto:

Pozitívnou vlastnosťou cyklových motorov je to, že prakticky nemusia byť prepracované. Konštrukčne boli vyvinuté ako nízkorychlostné elektrické motory a dajú sa úspešne použiť pre veterné generátory.

Ak chcete urobiť veterný mlyn, môžete použiť generátor automobilov alebo zbierať práčka.

Výpočet a výber regulátora náboja

Ovládač nabíjania batérie je potrebný pre všetky typy veterných elektrární, vrátane domácej konštrukcie.

Výpočet tohto zariadenia sa obmedzuje na výber elektrického obvodu zariadenia, ktorý by zodpovedal vypočítaným parametrom veterného systému.

Medzi tieto hlavné parametre patria:

• menovité a maximálne napätie generátora;
• maximálny možný výkon generátora;
• maximálny možný nabíjací prúd batérie;
• napätie batérie;
• teplota okolia;
• úroveň vlhkosti prostredia.

Na základe predložených parametrov zostava regulátora náboja urobte to sami alebo výber hotového zariadenia.

Ovládač nabíjania batérie používaný ako súčasť veternej elektrárne. Priemyselné výrobné zariadenie, ktoré si vyžaduje len dôkladné preštudovanie technických špecifikácií pre presnú koordináciu s existujúcim systémom

Samozrejme je žiaduce vybrať (alebo zostaviť) zariadenie, ktorého obvody by poskytovali funkciu ľahkého štartu v prúde slabých prúdov vzduchu. Vítaný je tiež ovládač navrhnutý na použitie s batériami s rôznym napätím (12, 24, 48 V).

Nakoniec sa pri výpočte (výbere) obvodu regulátora nezabúda na prítomnosť takej funkcie, ako je riadenie meniča.

Výber batérie pre systém

V praxi sa používajú rôzne typy batérií a takmer všetky sú celkom vhodné na použitie ako súčasť systému veternej energie. Konkrétna voľba však bude musieť byť urobená. V závislosti od parametrov veterného systému sa výber batérie vykonáva podľa napätia, kapacity, podmienok nabíjania.

Klasické komponenty pre domáce veterné mlyny sa považujú za klasické olovené akumulátory. V praktickom zmysle ukázali dobré výsledky. Cena tohto typu batérie je navyše prijateľnejšia v porovnaní s inými typmi.

Olovené batérie sú zvlášť nenáročné na podmienky nabíjania / vybíjania, je však neprijateľné ich zahrnúť do systému bez ovládača.

Ak je v súprave generátora vetra profesionálne vyrobený regulátor nabíjania, ktorý má plnohodnotný automatizačný systém, zdá sa racionálne používať AGM alebo héliové batérie.

Generátor domáceho vetra s batériou. Vzhľadom na chaos káblov a požiadavky na ukladanie nie je to najlepšia voľba. Pri tomto stave ukladania energie nemožno počítať s ich dlhodobým účinkom.

Oba typy zásobníkov energie sa vyznačujú vyššou účinnosťou a dlhou životnosťou, ale majú vysoké požiadavky na podmienky nabíjania.

To isté platí pre tzv. Pancierové batérie typu hélium. Výber týchto batérií pre veterný mlyn pre domácnosť je však výrazne obmedzený cenou. Životnosť týchto drahých batérií je však najdlhšia v porovnaní so všetkými ostatnými typmi.

Tieto batérie sa vyznačujú výraznejším cyklom nabíjania / vybíjania, ale podliehajú použitiu vysokokvalitnej nabíjačky.

Výpočet meniča pre domácu veternú turbínu

Okamžite treba poznamenať: ak konštrukcia veternej turbíny s domácou energiou obsahuje jednu 12-voltovú batériu, má zmysel umiestniť invertor na taký systém úplne.

Spotreba energie v domácnosti pri priemernom zaťažení je v priemere najmenej 4 kW. Záver: počet batérií na takúto energiu by mal byť najmenej 10 kusov a pokiaľ možno pod napätím 24 voltov. Pre taký počet batérií už má zmysel inštalovať menič.

Avšak na zabezpečenie úplnej energie pre 10 batérií s napätím 24 W a na stabilné udržanie ich nabíjania bude potrebná veterná turbína s výkonom najmenej 2 až 3 kW. Je zrejmé, že v prípade jednoduchých vzorov pre domácnosť nie je možné takúto silu vytiahnuť.

Malý výkonový menič (600 W), ktorý sa dá použiť na malú domácu inštaláciu. Z týchto zariadení môžete napájať televízor alebo malú chladničku s napätím 220 voltov. V lustre nie je dostatok lámp pre žiarovky

Výkon meniča sa však dá vypočítať takto:

1. Zhrňte silu všetkých spotrebiteľov.
2. Určte čas spotreby.
3. Určite špičkové zaťaženie.

Konkrétny príklad bude vyzerať takto.

Ako záťaž nechajú spotrebiče pre domácnosť: osvetľovacie žiarovky - 3 ks. Každý 40 W, televízny prijímač - 120 W, kompaktná chladnička 200 W. Sumarizujeme výkon: 3 * 40 + 120 + 200 a získame výstup 440 wattov.

Výkon spotrebiteľov určujeme na priemernú dobu 4 hodín: 440 * 4 = 1760 wattov. Na základe získanej hodnoty výkonu podľa času spotreby sa zdá byť logické vybrať si z týchto zariadení menič s výstupným výkonom 2 kW.

Na základe tejto hodnoty sa vypočíta charakteristika prúdového napätia požadovaného zariadenia: 2000 * 0,6 = 1 200 V / A.

Klasická schéma reprodukcie a distribúcie energie získanej z veterného generátora domáceho typu. Na zabezpečenie dlhodobej energie s takým počtom zariadení je však potrebná dostatočne výkonná inštalácia (+)

V skutočnosti bude zaťaženie domácnosti pre rodinu troch osôb, kde je k dispozícii kompletné vybavenie pre domáce spotrebiče, vyššie ako v príklade. Zvyčajne, pokiaľ ide o čas pripojenia záťaže, parameter prekračuje 4 hodiny. Preto bude menič veternej elektrárne vyžadovať výkonnejší.

Predbežný výpočet veterného mlyna je užitočný nielen pre jeho nezávislú montáž. Kedy je potrebné určiť optimálne parametre výber dokončeného veterného generátora.

Závery a užitočné video na túto tému

Ako je vo videu uvedená analýza zdrojových údajov a uplatňovanie vzorcov:

Vypočítané údaje je potrebné v každom prípade použiť. Či už ide o priemyselnú elektráreň alebo vyrobenú pre životné podmienky, výpočet každého uzla s ňou vždy prináša maximálnu účinnosť zariadenia a, čo je najdôležitejšie, bezpečnosť prevádzky.

Predbežné výpočty určujú realizovateľnosť projektu, pomáhajú určiť, aký nákladný alebo ekonomický je projekt.

Máte skúsenosti s riešením takýchto problémov? Alebo máte otázky týkajúce sa tejto témy? Prosím, podeľte sa o svoje zručnosti vo výpočte a navrhovaní veterného generátora. Môžete zanechať pripomienky a klásť otázky vo formulári nižšie.