Генератор для тихоходного ветряка

Надежный тихоходный ветряк: что представляет собой и как использовать энергию слабых ветров?

Обновлено: 11 января 2021

Уверенный рост ветроэнергетики

Ветроэнергетика активно развивается. Появляются новые, производительные и мощные установки, способные вырабатывать большее, чем раньше, количество энергии. Не менее плотно ведутся разработки новых моделей небольших ветряков, позволяющих обеспечить отдельные домовладения, усадьбы, небольшие фермы.

Такой уверенный рост ветроэнергетики демонстрирует в зарубежных странах — в Китае, США, странах Европы. Россия в этом отношении значительно отстает от соседних государств. Рассмотрим причины такого отставания и варианты их преодоления.

Метеорологическая обстановка в регионах России

Большинство регионов России имеют географическое расположение в глубине континента. Особенности положения на местности определяют метеорологическую обстановку, которая свидетельствует о преобладании слабых и умеренных ветров. Такая ситуация не в состоянии способствовать развитию ветроэнергетики, во всяком случае — в промышленных масштабах.

По этой же причине, а также из-за обилия других, более привлекательных возможностей, в свое время было отдано предпочтение гидроэнергетике, ставшей традиционным видом выработки энергии для России.

Актуальность использования ветрогенераторов для нашей страны невелика и концентрируется, в основном, в южных и степных регионах, в отдаленных участках страны. В промышленных масштабах вырабатывать энергию таким способом малоэффективно, так как мощность ВЭС не может пока соперничать с самой небольшой ГЭС. Кроме того, ветер, хоть и бесплатный, неиссякаемый источник энергии, но слишком нестабильный и способный попросту исчезать на некоторое время.

Для энергетики государственных масштабов такая ситуация не годится, поэтому развитие ветроэнергетики в России пойдет по другому сценарию.

Наиболее актуальной проблемой для страны является общая изношенность электросетей и отсутствие возможности подключения, наблюдающаяся не только в отдаленных, но и во многих центральных регионах России.

Поэтому главным направлением, которое проявилось стихийным образом и уверенно растет, становится использование ветрогенераторов для обеспечения энергией небольших участков или групп потребителей — отдельных домов, небольших фермерских хозяйств, групп потребителей в масштабах нескольких домовладений.

Основная проблема, возникшая при этом — неплатежеспособность населения, ограничивающая приобретение готовых установок заводского производства. Равновесие достигается за счет широко распространившегося самостоятельного изготовления ветрогенераторов, способных выполнять свои функции на достаточно высоком уровне, но обходящихся своим владельцам в неизмеримо меньшие суммы.

Как использовать энергию слабых ветров?

Использование слабых потоков ветра может вестись по двум направлениям:

• применение конструктивно отличающихся от распространенных образцов устройств
• использование более производительных генераторов, способных вырабатывать достаточное количество энергии на низких скоростях вращения

Практика показывает, что вести поиск следует по обоим направлениям. Разработка новых вариантов крыльчатки, способной уверенно вращаться на слабых потоках, ведется постоянно, и уже имеется немало опытных образцов, демонстрирующих вполне удачные результаты.

Не менее активно ведутся разработки производительных генераторов, дающих возможность использовать слабые ветра как источник энергии. Так, аксиальные генераторы на неодимовых магнитах дают большой эффект и позволяют получать неплохое количество энергии. Некоторые мастера отмечают возникающую необходимость ограничивать возможность ускорения вращения ротора, т.е. нужна стабильность движения.

Варианты ротора, способные к эффективной работе на слабых ветрах, известны уже не первое десятилетие. В настоящее время могут быть использованы конструкции Третьякова, Онипко, высокой эффективностью отличаются парусные ветротурбины. Комплексный подход к модернизации конструкции ветрогенераторов, когда одновременно подвергаются модификации и крыльчатка, и генератор, дает положительный результат.

Ситуацию в некоторой степени осложняет неофициальный характер производимых работ. Если изобретатель захочет поделиться с общественностью своими находками, то все о них узнают, но если он не сочтет нужным обнародовать свои изыскания, то информация станет закрытой от обсуждения и осмысливания.

Что представляет собой тихоходный ветряк?

Большинство вариантов тихоходных ветряков представляют собой модифицированные образцы базовых типов крыльчатки. Используются горизонтальные виды, имеющие большую эффективность, но нуждающиеся в подъеме на достаточно большую высоту.

Для тех, кто не имеет возможности пользоваться высокими мачтами, оптимальным вариантом становится использование вертикальных конструкций ротора. Они не способны к вращению на высоких скоростях, что как раз и требуется в сложившейся ситуации. При этом, возможности, демонстрируемые вертикальными конструкциями, подтверждают реальность вращения при скорости ветра от 2 или даже 1,4 м/с.

Роторные вертикальные образцы не требовательны к выбору положения относительно потока, поэтому могут эффективно использоваться на относительно небольшом удалении от поверхности земли. Возникающая турбулентность, снижающая работоспособность горизонтальных устройств, для вертикальных конструкций не страшна и воспринимается ими как обычные потока ветра. Простота и надежность вертикальных конструкций снискали заслуженную популярность среди самодеятельных конструкторов.

Особенности генераторов для тихоходных устройств

Генераторы, используемые для тихоходных образцов ветряка, представляют собой либо готовые устройства с увеличенной чувствительностью и производительностью, либо самостоятельно созданные аксиальные конструкции на мощных неодимовых магнитах. Широко используются модификации магнето, способных вырабатывать большие напряжения при малых воздействиях.

Для эффективной работы нужен достаточно большой диаметр аксиального генератора. Он может обеспечить высокую линейную скорость неодимовых магнитов при малом количестве оборотов. Возможности экспериментирования с размерами практически неограничены, но следует учитывать, что при возрастании скорости ветра такой генератор выдаст напряжение, намного превышающее возможности сопутствующего оборудования. В частности, аккумуляторные батареи не переносят резких скачков напряжения при зарядке и могут выкипеть.

Сборка своими руками

Аксиальные конструкции, созданные самостоятельно, представляют собой два диска, являющихся ротором (вращающимся вокруг оси) и статором (установленным неподвижно). Неодимовые магниты наклеиваются по внешнему диаметру круга с чередованием полярности, общее число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался порядок чередования полюсов.

На статоре наклеены обмотки, число которых должно быть кратно 3 (для трехфазных установок). Зазор между дисками должен обеспечивать максимальное взаимодействие магнитного поля с витками обмоток, что регулируется упорным подшипником с набором шайб, уложенных между дисками.

Для защиты устройства от пыли, влаги или иных воздействий, магниты и обмотки заливаются сплошным слоем эпоксидной смолы, превращаясь в два плоских диска. Такая форма облегчает возможности регулировки зазора и исключает возможность прикосновения элементов друг к другу. Облегчается устранение залипаний, настройка величины сопротивления катушек при прохождении над ними магнитов.

Источник

Устройство тихоходного ветрогенератора: характеристики, плюсы и минусы

Это установка, использующая силу ветра для производства электрической энергии. Как правило, ветрогенераторы выполнены из колонны и лопастей.

Краткая характеристика

Тихоходным считается генератор, работающий от силы ветра, если лопасти вращаются вдоль горизонтальной оси. Достижению низкой скорости способствует высокое число крыльев. КПД моделей редко превышает 40%.

Тихоходные ветрогенераторы относятся к малошумному виду, их чаще всего устанавливают вблизи домов и офисов, лопасти вращаются медленно и не раздражают окружающих

Для стабильной работы требуется ветер средней величины. Грамотно собранное устройство способно осветить участок, затрачивающий до 2 кВт в час, если погодные условия благоволят нормальному вращению.

Устройство

В основе тихоходной машины лежит низковольтовый мотор на константных магнитах. Они обладают низким порогом вращения, с которого начинается производство тока. Качественному устройству достаточно 300-500 оборотов в минуту. Поскольку конструкция тихоходна, необходим редуктор-мультипликатор. Требуемое соотношение — 1:12, но лучше 1:15. В таком случае 20 оборотов лопастей обернутся в 300, чего хватает для производства тока.

Моторы на константных магнитах

В некоторых устройствах мотор заменяют автогенератором, что увеличивает необходимую частоту вращения. Для этого устанавливается мультипликатор с большим соотношением. Его работа провоцирует постепенное ослабление работоспособности из-за износа.

Редукторы и мультипликаторы служат для понижения скорости вращения колеса ветрогенератора, и с помощью них можно менять положение плоскости вращения

Тихоходные ветряки используют в местах со слабым ветром(отмеченных на ветряной карте желто-зеленым), если потребность в токе не превышает 3 кВт в час.

Лопасти

Правильное устройство имеет переменный профиль, а размах его крыльев составляет не менее 2 метров. Производство трудоемко, требовательно к правильности расчетов и подвергается большому количеству испытаний перед использованием. Подобные лопасти способны развить необходимую скорость, добывая энергию.

По причине применения редукторов, мультипликаторов внешний вид и расположение лопастей может быть любым, поэтому инженеры пытаются подобрать оптимальные конструкции с максимальным КПД

Самостоятельным производством лопастей заниматься не следует. При желании опробовать, используйте толстостенную трубу из пластика. Диаметр должен быть достаточным для изготовления полноценной лопасти. Перед началом работ проведите расчеты, основываясь на желаемой мощности ветрогенератора. Хорошо выполненное устройство способно развить до 300-400 Ватт в час, чего будет достаточно для освещения нескольких комнат в частном доме.

Генератор

Выбор генератора зависит от возможной скорости вращения. Для тихоходных установок достаточно мотора на постоянных магнитах. В зависимости от скорости, используется мультипликатор. Он позволяет умножить каждый оборот на коэффициент, что сокращает время, затрачиваемое на начало производства.

Генератор для тихоходного ветрогенератора выбирается исходя из требуемого потребления объекта с учетом КПД и запаса мощности

Для долговечности ротора используют специальный промежуточный вал. В него встроен подшипник, стабилизирующий опору. Передача энергии от лопастей к ротору передается механическим путем. Качественная деталь позволяет валу незначительно изменять свое положение, что уменьшает износ. Хороший подшипник — двухрядный, желательно самоустанавливающийся. Трёхрядный лучше, но дороже.

Аварийный флюгер

Устройство позволяет спасти ветрогенератор в ураганную погоду. Сильный ветер растягивает пружину, заставляя ротор изменить положение. Постепенно он ложится вдоль потока воздуха, потеряв обороты. Подобное невозможно при ветре, направленном строго параллельно земле, что встречается довольно редко.

Аварийный флюгер необходим ветрогенераторам для предотвращения разрушения в случаях ураганного ветра

Поэтому для защиты устройства используют аварийный флюгер. С его помощью определяется необходимость отключения ротора от системы. Ураган способен полностью разрушить ветрогенератор. Поэтому и применяют флюгеры — с их помощью есть возможность сохранить основу, в худшем случае потеряв лопасти.

Тихоходные модели ветрогенераторов выдерживают большие порывы ветра, однако, у них есть пределы, и поэтому необходимо предусмотреть защиту лопастей

В промышленных ветрогенераторах используется электронная система контроля за погодными условиями. Шаг лопастей контролируется автоматически — это позволяет защитить устройство. К тому же, в подобных системах крылья сделаны из прочных композитных материалов.

Токосъемник

Устройство находится на вершине мачты и требует регулярной чистки. Для этого придется обзавестись длинной стремянкой.

Также существует вариант укладывать ветряк на землю, производить работы по очищению, а затем вновь поднимать. Это кропотливо и трудоемко, но необходимо.

Токосъемники для ветрогенератора

Промышленные устройства имеют большие габариты, поэтому лестница наверх располагается внутри мачты.

Размещение тихоходного ветрогенератора

В участок земли ставят небольшой фундамент, в котором закрепляют мачту. Рядом с башней, у подножия, располагают силовой шкаф. На вершине устанавливают поворотный механизм, на него гондолу. Внутри последней находятся анемометр, генератор, трансмиссия и тормоза. К гондоле прикрепляют колпак ротора, в который воткнуты лопасти. К каждому крылу подключают систему, автоматически регулирующую шаг.

Установка тихоходного ветрогенератора начинается с фундамента и установки мачты

Окончив установку генератора, монтируют системы защиты от молний и передачи информации о работе, а также обтекатель и механизм пожаротушения.

Тихоходный ветрогенератор — устройство, способное обеспечить электричеством загородный участок. Использование оправдано в местностях со слабым ветром.

Источник