Как правильно выбрать ветрогенераторы

Как выбрать ветрогенератор для дома и дачи правильно.

Эффективность ветрогенераторов

Энергией ветра люди пользуются с незапамятных времен. Простейший «ветрогенератор» , известный издавна, — парусная оснастка судна. С ее помощью энергия ветра преобразуется в механическую силу, движущую корабль. Ветряные мельницы — прообразы электрических ветрогенераторов.

Разница лишь в том, что в первом случае к оборудованию, которое улавливает порывы ветра, прилагаются механизмы, преобразующие ее в механическую энергию, а современный ветрогенератор превращает кинетическую энергию в электрическую.

Так что ветроэнергетику можно смело считать традиционным направлением энергетики, ведь наши предки использовали ее задолго до появления технологий, позволяющих применять углеводородное топливо.

Казалось бы, развитию ветроэнергетики ничто не мешало. Всего-то и требовалось, что присоединить вал генератора к «пропеллеру» мельницы — и вот уже в наличии ветроэлектростанция. Однако в действительности все оказалось не так просто. Для эффективной работы такой электростанции необходимы достаточно сильные ветра. Если же она неделю будет накапливать энергию, чтобы одна лампочка горела в течение часа, согласитесь, это совсем не то, что нужно.

Как выбрать ветрогенератор для дома правильно, учитывая, что на большей части российской территории скорость ветра не превышает 4-5 м/с. И ветрогенератор с номинальной мощностью 1 кВт выдаст около 120 кВт/ч в месяц. На первый взгляд, мощность вполне приличная — ее достаточно, чтобы освещать дом с помощью энергосберегающих ламп и подключить необходимую бытовую технику.

Но если продолжить подсчеты, то окажется, что использовать такое устройство для автономного энергообеспечения попросту невыгодно: за 20 лет эксплуатации будет произведено около 29 тыс. кВт/ч, что при средней стоимости ветрогенератора $4-7 тыс. приводит к цене $0,14-0,24 за 1 кВт/ч. При этом сегодня стоимость электроэнергии в Москве составляет $0,14 за 1 кВт/ч, а, например, для сельских населенных пунктов Московской области тариф установлен в размере $0,093 за 1 кВт/ч.

В других же регионах РФ стоимость электроэнергии для населения еще ниже и доходит до $0,05. Получается, ветрогенератор вовсе не позволяет сэкономить, более того, оплата осуществляется по максимальному тарифу, а то и дороже. Согласиться на это можно лишь в двух случаях: если вы являетесь фанатом ветроэнергетики и если у вас нет другого варианта для обеспечения электричеством своего жилья.

Однако приведенные расчеты не означают, что ветрогенератор однозначно невыгоден. Во-первых, многое зависит от среднегодовой мощности ветра. Если она достигает около 8 м/с, то при использовании того же ветрогенератора стоимость 1 кВт/ч снижается на порядок.

А это уже не просто экономия — это окупаемость оборудования за три-четыре года и получение бесплатной энергии на протяжении всего остального срока эксплуатации! А ведь цены на электричество постоянно растут, и в ближайшем будущем наличие собственной мини-электростанции может стать очень актуальным.

Во-вторых, сегодня рынок предлагает эффективные модели ветрогенераторов, рассчитанные на низкие скорости ветряных потоков. Основная проблема покупателей заключается именно в том, что они больше смотрят на номинальную мощность генератора, чем на скорость ветра, которая требуется для того, чтобы генератор выдал такую мощность.

В результате они нередко ошибаются, так как приобретают модель, не соответствующую реальным условиям региона, где данный ветрогенератор будет установлен.

Выбор ветрогенератора

При этом учитываются такие параметры, как бесшумность, срок работы без технического обслуживания, гарантийный срок эксплуатации и многое другое. И все параметры отвечают пожеланиям покупателя, причем не только по словам продавца, но и на самом деле. А ветер подводит.

Итак, чтобы не ошибиться, выбирая ветрогенератор для своих нужд, обращайте внимание на три основных параметра:

• максимальную потребляемую мощность, которая необходима вашему домовладению;
• среднемесячное потребление энергии вашим домовладением;
• среднюю скорость ветра в вашем регионе.

Не торопитесь приобретать импортный ветрогенератор. В основном западные модели рассчитаны на более высокую скорость ветра, чем та, что в среднем наблюдается на территории РФ. Они хороши всем, начиная от внешнего вида и заканчивая надежностью. Всем, кроме мощности ветра. В то же время модели отечественные и поставляемые из ближнего зарубежья, например украинские, преимущественно разрабатываются для низких скоростей ветра.

На рисунке изображен график, демонстрирующий связь между мощностью, выдаваемой ветрогенератором, и скоростью ветра. Он относится к модели WRE.200.Big Starc и фигурирует в документации производителя. То есть производитель отнюдь не скрывает от потребителя характеристики устройства. Он честно указывает: расчетная мощность при ветре 14 м/с —20 кВт, а при 10 м/с —7 кВт/ч; стартовая скорость —3 м/с, а расчетная — 14 м/с.

Потребитель обманывается сам, не учитывая потоков ветра в своей местности. А ведь 14 м/с — это очень много, практически недостижимый показатель для большей части территории РФ.

Чтобы не обмануться, достаточно сначала ознакомиться с картой ветроресурсов и только потом выбирать ветрогенератор для дома и дачи. Например, такую, которая вырабатывает номинальную мощность при ветре 3 м/с, причем стартовая скорость составляет всего лишь 0,17 м/с. Подобными характеристиками обладает, в частности, украинский генератор ЩРПМ-DPV(G)200-2.0, а также ряд других устройств различных производителей.

Источник

Инструменты

С целью экономии расходов на электроснабжение на производствах и в частных домах устанавливают ветрогенераторы. В данной статье рассмотрим основные характеристики, разновидности и принцип работы ветрогенераторов.

Оглавление:

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Основные составляющие ветрогенератора:

1. Генератор — преобразователь механической энергии в электрическую. Генератор заряжает аккумуляторные батареи. Чем выше скорость ветра, тем быстрее заряжаются батареи.

2. Лопасти ветрогенератора — часть ветрогенератора, которая подвергается силе ветра, а затем воздействует на генераторный вал.

3. Мачта — устройство на котором крепится генератор и лопасти. От высоты мачты зависит скорость и устойчивость работы ветрогенератора.

Дополнительные компоненты ветрогенератора:

1. Контроллеры — устройство управления ветрогенератором, отвечающее за направление лопастей, особенности заряда аккумулятора, защиту ветрогенератора. Основной функцией контроллера является преобразование переменной энергии в электрическую постоянную.

2. Батареи аккумулятора — приборы для накапливания энергии, которую используют в то время когда отсутствует ветер. Еще одной функцией аккумулятора выступает выравнивание и стабилизация энергии, вырабатываемой генератором. Аккумуляторные батареи обеспечивают электропитание.

3. Анемоскопы или устройства измерения направления ветра — собирают и обрабатывают данные о скорости, направлении и порывах ветра. Анемоскопы устанавливают на более мощных ветрогенераторах, предназначенных для переработки большого количества энергии.

4. Автоматические регуляторы питания предназначены для объединения ветрогенератора, электросети, дизельного генератора или других источников энергии.

5. Инверторы — устройства для переработки постоянного тока в переменный, предназначенный для работы бытовой и электротехники.

При попадании ветра на лопасти ветрогенератора происходит вращение устройства. Во время работы ветрогенератора вырабатывается переменный ток, который попадает в контроллер и перерабатывается в постоянный. Постоянный ток заряжает аккумуляторы, которые обеспечивают электричеством частный дом или большое предприятие. Но, для работы большинства электроприборов необходим переменный однофазный или трехфазный ток, который образуется в инверторе.

Варианты использования ветрогенератора в системе электроснабжения:

• работа ветряка с аккумулятором в автономном режиме;
• параллельная работа ветрогенератора на аккумуляторах и солнечных батареях;
• работа ветрогенератора с параллельным использованием резервного (дизельного, бензинового или газового) генератора;
• параллельная работа ветрогенератора и обычной электросети.

Преимущества использования ветрогенератора:

• получение экологически чистой, безопасной и надежной электроэнергии,
• снижение расходов оплаты за электричество;
• бесшумность работы устройства;

• наибольшее количество энергии ветрогенератор производит осенью или зимой, во время большей востребованности электричества для обогрева помещений;
• цена на ветрогенераторы намного ниже, чем стоимость альтернативных источников получения электроэнергии;
• возможность ветрогенератора параллельно работать с другими источниками электроэнергии;
• возможность выбора мощности ветроустановки, в зависимости от типа местности и количества необходимой электроэнергии;
• возможность использования ветрогенераторов на яхтах или кораблях;
• потратившись один раз на ветроустановку, обеспечивается электроснабжение минимум на 20 лет.

Разновидности ветряков

В зависимости от размещения турбин выделяют ветрогенераторы:

• вертикального типа,
• горизонтального типа.

Ветрогенератор вертикального типа имеет вертикально размещенную турбину, по отношению к поверхности земли, а горизонтальный наоборот. Вертикальный ветрогенератор легко улавливает самые малейшие дуновения ветерка, а горизонтальный — более мощный, по преобразованию энергии.

Разновидности вертикальных ветрогенераторов:

1. Изобретение вертикального ветрогенератора принадлежит шведскому изобретателю Савониусу. Вертикальный ветряк состоит из двух цилиндров, которые имеют вертикальную ось вращения. Независимости от силы и направления ветра вертикальный ветряк постоянно вращается вокруг своей оси. Основным недостатком вертикального ветрогенератора является неполное использование ветровой энергии. Во время исследований было выявлено, что вертикальный ветряк использует только третью часть ветровой энергии.

2. Вертикальный ветряк с наличием ротора Дарье был изобретен на несколько десятков лет позже обычного. Роторный ветрогенератор имеет две или три лопасти и ротор. Ветрогенераторы с ротором просты в изготовлении и легки в монтаже. Главным недостатком такого ветрогенератора является то, что ротор нужно запускать вручную.

3. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения и с наличием геликоидного ротора — имеет закрученные лопасти. которые обеспечивают равномерное вращение ветрогенератора. Преимущество: уменьшение нагрузки на подшипники, тем самым увеличение срока службы устройства. Недостатки: высокая стоимость, сложность монтажа.

4. Вертикальный ветрогенератор с наличием многопластного ротора — самое эффективное устройство по переработке ветровой энергии. Имеет сложный ротор, который состоит из большого количества лопастей.

5. Ортогональные ветрогенераторы не требуют большой скорости ветра. Для работы такого устройства подойдет скорость ветра от 0,7 м/с. Ортогональные вертикальные ветроустановки имеют высокие технические характеристики, бесшумное вращение мотора и интересный дизайн. Устройство ортогонального ветрогенератора основывается на вертикальной оси вращения и на нескольких лопастях, которые удалены от оси на определенном расстоянии. Несмотря на большое количество преимуществ, ортогональная ветроустановка имеет недостатки:

• небольшой строк службы опорных узлов;
• лопасти более массивные, чем у обычных ветрогенераторов;
• большой вес установки затрудняет монтаж устройства.

Горизонтальные ветрогенераторы имеют более высокий коэффициент полезного действия. Главным недостатком горизонтальных ветрогенераторов является необходимость в постоянном поиске ветра при помощи флюгеля, который устанавливается отдельно от устройства.

Горизонтальные ветрогенераторы разделяют на:

• устройства однолопастного типа — характеризуются высокими оборотами вращения, имеют небольшой вес и легкую конструкцию;
• ветрогенераторы двухлопастного типа — по устройству схожи с однолопастными, только отличаются количеством лопастей;
• ветряки трехлопастного типа имеют наибольшую мощность около 7 мВт, считаются одними из самых популярных среди ветрогенераторов, предназначенных для дома;
• многолопастные ветрогенераторы имеют от четырех до пятидесяти лопастей, данные устройства используют для обеспечения работы водяных установок.

В соотношении с количеством лопастей все ветрогенераторы подразделяются на:

• однолопастные,
• двухлопастные,
• трехлопастные,
• многолопастные.

По материалам, из которых состоит ветрогенераторная установка выделяют:

• ветрогенераторы парусного типа,
• ветрогенераторы жесткого типа, изготовлены из стекловолокна или металла.

В зависимости от шагового признака винта ветрогенераторы разделяют на:

• устройства измеряемого шага,
• устройства фиксированного шага.

Ветрогенератор на основе изменяемого шага имеет довольно сложную конструкцию, но в то же время увеличенную скорость вращения. Ветрогенератор с фиксированный шагом отличается надежностью и простотой.

Все ветрогенераторы условно разделяют на два вида:

• ветрогенераторы промышленного типа;
• домашние ветрогенераторы.

Промышленные ветряки используют для получения большого количества электроэнергии. Для устройства ветрового парка, состоящего из нескольких десятков или сотен ветрогенераторов требуется тщательное обследование местности, которое проводят на протяжении года или двух. Промышленные ветрогенераторы позволяют получать электроэнергию для обеспечения электричеством нескольких десятков домов или определенного производства.

Ветрогенератор для дома — позволяет значительно снизить расходы на электроснабжение и обеспечивает независимость от работы общей электросети.

Рекомендации по выбору ветрогенератора

1. Перед выбором ветрогенератора следует определиться с мощностью и функциональным назначением данного устройства.

2. Внимательно изучите разновидности ветряков и ознакомьтесь с климатическими условиями данного региона, в котором планируется установка ветрогенератора.

3. Определите выходную мощность ветряка, которая напрямую зависит от мощности преобразователя (инвертора). Второе название выходной мощности — пиковая нагрузка — совокупность количества приборов, которые одновременно будут работать с ветрогенератором. То есть, выходная мощность определяется как общая мощность ветряка. Даже при редком, но большом потреблении электроэнергии следует выбирать ветрогенератор с большой мощностью. Чтобы увеличить выходную мощность, следует установить несколько инверторов.

4. Время на непрерывную работу устройства — определяют мощностью аккумулятором, которые устанавливаются на ветряк. При безветренной погоде аккумуляторы обеспечивают помещение электричеством.

5. Темпы заряда аккумулятора определяются мощностью устройства, скоростью ветра, высотой установки и рельефом территории, на которой установлен ветрогенератор. Чем выше мощность ветрогенератора, тем быстрее происходит заряд батарей. При постоянном потреблении электроэнергии или при слабом ветре выбирайте более мощные модели ветряков. Чтобы увеличить скорость заряда батарей, следует подключить несколько генераторов к ветроустановке.

6. Не следует покупать много аккумуляторных батарей, при слабой силе ветра, так как ветрогенератор не успеет заряжать все батареи. Если батареи не до конца заряжаются это приводит к быстрому выходу их строя, поэтому количество батарей следует рассчитывать из потребляемой мощности всех электроприборов в доме.

7. Чтобы ветряк купить, следует обратить внимание на главный фактор — вырабатываемую энергию устройства. Этот критерий указан в технических характеристиках ветрогенератора.

8. Чтобы определить потребляемую мощность дома, в котором будет производиться установка ветряка, следует просмотреть счета за электричество за последние 12 месяцев, и вывести минимальный, средний и максимальный коэффициент потребления энергии.

9. С помощью исследований ближайшей метеорологической станции, узнайте о среднегодовой скорости ветра на предполагаемом участке установки ветряка. Оптимальная работа ветрогенератора обеспечивается при ветре 5 м/с.

10. Лучше устанавливать ветрогенератор как дополнительный источник питания в паре с дизельным или бензиновым генератором.

11. Испытайте ветрогенератор в работе, обратите внимание на уровень шума и необходимость в техническом обслуживании ветряка. Некоторые мощные ветрогенераторы имеют достаточно высокий уровень шума, что приводит к дискомфорту и проблемам с соседями.

12. Средний срок эксплуатации ветрогенератора составляет шесть-семь лет.

13. Лучше отдать предпочтение ветрогенератору, лопасти которого изготовлены из твердых материалов: стекловолокна или металла.

14. Обратите внимание на оптимальную работу ветрогенератора при средней скорости ветра, которая характерна для данного региона.

15. Безредукторные ветрогенераторы намного проще в установке, легко собираются и не требуют дополнительного техобслуживания, в то время как редукторные несмотря на сложность монтажа обеспечивает большую мощность и лучшее качество работы ветряка.

16. Не следует обращать внимание на такие рекламные лозунги о том, что ветрогенератор имеет улучшенную конструкцию, магнитную левитацию или большой контроллер, в большинстве случаи такая реклама, направлена на то, чтобы за обычный ветрогенератор получить больше денег.

17. При покупке ветрогенератора, потребуйте гарантию и выполнение всех обязательств производителя ветрогенераторов перед покупателем. Например, наличие креплений — комплект ветрогенератора, который включает все комплектующие: инверторы, генераторы, аккумуляторы. При покупке данных устройств у разных производителей, риск неправильной работы ветрогенератора увеличивается.

18. Формула расчета мощности ветрогенератора: Р = 0,5 * rho * S * Ср * V3 * ng * nb. Р — мощность ветрогенератора, rho — величина обозначения плотности воздуха, S — величина площади метания ротора, Ср — коэффициент аэродинамического действия, V — величина скорости ветра, ng — радиаторный коэффициент полезного действия, nb — при наличии редуктора. КПД редуктора.

19. Стоимость ветрогенератора напрямую зависит от таких факторов:

• количество лопастей,
• мощность аккумуляторов,
• мощность генератора,
• количество инверторов,
• материал изготовления лопастей,
• наличие редуктора,
• номинальная мощность ветряка,
• тип ветрогенератора: горизонтальный, вертикальный,
• материал, из которого изготовлена установка,
• наличие дополнительных комплектующих.

Обзор производителей ветрогенераторов

Чтобы ветрогенератор купить, нужно предварительно рассчитать мощность ветрогенератора и потребляемое электричество. После проведения расчетов обратите внимание на стоимость ветряка.

Первые позиции по производству ветрогенераторов занимает Германия, Дания и Франция. Несколько десятков лет назад началось изготовление российских ветрогенераторов, которые, по сравнению с зарубежными моделями, требуют усовершенствования.

Рассмотрим основных популярных производителей ветрогенератовор для дома:

Особенности ветрогенераторов AEOLOS:

• компания занимается разработкой ветрогенераторов более 35 лет;
• мощность вертикальных ветрогенераторов составляет от 500 Вт до 500 кВт;
• мощность горизонтальных ветряков — 300-10000 Вт;
• сфера применения ветрогенераторов: частный сектор, фермерское хозяйство, обеспечение электричеством поселков и школ;
• высокий уровень выработки электроэнергии;
• использование генератора без редуктора обеспечивает высокий уровень надежности ветроустановки;
• небольшая стоимость технического обслуживания;
• высокий уровень безопасности обеспечивает функция контроля положения устройства ветрогенератора;
• наличие электронной системы торможения.

Технические характеристики AEOLOS Н 1кВт:

• величина номинальной мощности: 1 кВт;
• величина максимальной мощности: 1,5 кВт;
• выходное напряжение: 48 В;
• характеристика лопастей: 3 штуки, материал — стекловолокно;
• особенности генератора: генератор трехфазного магнитноэлектрического типа, который обеспечивает постоянный ток;
• коэффициент полезного действия: менее 0,95;
• гарантийный строк: 5лет;
• максимальный строк эксплуатации: 20 лет.

2. ENERCON (Германия)

• мощность ветрогенераторов компании ENERCON от 330 Вт до 7,58 мВт;
• наличие кольцевого генератора;
• отсутствие трансмиссии;
• выполнение мировых стандартов качества: надежность и долговечность.

Технические особенности ENERCON Е80:

• величина номинальной мощности: 80 кВт;
• величина высоты башни: 53 м;
• величина номинальной скорости ветра: 12 м/с;
• минимальная скорость ветра: 3 м/с;
• максимальная скорость ветра: 30 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки;
• величина диаметра ротора: 18 м.

3. AMPAIR (Великобритания)

Характеристика сферы использования:

• катера;
• лодки;
• удаленные автономные системы питания.

• небольшой размер;
• легкий монтаж;
• возможность установки на ограниченном пространстве;
• высокое качество и надежность.

Технические особенности Ampair 100:

• величина номинальной мощности: 100 Вт;
• величина напряжения генератора: 12 Вт;
• характеристика лопастей: 6 штук;
• необходимая скорость ветра: от 3 м/с;
• стоимость: 2700 $.

4. Fair Wind (Бельгия)

• возможность использования в частном доме, отеле, АЗС, на ферме;
• высокий уровень европейского качества;
• изготовление лопастей — бельгийское;
• происхождение генераторов — финское;
• производством инверторов и контроллеров занимается немецкая компания;
• произведение тестирования и проверки каждой ветроустановки;
• максимальные порывы ветра 55 м/с;
• система безопасности имеет полную автоматизацию;
• присутствует пассивное аэродинамическое торможение;
• ветроустановки Fair Wind используют вместе с установками солнечных батарей;
• большая вариация мощностей поможет подобрать ветроустановку для каждого участка индивидуально.

Технические особенности Fair Wind F16:

• величина номинальной мощности: 10 кВт;
• величина диаметра ветроколеса: 4 м;
• величина номинальной скорости ветра: 15 м/с;
• минимальная скорость ветра: 3 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки, выполнены из авиационного алюминия;
• величина диаметра ротора: 18 м;
• стоимость: 20000 $.

5. Fuller Wind (США)

• полное отсутствие лопастей;
• компактность использования;
• небольшая стоимость, по сравнению с классическими ветрогенераторами;
• основа ветрогенератора — Турбина Теслы, которая состоит из большого количества металлических дисков, которые разделены кольчатыми прокладками;
• высокий уровень производительности электроэнергии.

6. Fortiss (Нидерланды)

• использование: электроснабжение домов, снабжение телекоммуникационного оборудования, водоочистительные системы;
• обеспечение полной независимости от промышленных источников электроэнергии;
• возможно совместное использование ветроустановок и традиционных источников электропитания;
• стабильное электроснабжение и понижение расходов на электричество;
• простота конструкции и легкость монтажа ветрогенераторов;
• возможность использования солнечных батарей или дизельных генераторов;
• низкий уровень шума;
• высокий уровень безопасности.

Технические особенности Fortiss Montana 5,8:

• характеристика генератора: генератор синхронного магнитного типа;
• максимальная скорость ветра: 55 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки;
• необходимая скорость ветра: от 2,5 м/с;
• варианты системы торможения: механический, электрический;
• стоимость: 20000 $.

Источник