Generator eolian vertical bricolaj de 1 kW. Generator eolian bricolaj - un ghid pentru construirea unui ecogenerator, instalarea și conectarea acestuia (105 fotografii). Ce să țineți cont atunci când alegeți
Acum este foarte posibil să obțineți electricitate gratuită cu ajutorul vântului. Există mai multe opțiuni pentru morile de vânt: cu o axă verticală și orizontală. Aproape toată lumea poate asambla un generator eolian vertical cu propriile mâini, citiți articolul nostru despre cum să o faceți corect.
Principiul de funcționare a turbinelor eoliene
Principiul de funcționare în toate modificările morilor de vânt este același. În timpul rotației lamelor se formează trei tipuri de efecte fizice: forțe de ridicare, de impuls și de frânare. Ca urmare a acțiunii acestor forțe, statorul începe să se miște, iar rotorul de pe partea staționară a generatorului începe să creeze un câmp magnetic, iar curentul electric se deplasează prin fire.
Există un număr mare de opțiuni pentru execuția turbinelor eoliene, acestea diferă nu numai prin putere, ci și prin aspect. Structura majorității morilor de vânt include: generator, lame, invertor, multiplicator. Un invertor este folosit pentru a converti sarcina primită în curent continuu. Multiplicatorul este o cutie de viteze care este concepută pentru a crește numărul de rotații ale arborelui. Cutiile de viteze nu sunt instalate pe toate morile de vânt, în principal doar pe turbinele eoliene mari și puternice.
Curentul alternativ trifazat este generat din cauza rotației rotorului. Energia primită este trimisă prin controler către baterie. În plus, invertorul convertește curentul și îl face stabil, în această formă poate fi alimentat pentru a alimenta aparate electrocasnice sau iluminat.
Cum să faci singur un generator eolian de tip vertical
Puteți face singur o moară de vânt acasă. Mai întâi trebuie să decideți asupra tipului de turbină eoliană. În funcție de proiectarea lor, turbinele eoliene sunt:
- cu axă verticală de rotație: rotor Darrieus, generator eolian Savonius;
- cu axă orizontală de rotație: paralelă sau perpendiculară pe fluxul vântului.
Unele modele de mori de vânt combină mai multe tipuri de instalații. Luați în considerare un exemplu de creare a unei mori de vânt hibride care combină designul unor generatoare eoliene precum Savonius și Darier.
Asamblarea rotorului
Pentru a asambla rotorul, trebuie să cumpărați:
- 6 magneți neodim D30xH10 mm;
- 6 magneți inel de ferită D72xd32xh15 mm;
- 2 discuri metalice D230xH5 mm;
- rășină epoxidica sau lipici.
În locul discurilor metalice pot fi folosite pânze de ferăstrău de dimensiuni adecvate. Pe un disc sunt plasați 6 magneți de neodim, alternându-și polaritatea, unghiul dintre ei ar trebui să fie de 60 de grade pe un diametru de 165 mm.
Magneții inel de ferită sunt plasați pe al doilea disc după același principiu.
Pentru ca magneții să nu se miște în timpul funcționării morii de vânt, aceștia trebuie să fie cel puțin pe jumătate umpluți cu lipici epoxidic.
Facem un stator
Mai întâi trebuie să înfășurați 9 bobine de 60 de spire, pentru aceasta folosesc un emailat sârmă de cupru 1 mm în diametru.
Apoi, bobinele sunt lipite împreună: începutul primei bobine cu sfârșitul celei de-a patra, a patra cu a șaptea. Cea de-a doua fază este conectată în același mod prin două bobine, doar că acestea încep să se lipeze de la a doua bobină. Conexiunea celei de-a treia faze începe de la a treia bobină.
Se face o formă din placaj, se pune hârtie de pergament, deasupra căreia se așează o bucată de fibră de sticlă și bobine.
Toate acestea sunt umplute cu rășină epoxidică. După 24 de ore, statorul finit este scos din matriță.
Ansamblu generator
Toate piesele generatorului sunt gata, rămâne doar să le asamblați.
Generatorul în sine va fi atașat la suport cu butucul folosind știfturi. Să aruncăm o privire mai atentă asupra procesului de asamblare.
Etapele asamblarii generatorului:
- În rotorul superior sunt realizate 4 găuri filetate pentru știfturi. Ele sunt necesare pentru ca rotorul să se „aseze” lin pe scaunul său;
- In stator se fac 4 orificii pentru montarea suportului;
- rotorul inferior este așezat pe suport cu magneții în sus, în el sunt de asemenea găurite 4 găuri filetate pentru știft;
- pe rotorul inferior este plasat un stator;
- al doilea rotor este așezat deasupra cu magneții în jos. Toate acestea sunt fixate între ele și suportul cu un butuc cu știfturi și piulițe.
Butucul (flanșa cu rulmenți) trebuie achiziționat separat: partea inferioară a butucului trebuie să aibă un diametru de țeavă de 1,5 inci.
Ordinea de fixare a tuturor pieselor este prezentată mai detaliat în diagrama de mai jos:
1 — element de legătură; 2 - suport lama; 3 - partea superioară a rotorului; 4 - magnet; 5 - maneca; 6 - stator; 7 - partea inferioară a rotorului; 8 - nucă; 9 - ac de păr; 10 - butuc; 11 - axa; 12 - suport pentru montarea statorului
Facem lame
Lamele pot fi realizate din lemn, fibră de sticlă și alte materiale. Este mai rapid și mai ușor să faci această parte a generatorului eolian din PVC de canalizare conducte. Este mai bine să folosiți țevi portocalii, deoarece au o densitate bună și nu se tem de lumina directă a soarelui.
Pentru un generator eolian vertical veți avea nevoie de 4 pale de la Conducte PVC si 2 lame ortogonale (curbate) din tabla zincata. Acest design va permite morii de vânt să se rotească chiar și în condiții de vânt ușor, cu o viteză de 2-3 m pe secundă. Luăm țevi din PVC lungimi de metri și le tăiem pe lungime în 2 părți egale. Tăiem semicercuri din tablă în funcție de dimensiunile viitoarei lame și le fixăm cu șuruburi de-a lungul marginilor țevii.
Pentru a face lame ortogonale, veți avea nevoie de o tablă de oțel galvanizată standard de 0,75 mm grosime. Mai întâi, două segmente de 1x0,4 m dimensiune și patru segmente sub formă de picătură sunt tăiate cu foarfece metalice. Apoi, segmentele de oțel trebuie să fie îndoite, iar segmentele „picături” sunt atașate de-a lungul marginilor.
Lamele sunt atașate în cerc de cadru, acesta poate fi sudat dintr-un profil teava patrata 20x20 și colțuri 25x25. Dimensiunile cadrului și distanța dintre lame pot fi văzute în diagrama de mai jos:
Asamblarea structurii turbinei eoliene
Din țevi de apa se sudeaza un catarg de diverse diametre, inaltimea acestuia depinde de zona in care va fi amplasat generatorul eolian si de conditiile lui de functionare, dar in orice caz trebuie sa fie mai inalt decat acoperisul casei.
În prealabil, sub catargul secțional, trebuie să pregătiți o fundație armată în trei puncte. Un generator este înșurubat pe catargul finit de pe sol. Apoi, un cadru cu lame este fixat pe generator. Catargul cu moara de vânt este atașat de fundație cu ajutorul a două suporturi articulate și este ridicat cu ajutorul unui troliu în pozitie verticala. După ridicarea catargului, al treilea suport se înșurubează la baza morii de vânt cu un șurub. În plus, catargul trebuie fixat cu o prelungire.
Partea electrica
Moara de vânt va produce curent alternativ trifazat. Folosind un redresor în punte, format din 6 diode, îl transformăm în curent continuu.
Acest lucru face posibilă încărcarea bateriei la 12 V. Pentru a controla încărcarea bateriei și a preveni supraîncărcarea acesteia, se folosește un releu standard de încărcare a mașinii PP-380.
Un invertor este conectat la baterie, ceea ce vă permite să convertiți 12 V recepționați curent continuu la 220 V AC 50 Hz.
Rezultatul morii de vânt: calculul eficienței
Teste de testare ale generatorului eolian la viteză diferită vântul a arătat următoarele rezultate:
- la o viteză a vântului de 5 m/s obținem 60 rpm - 7 V și 2,3 A = 16 W;
- la o viteză a vântului de 10,6 m/s, obținem aproximativ 120 rpm - 13 V și 3,4 A = 44 W;
- la o viteză de 15,3 m / s aproximativ 180 rpm - 15 V și 5,1 A \u003d 76,5 W;
- la o viteză a vântului de 18 m/s obținem 240 rpm - 18 V și 9 A = 162 wați.
Practic, moara de vânt produce 16-45 W, deoarece vântul este mai mare de 15 m/s este rar. Cu toate acestea, dacă puneți un șurub de mare viteză, atunci puteți obține rezultate mai bune.
Utilizarea energiei eoliene pentru a genera electricitate este una dintre formele promițătoare de dezvoltare a energiei alternative. Generatorul eolian vertical este direcție promițătoare dezvoltarea industriei, ca are o serie de avantaje în comparație cu omologii orizontale.
Principiul de funcționare
O moară de vânt verticală este un cilindru montat pe o bază. Datorită formei sale, funcționează indiferent de direcția vântului. Indiferent de tipul de turbină eoliană verticală, aceasta este proiectată în așa fel încât presiunea fluxului de aer pe una dintre părțile sale să fie mai mare decât pe cealaltă.
Datorită acestei diferențe de presiune, axa generatorului se rotește și se generează electricitate. Datorită faptului că forța vântului este direcționată către ambele părți ale generatorului eolian, viteza de pornire a vântului este puțin mai mare decât cea a morilor de vânt orizontale, dar cu o calitate adecvată a pieselor, există auto-promovare - de exemplu. o creștere semnificativă a vitezei generatorului chiar și cu un vânt mic (de la 3,5 m / s).
Care design este mai bun
Există mai multe fundamentale modele diferite generatoare eoliene verticale, fiecare dintre ele are propriile sale avantaje și dezavantaje.
- „Vânză” mare. Impactul vântului influențează întreaga structură, creând stres în ax și dezactivând rulmentul pe care se rotește întregul rotor.
- Designul nu poate începe să se rotească independent în prezența a două sau trei lame, prin urmare, două astfel de rotoare trebuie fixate pe aceeași axă, unul sub celălalt la un unghi de 90 °
Ecranele statice suplimentare sunt instalate pe rotorul ortogonal pentru a crește productivitatea
Rotor Darier sau ortogonal. Există multe modificări ale unui astfel de generator eolian vertical, dar principiul de funcționare rămâne neschimbat. Rotația are loc datorită formei în formă de aripă a lamei generatorului. Când este expus fluxului de aer, se creează o forță de ridicare, datorită căreia axa se rotește. Defecte:
- Eficiență scăzută, chiar și după standardele turbinelor eoliene.
- Viteza vântului pentru pornirea completă a unui astfel de generator trebuie să fie de cel puțin 4 m/s. În același timp, înainte de a atinge viteza maximă de rotație a unui astfel de rotor, sarcina nu poate fi conectată la moara de vânt - se va opri.
- Zgomot. Dacă la alte modele doar piesele mobile (rulmenți) fac zgomot, atunci acest tip de generator eolian vertical face zgomot cu paletele sale. Foarte mult.
- Datorită vibrațiilor, dezactivează rapid rulmenții și toate elementele structurale portante.
Rotorul elicoid are un design complex
Rotor elicoid. Acest generator eolian vertical are o formă complicată, dar de fapt este un generator eolian ortogonal cu o axă verticală, doar palele sale sunt răsucite de-a lungul axei lagărului, ceea ce crește semnificativ durata de viață a întregii structuri, tk. prevede sarcină uniformă rulment și catarg din toate părțile. Defecte:
- Dificultate în fabricație, prin urmare preț mare moară de vânt verticală.
Moara de vant cu mai multe pale
Generator eolian vertical cu mai multe pale. Dacă luăm în considerare numai mostre comerciale- acest tip de rotor este cel mai productiv si ofera cea mai mica sarcina pe piesele rulmentului. În interiorul acestei moară de vânt verticală se află un rând suplimentar de lame statice care direcționează fluxul de aer în așa fel încât să maximizeze eficiența rotorului. Defecte:
- Costul ridicat al dispozitivului datorită numărului mare de piese.
Moara de vânt Savonius - lame semicirculare
rotorul Savonius. Modelul unei astfel de moară de vânt verticală include două sau mai multe lame realizate sub formă de semicerc. În acest caz, presiunea exercitată asupra părții „deschise” a cercului o depășește semnificativ pe cea care afectează partea opusă. Designul este destul de simplu de fabricat, prin urmare este cel mai popular printre turbinele eoliene verticale de casă. Defecte:
Avantajele axei verticale
Calități pozitive ale tuturor turbinelor eoliene verticale:
- Nu sunt ghidați de vânt, lucrează în orice direcție.
- Spre deosebire de turbinele eoliene cu axă orizontală, are o singură axă de rotație, deci o durată de viață mai mare.
- Instalarea la o înălțime mică este posibilă - de la 1,5 m, în funcție de model.
- Toate piesele mobile importante sunt situate în partea de jos a generatorului, ceea ce îl face ușor de întreținut.
Important. Dacă este necesar, arborele rotorului este extins la lungimea necesară pentru un acces facil la stator, fără o pierdere semnificativă a eficienței.
- Capacitatea de a asambla un generator eolian funcțional cu propriile mâini din materiale improvizate.
- Datorită posibilității de a crea o structură rigidă cu mai multe puncte de sprijin, turbinele eoliene verticale funcționează la o mai mare măsură viteza maxima vânt.
- Rezistență mai mare la efectele dăunătoare ale vântului.
- În aceste mori de vânt, este posibil să-și creeze propria circulație a aerului, datorită căreia se formează un efect de mare viteză atunci când viteza liniară a palelor este de 20 sau de mai multe ori mai mare decât viteza vântului.
Minusuri
- Design greoi. Cele mai ușoare mori de vânt verticale cântăresc cel puțin 300 kg cu un suport.
- Eficiență scăzută în comparație cu orizontală.
- Zgomot. Moara de vânt face zgomot de la lame în timpul funcționării.
Video. Generator eolian elicoid
Videoclipul arată clar funcționarea unei mori de vânt elicoidă montată pe un catarg special
Calculul unei mori de vânt verticale nu este în esență diferit de calculul uneia orizontale convenționale. Dar calculul are propriile sale caracteristici, deoarece morile de vânt verticale de tip „Barrel” nu funcționează din cauza forței de ridicare, ci din cauza presiunii vântului asupra palelor. În continuare, voi da un exemplu de calcul al unei mori de vânt în termeni generali. Deși calculul este destul de precis, oferă o idee generală a puterii generatorului eolian, dar mulți factori care pot afecta semnificativ rezultatul real nu sunt luați în considerare.
Generator eolian vertical de casă
De exemplu, o fotografie a unei moară de vânt verticală de tip „Buot”.De exemplu, dorim să facem un generator eolian de tip „Barrel” cu o lățime de 2 metri și o înălțime de 3 metri. Numarul de lame nu prea conteaza, si sa zicem ca avem 4 lame semicirculare. În primul rând, trebuie să aflăm câtă energie putem obține de fapt de la acest rotor.
Există o formulă simplă de calculat:
P=0,6*S*V^3
P- Putere în wați
S- suprafața de măturare a lamelor mp.
V^3- Viteza vântului cub m/s
0.6 este viteza vântului. Vântul care se mișcă în spațiu este luat ca unul, dar vântul, când se apropie de orice obstacol, își pierde viteza și puterea. Deoarece nu cunoaștem pierderea de viteză, vom lua 0,6, asta ținând cont de faptul că vântul va pierde viteza cu 33%.
În plus, formula pentru calcularea ariei unui cerc S=πr2, Unde
π - 3,14
r- raza cercului la pătrat
În general, morile de vânt verticale sunt similare panouri publicitare vantul este franat foarte puternic, iar in fata obstacolului a airbag, lovire în care noi porțiuni ale vântului diverg în lateral și 30-40% din energia eoliană dispare fără a participa la presiunea asupra palelor. Prin urmare, eficiența generală, sau în funcție de KIEV corectă a roții eoliene mori de vânt verticale destul de scăzut și reprezintă doar 10-20% din energia eoliană.
Din analiza morilor de vânt verticale de casă, KIEV reprezintă practic 10% din tot, dar suntem optimiști, așa că voi lua KIEV 0.2, deși eficiența generatorului și a transmisiei nu este încă luată în calcul aici.
0,6*6*2*2*2*0,2=5,76 wați la 2m/s
0,6*6*3*3*3*0,2=19,44 wați la 3m/s
0,6*6*4*4*4*0,2=46,08 wați la 4m/s
0,6*6*5*5*5*0,2=90 wați la 5m/s
0,6*6*7*7*7*0,2=246 wați la 7m/s
0,6*6*10*10*10*0,2=720 wați la 10m/s
Acum este clar de ce este capabil acest rotor. În continuare, trebuie să potrivim generatorul la acest rotor, astfel încât generatorul să poată produce puterea maximă posibilă disponibilă pe rotor și, în același timp, să nu supraîncărcăm rotorul - astfel încât să se poată roti și viteza sa să nu scadă mult. . Altfel, nu va avea sens, producția de energie va scădea dramatic. Pentru a regla generatorul, trebuie să cunoaștem viteza roții vântului la fiecare viteză a vântului.
Spre deosebire de turbinele eoliene orizontale, unde vârfurile palelor se rotesc de obicei de 5 ori mai repede decât viteza vântului, o turbină eoliană verticală nu se poate roti mai repede decât viteza vântului. Acest lucru se datorează faptului că aici vântul pur și simplu împinge lama și începe să se miște odată cu fluxul vântului care trece. Și șurubul orizontal funcționează datorită forței de ridicare care se formează în spatele lamei și împinge lama înainte, iar aici viteza este limitată doar de proprietățile aerodinamice ale lamei și de forța de ridicare.
Nu vom intra în detalii și vom reveni la roata eoliană. Pentru a calcula rotația unui rotor care măsoară 2 * 3 metri, unde lățimea rotorului este de 2 metri, trebuie să aflați circumferința rotorului. 2 * 3,14 \u003d 6,28 metri, adică într-o singură rotație, vârful lamei parcurge o cale de 6,28 metri. Aceasta înseamnă că, în mod ideal, rotorul va face o revoluție completă pentru un flux de vânt care trece cu o lungime de 6,28 metri. Dar, deoarece energia este cheltuită pe rotație, pe transmisie și chiar pe rotația generatorului - care este încărcat cu o baterie, atunci viteza va scădea în medie de două ori. Și rotorul va face o revoluție completă în 12 metri de flux de vânt.
Apoi se dovedește că, dacă vântul este de 3 m / s, atunci cu acest vânt, rotorul va face 0,4 rotații pe secundă și o revoluție completă în 4 secunde. Și într-un minut, cu un vânt de 3m/s, va fi 60: 4 \u003d 15 rpm.
La 3m/s 12:3=4, 60:4=15r/m
La 4m/s va fi 12:4=3, 60:3=20rpm.
Cu vânt 5m/s 12:5=2.4, 60:2.4=25r/m.
La 7m/s 12:7=1.71, 60:1.71=35r/m
La 10m/s 12:10=1.2, 60:1.2=50r/m
Cu viteza roții vântului, cred că acum este clar și se cunosc. Cu cât diametrul roții eoliene este mai mare, cu atât rotațiile sale sunt mai mici în raport cu viteza vântului. Deci, de exemplu, o roată de vânt cu un diametru de 1 metru se va învârti de două ori mai repede decât o roată de vânt cu un diametru de 2 metri.
Acum avem nevoie de un generator care să producă energie la aceste viteze nu mai decât poate da o roată de vânt. Și dacă generatorul este mai puternic, atunci va supraîncărca rotorul și nu va putea să se rotească până la viteza sa și, ca urmare, viteza va fi scăzută și puterea totală. Cu un vânt de 3 m/s avem 15 rpm, iar puterea turbinei eoliene 19 wați, aici este necesar ca generatorul să încarce rotorul nu mai mult de 19 wați. Acest lucru se ține cont de eficiența cutiei de viteze (dacă există) și de eficiența generatorului în sine. Eficiența cutiei de viteze și a generatorului nu este de obicei cunoscută, dar au și pierderi semnificative și, în general, 20-50% din energie se pierde pe aceasta și doar 50% este deja furnizată bateriei la ieșire, aceasta este de aproximativ 10 wați în cazul nostru.
Dacă generatorul supraîncarcă roata vântului, atunci viteza acesteia nu va atinge viteza nominală și va fi semnificativ mai mică decât viteza vântului. Acest lucru va reduce viteza generatorului și puterea acestuia. În plus, palele, care sunt încă mult mai lente în raport cu vântul, o vor încetini puternic, iar vântul se va împrăștia în lateral, ca urmare, puterea turbinei eoliene va scădea și mai mult. Deci, cu un generator de energie prea puternic, bateria va fi de multe ori mai mică decât ar putea fi. Sau invers, când generatorul este prea slab și la 15 rpm al roții eoliene nu poate încărca complet roata eoliană, atunci mai rezultă că luăm mult mai puțină energie de la cea posibilă.
Ca urmare, generatorul trebuie să se potrivească cu puterea roții eoliene, singura modalitate prin care putem elimina puterea maximă posibilă a roții eoliene. Se poate spune cel mai mult sarcină dificilă deoarece generatorul poate absolut caracteristici diferite tensiune şi curent la rotaţii. Pentru a ridica un generator, trebuie să îl răsuciți la baterie și să măsurați energia de ieșire sau să o calculați folosind formule. Și apoi încercați să vă adaptați la roata vântului.
De exemplu, generatorul dvs. la 300 rpm are 1 Ampet pe baterie de 14 volți, adică aproximativ 14 wați, iar roata eoliană produce 19 wați la 15 rpm. Deci, multiplicatorul este necesar 1:20 pentru ca generatorul să se rotească la 300 rpm. La 5 m/s, viteza roții eoliene este de 25 rpm, iar generatorul se va roti apoi cu o viteză de 500 rpm. În același timp, puterea roții eoliene este de doar 90 de wați, iar generatorul depășește puterea și oferă 200 de wați. Deci roata eoliană nu va merge, pur și simplu se va roti încet și nu va elibera cei 90 de wați - și cu atât mai mult 200 de wați. Ieșirea este fie să sacrifici începutul încărcării și să faci cutia de viteze 1:15, fie să dublezi înălțimea roții eoliene, astfel încât roata eoliană să tragă generatorul.
Deci este necesar ca generatorul să corespundă în putere și viteză întregii game de rotație a roții eoliene. Și dacă generatorul scade în putere, atunci trebuie fie să creșteți raportul de transmisie al multiplicatorului, fie să reduceți rotorul pentru a obține un echilibru între viteza și puterea roții eoliene și a generatorului. Adesea, oamenii, fără calcule, instalează generatoare din ceea ce găsesc și construiesc o roată eoliană după ce vizionează un videoclip de pe YouTube, dar în cele din urmă se dovedește că generatorul eolian nu funcționează în condiții de vânt scăzut și este pur și simplu minuscul ca putere.
Un generator eolian sau, în oamenii de rând, o moară de vânt - dispozitiv simplu, care oferă proprietarului său economii considerabile datorită dezvoltării electricitate gratuită. O astfel de instalație este visul oricărui proprietar al unui teren deconectat de la rețelele centralizate sau al unui rezident de vară care este nemulțumit de o chitanță nou primită pentru consumul de energie electrică.
După ce ați înțeles designul generatorului eolian, principiul funcționării acestuia, după ce ați studiat desenele, puteți realiza și instala în mod independent o moară de vânt, oferind casei dumneavoastră energie alternativă nelimitată.
Este legal să folosiți vântul?
Crearea propriei centrale, deși compacte, dar este un lucru serios, așa că este logic să se ridice involuntar întrebarea: este legală utilizarea lor? Da, dacă puterea unității lansate de vânt nu depășește 1 kW, ceea ce este suficient pentru a asigura soc electric casă de țară medie.
Cert este că tocmai cu acest indicator de putere dispozitivul este considerat de uz casnic și nu necesită înregistrare obligatorie, certificare, aprobare, înregistrare și, în plus, nu este supus niciunei taxe.
Cu toate acestea, înainte de a face o turbină eoliană pentru casa dvs., este mai bine să vă protejați și să țineți cont de câteva puncte:
- Regiunea dvs. are restricții speciale privind utilizarea surse alternative energie?
- Care este înălțimea admisă a catargului pe sol?
- Va depăși zgomotul de la cutia de viteze și lamele standardelor stabilite?
- Este posibil să se asigure protecție împotriva interferențelor radio generate?
- Va interfera catargul cu migrarea păsărilor sau va cauza alte probleme de mediu?
Dacă vă gândiți în avans la toate nuanțele, atunci nici taxa, nici serviciile de mediu, nici vecinii nu vor putea face pretenții și nu vor putea împiedica primirea de energie electrică gratuită.
Cum funcționează o moară de vânt?
În fotografie, turbinele eoliene de casă finisate sunt reprezentate de structuri metalice alungite pe trei sau patru suporturi, cu palete care se deplasează din vânt. Ca urmare, energia cinetică primită de fluxul vântului este transformată în energie mecanică, care la rândul său pornește rotorul și devine curent electric.
Acest proces este rezultatul muncii bine stabilite a mai multor componente obligatorii ale unei centrale eoliene (WPP):
- O elice cu două sau mai multe pale;
- rotorul turbinei;
- Reductor;
- Controlor;
- Axa generator electric și generator;
- invertor;
- Baterie.
De asemenea, este necesar să se prevadă un bloc de frână, gondolă, catarg, giruetă, arbore de viteză mică și mare. Dispozitivul determină și principiul de funcționare al generatorului eolian: un rotor rotativ produce un curent alternativ trifazat care trece prin sistemul de control și încarcă bateria de curent continuu.
Amperii finali sunt convertiți de invertor și trimiși prin cablurile conectate la punctele de ieșire: prize, iluminat, aparate electrocasnice si aparate electrice.
Cum să o faci singur?
Cel mai fiabil și simplu design este considerat a fi o turbină eoliană rotativă, care este o instalație cu o axă de rotație verticală. Un generator de casă gata făcut de acest tip este capabil să asigure pe deplin consumul de energie al daciei, inclusiv echiparea locuinței, anexe și lumini de strada(deși nu prea luminos).
Dacă obțineți un invertor cu indicatoare de 100 de volți și o baterie de 75 de amperi, atunci moara de vânt va fi mult mai puternică și mai productivă: va fi suficientă energie electrică atât pentru supraveghere video, cât și pentru o alarmă.
Pentru a face un generator eolian, veți avea nevoie de detalii de design, Consumabileși unelte. Primul pas este să găsești potrivit elemente constitutive mori de vânt, dintre care multe pot fi găsite printre stocurile vechi:
- Generator de la o mașină cu o putere de aproximativ 12 V;
- Baterie reîncărcabilă pentru 12 V;
- Comutator semiermetic cu buton;
- Inventar;
- Releu auto folosit pentru a încărca bateria.
Veți avea nevoie și de consumabile:
- Elemente de fixare (șuruburi, piulițe, bandă izolatoare);
- Recipient din oțel sau aluminiu;
- Cablaj cu o secțiune transversală de 4 metri pătrați. mm (doi metri) și 2,5 mp. mm (un metru);
- Catarg, trepied și alte elemente pentru a spori stabilitatea;
- Funie puternica.
Este recomandabil să găsiți, să studiați și să imprimați desene ale turbinelor eoliene cu propriile mâini. De asemenea, veți avea nevoie de unelte, inclusiv o râșniță, un metru, clești, un burghiu, cuțit ascuțit, burghiu electric, șurubelnițe (Phillips, minus, indicator) și chei.
După ce ați pregătit tot ce aveți nevoie, puteți începe asamblarea, concentrându-vă asupra instrucțiuni pas cu pas spuneți cum să faceți un generator eolian cu propriile mâini:
- Tăiați lamele de aceeași dimensiune dintr-un recipient metalic, lăsând o bandă de metal neatinsă la câțiva centimetri la bază.
- Faceți găuri simetric cu un burghiu pentru șuruburile existente în partea inferioară a bazei rezervorului și a scripetei generatorului.
- Îndoiți lamele.
- Fixați pe scripetele lamei.
- Instalați și fixați generatorul pe catarg cu cleme sau o frânghie, făcând un pas înapoi de sus aproximativ zece centimetri.
- Stabiliți cablarea (pentru conectarea bateriei, este suficient un miez lung de un metru cu o secțiune transversală de 4 mp, pentru încărcarea cu aparate de iluminat și electrice - 2,5 mp).
- Marcați schema de conectare, marcajul cu culoarea și literele pentru reparații viitoare.
- Instalați transmițătorul cu un sfert de fir.
- Dacă este necesar, decorați structura cu o giruetă și vopsea.
- Asigurați firele prin înfășurarea catargului de instalare.
Generatoarele eoliene de 220 de volți sunt o oportunitate de a oferi o casă de vară sau Casă de vacanță electricitate gratuită în cât mai repede posibil. Chiar și un începător poate configura o astfel de instalație, iar majoritatea detaliilor pentru structură au rămas de mult timp inactiv în garaj.
Fotografie DIY cu turbine eoliene
Energia eoliană este izbitoare în diversitatea sa și design neobișnuit proiecte de turbine eoliene. Proiectele existente ale turbinelor eoliene, precum și proiectele propuse, scot energia eoliană din competiție din punct de vedere al originalității soluțiilor tehnice în comparație cu toate celelalte mini-complexe energetice care funcționează folosind surse regenerabile de energie.
În prezent, există multe modele conceptuale diferite de turbine eoliene, care pot fi împărțite în două tipuri principale în funcție de tipul de roți eoliene (rotoare, turbine, elice). Acestea sunt turbine eoliene cu axă de rotație orizontală (paută) și verticală (carusel, așa-numitele turbine în formă de H).
Turbine eoliene cu axă orizontală de rotație. În morile de vânt cu axă orizontală de rotație, arborele rotorului și generatorul sunt situate în partea de sus, în timp ce sistemul trebuie direcționat către vânt. Morile de vânt mici sunt ghidate de sisteme de palete, în timp ce instalațiile mari (industriale) au senzori de vânt și servomotoare care transformă axa de rotație în vânt. Majoritatea turbinelor eoliene industriale sunt echipate cu cutii de viteze care permit sistemului să se adapteze la viteza curentă a vântului. Datorită faptului că catargul creează fluxuri turbulente în spatele lui, roata vântului este de obicei orientată în direcția împotriva fluxului de aer. Lamele roții eoliene sunt suficient de puternice pentru a preveni contactul lor cu catargul de la rafale puternice de vânt. Turbinele eoliene de acest tip nu necesită instalarea unor mecanisme suplimentare de orientare a vântului.
Roata de vant cu axa orizontala
Roata eoliană poate fi realizată cu un număr diferit de pale: de la turbine eoliene cu o singură paletă cu contragreutate până la cele cu palete multiple (cu până la 50 sau mai multe pale). Roti de vant cu axa orizontala rotațiile se efectuează uneori fix în direcție, adică. nu se pot roti în jurul unei axe verticale perpendiculare pe direcția vântului. Acest tip de generatoare eoliene este utilizat numai în prezența unei direcții predominante ale vântului. În cele mai multe cazuri, sistemul pe care este fixată roata vântului (așa-numitul cap) este pivotant, orientat în direcția vântului. Pentru turbinele eoliene mici, cozile sunt folosite în acest scop, în timp ce pentru cele mari, electronica controlează orientarea.
Se utilizează o serie de metode pentru a limita viteza roții vântului la viteze mari ale vântului, inclusiv setarea palelor într-o poziție a paletei, utilizarea supapelor care stau pe sau se rotesc cu palele etc. Paletele pot fi fixate direct pe generator. arborele sau cuplul poate fi transmis de la janta sa prin arborele de ieșire la un generator sau o altă mașină de lucru.
În prezent, înălțimea catargului unui generator eolian industrial variază de la 60 la 90 m. Roata eoliană face 10-20 de rotații pe minut. Unele sisteme au o cutie de viteze conectabilă care permite roții vântului să se învârtească mai repede sau mai lent, în funcție de viteza vântului, menținând în același timp generarea de energie. Toate generatoarele eoliene moderne sunt echipate cu un sistem de posibilă oprire automată în cazul vântului prea puternic.
Principalele avantaje ale axei orizontale sunt următoarele: pas variabil al palelor turbinei, care permite utilizarea maximă a energiei eoliene în funcție de condițiile atmosferice; un catarg înalt vă permite să „ajungeți” la vânturi mai puternice; randament ridicat datorita directiei rotii vantului perpendicular pe vant.
În același timp, axa orizontală are o serie de dezavantaje. Printre acestea se numără catarge înalte de până la 90 m înălțime și pale lungi greu de transportat, masivitatea catargului, necesitatea de a îndrepta axa spre vânt etc.
Turbine eoliene cu axă verticală de rotație. Principalul avantaj al unui astfel de sistem este absența necesității de a îndrepta axa spre vânt, deoarece turbina eoliană folosește vântul care vine din orice direcție. În plus, designul este simplificat și sarcinile giroscopice sunt reduse, provocând tensiuni suplimentare în palete, sistemul de transmisie și alte elemente ale instalațiilor cu o axă orizontală de rotație. Astfel de instalații sunt deosebit de eficiente în zonele cu vânt variabil. Turbinele vertical-axiale funcţionează la viteze mici vântul și oricare dintre direcțiile sale fără orientare către vânt, dar au eficiență scăzută.
Autorul ideii de a crea o turbină cu axă verticală de rotație (turbină în formă de H) este inginerul francez George Jean Marie Darius (Jean Marie Darier). Acest tip de turbină eoliană a fost brevetat în 1931. Spre deosebire de turbinele cu axă orizontală, turbinele în formă de H „captează” vântul atunci când își schimbă direcția fără a schimba poziția rotorului în sine. Prin urmare, turbinele eoliene de acest tip nu au o „coadă” și seamănă în exterior cu un butoi. Rotorul are o axă verticală de rotație și este format din două până la patru pale curbate.
Palele formează o structură spațială care se rotește sub acțiunea forțelor de ridicare care apar asupra palelor din fluxul vântului. În rotorul Darrieus, factorul de utilizare a energiei eoliene atinge valori de 0,300,35. Recent, a fost realizată dezvoltarea unui motor rotativ Darrieus cu lame drepte. Acum generatorul eolian Daria poate fi considerat principalul concurent al generatoarelor eoliene cu palete.
Instalația are o eficiență destul de ridicată, dar pe catarg se formează sarcini serioase. Sistemul are și un cuplu mare de pornire, care cu greu poate fi creat de vânt. Cel mai adesea acest lucru se face printr-o influență externă.
rotorul Savonius
Un alt tip de roată eoliană este rotorul Savonius, creat de inginerul finlandez Sigurt Savonius în 1922. Cuplul apare atunci când aerul curge în jurul rotorului datorită rezistenței diferite a părților convexe și concave ale rotorului. Roata este simplă, dar are un factor de utilizare a energiei eoliene foarte scăzut - doar 0,1-0,15.
Principalul avantaj al turbinelor eoliene verticale este că nu au nevoie de un mecanism de orientare a vântului. Au un generator și alte mecanisme plasate la o înălțime ușoară lângă bază. Toate acestea simplifică foarte mult designul. Elementele de lucru sunt situate aproape de sol, ceea ce facilitează întreținerea acestora. Viteza minimă scăzută a vântului (2-2,5 m/s) produce mai puțin zgomot.
Cu toate acestea, un dezavantaj serios al acestor turbine eoliene este schimbare semnificativă condiții de curgere în jurul aripii în timpul unei rotații a rotorului, repetate ciclic în timpul funcționării. Datorită pierderilor de rotație împotriva fluxului de aer, majoritatea turbinelor eoliene cu axă de rotație verticală sunt aproape la jumătate la fel de eficiente decât cele cu axă orizontală.
Căutarea de noi soluții în energia eoliană continuă și există deja invenții originale, precum un turbosail. Generatorul eolian este montat sub forma unei conducte verticale lungi de 100 m înălțime, în care, datorită gradientului de temperatură dintre capetele conductei, are loc un flux puternic de aer. Generatorul electric propriu-zis, împreună cu turbina, se propune a fi instalat într-o conductă, în urma căreia fluxul de aer va asigura rotația turbinei. După cum arată practica de funcționare a unor astfel de turbine eoliene, după rotirea turbinei și încălzirea specială a aerului la marginea inferioară a conductei, chiar și cu un vânt calm (și calm), se stabilește un flux de aer puternic și stabil în conductă. . Acest lucru face ca astfel de turbine eoliene să fie promițătoare, dar numai în zonele pustii (în timpul funcționării, o astfel de instalație aspiră în conductă nu numai obiecte mici, ci și animale mari). Aceste instalatii sunt inconjurate de o grila speciala de protectie, iar sistemul de control este amplasat la o distanta suficienta.
Turbosail
Specialiștii lucrează la crearea unui dispozitiv special pentru compactarea vântului - un difuzor (compactorul de energie eoliană). Timp de un an, o turbină eoliană de acest tip reușește să „prindă” de 4-5 ori mai multă energie decât una convențională. Viteza mare de rotație a roții vântului se realizează cu ajutorul unui difuzor. În partea îngustă, fluxul de aer este deosebit de rapid, chiar și cu un vânt relativ slab.
Generator eolian cu difuzor
După cum știți, viteza vântului crește odată cu înălțimea, ceea ce creează condiții mai favorabile pentru utilizarea turbinelor eoliene. Zmeii au fost inventati in China acum aproximativ 2.300 de ani. Ideea de a folosi un zmeu pentru a ridica o turbină eoliană la o înălțime se concretizează treptat.
generator eolian zburător
Designerii elvețieni de la compania Etra au prezentat un nou design de zmee gonflabile care pot ridica până la 100 kg cu o masă a aripii de 2,5 kg. Ele pot fi utilizate pentru instalarea pe nave maritime și ridicarea la altitudini mari (până la 4 km) a turbinelor eoliene. În 2008, un astfel de sistem a fost testat în timpul călătoriei navei container Beluga SkySails din Germania în Venezuela (economiile de combustibil s-au ridicat la peste 1.000 USD pe zi).
Beluga Sky Sails
De exemplu, în Hamburg, Beluga Shipping a instalat un astfel de sistem pe vrachierul diesel Beluga SkySails. Un zmeu sub forma unui parapant cu o dimensiune de 160 m2 se ridică în aer până la o înălțime de până la 300 m datorită forței de ridicare a vântului. Parapanta este împărțită în compartimente, în care, la comanda computerului, aerul comprimat este furnizat prin tuburi elastice. Până în 2013, Beluga SkySails intenționează să echipeze aproximativ 400 de nave de marfă cu un astfel de sistem.
Windheads "Vetrolov"
O soluție interesantă este designul capului de vânt Vetrolov. Corpul rotativ al generatorului este realizat suficient de lung (aproximativ 0,5 m), în partea de mijloc (în golul de la flanșa generatorului la lame) există un mecanism de pliere a lamelor. Conform principiului de funcționare, este similar cu mecanismul de deschidere al unei umbrele automate, iar lamele seamănă cu aripa unui deltaplan. Pentru ca lamele să nu se sprijine una pe cealaltă în timpul plierii, axele de fixare a acestora sunt oarecum deplasate. Patru lame (prin una) merg spre interior și patru - în exterior. După pliere, aria de rezistență a morii de vânt este redusă de aproape patru ori, iar coeficientul de rezistență aerodinamic de aproape două.
În partea superioară a suportului morii de vânt este instalat un „balancier” cu o axă de rotație verticală. La un capăt este un generator eolian, la celălalt - o contragreutate. Când vântul este slab, generatorul eolian este ridicat deasupra semnului superior al suportului cu ajutorul unei contragreutate, iar axa morii de vânt este orizontală. Când vântul crește, presiunea asupra roții vântului crește și aceasta începe să coboare, rotindu-se în jurul axei orizontale. Astfel, funcționează un alt sistem de „evitare” de vânturi puternice. Designul vă permite să construiți culbutorii astfel încât turbinele eoliene să fie instalate una după alta. Se dovedește un fel de ghirlandă de module identice, care, în vânturi ușoare, stau unul deasupra celuilalt, iar în vânturi puternice coboară, „ascunzându-se” în „umbra vântului” a roții vântului. Include, de asemenea, capacitatea sistemului de a se adapta la sarcina externă.
Generator eolian Eolic
Designerii Marcos Madia, Sergio Oashi și Juan Manuel Pantano au dezvoltat turbina eoliană portabilă Eolic. Pentru fabricarea dispozitivului s-au folosit numai materiale din aluminiu și fibră de carbon. La asamblare, turbina Eolic are o lungime de aproximativ 170 cm.Vor fi nevoie de 2-3 persoane pentru a aduce Eolic din starea pliată la starea de funcționare și acest proces va dura 15-20 de minute. Acest generator eolian poate fi pliat pentru transport.
Turbină eoliană Revolution Air Design
Astăzi există multe proiecte de design și dezvoltări. Așadar, designerul francez Philippe Starck a creat turbina eoliană Revolution Air. Proiectul morii de vânt de proiectare se numește „Ecologie Democratică”.
Generator eolian Energy Ball
Grupul internațional de designeri și ingineri Home-energy și-a prezentat produsul - turbina eoliană Energy Ball. Caracteristica principală noutatea este dispunerea lamelor pe ea în funcție de tipul de sferă. Toate sunt conectate la rotor la ambele capete. Când vântul trece prin ele, suflă paralel cu rotorul, ceea ce crește randamentul generatorului. Energy Ball poate funcționa chiar și la viteze foarte mici ale vântului și produce mult mai puțin zgomot decât morile de vânt convenționale.
Generator eolian Tretiakov
O turbină eoliană unică a fost creată de designeri din Samara. Când este folosit într-un mediu urban, este mai ieftin, mai economic și mai puternic decât omologii europeni. Generatorul eolian Tretyakov este o priză de aer care captează chiar și curenți de aer relativ slabi. Noutatea începe să genereze energie utilă deja la o viteză de 1,4 m/s. În plus, nu este necesară o instalare costisitoare: unitatea poate fi amplasată pe o clădire, catarg, pod etc. Are o înălțime de 1 m și o lungime de 1,4 m. Eficiența este constantă - aproximativ 52%. Puterea aparatului industrial este de 5 kW. La o distanță de 2 m, zgomotul de la parcul eolian este mai mic de 20 dB (pentru comparație: zgomotul ventilatorului este de la 30 la 50 dB).
Windtronics
Compania americană Wind Tronics din Michigan a dezvoltat o turbină eoliană compactă pentru utilizare în gospodăriile particulare. Dezvoltatorul tehnologiei este Wind Tronics, iar gigantul de producție Honeywell a stabilit fabricarea de turbine eoliene. Proiectat pentru un impact zero asupra mediului.
Această instalație folosește rotorul de turbină fără angrenaj Blade Tip Power System (BTPS), care permite turbinei eoliene să funcționeze într-o gamă mult mai largă de viteze ale vântului, precum și să reducă rezistența mecanică și greutatea turbinei. Wind Tronics începe să se rotească la viteze ale vântului de până la 0,45 m/s și funcționează până la 20,1 m/s! Calculele arată că o astfel de turbină generează energie electrică în medie cu 50% mai des și mai mult decât turbinele eoliene tradiționale. Apropo, automatizarea cu un anemometru conectat constant la acesta monitorizează viteza și direcția vântului. Când este atinsă viteza maximă de funcționare, turbina pur și simplu se întoarce în vânt cu o latură aerodinamică. Automatizarea sistemului reacționează imediat la ploaia suprarăcită care poate provoca înghețare. Tehnologia a fost deja patentată în peste 120 de țări.
Interesul pentru turbinele eoliene mici este în creștere la nivel mondial. Multe dintre companiile care lucrează pentru a rezolva această problemă au reușit destul de mult să-și creeze propriile soluții originale.
Optiwind 300
Optiwind produce turbine eoliene originale Optiwind 300 (300 kW, cost - 75 mii euro) și Optiwind 150 (150 kW, cost - 35 mii euro). Sunt destinate economiilor colective de energie în localități și ferme (Fig. 12). Ideea principală este de a colecta energie eoliană cu structuri stivuite de mai multe turbine la o înălțime decentă. Optiwind 300 vine cu un turn de 61 m, platforma de accelerație are un diametru de 13 m și fiecare turbină are un diametru de 6,5 m.
GEDAYC
Designul turbinei GEDAYC are un aspect neobișnuit (Fig. 13). Greutatea redusă permite turbinei să rotească eficient generatorul la o viteză a vântului de 6 m/s. Noul design al lamelor folosește un principiu similar cu „sistemul” zmeu. Turbinele GEDAYC au fost deja instalate pe trei turbine eoliene de 500 kW care furnizează energie lucrărilor miniere. Instalarea turbinelor GEDAYC și funcționarea lor de probă au arătat că, datorită noului design, turbinele sunt mai ușoare, mai comod de transportat și mai ușor de întreținut.
Honeywell
Earth Tronics dezvoltat tip nou Turbine eoliene „acasă” Honeywell. Sistemul vă permite să generați energie electrică la vârfurile lamelor, și nu pe axă (după cum știți, viteza de rotație a capetelor lamelor este mult mai mare decât viteza de rotație a axei). Astfel, turbina Honeywell nu folosește o cutie de viteze și un generator, ca în turbinele eoliene convenționale, ceea ce simplifică proiectarea, îi reduce greutatea și pragul de viteză a vântului la care turbina eoliană începe să producă energie electrică.
Un proiect pilot al unei turbine eoliene cu levitație magnetică a fost creat în China. Suspensia magnetică a făcut posibilă reducerea vitezei vântului de pornire la 1,5 m/s și, în consecință, creșterea puterii totale a generatorului cu 20% pe parcursul anului, ceea ce ar trebui să reducă costul energiei electrice generate.
Turbina Maglev
Maglev Wind Turbine Technologies, cu sediul în Arizona, intenționează să producă turbine eoliene cu axă verticală Maglev Turbine cu o capacitate maximă de 1 GW. Modelul exotic al unei turbine eoliene arată ca o clădire înaltă, dar în raport cu puterea sa, este mic. O turbină Maglev poate furniza energie la 750 de mii de case și acoperă o suprafață (împreună cu zona de excludere) de aproximativ 40 de hectare. Această turbină a fost inventată de inventatorul Ed Mazur, fondatorul MWTT. Turbina Maglev plutește pe un suport magnetic. Componentele principale instalatie noua situate la nivelul solului, sunt mai ușor de întreținut. În teorie, noua turbină funcționează normal atât în vânturi extrem de slabe, cât și în cele foarte puternice (peste 40 m/s). Compania intenționează să deschidă centre științifice și educaționale în apropierea turbinelor sale.
Când au studiat moștenirea creativă a genialului inginer rus Vladimir Shukhov (1853-1939), specialiștii Inbitek-TI LLC au atras atenția asupra ideilor sale de utilizare a hiperboloizilor din tijă de oțel în arhitectură și construcții.
Turbină eoliană de tip hiperboloid
Potențialul unor astfel de structuri astăzi nu este pe deplin înțeles și nu este explorat. De asemenea, se știe că Shukhov a numit munca sa cu hiperboloizi „cercetare”. Pe baza ideilor sale, a apărut dezvoltarea turbinelor eoliene de tip rotativ cu un design complet nou. Acest design vă va permite să obțineți energie electrică chiar și la viteze foarte scăzute ale vântului. Pentru a lansa din repaus, este necesară o viteză a vântului de 1,4 m/s. Acest lucru se realizează prin utilizarea efectului de levitație a rotorului generatorului eolian. Un generator eolian de acest tip poate începe să funcționeze chiar și în curenți de aer ascendenți, care, de regulă, au loc lângă un râu, lac, mlaștină.
Turbina eoliana mobila
Un alt proiect interesant - generatorul eolian Mobile Wind Turbine - a fost dezvoltat de designerii studioului Pope Design (Fig. 17). Acesta este un generator eolian mobil situat pe baza unui camion. Turbina eoliană mobilă are nevoie doar de un șofer pentru a o opera. Această turbină eoliană poate fi utilizată în zone dezastre naturale, în timpul lichidării consecințelor unei situații de urgență și în timpul refacerii infrastructurii.
CONCLUZIE
Starea actuală a energiei eoliene, proiectele propuse și solutii tehnice turbinele eoliene și „compactoarele eoliene” vă permit să creați mini-ferme eoliene pentru uz privat aproape peste tot. Pragul de viteză pentru „ruperea” unui generator eolian a fost redus semnificativ din cauza dezvoltărilor tehnice; indicatorii de greutate și dimensiune ai turbinelor eoliene sunt de asemenea în scădere. Acest lucru vă permite să operați turbinele eoliene în condiții „acasă”.
Svetlana KONSTANTINOVA, candidat la științe tehnice, conferențiar, BNTU
