Ako vypočítať veterný generátor: vzorce + praktický príklad výpočtu

O alternatívnu energiu získavanú z veterných elektrární je v spoločnosti veľký záujem.Existuje o tom množstvo dôkazov na úrovni reálnej každodennej praxe.

Majitelia vidieckych nehnuteľností stavajú veterné mlyny vlastnými rukami a sú s výsledkom spokojní, hoci efekt môže byť krátkodobý. Dôvodom je, že veterný generátor nebol počas montáže správne vypočítaný.

Súhlasím, nechcel by som míňať čas a peniaze na implementáciu projektu a skončiť s neúčinnou inštaláciou. Preto je dôležité pochopiť, ako vypočítať veterný generátor a podľa akých parametrov vybrať hlavné prevádzkové komponenty veternej turbíny.

Článok je venovaný riešeniu týchto problémov. Teoretická časť materiálu je doplnená názornými príkladmi a praktickými odporúčaniami pre montáž veterného generátora.

Výpočet veternej turbíny

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

Výpočtové parametre ako rýchlosť vetra a jeho charakteristický smer pre dané územie sú dôležitými návrhovými parametrami. Do určitej miery určujú úroveň výkonu veternej turbíny, ktorá bude skutočne dosiahnuteľná.

Je ťažké si dokonca predstaviť veterné generátory takejto energie. Takéto návrhy však existujú a fungujú efektívne.Výpočty takýchto štruktúr však ukazujú relatívne nízky výkon v porovnaní s tradičnými zdrojmi energie

Pozoruhodné je, že tento proces má dlhodobý charakter (najmenej 1 mesiac), čo je celkom zrejmé. Jedným alebo dvoma meraniami nie je možné vypočítať maximálne pravdepodobné parametre rýchlosti vetra a jeho najčastejší smer.

Budú potrebné desiatky meraní. Táto operácia je však skutočne potrebná, ak existuje túžba vybudovať efektívny produktívny systém.

Ako vypočítať výkon veterného mlyna

Veterné generátory pre domáce použitie, najmä tie, ktoré sa vyrábajú ručne, nikdy neprekvapili ľudí s vysokým výkonom. To je pochopiteľné. Stačí si len predstaviť masívny stožiar vysoký 8-10 m, vybavený generátorom s rozpätím listov vrtule viac ako 3 m. A to nie je práve najvýkonnejšia inštalácia. Len asi 2 kW.

Na servis veterných turbín tejto sily sa používajú vrtuľníky a tímy špecialistov v počte až tucet ľudí. Na výpočet takejto elektrárne sa podieľa ešte väčší počet účinkujúcich

Vo všeobecnosti platí, že ak sa spoliehate na štandardnú tabuľku zobrazujúcu vzťah medzi výkonom veterného generátora a požadovaným rozpätím listov vrtule, je sa čomu čudovať. Podľa tabuľky si 10 W veterný mlyn vyžaduje dvojmetrovú vrtuľu.

500-wattová konštrukcia bude vyžadovať vrtuľu s priemerom 14 m. Od ich počtu navyše závisí parameter rozpätia lopatiek. Čím viac lopatiek, tým menšie rozpätie.

Ale to je len teória, podmienená rýchlosťou vetra nepresahujúcou 4 m/sec.V praxi je všetko trochu iné a výkon domácich inštalácií, ktoré skutočne fungujú po dlhú dobu, nikdy neprekročil 500 W.

Preto je tu výber výkonu zvyčajne obmedzený na rozsah 250-500 W pri priemernej rýchlosti vetra 6-8 m/sec.

Tabuľka závislosti výkonu systému veternej energie od priemeru rotora a počtu lopatiek. Túto tabuľku je možné použiť na výpočty, ale berúc do úvahy jej zostavenie pre parametre rýchlosti vetra do 4 m/s (+)

Z teoretickej pozície sa výkon veternej elektrárne vypočíta podľa vzorca:

N=p*S*V³/2,

Kde:

• p – hustota vzdušných hmôt;
• S – celková fúkaná plocha listov vrtule;
• V — rýchlosť prúdenia vzduchu;
• N - výkon prúdenia vzduchu.

Keďže N je parameter, ktorý radikálne ovplyvňuje výkon veterného generátora, skutočný výkon zariadenia sa bude približovať k vypočítanej hodnote N.

Výpočet vrtúľ veterných turbín

Pri konštrukcii veterného mlyna sa zvyčajne používajú dva typy vrtúľ:

• okrídlený — rotácia v horizontálnej rovine;
• Savonius rotor, Darrieus rotor — rotácia vo vertikálnej rovine.

Návrhy skrutiek s rotáciou v ľubovoľnej rovine možno vypočítať pomocou vzorca:

Z = L*W/60/V

Kde:

• Z – stupeň otáčok (nízka rýchlosť) vrtule;
• L – veľkosť dĺžky kruhu opísanej lopatkami;
• W – rýchlosť (frekvenciu) otáčania vrtule;
• V - rýchlosť prúdenia vzduchu.

Na základe tohto vzorca si ľahko vypočítate počet otáčok W - rýchlosť otáčania.

Takto vyzerá dizajn skrutky s názvom „Darieu Rotor“. Táto verzia vrtule sa považuje za účinnú pri výrobe veterných generátorov malého výkonu a veľkosti.Výpočet skrutky má niektoré funkcie

A pracovný vzťah medzi otáčkami a rýchlosťou vetra možno nájsť v tabuľkách, ktoré sú dostupné na internete. Napríklad pre vrtuľu s dvoma listami a Z=5 platí nasledujúci vzťah:

Tiež jedným z dôležitých ukazovateľov vrtule veterného mlyna je stúpanie.

Tento parameter možno určiť pomocou vzorca:

H=2πR* tan α,

Kde:

• 2π – konštanta (2*3,14);
• R – polomer opísaný čepeľou;
• opálenie α – uhol rezu.

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

Výber generátorov pre veterné turbíny

Po vypočítanej hodnote počtu otáčok skrutky (W), získanej vyššie opísanou metódou, si už môžete vybrať (vyrobiť) vhodný generátor.

Napríklad pri stupni rýchlosti Z=5 je počet lopatiek rovný 2 a rýchlosť 330 ot./min. Pri rýchlosti vetra 8 m/s. Výkon generátora by mal byť približne 300 W.

Pohľad v reze na generátor veternej elektrárne. Ukážkový príklad jedného z možných návrhov generátora domáceho veterného systému, zostaveného nezávisle

Vzhľadom na tieto parametre môže byť vhodnou voľbou ako generátor pre domácu veternú elektráreň motor používaný pri konštrukciách moderných elektrobicyklov. Tradičný názov dielu je motor na bicykel (vyrobený v Číne).

Takto vyzerá motor elektrického bicykla, na základe ktorého sa navrhuje vyrobiť generátor pre domáci veterný mlyn. Konštrukcia motora bicykla je ideálna na realizáciu prakticky bez výpočtov a úprav. Ich sila je však nízka

Charakteristiky motora elektrického bicykla sú približne nasledovné:

Pozitívnou vlastnosťou bicyklových motorov je, že ich prakticky nie je potrebné meniť. Konštrukčne boli riešené ako pomalobežné elektromotory a možno ich úspešne použiť pre veterné generátory.

Môžete urobiť veterný mlyn použite automobilový generátor alebo zbierať jednotka práčky.

Výpočet a výber regulátora nabíjania

Regulátor nabíjania batérie je potrebný pre akýkoľvek typ veternej elektrárne, vrátane domáceho dizajnu.

Výpočet tohto zariadenia spočíva v výbere elektrického obvodu zariadenia, ktorý by zodpovedal konštrukčným parametrom veterného systému.

Z týchto parametrov sú hlavné:

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

Na základe prezentovaných parametrov zostava regulátora nabíjania urobte to sami alebo vyberte hotové zariadenie.

Regulátor nabíjania batérií používaných ako súčasť veternej elektrárne. Priemyselne vyrábané zariadenie, pri výbere ktorého stačí len starostlivo preštudovať technické charakteristiky pre presnú koordináciu s existujúcim systémom

Samozrejme je vhodné vybrať (alebo zostaviť) zariadenie, ktorého obvod by poskytoval funkciu ľahkého štartu v podmienkach slabého prúdenia vzduchu. Vítaný je aj ovládač určený na prevádzku s batériami rôznych napätí (12, 24, 48 voltov).

Nakoniec, pri výpočte (výbere) obvodu regulátora sa odporúča nezabudnúť na prítomnosť takejto 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. V každom prípade však bude potrebné urobiť konkrétnu voľbu. V závislosti od parametrov systému veterného mlyna sa batéria vyberá na základe napätia, kapacity a podmienok nabíjania.

Tradičnými komponentmi pre domáce veterné mlyny sú klasické olovené batérie. Ukázali dobré výsledky v praktickom zmysle.Navyše cena tohto typu batérie je v porovnaní s inými typmi rozumnejšia.

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

Ak inštalácia veternej turbíny obsahuje profesionálne navrhnutý regulátor nabíjania s plnohodnotným automatizačným systémom, zdá sa racionálne použiť AGM alebo héliové batérie.

Batéria pre domáci veterný generátor. Nie je to najlepšia možnosť použitia, vzhľadom na chaos drôtov a požiadavky na skladovanie. V tomto stave zariadení na ukladanie energie nemožno počítať s ich dlhodobou prevádzkou.

Oba typy zásobníkov energie sa vyznačujú vyššou účinnosťou a dlhou životnosťou, kladú však vysoké nároky na podmienky nabíjania.

To isté platí pre takzvané pancierové batérie héliového typu. Ale výber týchto batérií pre domáci veterný mlyn je výrazne obmedzený cenou. Životnosť týchto drahých batérií je však v porovnaní so všetkými ostatnými typmi najdlhšia.

Tieto batérie majú aj dlhší nabíjací/vybíjací cyklus, ale len pri použití kvalitnej nabíjačky.

Výpočet meniča pre domáci veterný mlyn

Hneď je potrebné poznamenať: ak dizajn domácej veternej turbíny obsahuje jednu 12-voltovú batériu, nemá zmysel inštalovať invertor na takýto systém.

Priemerná spotreba energie v domácnosti je pri špičkovom zaťažení najmenej 4 kW.Z toho vyplýva záver: počet dobíjacích batérií pre takýto výkon by mal byť najmenej 10 kusov a najlepšie s napätím 24 voltov. Pre taký počet batérií má zmysel inštalovať menič.

Aby však bolo možné plne poskytnúť energiu 10 batériám s napätím 24 W a stabilne udržiavať ich nabitie, bude potrebný veterný mlyn s výkonom najmenej 2 až 3 kW. Je zrejmé, že jednoduché štruktúry domácností takúto silu nezvládnu.

Nízkoenergetický invertor (600 W), ktorý je možné použiť pre domáce inštalácie malého výkonu. Z takéhoto zariadenia môžete napájať televízor alebo malú chladničku s napätím 220 voltov. Pre lampy v lustri už nie je dostatočný prúd

Výkon meniča však môžete vypočítať takto:

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

V konkrétnom príklade to bude vyzerať takto.

Nech sú ako záťaž domáce elektrické spotrebiče: osvetľovacie lampy - 3 ks. 40 W každý, televízny prijímač - 120 W, kompaktná chladnička 200 W. Sčítame výkon: 3*40+120+200 a dostaneme 440 W na výstupe.

Stanovme výkon spotrebičov na priemernú dobu 4 hodín: 440*4=1760 W. Na základe získanej hodnoty výkonu v čase spotreby sa zdá logické vybrať spomedzi takýchto zariadení menič s výstupným výkonom 2 kW a viac.

Na základe tejto hodnoty sa vypočíta prúdovo-napäťová charakteristika požadovaného zariadenia: 2000*0,6=1200 V/A.

Klasická schéma na reprodukciu a distribúciu energie získanej z domáceho veterného generátora. Na zabezpečenie dlhodobej energie takémuto počtu zariadení je však potrebná dostatočne výkonná inštalácia (+)

V skutočnosti bude zaťaženie domácnosti trojčlennej rodiny, ktorá je plne vybavená domácimi spotrebičmi, vyššie, ako je vypočítané v príklade. Čas pripojenia záťaže zvyčajne presahuje aj požadované 4 hodiny. V súlade s tým bude invertor systému veternej energie potrebovať výkonnejší.

Predbežný výpočet veterného mlyna je užitočný nielen pre jeho vlastnú montáž. Taktiež je potrebné určiť optimálne parametre kedy výber hotového veterného generátora.

Závery a užitočné video na túto tému

Ako sa analyzujú zdrojové údaje a ako sa používajú vzorce, je uvedené vo videu:

V každom prípade je potrebné použiť vypočítané údaje. Či už ide o elektráreň priemyselnú alebo vyrobenú pre domáce použitie, výpočet každej jednotky vždy zaisťuje maximálnu účinnosť zariadenia a hlavne bezpečnosť prevádzky.

Predbežné výpočty určujú realizovateľnosť realizácie projektu a pomáhajú určiť, nakoľko je projekt nákladný alebo ekonomický.

Máte skúsenosti s riešením podobných problémov? Alebo máte ešte otázky k téme? Podeľte sa o svoje zručnosti pri výpočte a návrhu veterných turbín. Vo formulári nižšie môžete zanechať komentáre a klásť otázky.