Вятърни генератори: преглед, принцип на работа, дизайн и устройство

Алтернативните енергийни системи за дома стават все по-важни като развитието на електрическото преобразуване. Практически свободната енергия на природните феномени днес може да се преобразува във висококачествен ток, който може да захранва домакинските уреди. Най-популярната концепция от този вид е слънчевата енергия, но вятърните генератори имат много предимства. На първо място, генерираната по този начин енергия може да е достатъчна за поддържане на частна къща. Друг въпрос е как технически да се приложи такава станция.

Принципът на вятърния генератор

Като начало, в резултат на неравномерното нагряване на атмосферата от Слънцето се формират движещи се въздушни потоци - от зони с високо налягане до зони с ниско налягане. В процеса на възникване на въздушни течения и вятър, енергията на които може да се използва за различни цели. Между другото, най-простият пример за генератор на вятърни мелници е мелницата - въпреки че не преобразува енергията, а веднага я насочва към работния поток.

За продуктивното използване на съвременните вятърни турбини е необходима подходяща скорост на въздушния поток. Например, вятър със скорост от около 5-6 м / сек дава само минимален енергиен ефект. Оптималното ниво е 15-20 m / s. Това е достатъчно за снабдяване с вятър домашни генератори но индустриалните станции изискват многократно по-голяма сила. Вятърът влияе върху работните части на генератора, като по този начин активира двигателя. Той от своя страна предава енергия на преобразувателя. Крайният приемник на енергия е батерията. Батерията акумулира енергиен потенциал, като го предоставя на потребителя под формата на електричество.

Общо устройство на станцията

Традиционното устройство за вятърна мелница предполага наличието на генератор, опашка с мачта (елементи на вятърната енергия), инвертор и батерия. Структурата на по-модерните станции включва контролер - блок за управление на вятърна турбина, който регулира параметрите на проекта и батерията.

Що се отнася до елементите на усилието на оградата, те обикновено са представени от остриета, които са монтирани на ротора. В резултат на неговото въртене генериращият двигател генерира променлив ток. Освен това чрез преобразувателя системата създава напрежение в батерията. Последното действа като връзка между генератора на вятърни турбини и потребителите.

Трябва да се отбележи, че в по-голямата си част вятърните генератори са автономни устройства. Това означава, че те не изискват захранване от трети страни. Във всеки случай батерията се захранва директно от енергията, получена от преобразувателя. Въпреки това, в големи промишлени инсталации са осигурени системи за аварийно захранване, които осигуряват енергийна инфраструктура на генератора, когато местната генерирана мощност е недостатъчна.

Видове дизайни

В съвременния дизайн вятърните турбини използват един от двата варианта на двигателя - с хоризонтална и вертикална ос на въртене. В противен случай те се наричат ​​съответно крило и въртележка. Що се отнася до хоризонталното устройство, то прилича на същата мелница, но с по-малко остриета. Това са вятърни генератори, в които акцентът е върху аеродинамичните характеристики. Според специалистите, ефективността на вятърната мелница не зависи от броя на ножовете, а от тяхната дължина и качество на ротора. Ето защо, монтираните на крило вятърни турбини често са снабдени само с една или две остриета, чиято дължина може да достигне 100 м - разбира се, в големи промишлени инсталации.

Каруселните модели са полезни, защото не зависят от тях посока на вятъра. В най-простите конструкции е осигурено само едно острие с форма на лента, което се спира през колонен прът. Следователно, вертикален вятърен генератор, дори и при ниски скорости на въздушния поток, може да генерира минимални количества енергия. От друга страна, при силни ветрове такива конструкции са нерентабилни поради причината, че поради противодействащите сили спиралната лента се забавя, ограничавайки нейните характеристики.

Използване на вятърни турбини

При цялата привлекателност на вятърните турбини като свободен източник на енергия, тяхното функциониране е свързано с редица неикономически проблеми. На първо място, това е непостоянство. Очевидно е, че потребителят не може да повлияе на силата на вятъра по никакъв начин и той може само да се надява на промяна в метеорологичните условия. Поради тази причина аварийното електрозахранване е свързано на големи вятърни станции - само в случай на дълго отсъствие на вятърни потоци с достатъчна сила.

Същият аспект се дължи на въвеждането на помощно оборудване в генераторния комплекс. Наличието на батерия, инвертор и резервен генератор е необходимо, за да се стабилизира мощността и нивото на напрежението да се изключи, тъй като вятърът може да бъде напълно отсъстващ и може да доведе до различни скорости на движение.

И тук вече възниква икономическият аспект, тъй като добре оборудвани вятърни генератори във всеки случай изискват разходи за поддръжка. Въпреки това, тъй като енергийното оборудване е оптимизирано, този проблем постепенно губи своето доминиращо значение, оставяйки възможности за развитие на индустрията.

Домашни вятърни мелници

Въвеждането на собствен проект за вятърна турбина е напълно възможно без свързване на специалисти. Разбира се, ако говорим за домашно приготвени, тогава проектът с изчисления на мощност и балансиране ще бъде шаблон. Препоръчва се такива предприятия да се стартират с малки вятърни турбини, енергийният потенциал на които е 10-20 вата. Такива устройства изискват минимални разходи, но те ще дадат практически опит и ясна представа за това как се произвежда енергия. След това, тъй като структурата става по-сложна и нейните размери се увеличават, може да се получи ефективен вятърен генератор за къщата. С вашите ръце този дизайн може да бъде сглобен от готови технически компоненти, възли и части, които се предлагат на пазара. По-долу са дадени няколко варианта за сглобяване на домашен вятърен генератор.

Модели на двигатели

Най-често от домашни вятърни генератори DC двигатели, работещи при ниски обороти. Препоръчително е да се съсредоточите върху дизайна постоянни магнити което ще осигури напрежение 80-100 вата.

За такива цели често се използват генератори на автомобили, но в такъв проект трябва да се включи и мултипликатор. Това се дължи на факта, че автогенераторът може да осигури достатъчно напрежение само при повишени скорости - с честота до 2500 rpm. Такъв товар просто не е проектиран домашен вятърен генератор. Ръцете ще трябва да реконструират електроцентралата, допълвайки я с неодимови магнити в областта на ротора. Може да се наложат прецизни операции на струговане, но това зависи от типа на вятърната турбина.

Модели на ротора Savonius

Това е концепцията за вертикално-аксиален генератор, който е базиран на така наречения въртящ се ротор Savonius. Веднага трябва да кажа, че самоходният вятърен генератор от този тип ще може да осигури мощност от 20 вата. Това не е достатъчно, за да захранва къщата, но за захранването на някои уреди е достатъчно. Работата ще използва алуминиеви листове, тръби и батерии. Каруселната рамка с вътрешни остриета е изградена от листове и тръби. Може да има 2-3 секции, в зависимост от обема на материала.

Като фиксиращи елементи се използват винтове и нитове с ъгли. Ако успеете да направите ветрогенератор със собствените си ръце на базата на ротора на Savonius за захранване на 12-волтови устройства, ще има смисъл да увеличите размера на работната структура на приемника, а след това можем да говорим за значителни икономии в енергийното снабдяване на цялата къща.

Инсталационни работи

От конструктивна гледна точка вятърна мелница се състои от три основни компонента - двигателя, приемника на силата на вятъра (лопатките) и акумулатора с конвертора. Разбира се, други части могат да бъдат добавени към дизайна, но за инсталиране си струва да разгледаме тези възли като основни. Как е инсталирането на вятърни генератори от различни компоненти? Работата започва с свързването на вала на двигателя с носещата тръба на генератора. Тръбата ще бъде ядрото на цялата структура. Първоначално трябва да се направят няколко отвора в двата края, което ще улесни монтажните операции.

В следващата стъпка, мачтата е монтирана с ротор. Тя трябва да бъде заварена или закрепена със специални скоби. След това следва друг въпрос - как да направим вятърния генератор физически устойчив на силни въздушни течения? Тази способност до голяма степен ще зависи от основата, в която е интегрирана тръбата. Препоръчително е да се подреди бетонната платформа с няколко слоя армировка.

заключение

Досега ентусиастите, които експериментират с подобни източници на енергия, основно се ръководят от любителски интерес. На практика вятърните генератори само в отделни случаи се оказват финансово изгодно оборудване. Разбира се, самият принцип за производство на вятърна енергия действа и дава ползи. Но пълноценното предоставяне на жилища за сметка на такива станции се осъществява в малък процент от случаите. Въпреки това, технологичното развитие на генераторните компоненти вдъхва оптимизъм за успеха на развитието на този енергиен сегмент.