С тех пор как пытливые умы путешественников поняли, что земля большая и круглая, началась дружба человека и ветра. Придумав парус, эти бесстрашные и любознательные исследователи всего за сто лет открыли все земли и океаны. Придумав мельницу, качество хлеба возросло в 173 раза. Воздушные шары и прочие чудеса мысли и подавно…
Но сегодня речь пойдёт о современном использовании энергии ветра, вернее, получении электрической энергии с помощью него. Итак…наша тема — ветряная электростанция для дома. Разберёмся, насколько это выгодно, из чего она состоит, и стоит ли вообще заморачиваться?
Открою вам секрет. По сути, энергия ветра — это часть солнечной энергии. Что такое ветер и как он образовывается? Всё дело в неодинаковом прогреве земной поверхности солнцем. Как следствие, возникает неравномерное распределение давления воздуха. Получается такой эффект, при котором воздух с меньшим давлением начинает догонять воздушные массы с меньшим давлением. Это и есть ветер.
Разновидности ветряков
Все ветряные электрические установки делятся по видам конструкций, и бывают с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Также ветряки классифицируются по размерам, мощности, числу лопастей и по материалам элементов.
— В отличие от горизонтальных, вертикальные работают почти бесшумно, но эффективность их низкая;
— Выделяют двух, трёх и многолопастные конструкции;
— Лопасти бывают изготовлены из жёсткого материала и есть парусные, но они подвержены быстрому износу.
Установки с горизонтальной осью — это пропеллерная система с несколькими лопастями (вы их все видели). У таких систем самый большой КПД и они более изучены.
С вертикальными ветряками всё сложнее (см.фото). Про них поговорим отдельно в следующий раз.
Где использовать
Ветряные станции обычно используют в частных домах, на дачах и в местах, где вообще нет электричества. В отличие от солнечных батарей, в черте города или «квартирный» вариант тут не уместен. Также ветряки пользуются спросом у фермеров и собственников небольших производств. Существуют проекты перехода целых посёлков и дачных сообществ на такой вид энергии.
Принцип работы
При воздействии ветра за счёт кинетической энергии лопасти начинают вращаться. Это действие приводит в движение внутренний вал, он соединён с редуктором, который увеличивает скорость вала. Вал подключён к генератору, принцип работы которого нам всем известен. Ротор генератора при вращении вырабатывает ток. Так как ток вырабатывается постоянный, а нам нужен переменный (220 вольт и 50 герц), то применяются уже известные нам по солнечным станциям инверторы (преобразователи). Для накопления энергии используют аккумуляторы. Современным установкам для качественной работы достаточно силы ветра в 4-5 м/с.
Основные узлы ВЭС
- Вал с лопастями и ротор
- Редуктор (говоря простым языком — это коробка передач, регулирующая скорость вращения)
- Защитный корпус (защита всего этого от погоды)
- «Хвост» установки (важная штука, регулирующая направление по ветру)
- Генератор (двигатель) и контроллер заряда батарей
- Аккумуляторы (ёмкие, многоцикличные, см. статью про СЭС)
- Инвертор (12В — 220В)
- Мачта (на определённой высоте ветер намного стабильней)
Выбор места размещения станции
При размещении вашей станции важно соблюдать следующие правила:
— Вблизи вашего ветряка (или ветряков) не должно быть строений, деревьев и прочего;
— Если есть преграды, то мачта должна быть выше на 2-3 метра;
— Жилые дома тоже максимально оградить от установки, так как она может издавать громкий звук (иногда инфразвук).
Запомните. Вы не сможете получать стабильно одинаковый результат работы своей станции. Это ветер, и рулит этим явлением — матушка природа.
Размер и мощность
Чтобы рассчитать мощность станции и размер (а это прямая связь с деньгами), надо высчитать, сколько вы тратите её в год. Берёте квитанцию за месяц и умножаете на 12 месяцев. Если в чистом поле происходит планирование, то надо сложить мощности всех приборов, которые будут работать. Углубляться в эту тему я не буду. Есть всемирная «паутина» для этого. Итак…допустим, вы знаете, сколько вам надо энергии.
Расчёт мощности генератора происходит по формуле: *N = p · S · V3 / 2, где: *
N — мощность установки, Вт
p — плотность воздуха (1,2 кг/м3)
S — продуваемая площадь, м2
V — скорость потока ветра, м/сек
Например, мощность станции, имеющей максимальный размах лопастей 2 метра, при ветре со скоростью 6 м/сек., составит: N = 1,2 · 2 · 216 / 2 = 259,2 Вт.
Попробовать всё это дело рекомендую именно с такой небольшой мощности и постройки своего мини-ветряка. Вы получите хороший опыт, который в дальнейшем сможете перенести на более мощную станцию. Ещё совет: если вы реализуете проект ветряка при имеющихся мощностях центральной системы электроснабжения, то не спешите получать качественную чистую энергию (220 В и 50 Герц), так как это повлечёт значительные финансовые затраты. Будет куда грамотнее воспользоваться полученным электричеством без преобразования. Например, отопление и горячее водоснабжение, построенное на ТЭНах, не требует стабильного напряжения и не зависит от частоты. Можно создать простую схему, подключив её напрямую от генератора тока.
Очень важные правила при эксплуатации ВЭС
Потребительская нагрузка не должна превышать мощность генератора на 13-15% на время более 3-5 минут.
Все схемы подключения и коммутации должны быть сделаны профессионально. Все предохранители, выключатели и пускатели должны иметь защиту и срабатывать сразу.
Если ваша станция выше 6 кВт, рекомендуется иметь бензиновый или дизельный генератор мощностью 10-20% от мощности системы для предотвращения аварийных ситуаций.
Мощности ветряка в 5-7 кВт хватит удовлетворить потребности средней семьи по всем параметрам, включая горячую воду и отопление. Так что фанатизм тут не уместен.
В заключение хочу сказать следующее. По-честному. Энергия ветра никогда не станет дешевле других источников энергии (солнечной, тепловой, гидро или атомной), и это факт. Существует предел КПД при воздействии ветра на лопасти, он равняется 59%. Доказано учёными. Но в любом случае в совокупе с другими альтернативными источниками энергии, а также в местах, где ветер дует стабильно — эта система имеет место быть и должна нести радость людям.
В следующий раз расскажу о принципах работы тепловых насосов.
