Что такое ветряная электростанция для дома

Стоит ли покупать ветрогенератор для дома? В регионах с повышенной ветреностью — это хорошее решение для получения энергии. Преимущества: бесплатно, экологически чисто, доступно, не требует топлива. Недостатки: непостоянство источника, шумно, долго окупается, цена.

Ветрогенератор

Составляющие и принцип работы

Принцип ветрогенератора заключается в преображении кинетической энергии ветра в электрический ток. Поток воздуха приводит в движение крылья установки. Внутри турбины электромагнитная система преобразует полученную активность в электричество, которое аккумулируется в батарее.

С помощью инвертора ток из постоянного преобразуется в переменный. Затем он используется в быту и распределяется в доме.

Основными составляющими системы являются:

  • генератор;
  • лопасти;
  • мачта;
  • контроллер;
  • аккумуляторная батарея;
  • инвертор;
  • автоматический переключатель источника питания.

Дополнительно также может устанавливаться анемоскоп и датчик направления ветра. В домашних условиях могут не использоваться, чаще используется в станциях средней и большой мощности, в производственных масштабах.

ветряная электростанция для дома
Составляющие ветрогенератора

Генератор

Турбина установки вырабатывает переменный ток. С его помощью активность, получаемая от вращения крыльев, преобразуется в электричество. Электромагнитная установка внутри с помощью механического движения магнитов влияет на движение электронов в катушках.

Ток, которые вырабатывается в ходе этого взаимодействия, с помощью контроллера передается на аккумуляторную батарею. Количество вырабатываемой энергии зависит от скорости и силы, стабильности ветрового потока.

Лопасти

На мощность турбины влияет размер этих деталей.

При расчете для установки в доме, фиксируют потребление электричества в месяц. Умножают эту цифру на 12. При потреблении дома в 3600 кВт (300 в месяц) в регионе со средним значением — 5 м/с необходимо использовать длину не меньше 4 м.

Длину лопасти для ветряка можно рассчитать по формуле:

AOE = (V3*D2)/7000 (кВт)

D – диаметр ветроколеса ротора,

AOE – сумма потребляемой энергии в год,
V – средняя скорость ветра в регионе.

Если же размер необходимо уменьшить, тогда нужен аппарат с большей мощностью. С помощью формулы можно посчитать (с погрешностью 20%) какую энергию можно получить. Необходимо умножить квадрат диаметра лопастей на куб средней скорости потоков, далее разделить полученное значение на 7000.

То есть если скорость в вашей местности приблизительно 4 м/с, а диаметр деталей 2 метра, тогда (43*22)/7000=0,036 кВт электричества получится. Если ветер усилится до 5 м/с, тогда получится 0,071 кВт. Если средняя скорость ветра неизменна, тогда можно на мощность повлиять с помощью длины лопастей.

Если их длинна в два раза больше, тогда при той же скорости мощность увеличивается в 4 раза. Эти расчеты можно использовать при изготовлении станции своими руками.

В таблице представлены данные по расчетам:

Скорость ветра м/с
1 2 3 4 5 6 7
диаметр лопастей (м) 2 0,0005714 0,0045714 0,0154286 0,0365714 0,0714286 0,1234286 0,1960000
3 0,0012857 0,0102857 0,0347143 0,0822857 0,1607143 0,2777143 0,4410000
4 0,0022857 0,0182857 0,0617143 0,1462857 0,2857143 0,4937143 0,7840000

Турбина производительностью до 700 Ватт в месяц, с начальной скоростью ветра 2,5 м/с, и номинальной — 8, может выработать 120 кВт электричества при средней скорости — 6. Размер лопастей — 2,7 метра, количество — 3 шт. А налог при мощности от 0—1600 Вт даст месячную выработку в 230 кВт.

Самый распространенный это генератор мощностью 3000 Ватт с 3-мя крылами длинной 3,2 м. Его хватает, чтобы выработать 480 кВт, при скорости 6 м/с. Этого количества достаточно для обеспечения частного дома.

Мачта

Высота мачты влияет на высоту размещения источника получения тока. Чем выше, тем сила ветра стабильнее, а скорость выше. Мачты бывают различной формы. Одним из ключевых факторов безопасности установки является материал, из которого сделана мачта. При сильном ветре или урагане основная нагрузка приходится на эту часть. Опоры должны быть прочными и выдерживать большие нагрузки. Обслуживать высокие мачты проблематично.

Лучше всего для мачт подходят металлические жесткие трубы с сечением не меньше 11 см. Их устанавливают высотой от 5 до 7 м. При установке мачты из стальной трубы, необходимо сделать фундамент с диагональю вдвое превышающую высоту мачты. Для растяжек используют тросы не меньше 6 миллиметров в толщину с оцинковкой.

Так называемые фермные мачты имеют отдельные секции, которые изготавливаются из опорной трубы (обычно 3 штуки), соединенные между собой перемычками. Такие секции удобно использовать в дальнейшем, если необходимо увеличить или уменьшить высоту мачты. Они крепятся на болты, которые можно раскручивать и добавлять новые секции.

При установке мачты нужно учесть объекты на расстоянии до 300 метров, ветряк должен располагаться таким образом, чтобы они находились на метр ниже турбины. Ничто не должно мешать получить максимальную продуктивность.

Ветрогенератор

Контроллер

Устанавливается для управления процессами и функциями. Этот механизм преобразовывает переменный ток в постоянный, который поступает на аккумуляторы. Также в контроллере осуществляется управление функциями поворота лопастей, защиты при сильном порывистом ветре.

Аккумуляторы

Батареи нужны для того, чтобы сохранять электричество, которое передает контроллер, и стабилизировать её. Напряжение, выходящее из батарей, стабильное и постоянное, в отличие от того, которое выходит из генератора. Также аккумуляторы позволяют использовать энергию, когда вращение отсутствует, и установка не работает.

Инвертор

Инверторы подразделяются на четыре вида:

  • трехфазный,
  • сетевой,
  • чистая синусоида,
  • модифицированная синусоида.
Трехфазный преобразует ток с напряжением 380 Вольт, подходит для использования оборудования на производстве. Сетевой инвертор позволяет установки работать без аккумуляторной батареи, однако стоимость такого инвертора в разы превышает даже стоимость самой ВЭУ.

Чистая синусоида подходит для любого типа электроприборов (медицинское, сетевое и другое оборудование) напряжение переменного тока 220 вольт. Модифицированная синусоида пригодна, при нечувствительном потреблении к качеству напряжения. Этим она отличается от чистой. Подходит для освещения, заряда устройств, обогревательных приборов и т.п.

Автоматический переключатель источника питания

АВР используют, если в электросети задействованы также солнечные батареи, генераторы топлива, общественная сеть, другие альтернативные источники питания. Эта установка переключает источники питания, если один из них недоступен. Он может работать только с одним источником.

Виды ветряных электростанций

Существует несколько видов в промышленных масштабах по типу размещения: наземные, прибрежные, шельфовые, плавающие, парящие, горные.

В бытовом использовании более важными являются типы конструкций:

  • По количеству лопастей разделяют на двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы.
  • По направлению оси вращения разделяются на вертикальные или горизонтальные. Преимуществом вертикальных является повышенная устойчивость конструкции. Преимуществом горизонтальных является большая выработка энергии.
  • Также разделяют по управлению шагом лопасти. Изменяемый позволяет регулировать диапазон рабочей скорости вращения крыльев. Но конструкция с таким типом дороже, тяжелее. Для использования в домашних условиях лучше брать с фиксированным шагом.
  • По типу изготовления материалов крыла бывают парусные или жесткие. Первые стоят дешевле, их проще изготовить самому, однако прочность их меньше, чем у жестких. Вторые изготавливают в основном из металла, пластика, стеклопластика. Такие лопасти служат дольше, и не требует частой замены. Если в районе ветра сильные, использовать парусные нерационально.
  • Спиралевидные. Недавно разработаны технологии, в которых используются спиралевидные, известные как ротор Онипко. Принцип их конструкции позволяет снизить шум, а также получить выработку энергии на самых низких высотах при минимальных потоках. Особая конструкция спиралевидной формы также позволяет избежать столкновения с птицами — частой проблемой ветряков. За счет увеличенной площади контакта с ветром, у спиральной конструкции появляется эффект увеличения и усиления мощности. Хвостовой стабилизатор отсутствует, поскольку ротор улавливает поток воздуха самостоятельно на горизонтальной оси. Могут изготавливаться из различных материалов (пластик, металл и др.). В Голландии подобные решения уже испытывают, турбина называется LiamF1. Они очень практичны в условиях небольшой скорости ветра. Такие конструкции могут вырабатывать от 125 до 200 кВт в месяц на максимальной мощности. Их размер не превышает полтора метра в диаметре, может быть поставлен на крыше дома или мачте. При этом показатель шума не превышает 45 децибел. Такая конструкция будет уместна, как дополнительный источник энергии в небольших городах с преимущественно низкими постройками.

Ветрогенератор

Что нужно учесть при выборе

В первую очередь необходимо изучить карту ветров региона, чтобы понять целесообразность. Затем необходимо сделать расчёт количества потребляемой энергии домом. Исходя из этих цифр, уточняется какой аппарат, с каким размером лопастей подойдет для обеспечения данного запроса.

Также необходимо учитывать климатические особенности и выбрать правильный вид установки. В зонах повышенной турбулентности ставят агрегат с вертикальным вращением, эти конструкции более устойчивы и долговечны в таких зонах.

Горизонтальные проявят себя лучше на открытой местности или возвышенности, а также на побережье. Однако, шум, производимый этими установками, возможно, будет мешать соседям, поэтому устанавливать их стоит на открытой местности, такой как поле. В этих условиях КПД горизонтальных выше, чем у вертикальных.

Спиралевидные конструкции позволено устанавливать в регионах с низким показателем скорости ветра, а также в густонаселенных пунктах. Такие конструкции почти не издают шум (до 45 ДБ), безопасные для птиц, не занимают большие площади.

Ветрогенераторы часто используют как дополнительный источник энергии, в домах с установленной солнечной батареей. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить автономной энергией частные дома.

Изучив все вышеперечисленные критерии, стоит рассчитать экономический показатель окупаемости установки. За какой период времени установка окупится согласно действующим тарифам на электроэнергию. Даже при долгом сроке окупаемости от 5 лет важно отметить, что этот источник энергии в будущем не потребляет никакого топлива.

Ветрогенератор
Устройство ветрогенератора

Цены

Цены на товары с различной мощностью зависят от производителя, комплекта поставки (генератор, аккумуляторы, инвертор и др.). Ценовые предложения колеблются в показателях:

  • 0,5 кВт — 40-90 тыс. руб.,
  • 1 кВт — 92-113 тыс. руб.,
  • 2 кВт — 111-150 тыс. руб.,
  • 3 кВт — 125 -195 тыс. руб.,
  • 5 кВт — 282- 285 тыс. руб.

Замечания при строительстве своими руками

Если цены на ветряки слишком дорогие, можно сделать конструкцию своими руками. Чаще всего для экономии используют либо генератор от автомобиля, либо от стиральной машины. При использовании таких аппаратов чаще всего выбирают горизонтальный тип установки, в котором применяют 3-6 лопастей.

Важно учитывать расчёты указанные выше. Детали годятся из трубы ПВХ — доступны в любом строительном магазине, зачастую берут трубы для водоотведения канализации.

Готовые лопасти насаживают с помощью шкива на вал электродвигателя. С помощью деревянного бруса монтируют хвост и крепят с другой стороны вал. Для хвоста лучше взять лист алюминия. Бокс турбины нужно защитить от дождя либо кожухом, либо куском пластиковые трубы.

В нижней части устанавливается труба, которая в дальнейшем будет выполнять повороты механизма. Для мачты стоит использовать металлические трубы диаметром 32 миллиметра по длине от 3 до 4 метров.

Верхняя часть мачты является также поворотной втулкой, куда вставляется труба с двигателем. Внизу необходимо сделать опору с диаметром не меньше 60 сантиметров. На этой опоре установить U-образную трубопроводную арматуры посредине. Чтобы мачту получилось опускать, необходимо поставить тройник с поворотом.

Для изготовления электронных схем необходимы специальные знания, поэтому при отсутствии таковых следует купить контроллер и аккумуляторы. При необходимости также можно установить мультиметр, этот прибор будет отслеживать напряжение, выходящее из ветрогенератора и поступающее на батарею. Электроника требует защиты от дождя и ветра. Лучше использовать удлинитель и перенести этот блок в защищенное место.

Ветрогенератор

Устанавливать или нет

Целесообразность использования данного типа установок всегда очень индивидуально. Однозначно стоит устанавливать такой вид источника энергии в тех местах, где нет доступа к другим вариантам. Хорошо будет работать установка на прибрежных зонах или на холмах. В этих районах доступ к источнику энергии почти постоянный, поэтому даже покупка дорогой электростанции оправдает себя через несколько лет.

В условиях домашнего использования в средней полосе, где показатели ветра в среднем 4-6 м/с нужно учитывать ближайшие постройки. В деревне, где постоянно происходят перебои с электричеством, можно рассматривать ветряки как дополнительные станции.

Они помогут экономить, и получать электроэнергию, когда основной ресурс недоступен. При использовании крупных горизонтальных ветряков с большими лопастями нерационально ставить их в тех районах, где густонаселенные пункты.

В таких условиях лучше подойдут вертикальные генераторы или спиралевидные. Они не производят много шума. Их можно устанавливать даже в частных домах с близким соседством. Однако в этом случае ближайшие постройки могут влиять на производительность станции.

Проблему можно решить, дополнив сеть солнечными батареями. В комплексе два этих источника могут полностью обеспечить жилой дом электроэнергией.

Покупать или сделать своими руками — вопрос чисто финансовой стороны. Если есть средства на готовую установку, можно смело вкладывать в будущее, поскольку это вложение окупится в ближайшие годы.

Если же денег на покупку дорогого оборудования нет, но есть возможность собрать генератор своими руками, однозначно советуем установить ветряк дома самому. Он позволит сэкономить как минимум треть потребляемой энергии.

Блиц-советы

  1. Генераторы от автомобиля нуждаются в перемотке катушек.
  2. Любую мачту необходимо устанавливать на фундамент, поскольку она имеет большую массу и будет подвержена серьезным нагрузкам. Фундамент мачты должен быть не менее 1 м глубиной.
  3. Изготавливая лопасти самостоятельно важно проверить балансировку. Если крыло тянет вниз, его можно сточить или отшлифовать.
  4. При шторме или урагане должен быть предусмотрен механизм торможения. Чтобы конструкция не пострадала.
  5. Аккумуляторы выбираются согласно потреблению и расходу электричества в доме. В день затишья помещение не должно остаться без питания.
  6. Для долгого срока службы профилактика смазки подшипников необходима раз в 6 месяцев.
  7. После первых двух недель использования агрегата, обязательно проверяют крепеж и натяжения, поскольку при работе детали имеют свойство расшатываться, следует снять конструкцию проверить и закрепить заново.