Вітер є одним з найдоступніших джерел енергії На відміну від Сонця, він може «працювати» вдень і вночі,, на півночі і на півдні, влітку і взимку Єдина проблема при використанні сили вітру – Вибрати місце, де вітер дме досить постійно При цьому вітрова енергія доступна, мається скрізь і практично невичерпна Головні переваги енергії вітру: енергонезалежність, відсутність потреби в якому-небудь паливі, екологічна чистота, економічна вигода

Широку популярність набувають пристрої перетворення кінетичної енергії вітру в електричну – вітрогенератори В даний час малопотужні вітроелектричні генератори є найбільш зручними і доступними для приватного користувача альтернативними джерелами енергії

Частина регіонів нашої країни зовсім не мають лінії електропередач в силу крайньої віддаленості Ті, хто сьогодні використовують «вітряки», роблять це через відсутність можливості підключення до центрального електропостачання або хочуть бути незалежними

ВЕУ (вітроелектричної установка, вітрогенератор або просто «вітряк») використовується для забезпечення автономним живленням – електроенергією – різних побутових і спеціальних промислових споживачів при відсутності центрального електропостачання або його нерегулярної подачі

Такі пристрої можна використовувати практично повсюдно, що й роблять люди останнім часом, не дивлячись на велику (кілька сот тисяч руб) Вартість комплекту необхідних складових частин установки: генераторів, акумуляторів, контролерів заряду і інверторів – для повного альтернативного енергозабезпечення будинку Проте, для стабільного енергозабезпечення невеликої потужності (одиниці кВт) все перераховані вище пристрої, включаючи однолопастний вітрогенератор з комплектом кріплення можна придбати за цілком реальні сьогодні гроші Саме тому особисто я уявляю собі можливим такий пристрій придбати, або виготовити самостійно, використовуючи досвід і з оглядкою на промислові зразки

На рис 21 представлений однолопастний вітрогенератор в роботі

Але є й недоліки ВЕУ: нерівномірність надходження енергії, дорожнеча обладнання, шум від роботи вітродвигунів, шкідливі для людей і тварин низькочастотні вібрації, зледенілим-

Рис 21 Вітрогенератор в роботі

нання лопатей, що утворить оскільки, загибель птахів і кажанів, радіоперешкоди Все це також треба враховувати при установці ВЕУ, однак дійсно малоустранімий поки приватним власником ВЕУ недолік – це радіоперешкоди, що заважають роботі телевізійних станцій Але супутникове «цифрове» телебачення приходить повсюдно на зміну «традиційного» вирішує і цю проблему З обмерзанням лопатей борються по Приміром авіабудування спеціальними хімічними складами, найпростіший з яких луг або попросту мильний розчин Решта витрати або перебільшені, або надумані

Однолопастний схема вітродвигуна забезпечує обертання генератора в 1,5-2 рази швидше 2-х і 3-х лопатевих аналогів з тим же ККД, що знижує вагу і вартість генератора рівно настільки ж Генератор на рідкоземельних магнітах неодим-залізо-бор на 50% виготовлений із склопластику, нетрадиційного матеріалу для генераторів, що знижує його вагу і спрощує технологію виробництва

Переваги та особливості вітрогенераторів

Використання електроенергії від вітру економічно вигідно при середньорічних швидкостях вітру більше 5 м / с, або за відсутності (або нерегулярної подачі) мережевого електрики

Особливу увагу варто приділяти не тільки потужності ВЕУ (саме ВЕУ, а не інвертора, що входить в комплект), але і при якій швидкості вітру ця потужність може бути отримана

Деякі продавці готових виробів являють завищені показники Чи не складно самому підрахувати потужність, яку здатний віддати ВЕУ з гвинтом конкретного діаметру Потужність ВЕУ практично залежить тільки від швидкості вітру V і діаметра гвинта D, а всі інші фактори – кількість лопатей, їх вага, площа, профіль, генератор, підшипники великої похибки не дають

Спрощена формула розрахунку реально віддається вітром потужності в * залежно від швидкості вітру і діаметра гвинта: Р (кВт) = D2V3/7000, з точністю ± 20% (залежить від ККД гвинта і генератора) допуск +20% – Ідеальна ВЕУ, її ціна збільшиться в 2-3 рази, а -20% нагадує перший і малоефективний вітряк ентузіаста-любителя При рівній потужності ВЕУ вибирайте ту, у якої діаметр вітроколеса (лопаті) більше

При виборі ВЕУ необхідно мати на увазі, що найбільш економічно ефективну віддачу потужності (при вітрових умовах конкретної місцевості) отримують при 2-кратної середньорічної швидкості вітру, яку можна назвати номінальною

Для Московського регіону Усргод = 4 м / с, a Vhom = 8 м / с

Для ВЕУ з діаметром гвинта 5 м потужність Р = 52 – (4х2) 3/7000 = 1,83 кВт Таким чином, номінальна потужність ВЕУ не перевищить 2 кВт при діаметрі гвинта 5 м, а більш потужні ВЕУ з таким же діаметром гвинта практично ніякого виграшу не дадуть, але їх ціна буде вище

Зрозуміло, там, де багато відкритого простору (степи, височини, неперетинання місцевість, «безкрайня цілина» полів, поблизу моря) установка ВЕУ найбільш ефективна, швидкість вітру більше «середньої», а головне, стабільніше Тому навіть в одній місцевості (наприклад, Санкт-Петербург) є місця найбільш привабливі для установки ВЕУ (на березі Фінської затоки) і менш привабливі – у спальному районі серед будинків

Для Санкт-Петербурга (а також у приморських і степових районах) середня швидкість вітру в рік Усргод = 5,5 м / с, Vhom = 11 м / с, і номінальна потужність буде рівна Р = 52 – (5,5 x2) 3/7000 = 4,75 кВт, що відповідає ВЕУ з номйнальной потужністю 5 кВт і тим же гвинтом діаметром 5 м (див рис 22 )

Рис 22 Гвинт, штанга для генератора 5 кВт перед установкою

Основна комплектація ВЕУ

• лопать

• кільцевої генератор

• система орієнтації на вітер

• регулятор швидкості обертання

• вузол кріплення до щогли

• посадкова шайба на щоглу

Чим менше лопатей в вітроколесі, тим вище його ККД (як не дивно) Це перевірено як теоретичними дослідженнями, так і продуваннями в аеродинамічній трубі, хоча різниця між 1, 2, 3 лопатями в таких експериментах незначна, тому що потужність в аеродинамічній трубі і в природі на вітрі відрізняються приблизно на 10-30% внаслідок «ідеалізації» повітряного потоку в трубі

Вертикально-осьові ВЕУ мають право на життя, але наукою і досвідом давно доведено їх дуже низька ефективність у порівнянні з горизонтально-осьовими Це приблизно як гребні колеса у старих пароплавів по порівнянні із звичайним гвинтом будь-якого сучасного корабля або катера Адже ВЕУ – це цілий комплекс, куди обовязково входять:

• вітроелектричні агрегат – це генератор, лопаті, вузол кріплення до щогли (рис 22), сюди ж може входити регулятор швидкості обертання гвинта (відцентровий, механічний) і пристрій орієнтації на вітер (хвіст або віндроза)

• щогла може бути як спеціальна, так і саморобна – споруджена з щогли для радіоантени, водопровідної труби або навіть стовпа, перпендикулярно вкопаний у землю

• акумулятори

• контролер їх заряду

• інвертор для перетворення енергії

На цьому етапі вибору комплектуючих можна реально заощадити, так як спеціальна щогла для ВЕУ обійдеться багато дорожче А останні 3 позиції необхідні для вітрогенератора постійного струму

Щогловий комплект

На прикладі ілюстрації (рис 21) щогловий комплект складається з:

• закладні деталі для 4-х розтяжок

• 4 тяги від закладних деталей

• 4/8/12 канатів для розтяжок

• 4/8/12 талрепів з коушами

• 24/48/72 затиску для троса

• підстава (шарнірне) щогли

• підкіс з Ьсью стріли підйому

• хомути для кріплення тросів до щогли

• хомути для стикування труб щогли

• «Пташка» стріли підйому

• пробійник для тяг розтяжок

Вартість описаної вище комплектації ВЕУ складе сьогодні від 90 ТОВ руб за 5 кВт корисної потужності, що цілком реально До слова, якщо припускати, що ви заради економії з бюджету на «вітряк» кидаєте курити, а раніше витрачали на сигарети 50 руб (Вартість пачки) в 3 дня, то прості розрахунки показують, що майже через 15 років ви на зекономлені гроші зможете придбати весь комплект для ВЕУ Адже «зекономлені гроші – це зароблені гроші »

Як правило, сам по собі вітряк радує мало він є тільки першою сходинкою до забезпечення (хоча б частково) будинку альтернативної енергією Необхідність запасати електроенергію на випадок затишності (Для стабільного енергозабезпечення) припускає оснащення додатковим обладнанням:

• акумуляторні батареї (автомобільні чи інші, розглянуті в розділі 3)

• блок обробки електроенергії і зарядки акумуляторів (контролер)

перетворювач напруги (інвертор)

Додаткова комплектація ВЕУ (крім безпосередньо генератора)

• блок обробки електроенергії і зарядки акумуляторів (контролер) з функцією оптимального відбору потужності до 5 кВт і зарядкою акумуляторів 2 кВт для 8-ми АКБ 190 А / ч, 12 В

• інвертор 5 кВт

• акумулятори (8 шт) енергоємністю по 190 А / ч, 12 В забезпечать роботу електроприладів загальною потужністю 300 Вт протягом 25-50 год

Як я вже помітив, застосування ВЕУ (і пристроїв накопичення електроенергії) з корисною потужністю менше 5 кВт в сучасних умовах, за великої кількості споживачів, неефективно

Розрахунки економії

Ресурс безредукторної ВЕУ – більше 10 років

Середня вироблення електроенергії складе 800-1200 кВт / год на місяць, тобто близько 12 000 кВт / год на рік, що при вартості мережевого електрики 1,85 руб (По С-Петербургу) за 1 кВт / год економія складе більше 22 000 рублів на рік Таким чином, весь термін окупності ВЕУ складе близько 5 років при середньорічній швидкості вітру 5 м / с

А якщо порівнювати з автономним електрикою від бензогенератора, у якого собівартість 1 кВт / години – близько 7 руб, То термін окупності ВЕУ буде відповідно в 5 разів менше, тобто не більше 1 року

Важливі зауваження

Не варто захоплюватися пошуком ВЕУ, працюючих на малих швидкостях вітру – до 3 м / с, так як на цих швидкостях вітру його енергія мізерно мала Наприклад, для ВЕУ з діаметром гвинта 5 м видавана потужність при швидкості вітру 2 м / с буде менше 30 Вт (мінус 50% цієї потужності піде на тертя в підшипниках та інші втрати, а що залишилися корисні 15 Вт – дуже мала величина, адже для зарядки однієї акумуляторної батареї ємністю 50 А / ч необхідно 70 Вт) Висновки, що називається, робіть самі

При роботі ВЕУ в дощ або сніг, видавана потужність знижується на Ю . 30%

Один з головний побічних негативних ефектів від ВЕУ (особливо саморобних) – гучність Шум від роботи безредуктор-ної ВЕУ нагадує свист вітру через прочинене вікно легкового автомобіля на великій швидкості При роботі редукторних ВЕУ гудіння редуктора може бути значним, а їх ресурс набагато нижче

У районах (і місцях) з невисокою середньорічною швидкістю вітру – до 5 м / с для максимально можливої ​​автономності електрозабезпечення додатково встановлюють бензоелектричний агрегат потужністю 2 кВт, або модулі сонячних батарей – як додаткові і комплексні джерела альтернативної енергії вони зарядять акумулятори в період безвітря

Отже, ми розглянули економічні викладки при покупці вет-рогенератора і комлектующих з корисною потужністю 5 кВт

Потужність менш розглянутої на мій погляд серйозному аналізу не підлягає, бо ВЕУ (на відміну, наприклад від сонячних батарей) призначений для альтернативного (нетрадиційного) енергозабезпечення потужних споживачів (у будинку, в побуті) А в приватному будинку, особливо в сільській місцевості, де ніхто не заважає використовувати кінетичну енергію вітру, на відміну від частої міської забудови, знайдеться багато потужних споживачів (насосна станція, освітлення, сепаратор для молока, бойлер, теплової конвектор) да один тільки електричний чайник (СВЧ-піч, праска) зажадає на себе близько 2 кВт Доведеться по черзі вимикати споживачі енергії, явна необхідність чого привнесе в наше життя скоріше більш турбот, ніж довгоочікуваного і так теоретично плеканої комфорту

Тому немає сенсу ставити вітрогенератор для харчування однієї лампочки або у вигляді зарядного пристрою для стільникових телефонів Це основна відмінність в практику застосування джерел альтернативної енергетики на сучасному етапі – потужність у навантаженні та обгрунтування до застосування Встановити ж потужний вітрогенератор (з відповідними пристроями контролю і акумулювання енергії) – мрія, яка втілившись в реальність, дійсно здатна перетворити ваш котедж (сільський будинок), але це зажадає на сьогоднішній день вкладенні в кілька сот тисяч (до

1 млн) рублів, що, звичайно, не кожному під силу ВЕУ невеликої потужності, розглянуті вище, в даному випадку, представляються як якийсь зразок для набору досвіду, тобто, з дозволу сказати, моделіст-конструктор, на основі якого можна зробити (удосконалити) багато корисного Цей шлях дуже важливий для творчих натур (саме вони рухають прогрес), але все ж мені особисто він нагадує установку на вітчизняний ВАЗ-21112 перетворює зовнішній тюнінг і наклейку від Мерседеса від цього ВАЗ не перестає бути ВАЗом

Використовувати ж ВЕУ для опалення будинку економічно доцільно тільки при середньорічній швидкості вітру більше 5-6 м / с і, природно, з запасом потужності самого вітрогенератора

Проте, продовжимо і розглянемо найбільш підходящі місця установки ВЕУ

■ нанм

Найкраще місце установки ВЕУ – вершина пагорба або посеред поля Але в реальному житті все набагато складніше Якщо Ви хочете встановити ВЕУ поруч з будинком, то висота щогли повинна бути на 3-5 м вище вдома, або при нижчою щоглі її треба встановлювати від будинку на відстані не менше 3-кратної висоти будинку, тобто якщо висота будинку 10 м, то щоглу треба ставити не ближче 30 м від будинку При наявності високих дерев відстань до них має бути не менше 2-кратної висоти дерева Все це накладає на господаря «вітряка» додаткові витрати в електропроводці до безпосередньо споживача, довжина її буде збільшуватися, так само як і втрати енергіц

Нижче в табл 22 наведені відомості про рааних проводах з великим перетином (рекомендованих до установки в складі ВЕУ) і опорі провідників на 100 м довжини Вітчизняний кабель ПВС-3 / 2,5 (бухта 100 м) коштує 4 тис руб

Висока щогла серед інших рівних умов більш вигідна, оскільки вітер на висоті 15-20 м дасть приріст з вироблення електроенергії більш, ніж на 20% порівняно з щоглою вдвічі нижче, особливо в забудованій або насиченою високими деревами місцевості

Не рекомендується встановлювати ВЕУ в ярах і западинах (за визначенням), а також на даху будинку, оскільки шум і вібрації в цьому випадку будуть помітні

Таким чином, висота щогли, на якій встановлено вітрогенератор, має важливе значення Вона дозволяє уникнути так званого «мертвого кута», при якому навіть середньої сили вітер для «вітряка» буває не ефективний

Для тих, хто вважає за можливе збірку вітрогенераторів своїми руками, як електрогенератора рекомендую використовувати генератор від легкових і вантажних автомобілів Наприклад, генератор від автобуса ПАЗ дає високу стабільність вихідної напруги (номінальне 24 В) вже при швидкості обертання лопаті 500 об / хв Електричну частину станції можна скласти з: генератора Г273А від автомобіля КамАЗ напругою 24 В і потужністю 2200 Вт при 5000 об / хв може теоретично розвивати потужність 560 Вт, якщо хоча б 4 год на добу дув вітер із швидкістю 6 м / с

Найпростіший варіант перетворення механічної енергії вітродвигуна в електричну в сільських умовах – використання автомобільного або тракторного вентильного генератора напругою 14 або (24) 28 В Генератор має обмотку статора, випрямляч і регулятор напруги Регулятор налаштований так, що на виході підтримується постійна напруга (відхилення – до 5% при зміні частоти обертання ротора в діапазоні 1:12 в автомобільних і 1:4 на тракторних генераторах) Завдяки такому регулятору автомобільний генератор може виробляти електроенергію постійного струму з практично незмінним напругою при значних коливаннях частоти обертання вітродвигуна

Обертаючий момент передається від валу вітродвигуна (мінімальна частота обертання без втрати стабільності вихідної напруги 200-300 об / хв) до валу генератора (номінальна частота обертання – 5000 об / хв) безпосередньо або за допомогою багатоступінчастого редуктора, що набагато ускладнює конструкцію, так само як і її надійність (довговічність)

Для вирівнюючи потужності, що віддається ВЕУ при зміні швидкості вітру, і тут необхідна акумуляторна батарея Вона накопичує енергію при сильному вітрі і віддає її в безвітряну погоду або при слабкому вітрі

Вибір ємності акумуляторної батареї залежить від багатьох факторів: середній швидкості і частоти вітру в даній місцевості, потужності ВЕУ, потужності споживачів електроенергії, тривалості максимуму споживання за добу

Обертовий корпус генератора виконують досить довгим (0,5 м), щоб мати можливість закріпити лопать (лопаті) в задній частині на шарнірах

Опора для установки ветрогейератора може бути сталевий, гратчастої, модульної З висотою одного модуля 2,5 м конструкція дозволяє «набрати» необхідну висоту в залежності від типу місцевості і навколишнього забудови У верхній частині опори вітряка встановлюється коромисло, з вертикальною віссю вращенйя На одному кінці коромисла встановлений вітрогенератор, на іншому

– противагу (за аналогією з рис 21)

Деякі приклади і висновки

Звичайний асинхронний електродвигун змінного струму, підключений до лопаті в безредукторному виконанні і включений в режимі генерації (на виході 220 В) я бачив на діючій моделі ВЕУ, зібраної «Кустарним» способом у Вологодській області одним московським «конструктором» В даному випадку, удавана економія очевидна – необхідність у дорогих інверторах, контролері заряду і акумуляторах відпадає, бо від генератора струм надходить безпосередньо в енергоконтур сільського будинку, а й ефективність пристрою невелика

Господар установки – місцевий «кулібін» на імя Захаричев з гордостьюпродемонстрировал мені її роботу, я навіть зняв епізод на камеру

Отже, потужність на виході установки – 350 Вт, 100-Вт лампочка сильно мерехтить через нестабільність частоти обертання генератора (швидкості вітру), крім того, електричні дроти завдовжки більше 50 м з напругою 220 В від ВЕУ в будинок – не найкраще рішення в частині безпеки Ну, звичайно, найголовніше – підключати що-небудь ще (тим більше з дорогої побутової техніки) до такого вітрогенератору просто небезпечно – Може вийти з ладу через нестабільність Тому, краще все ж таки користуватися професійно виготовленими ВЕУ великої потужності, хоча вони й обійдуться набагато дорожче

Більш докладно «кустарні» пристрою ВЕУ описані за посиланням http://wwwsvoy-vetrogeneratorru/index/samodelny_ vetrogenerator/0-35

Джерело: Кашкаров А П, Вітрогенератори, сонячні батареї й інші корисні конструк ¬ ції – М: ДМК Пресс, 2011 – 144 с