Как работает ветрогенератор: принцип действия, как устроены электростанция и мельница

Что представляют собой электростанции, использующие силу ветра

Принцип работы ветрогенератора предельно прост: лопасти, закрепленные на валу генератора, вращаются вместе с потоком ветра. В результате в обмотках генератора генерируется переменный ток, который накапливается в батареях и питает бытовую технику.

Данная схема работы отечественного ветрогенератора упрощена. На практике все намного сложнее, так как дополняется другими устройствами, необходимыми для преобразования тока.

Принцип действия ветрогенератора

Работа ветрогенератора основана на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электрическую энергию.

Принцип работы довольно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям ротора-генератора, благодаря чему вырабатывается электричество.

Энергия ветра — один из самых перспективных секторов возобновляемой энергетики. Современные конструкции позволяют экономно использовать силу воздушных потоков, используя ее для выработки электроэнергии

Возникающий в результате нестабильный переменный ток течет в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное заряжать батареи. Оттуда мощность поступает на инвертор, где преобразуется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое подается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности воздушного потока (N), рассчитываемой по формуле N = pSV3 / 2, где V — скорость ветра, S — рабочая зона, p — плотность воздуха.

Устройство ветряного генератора

Различные версии ветряных турбин существенно отличаются друг от друга.

На следующей схеме показана внутренняя структура классического горизонтального ветрогенератора. Такие модели чаще всего используются как в промышленности, так и в быту

Промышленные устройства представляют собой сложную конструкцию мультиметра, требующую установки фундамента, тогда как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (двигатель постоянного тока 3–12 В, электрический конденсатор на 1000 мкФ 6 В, кремниевый выпрямительный диод).

Типичная установка включает в себя следующие компоненты:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, передающие вращение валу генератора (часто дополнительно комплектуются редукторами, стабилизаторами оборотов ротора);
• вал ветряка, к которому крепятся лопасти (чем выше эти элементы, тем больше энергии ветра они могут получить);
• аккумуляторы, которые накапливают энергию, что позволяет использовать их при небольшом ветре или его отсутствии. Аккумулятор также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, подаваемой генератором;
• контроллер — преобразователь переменного напряжения, полученного от генератора, в постоянное напряжение, которое используется для зарядки аккумуляторной батареи. Контроллер управляется вращением лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся воздушные потоки;
• АВР — устройство автоматического переключения, которое соединяет ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными батареями, электросетью);
• датчик направления ветра — устройство, облегчающее лопастям обнаружение ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока от аккумуляторов в переменное напряжение, которое используется в электросвязи.

Для более полного удовлетворения потребностей пользователя устройство может быть укомплектовано инверторами различных типов:

• приборы с синусоидальной волной, измененной инвертором, излучающим прямоугольную синусоидальную волну. Устройства этого типа подходят для ТЭНов, ламп накаливания и других нетребовательных к качеству сети устройств;
• преобразователи напряжения трехфазные, предназначенные для трехфазных электрических сетей;
• установки с чистой синусоидой, генерирующие энергию для наиболее чувствительных технологий;
• сетевой инвертор, способный работать без батарей. Такие устройства предназначены для схем, предполагающих ввод электрической энергии непосредственно в общую сеть.

Выбирая модели, обязательно обращайте внимание на тип инвертора.

Назначение основных составляющих ветряка

• Генератор используется для зарядки аккумулятора. От его мощности зависит, насколько быстро последний будет разряжаться.
• Лопасти, благодаря кинетической энергии воздуха, заставляют вал генератора двигаться.
• Дерево. Количество генерируемой энергии зависит от его высоты. По форме он может быть совершенно разным, как и по высоте.

Генератор для ветровой турбины

Для работы ветряных турбин требуются обычные трехфазные генераторы. По конструкции такие устройства аналогичны моделям, используемым на автомобилях, но имеют большие параметры.

В устройствах ветроэнергетики предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение звездой), от которой три провода выходят на контроллер, где переменное напряжение преобразуется в постоянное.

Ротор генератора для ветряка выполнен на неодимовых магнитах: в таких конструкциях нецелесообразно использовать электрическое возбуждение, так как катушка потребляет много энергии

Для увеличения скорости часто используется множитель. Такое расположение позволяет увеличить мощность существующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Множители чаще всего используются в вертикальных ветрогенераторах, где процесс вращения ветроколеса идет медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей не требуются мультипликаторы, что упрощает и удешевляет проект.

Особенности сборки и установки ветрогенератора от стиральной машины и ветряка от автомобильного генератора подробно описаны в рекомендуемых нами статьях.

Аккумуляторы для генератора

Аккумуляторы ветряных турбин AGM, в отличие от гелиевых, герметичны и содержат кислотный электролит. Продукция очень чувствительна к перегрузкам и выдерживает 200-500 циклов. Гелиевые батареи относятся к необслуживаемым химическим источникам электричества. В их электролите есть загуститель из силикагеля, и они чувствительны к перегрузкам. Небольшое количество циклов зарядки в пределах 350 раз.

Бронированные батареи производятся по уникальной технологии, считаются батареями нового поколения и обладают улучшенными свойствами. Длительный срок службы от 800 до 2 тысяч циклов заряда-разряда. Батареи зависят от температуры окружающей среды. Уменьшение на 1 ° C приводит к уменьшению емкости устройства на 1%. Этот параметр аккумулятора в мороз -25 ºС будет вдвое меньше его значений при +25 ºС.

Дополнительные компоненты

• Контроллер, расположенный в электрической цепи за генератором, необходим для управления лопастями и зарядки аккумулятора путем преобразования генерируемого переменного тока в постоянный.
• Аккумулятор сохраняет заряд для использования в безветренную погоду. Кроме того, он стабилизирует выходное напряжение генератора, поэтому нет прерывания напряжения даже при сильных порывах ветра.
• Датчики направления и анемоскоп собирают данные о направлении и скорости ветра.
• АВР в автоматическом режиме переключается между источниками питания с периодичностью 0,5 секунды. Автоматический выключатель мощности позволяет комбинировать ветряную турбину с электросетью общего пользования, дизельным генератором и т.д. Важно: сеть не может работать одновременно от нескольких источников энергии.
• Инвертор. Как известно, большинство бытовых устройств не используют для работы постоянный ток, поэтому в цепочке между аккумулятором и устройствами есть инвертор, который выполняет обратную операцию, то есть преобразует постоянный ток в переменное напряжение 220В, необходимое для работы устройств.

Все перечисленные преобразования от полученной энергии «занимают» определенную долю — до 20 процентов.

Типы ветряных генераторов

При классификации ветряных турбин учитываются такие характеристики, как:

• деловое свидание, встреча;
• характеристики проекта;
• количество лопастей;
• материалы, из которых они сделаны;
• ось вращения;
• шаг винта.

Рассмотрим подробно две наиболее часто используемые классификации.

Классификация ветрогенераторов по назначению

Существуют разновидности ветряных турбин, различающиеся по назначению. От этого также зависят основные характеристики устройств, например, мощность.

Промышленные ветряные турбины

Такие устройства устанавливаются крупными энергетическими компаниями или государством для электроснабжения промышленных предприятий. Турбины мощностью в десятки мегаватт обычно устанавливают на ветровых участках (открытые холмы, береговые линии).

Ветроэлектростанции, где установлены десятки ветряных турбин, ломаются не только на суше, но и на мелководье. Вырабатываемая электроэнергия обычно используется в промышленных целях

Вырабатываемая электроэнергия, как правило, идет напрямую в сеть, при этом для стабильности и контроля скорости вращения лопастей ветряных турбин они снабжены дополнительными механизмами.

Коммерческие ветровые генераторы

Такие установки используются для выработки электроэнергии для продажи или для снабжения электроэнергией предприятий в регионах с маломощной сетью (или без нее). Подобные ветряные электростанции состоят из групп генераторов энергии, которые могут различаться по размеру.

Энергию от коммерческих предприятий можно подавать непосредственно в электрические сети или использовать для зарядки широкого диапазона аккумуляторов, где она хранится и преобразуется в электрическую сеть.

Бытовые ветряные устройства

Агрегаты малой мощности используются для личного пользования. Согласно правилам, ветряные турбины с высотой мачты менее 25 метров могут быть установлены владельцами участков без согласия властей; для более высоких деревьев необходимо специальное разрешение.

Ветряки малой и средней мощности могут служить источником электроэнергии для коттеджей, дач, дач, фермерских хозяйств

Бытовые ветрогенераторы подходят для зарядки аккумуляторов напряжением 12/24/48 В, энергия которых преобразуется в напряжение 220 В. Такие устройства позволяют полностью или частично решить проблему с электроснабжением небольших объектов, удаленных от централизованной электрической сети.

Статья, посвященная этой интересной проблеме, познакомит вас с рекомендациями по выбору ветряного генератора для обеспечения энергией частного дома.

Разновидности конструкций ветряков

По конструкции устройство также можно разделить на ряд категорий, хотя все разновидности сводятся к двум основным типам — вертикальному и горизонтальному.

Классические горизонтальные ветрогенераторы

Такие установки (также называемые пропеллерами или лопастями) обычно имеют 3-5 лопастей, установленных на горизонтальной оси. Вращаясь с большой скоростью, эти элементы позволяют получить максимальное количество энергии (КИЕВ до 0,4).

При этом количество вырабатываемой электроэнергии во многом зависит от высоты устройства (чем она выше, тем выше результат).

Горизонтальная ветряная турбина использует подъемную силу, создаваемую ростом давления в точке, где прямой воздушный поток проходит через лопасти, отражаясь от этих элементов

Такие устройства обычно устанавливаются на ветряных электростанциях, которые вырабатывают энергию для промышленного и коммерческого использования, но также подходят для бытового использования.

Вертикальные ветровые турбины

Активным элементом таких установок является вращающееся ветряное колесо. В силу конструктивных особенностей такие конструкции различаются по типам («Бочка», «Савониус»).

Несмотря на низкий индекс КИЕВ (0,1-0,2), они широко используются: вертикальные установки работают на турбулентных воздушных потоках, поэтому их можно размещать даже в местах, где редко дуют сильные ветры.

Работа вертикальных ветряных турбин не зависит от направления ветра. Их легко установить и использовать, к тому же такие устройства можно ставить близко к земле

Для повышения эффективности вертикальных ветряных турбин производители часто увеличивают их габаритные параметры, что приводит к значительному увеличению затрат. Поскольку такие установки достаточно хрупкие, они требуют повышенной защиты от ураганов и других природных явлений.

С разными формами ротора

Ветрогенераторы отличаются формой ротора (крыльчатки).

Такие роторы вращаются с низкой частотой около 200 об / мин, поэтому их механический ресурс во много раз больше, чем у горизонтальных.

С ротором Дарье

Такие устройства относятся к категории вертикальных ветряных турбин, однако имеют заметные конструктивные отличия. Благодаря таким характеристикам достигается шумоподавление, а также КИЕВ растет, приближаясь к показателям горизонтальных моделей.

Турбина низкого давления с осью вращения, перпендикулярной воздуху, предложенная в 1931 году французским авиаконструктором Жоржем Дарье, нашла широкое применение в ветроэнергетике

Недостатком таких конструкций является низкий пусковой момент (из-за наличия всего двух лопастей устройству сложно запускаться самостоятельно). Гибрид Савониуса + Дарье часто используется для решения проблемы».

С ротором Савониуса

Российские ученые изобрели вертикальный генератор нового поколения, работающий на роторе Воронина-Савониуса. Он состоит из двух полуцилиндров на вертикальной оси вращения. В любом направлении и во время шторма «ветряная мельница» на основе ротора Савониуса будет полностью вращаться вокруг своей оси и генерировать энергию.

Его главный недостаток — низкое использование силы ветра, поскольку лопасти полуцилиндра работают только на четверть оборота и замедляют остальную часть его круга вращения вместе с его движением. Длительная работа установки также будет зависеть от выбранного ротора. Например, винтовые ветряки могут плавно вращаться за счет закручивания лопастей. Этот крутящий момент снижает нагрузку на подшипник и увеличивает срок службы.

Ветрогенератор Болотова

В последнее время большое внимание уделяется небольшим установкам. Один из самых удачных — вариант ветряка Болотова. Это силовая установка с вертикально расположенным валом генератора.

Особенность оборудования в том, что его не нужно адаптировать к различным погодным условиям. Генератор Болотова способен принимать поток со всех сторон без соответствующих опций и без необходимости вращать агрегат в другом направлении. Вращающийся способен нагнетать набегающий поток, благодаря чему может полноценно работать с ветрами любой силы, в том числе и штормовыми.

Еще одно преимущество этого типа — удобное расположение генератора, электрической схемы и аккумуляторов внутри них. Они находятся на земле, что делает обслуживание техники очень удобным.

Однолопастной на мачте

Инновационная разработка, считается одностворчатой, ее главным преимуществом является высокая частота и скорость. Именно в них вместо оптимального количества лопастей врезан противовес, мало влияющий на сопротивление движению воздуха.

Ветрогенератор Онипко

Продолжая обсуждать необычные варианты пропеллеров, нельзя не упомянуть ветряк Онипко, который отличается коническими лопастями. Основным преимуществом этих систем является возможность приема и преобразования в кВт при расходе 0,1 м / с. Лезвие же начинает вращаться со скоростью 3 м / с. Онипко бесшумна и полностью безопасна для внешней среды. Он не нашел массового распространения, но, согласно результатам исследований, станет отличным вариантом для крупных заводов-производителей, ищущих альтернативные источники, так как обладает большой мощностью.

Изобретение компании Archimedes, расположенной в Нидерландах, считается инновационным прорывом. Он обратил внимание общественности на конструкцию бесшумного типа, которую можно установить прямо на крыше многоэтажного дома. Согласно исследованиям, устройство может работать вместе с солнечными батареями и сводить к нулю зависимость здания от внешней электросети. Новые генераторы получили название Liam F1. Оборудование выглядит как небольшая турбина диаметром 1,5 метра и весом 100 килограммов.

По форме инсталляция напоминает раковину улитки. Турбина поворачивается в направлении захвата воздушного потока. Агустин Отегу, изобретатель знаменитой спиральной турбины Nano Skin, видит будущее человечества не в огромных солнечных батареях и турбинах с большим вращением пропеллера. Рекомендуем устанавливать их вне зданий. Турбины начнут вращаться вместе с ветром и вырабатывать энергию, которая будет передаваться непосредственно в электрическую сеть здания.

Парусные ветровые установки

Для таких установок может применяться принцип устройства как вертикальных, так и горизонтальных ветряных турбин. Главная особенность конструкции — ветровое колесо, покрытое множеством лопастей или парусов, при этом такие модели не имеют аэродинамического профиля.

Существует множество моделей парусных ветроустановок, которые различаются количеством лопастей, весом, мощностью. Все эти параметры следует учитывать при выборе устройства

Несмотря на то, что средства навигации отличаются невысокой скоростью и малой эффективностью, они часто используются в народном хозяйстве. Такие конструкции просты в установке и использовании, а сочетание высокого крутящего момента с низкими оборотами позволяет напрямую приводить в действие различные полезные механизмы, например, насос для перекачки воды.

Дирижабль-ветрогенератор

С каждым днем ​​появляется все больше и больше идей относительно развития альтернативных источников, и он считается одним из новейших — генератор дирижаблей. Традиционные лопасти довольно шумны, а коэффициент использования ветрового потока достигает 30%. Именно эти недостатки компания Altaeros Energies решила исправить, разработав дирижабль. Этот инновационный тип будет работать на высоте до 600 метров. Обычные ветряные турбины не достигают этого предела по высоте, но именно здесь встречаются самые сильные ветры, которые могут обеспечить непрерывную работу генераторов. Оборудование представляет собой надувную конструкцию, напоминающую нечто среднее между мельницей и дирижаблем. Он имеет трехлопастную турбину на горизонтальной оси.

Особенность такой плавучей ветряной электростанции заключается в том, что за ней можно удаленно наблюдать, она не требует дополнительных затрат на обслуживание и очень проста в использовании. По словам разработчиков, в будущем эти установки будут не только источниками электроэнергии, но и смогут вывести Интернет в отдаленные уголки земного шара, далекие от развития инфраструктуры. По полученным данным можно сказать, что серийное производство этого энергоблока станет огромным шагом вперед в мире технологий. А запаса хода дирижабля хватает на «двоих».

Это устройство представляет собой гибрид дирижабля и мельницы. В ходе испытаний дирижабль был поднят на высоту 107 метров и оставался там некоторое время. Результаты показали, что эти типы установок способны генерировать вдвое большую мощность по сравнению с обычными установками, которые устанавливаются на высотных зданиях.

Проект Wavestalk

интересно знать, что была предложена альтернативная версия проекта Windstalk — Wavestalk для преобразования силы волн и океанских течений в электричество. Устройство представляет собой разновидность безлопастного паруса. По форме он напоминает большую спутниковую тарелку, которая под действием ветра наклоняется вперед и назад, создавая колебания в гидравлической системе.

В этой конструкции ветер привязан к парусу, что позволяет преобразовывать большое количество кинетической энергии.

Проект Windstalk

Безлистное дерево издавна считается самым удачным альтернативным источником электричества. В Абудаби, в городе Мансарда, было решено построить электростанцию ​​Windstalk. Это набор стеблей, армированных резиной, шириной 30 см и высотой до 5 см. Каждый из этих стержней, согласно конструкции, содержит слои электродов и керамических дисков, способных генерировать электрический ток. Ветер, раскачивая эти стебли, будет сжимать диски, в результате чего будет образовываться электрический ток. Такие ветряные турбины не создают шума и не опасны для окружающей среды.

Площадь, покрытая стеблями в проекте Windstalk, составляет 2,6 га, что по мощности намного больше, чем такое же количество лопастей, которые могут быть размещены на той же площади. Для создания такой конструкции разработчиков толкнули камыши в болоте, которые равномерно раскачивались на ветру.

Ветряк в виде дерева

Наблюдение за природой, как показано в предыдущем примере, очень стимулирует современных инженеров. Еще одно тому подтверждение — конструкция, напоминающая по форме дерево. Представили эту необычную концепцию представители компании NewWind. Разработка получила название Arbre à Vent, ее высота составляет три метра, и она оснащена 72 вертикальными мини-турбинами, способными работать даже при ветре, скорость которого составляет 7 км / ч или 2 м / с.

Мельница в виде дерева работает очень тихо, к тому же выглядит вполне реалистично, не портя своим внешним видом экстерьер города или дачного участка.

Самый большой ловец ветра Enercon

Фрукт Enercon считается самым большим в мире. Мощность станции 7,58 МВт. Высота опорной башни может варьироваться в зависимости от потребностей потребителя, в стандартном исполнении высота составляет 135 м, а размах лопастей — 126 м. Общий вес этой конструкции составляет около 6000 тонн.

Самая большая ветряная турбина для выработки электроэнергии за счет открытия пропеллера находится в Дании. Турбина была изготовлена ​​инженерами LM Wind Power. Размах отвала 180 м. Это рекордный размер, не имеющий аналогов в мире. Разработчики только увеличили размер лопастей, полагая, что чем больше другие части ветряка, тем больше в него ударов молнии. Сами инженеры оснастили лезвия специальной защитой, которая отражает разряд молнии прямо в землю. Кроме того, большие лезвия имеют специальное покрытие, которое защищает их от абразивного износа, дождя или снега.

Компании, активно развивающие энергетику, заявляют, что вскоре мир увидит гигантские сооружения с размахом «вееров» более 200 метров. По их прогнозам, такой генератор сможет непрерывно работать даже во время ураганов и обеспечивать электричеством более 10 тысяч домов небольшого городка. Остается только надеяться, что у них все получится, и скоро мы сможем забыть о больших счетах за электроэнергию.

Плюсы и минусы ветрогенератора

Давайте подробно рассмотрим преимущества и недостатки ветряных турбин, так как решение о покупке или отказе от ветряка остается за ними.

Достоинства ветряных устройств

К преимуществам ветряных аппаратов можно отнести:

• Экологическая совместимость. На заводах используется возобновляемый источник энергии, который можно использовать непрерывно, не нанося вреда окружающей среде. Электроэнергия от ветряных турбин заменяет энергию тепловых электростанций, сокращая выбросы парниковых газов.
• Универсальность. Ветряные электростанции можно строить практически где угодно: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Особенно популярна ветроэнергетика в труднодоступных местах, где сложно провести обычные электрические коммуникации. В этом случае ветрогенераторы позволяют наладить подачу энергии к объектам, обеспечивая ее независимость от случайных факторов (например, от топлива, которое не было доставлено вовремя).
• Эффективность использования. Современные модели также перерабатывают энергию слабого ветра: минимальный предел составляет 3,5 м / с. Аналогичным образом можно подавать дополнительную электроэнергию в централизованную сеть, а также организовывать электроснабжение отдельных объектов (островных или локальных) вне зависимости от их мощности.
• Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветряные электростанции могут полностью снабжать электроэнергией жилой дом или даже небольшую электростанцию. В этом случае турбина будет накапливать необходимый запас электроэнергии в батареях, предназначенных для использования в периоды затишья.
• Рентабельность. По сравнению с традиционными источниками электроэнергии (газ, торф, уголь, нефть) велосипедные турбины могут значительно снизить затраты на электроэнергию. Во многих случаях строительство ветряной электростанции обходится дешевле, чем подключение к существующим энергосистемам.

Использование ветряных турбин может быть альтернативой дорогостоящим дизельным генераторам, что дополнительно снижает затраты на транспортировку и хранение топлива до 80%.

Средняя мощность ветряка в несколько раз отличается от показателя пиковой нагрузки. Ветрогенератор отвечает только за количество энергии, произведенной за определенный период времени при среднемесячной скорости ветра, типичной для определенной области.

Для более точной оценки ветровых ресурсов можно использовать специально полученные данные (параметры Вейбулла). Эти показатели отражают распределение ветров разной интенсивности, характерных для конкретной местности. Эту информацию важно учитывать при разработке проектов ветряных электростанций мощностью в несколько десятков МВт.

Мощность, вырабатываемая ветряной турбиной, пропорциональна трехкратной скорости ветра. В результате этот показатель очень мал при слабых ветровых течениях, однако при их усилении резко увеличивается. Из-за изменчивости направления и скорости ветра в конструкцию ветряной турбины необходимо включать стабилизирующие компоненты.

Здесь приведены правила и формулы расчета мощности ветрогенератора, рекомендуем ознакомиться с очень полезной информацией.

В небольших автономных системах их функцию выполняют аккумуляторные батареи, заряд которых начинает увеличиваться, как только мощность ветрогенератора превышает показатель нагрузки.

По мере увеличения нагрузки аккумулятор может разрядиться. При выборе бытового агрегата важно учитывать такую ​​особенность работы, его мощность должна совпадать с месячной или годовой нормой потребления электроэнергии

Следует отметить, что разнообразие конструкций ветряных турбин способствует эффективному использованию ветровых потоков.

Горизонтальные турбины хорошо работают на плоских участках с сильным ветром, а вертикальные турбины лучше всего работают в регионах с турбулентными течениями, наблюдаемыми на малых высотах (высокие холмы, горные хребты).

Главные недостатки ветряков

В то же время у ветряных турбин есть свои минусы:

• Величину силы ветра сложно предсказать заранее, так как она часто меняется. По этой причине рекомендуется подумать о сети безопасности, обеспечив резервный источник энергии (солнечные панели, подключение к сети).
• Вертикальные устройства подвержены риску разрушения лопастей гребного винта из-за воздействия центробежных сил при вращении лопастей вокруг главной оси. В результате этого воздействия важные элементы конструкции со временем деформируются и разрушаются, и механизм выходит из строя.
• лучше всего устанавливать ветряки на свободном пространстве, так как расположенные поблизости постройки могут «гасить» ветер, образуя «мертвую» воздушную зону.
• Для экономии избыточной энергии ветряных турбин в конструкции необходимо предусмотреть использование аккумуляторов и других дополнительных устройств, которые служат для преобразования вырабатываемой электроэнергии в ток с адекватными характеристиками потребления.
• Во время работы ветрогенераторы издают шум, который может причинить дискомфорт людям и напугать животных. Лезвия растений также могут стать причиной гибели летящих к ним птиц.
• По мнению некоторых экспертов, ветряные турбины могут ухудшать прием радио- и телевещания.

К отрицательным моментам можно отнести и довольно высокую стоимость таких агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

Схемы и способы подключения ветроустановки

Хотя ветряная турбина может работать автономно, гораздо лучший результат достигается с помощью комбинированных схем, которые включают комбинацию ветряной установки с солнечными батареями, централизованной электросети, дизельных или газовых источников энергии.

Самостоятельная занятость. В этом случае устанавливается единая установка, с помощью которой улавливается и накапливается энергия ветра, которая затем преобразуется в электроэнергию, необходимую потребителям.

На схеме показан самый простой способ использования ветрогенератора, который рекомендуется использовать в регионах, где постоянно дуют сильные ветры

Сочетание ветрогенератора с солнечными батареями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом подачи электроэнергии. При отсутствии ветра аккумулятор питается от солнечных батарей, а в пасмурную погоду и ночью аккумулятор заряжается от ветряной турбины.

Идеально подходит для частного дома или семейного дома, расположенного вдали от централизованной электросети. Эта комбинированная схема позволяет использовать два типа возобновляемой энергии

Совместная работа ветрогенератора и электросети. Ветряк может быть совмещен с электрическими коммуникациями.

Такое расположение типично для промышленных и коммерческих устройств. Подключение к электросети также предусмотрено для некоторых моделей отечественных ветроэнергетических установок

При избытке произведенной электроэнергии она поступает в централизованную сеть, а при ее недостатке можно использовать электрический ток из общей энергосистемы.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных отраслях народного хозяйства. Промышленные модели различной мощности используются нефтегазовыми компаниями, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геологоразведочными станциями, производственными предприятиями и государственными структурами.

Ветряная турбина может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях для обеспечения бесперебойной подачи электроэнергии в чрезвычайных ситуациях

В частности, следует отметить важность использования ветряных турбин для быстрого восстановления нарушенного электроснабжения в случае катаклизмов и стихийных бедствий. С этой целью ветряки часто используют департаменты МЧС.

Домашние ветряки идеально подходят для освещения и обогрева сельских поселений и частных домов, а также для бытовых нужд на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

• Устройства мощностью до 1 кВт могут дать достаточно электроэнергии только в ветреных местах. Обычно вырабатываемой ими энергии достаточно только для светодиодного освещения и питания небольших электронных устройств.
• Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный дом), вам понадобится ветрогенератор мощностью более 1 кВт. Этого показателя достаточно для питания осветительных приборов, компьютеров и телевизоров, но его мощности недостаточно для подачи электричества в современный круглосуточный холодильник.
• Чтобы обеспечить дачу электроэнергией, вам понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, но и этого показателя недостаточно для обогрева домов. Чтобы воспользоваться этой функцией, требуется мощная версия, начиная с 10 кВт.

Выбирая модель, следует учитывать, что указанный на приборе показатель мощности получается только при максимальной скорости ветра. Следовательно, блок на 300 В будет генерировать указанное количество энергии только при воздушном потоке 10-12 м / с.

Выбор ветрогенератора

Покупая ветрогенератор для частного дома, рекомендуется присмотреться к российским ветрогенераторам, которые уже хорошо себя зарекомендовали. Китайские устройства, которые намного дешевле европейских, также считаются неплохими.

Покупка отечественного ветрогенератора для частного дома мощностью около 2 кВт обойдется в среднем в 100 тысяч российских рублей. Но это если оборудование минимальное, т.е включает генератор и лопасти.

В комплект не входят ни вал, ни дополнительное оборудование (кабель, контроллер, аккумуляторы, инвертор). Вместе с ними и установкой стоимость увеличивается от 40 до 60%.

Вы можете купить для дома более мощные ветрогенераторы (3-5 кВт), заплатив 350-450 рублей.

Расчеты для ветрогенератора

Ветер неустойчивый и капризный, в отличие, например, от прокачки газа по трубам или бесперебойной подачи электричества в дома.

Теперь он «несется» с головокружительной скоростью, сметая все на своем пути, затем сменяется абсолютным спокойствием. Из-за этой характеристики необходимо, прежде чем начать производство или принять решение о покупке, оценить энергетический потенциал воздуха в данной местности, т.е вычислить среднегодовую силу ветра.

Узнать об этом индикаторе поможет соответствующий запрос во всемирной паутине.

Имея этот стол, мы находим свою площадь. Затем сравниваем интенсивность цвета с рейтинговой шкалой и рассчитываем показатель.

При средней годовой силе ветра менее 4,0 метров в секунду нет смысла устанавливать ветряную турбину, так как невозможно получить от нее необходимое количество энергии.

Если показатель больше указанного значения, то нужно переходить к следующему этапу — подбору мощности.

Для автономного электроснабжения учитывается среднестатистический показатель потребления электроэнергии домохозяйством. Это 100-300 кВтч в месяц.

Для регионов с ветровым потенциалом от 5 до 8 м / с (низкий) установка мощностью 2-3 кВт может «распределять» необходимое количество энергии.

понятно, что летом будет вырабатываться меньше энергии, чем зимой, когда сила ветра больше. Это необходимо учитывать при расчетах.

Расчет лопастного ветрогенератора

Мощность устройства можно рассчитать по следующей формуле:

P = 0,6 (¶r2) v3 где,

П — расчетная мощность, кВт;

r — расстояние от центральной точки ротора до кончика лопасти, м;

v — средняя скорость, м / с;

= 3,14.

Большое значение в конструкции имеют размер клинка, форма, материал, из которого оно изготовлено.

Расчет мультипликатора

Более мощный ротор может развивать около 400 об / мин, но для эффективной работы количество оборотов должно быть в 2,5 раза больше. Для этого устанавливаются мультипликаторы — промежуточные звенья между ротором и генератором, увеличивающие частоту вращения вала. Для обеспечения эффективной работы генератора требуется умножитель с большим коэффициентом тяги.

Мачта

Вал — один из важнейших конструктивных элементов ветряной турбины. Высота стойки зависит от места установки. Основные правила установки:

• Вал ветряной турбины должен находиться на расстоянии не ближе 150 метров от жилых домов и зданий и предпочтительно на расстоянии 2,5 км.
• Нижний край лезвия должен находиться на расстоянии не менее 10 метров от верхушек деревьев.

Для работы ветряных турбин на полную мощность минимальная высота установки начинается от 25 метров. Чаще всего высота дерева составляет 70-110 метров

По типу опоры различают:

• на растяжки;
• коническая;
• сварной;
• водопроводчик.

Дерево устанавливается на фундамент, от которого зависит надежность конструкции. Для начала выкопайте яму и уложите слоями щебень и песок. После утрамбовки устанавливается основание дерева и заливается бетоном. После заливки фундаменту необходимо время для стабилизации в течение 4-5 недель. Только после этого работа по установке дерева продолжается.

Вертикальные ветряки имеют иную конструкцию. Для них не требуются высокие опоры, а мачта представляет собой складную конструкцию высотой до 6 метров, которая монтируется на крыше зданий.

Расчет энергии ветра

Энергия ветра — это кинетическая энергия воздушного потока. Этот показатель измеряется в джоулях. Вы можете рассчитать по следующей формуле:

P = r V3 S / 2, где r — показатель плотности воздуха (1,225 кг / м3), V — величина, отражающая скорость, с которой движется поток (м / с), S — площадь потока (м2).

При расчетах важно учитывать потери и КПД генератора.

Чтобы получить точные результаты, нужно знать показатели площади. Куда нужно поставить ветрогенератор.

Правила размещения

При установке устройства следует учитывать следующий набор требований:

• Вблизи генератора не должно быть построек, кустов, деревьев или других препятствий, препятствующих свободному прохождению ветровых потоков.
• Чтобы шум и помехи от работы не оказывали негативного воздействия на окружающих, лучше всего размещать ветряки для дома на расстоянии не менее 30 метров от дома.
• Чтобы избежать ослабления ветровых потоков, лучше устанавливать механизм на 2-3 метра выше окружающих препятствий, даже если они находятся на расстоянии до 200 метров.

Проблемы эксплуатации промышленных ветрогенераторов

Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов для ветряной электростанции может занять год или больше. Кроме того, для обоснования строительства ветряной турбины или ветряной электростанции необходимо провести долгосрочные ветровые исследования (не менее одного года) на территории строительства. Эти меры позволят существенно увеличить срок реализации проектов ветроэнергетики.

Для строительства необходима дорога к строительной площадке, место для размещения агрегатов при установке, требуется тяжелая подъемная техника с вылетом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров.

В процессе эксплуатации промышленных ветряных турбин возникают различные проблемы:

• Неправильное устройство фундамента. Если фундамент башни рассчитан неправильно или неправильно проложен дренаж фундамента, башня может упасть из-за сильного порыва ветра.
• Лед с лопастей и других частей генератора. Образование льда может увеличить массу лопастей и снизить эффективность ветряной турбины. Для работы в арктических регионах детали ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать. Оборудование, измеряющее скорость ветра, может замерзнуть. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьезно снизиться. Из-за льда приборы могут показывать низкие скорости ветра, и ротор останется неподвижным.
• Отключение / выход из строя тормозной системы. В этом случае лезвие набирает слишком большую скорость и, как следствие, ломается.
• Отключение. При сильных колебаниях скорости ветра срабатывает электрическая защита устройств, составляющих систему, что снижает эффективность системы в целом. Кроме того, для крупных ветряных электростанций высока вероятность срабатывания защиты на отходящих линиях электропередачи.
• Нестабильность генератора. В связи с тем, что асинхронные генераторы присутствуют на большинстве промышленных ветроэлектростанций, их стабильная работа зависит от постоянства напряжения в ЛЭП.
• Пожары. Возгорание может быть вызвано трением вращающихся деталей внутри гондолы, утечками масла из гидравлических систем, обрывом кабелей и т.д. Пожары в ветряных турбинах случаются редко, но их трудно потушить из-за удаленности ветряных электростанций и высоты, на которой происходит пожар. На современных ветроустановках установлены системы пожаротушения.
• Молния. Удары молнии могут вызвать пожар. Системы молниезащиты устанавливаются на современных ветроэнергетических установках.
• Шум и вибрация.

Установка ветрогенератора

Монтаж ветрогенератора проводится квалифицированными специалистами с учетом нескольких факторов:

• выбор места установки;
• плотность почвы;
• характеристики местности.

Выбор места

Чтобы мощность была высокой, ветру не должно быть препятствий. Поэтому ветряк устанавливают там, где поблизости нет высоких зданий или гор. Когда скорость и сила ветра увеличиваются вдвое, мощность увеличивается в 8 раз. Однако чем выше конструкция, тем сложнее ее установить и тем дороже она стоит.

Чтобы ничего не мешало работе ветрогенератора, его лопасти должны быть на 4-6 метров выше любых препятствий в радиусе 200 метров.

Например, если высота вала 5 м, мощность турбины составит 1,4 кВтч / сутки. Если высоту увеличить вдвое, мощность также увеличится до 2,45 кВтч / день. На высоте 20 м — до 3,12 кВтч / сутки. Чем крупнее установка, тем сложнее и дороже она стоит.

Расположение аккумуляторной станции следует рассчитывать, чтобы уменьшить потери при транспортировке электроэнергии на расстояние. Он должен располагаться рядом. Учитывается стоимость кабеля — чем больше передается энергии, тем он толще.

Подходящие варианты размещения ветряка:

• пик;
• берег котловины;
• большое поле или равнина.

Не устанавливайте дерево на здании, так как оно издает звуки и вибрации, которые передаются в дом.

Инструменты и материалы

Следует учитывать, что установка ветряка связана с большим количеством капитальных строительных работ: закладкой фундамента под дерево, сваркой.

Вам потребуются следующие инструменты и материалы:

• цемент, песок;
• бетономешалка;
• тросы для удлинения дерева;
• крепежные материалы — анкерные кольца;
• строительная техника устанавливается в вертикальном положении.

Все этапы выполняются с учетом технологических норм и требований к качеству.

Этапы установки

Установка выполняется в следующем порядке:

1. Залить фундамент под основание дерева.
2. Фундамент для раскосов, на котором крепится анкерное кольцо.
3. Сборка вала.
4. Установка нижней части мачты в основание.
5. Закрепите секцию и протяните кабели внутрь.
6. Подключение всех остальных разделов дерева.
7. Присоединение генератора к валу.
8. Монтаж силовых и вспомогательных кабелей.
9. Установка лопастей, датчика ветра, балансировка лопастей.
10. Присоединение рулевых тяг к валу.
11. Поднимите вал в вертикальное положение. Обеспечение базы.
12. Установка анемоскопа.
13. Подключение остальной электрической части.

Ветрогенератор готов к запуску.

Когда стоит покупать ветряк

Конечно, электричество с каждым годом дорожает. Например. 10 лет назад его цена была на 70% ниже. Сделаем приблизительные расчеты и выясним перспективу достижения амортизации ветряков с учетом резкого увеличения стоимости электроэнергии.

Рассмотрим генератор мощностью 2 кВт.

Как мы выяснили ранее, стоимость такой модели около 200 тысяч. Но с учетом всех дополнительных затрат нужно их умножить на два. Получается минимум 400 тысяч рублей стоит при сроке полезного использования двадцать лет.

То есть получается 20 тысяч в год. Также, собственно, в этом году агрегат даст вам максимум 900 кВт. За счет коэффициента установленной мощности (для малых ветроустановок он не превышает пяти процентов) 75 кВт вырабатываются за один месяц.

Даже если для простоты расчета мы возьмем 1000 кВт в год, стоимость 1 кВт / ч, получаемого ветряком, будет для вас 20 рублей. Если предположить, что электроэнергия ТЭС подорожает в 4 раза, то этого не произойдет ни завтра, ни даже через 5 лет. Следовательно, стоимость электроэнергии от одного ветрогенератора все равно будет выше.

Какие выводы можно сделать из всего вышеизложенного? Ветрогенератор в нынешних российских условиях — убыточная единица. Чтобы хоть как-то оправдать его использование, цена на электроэнергию сегодня должна доходить до 30 рублей за 1 кВт.

Использование ветряка может быть оправдано в двух случаях:

• у вас нет поблизости внешних электросетей или у вас нет прав на подключение к ним;
• у вас есть дизель-генератор, но нет возможности заправить его топливом.

При этом ветряк следует устанавливать в зоне со среднегодовой скоростью ветра не менее 5-6 м / с. Только в этих случаях хорошей альтернативой будет ветряк.

Ведь в таких условиях вы просто вынуждены выбирать меньшее из зол. В то же время не верьте сверхэффективности других вертикальных или сферических моделей, установленных на неодимовых магнитах.

Конечный результат всегда будет одинаковым. Энергия, производимая ветряной турбиной, зависит только от:

• скорость ветра;
• область, описываемая лопастями.

Поэтому, если вы уже подключены к сети, не ищите лишних приключений и головной боли. Вы не найдете никакой пользы, по крайней мере, на сегодняшний день.

Производители и цены

Основными поставщиками ветропарков на рынок являются компании из стран Европы и США.

• Германия. Siemens, Repower, Enercon (второй по объему производства производитель в мире), Nordex;
• Дания. Вестас (один из лидеров рынка);
• Испания. Gamesa и Ecotechnia;
• СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. General Electric;
• Индия (Сузлон);
• Япония. Mitsubishi.

Большинство этих производителей выпускают ветряные электростанции мощностью от 500 до 6 тысяч киловатт.
В России есть несколько следующих производителей ветряных электростанций:

• ООО «Свет Гласс»;
• ООО «Сапсан-Энергия»;
• ЛМВ Ветроэнергетика»;
• ООО СКБ «Искра»;
• ООО «ЭнерджиВинд».

Небольшое количество оборудования для преобразования энергии ветра производится на предприятиях оборонно-промышленного комплекса.

Стоимость

Ветроустановки мощностью 3 кВт / 48 В — ориентировочная стоимость 93 000,00 руб. Их можно использовать не только как дополнительный источник питания, но и как основной. Такие модели способны обеспечить дачу электричеством.

Ориентировочная цена заводов в зависимости от мощности:

• 5 кВт / 120 В — 220 100,00 руб. Обеспечивает электричеством весь дом с большим количеством бытовой техники;
• 10 кВт / 240 В — 414000,00 руб. Достаточно для нескольких домов или фермы, где помимо приспособлений используются строительные инструменты;
• 20 кВт / 240 В — 743 700,00 руб. Он также используется для систем давления воды;
• 30 кВт / 240 В — 961 800,00 руб. Ветряк для пятиэтажных многоквартирных домов;
• 50 кВт / 380 В — 3 107 000,00 руб. Он будет снабжать энергией несколько небоскребов.

Важно: цены указаны за комплектацию, но всегда можно исключить отдельные комплектующие или, наоборот, добавить.

Срок окупаемости и расчет экономии

Для вашей ветряной турбины этот период НИКОГДА не длится.

Стоимость ветряка, елки и другого оборудования для качественных 2-киловаттных моделей достигнет в среднем 200 тысяч рублей. Производительность таких установок составляет от 100 до 200 кВт в месяц, не более. И это в хорошую погоду.

Осадки также снижают мощность ветряных турбин. 20% дождь, 30% снег%.

Получается вся ваша экономия — это 500 рублей. За 12 месяцев беспрерывной работы выйдет чуть больше: 6 тысяч.

Но если вспомнить первоначальные затраты в 200 тысяч, вы окупите их за тридцать два года! И все это без учета эксплуатационных расходов. И если мы оценим, что средний срок службы хорошей ветряной мельницы составляет около 20 лет, то окажется, что в конечном итоге она безвозвратно выйдет из строя даже до того, как окупится.

В то же время установка мощностью 2 киловатта не покрывает 100% ваших потребностей. Максимум треть! Если хотите полностью все от него подключить, приобретайте модель на 10 киловатт, не меньше. Срок погашения от этого не изменится.

Но уже будут совсем другие габариты и вес.

И вот так вот закрепить его на трубе через чердак на крыше точно не получится.

Однако некоторые по-прежнему убеждены, что из-за бесконечного роста цен на электроэнергию ветрогенератор однажды станет прибыльным.

Сборка аксиальной ВЭУ на неодимовых магнитах

Поскольку неодимовые магниты появились в России сравнительно недавно, осевые ветрогенераторы со статорами без железа начали изготавливать не так давно.

Появление магнитов вызвало всплеск спроса, но постепенно рынок стал насыщаться, и стоимость этого продукта стала снижаться. Он стал доступен ремесленникам, которые сразу адаптировали его к своим потребностям.

Осевой ветрогенератор на неодимовых магнитах с горизонтальной осью вращения — более сложная конструкция, требующая не только навыков, но и определенных знаний

Если у вас есть ступица от старой машины с тормозными дисками, мы возьмем ее за основу будущего осевого генератора.

Предполагается, что эта деталь не новая, но уже используется. В этом случае необходимо разобрать его, проверить и смазать подшипники, тщательно очистить отложения и всю ржавчину. Не забудьте покрасить готовый генератор.

Ступица с тормозными дисками, как правило, поступает к мастерам как одна из составных частей старого авто, ушедшего в утиль, поэтому требует тщательной очистки

Распределение и закрепление магнитов

К дискам ротора необходимо приклеить неодимовые магниты. Для работы возьмем 20 магнитов 25х8 мм.

Конечно, можно использовать другое количество полюсов, но необходимо соблюдать следующие правила: количество магнитов и полюсов в однофазном генераторе должно быть одинаковым, но если мы говорим о трехфазной модели, то соотношение полюсов к катушкам должно быть 2/3 или 4/3.

При размещении магнитов полюса чередуются. Важно не ошибаться. Если вы не уверены, правильно ли расположить элементы, создайте направляющий узор или примените сектора непосредственно к самому диску.

Если у вас есть выбор, покупайте прямоугольные, а не круглые магниты. В прямоугольных моделях магнитное поле сосредоточено по всей длине, а в круглых — в центре.

Противоположные магниты должны иметь разные полюса. Вы ничего не перепутаете, если отметите их маркером знаком минус или плюс. Чтобы определить полюса, возьмите магниты и поднесите их друг к другу.

Если поверхности притягиваются друг к другу, поставьте на них кромку, если они отталкивают друг друга, то пометьте их знаком минус. Поменяйте полюса при установке магнитов на диски.

Магниты установлены с соблюдением правила чередования политик, по внешнему и внутреннему периметру — пластилиновые грани: изделие готово к заливке эпоксидной смолой.

Чтобы магнит прочно закрепился, нужно использовать более качественный и прочный клей.

Эпоксидную смолу можно использовать для повышения надежности фиксации. Его следует развести, как указано в инструкции, и заполнить диском. Смола должна покрывать весь диск, но не стекать с него. Вы можете предотвратить капание, обмотав диск изолентой или создав временные пластилиновые вложения из полимерных полос по его периметру.

Генераторы однофазного и трехфазного вида

Если сравнивать однофазный и трехфазный статоры, то последний будет лучше. Однофазный генератор вибрирует при нагрузке. Причиной вибрации является разница в амплитуде тока, возникающая из-за его непостоянного возврата за один раз.

Трехфазная модель лишена этого недостатка. Отличается постоянной мощностью за счет компенсирующих фаз: когда ток растет в одной, он падает в другой.

По результатам испытаний КПД трехфазной модели почти на 50% выше, чем у однофазной. Еще одним преимуществом этой модели является то, что при отсутствии лишних вибраций повышается акустический комфорт при работе устройства под нагрузкой.

То есть трехфазный генератор при работе практически не гудит. Когда вибрации уменьшаются, срок службы устройства логически увеличивается.

В борьбе трехфазных и однофазных устройств неизменно выигрывает трехфазный, потому что при работе он не так сильно гудит и служит дольше, чем однофазный

Правила наматывания катушки

Если вы спросите специалиста, он вам скажет, что перед тем, как наматывать катушки, нужно произвести точный расчет. В этом вопросе практикующий будет полагаться на свою интуицию.

Мы выбрали не слишком быстрый вариант генератора. Наша процедура зарядки 12-вольтовой батареи должна начинаться при 100-150 об / мин. Эти исходные данные требуют, чтобы общее количество витков всех катушек составляло 1000-1200 штук. Осталось разделить эту цифру между всеми катушками и определить, сколько витков будет на каждой.

Низкооборотный ветряк может быть более мощным, если увеличить количество полюсов. В этом случае частота колебаний тока в катушках увеличится. Если для намотки катушек использовать провод большего сечения, сопротивление уменьшится, а ток увеличится. Не упускайте из виду тот факт, что более высокое напряжение может «потреблять» ток из-за сопротивления обмотки.

Процесс упаковки можно упростить и повысить эффективность, если для этого использовать специальную машину.

Совершенно не обязательно выполнять рутинный процесс, например, вручную наматывать катушки. Уже есть немного смекалки и отличный станок, который легко адаптируется к намотке

На производительность самодельных генераторов сильно влияют толщина и количество магнитов на дисках. Общую конечную мощность можно рассчитать, намотав катушку и затем вращая ее в генераторе. Будущая мощность генератора определяется путем измерения напряжения при определенных оборотах холостого хода.

Возьмем пример. При сопротивлении 3 Ом и 200 об / мин выдается 30 вольт. Если вычесть из этого результата 12 вольт напряжения батареи, вы получите 18 вольт. Делим этот результат на 3 Ом и получаем 6 ампер. Громкость 6 ампер и идет на батарею. Очевидно, при расчете мы не учли потери в проводах и на диодном мосту: реальный результат будет ниже расчетного.

Катушки обычно делают круглыми. Но если их немного растянуть, в секторе будет больше меди и кривые станут более прямыми. Если сравнить размер магнита и диаметр внутреннего отверстия катушек, то они должны совпадать друг с другом или размер магнита может быть немного меньше.

Готовые катушки должны соответствовать размерам магнитов: они должны быть немного больше магнитов или равны им

Толщина изготавливаемого статора должна правильно соответствовать толщине магнитов. Если статор увеличить за счет увеличения количества витков в катушках, дисковое пространство увеличится, а магнитный поток уменьшится. Результат может быть следующим: образуется такое же напряжение, но из-за большего сопротивления катушек мы получим меньший ток.

Из фанеры делают форму для статора. Однако сектора для рулонов можно разметить на бумаге, используя пластилин в качестве бордюров.

Если поместить стекловолокно поверх катушек на дне формы, прочность изделия увеличится. Перед нанесением эпоксидной смолы нужно смазать форму вазелином или воском, чтобы смола не прилипала к форме. Некоторые люди используют ленту или пленку вместо смазки.

Катушки неподвижно прикреплены друг к другу. В этом случае подсвечиваются концы фаз. Внешние шесть проводов следует соединить звездой или треугольником. Проворачивая вручную собранный генератор, он испытывается. Если напряжение 40 В, ток будет около 10 ампер.

Окончательная сборка устройства

Готовое дерево должно быть около 6-12 метров в длину. При таких параметрах ее основу необходимо конкретизировать. Сама мельница будет прикреплена к верхушке дерева.

Чтобы добраться до него в случае выхода из строя, необходимо предусмотреть в основании вала специальную опору, которая позволит поднимать и опускать трубу с помощью ручной лебедки.

Мачта высоко поднимается с прикрепленным к ней ветрогенератором, но расчетливый мастер сделал специальное приспособление, позволяющее при необходимости опустить конструкцию на землю

Для изготовления шурупа можно использовать трубу ПВХ диаметром 160 мм. С его помощью будет вырезан двухметровый винт, состоящий из шести лопастей, с его поверхности. Форму лопастей лучше всего разрабатывать независимо от опыта. Цель — увеличить крутящий момент на низких оборотах.

Защищайте гребной винт от слишком сильного ветра. Для решения этой проблемы используется разборная очередь. Вырабатываемая энергия хранится в батареях.

Вниманию наших читателей мы представили два варианта ветрогенераторов ручной работы на 220 В, которые пользуются повышенным вниманием не только владельцев загородной недвижимости, но и простых дачников.

Обе модели ветряных турбин по-своему эффективны. Эти устройства способны показать особенно хорошие результаты в степных районах с частыми и сильными ветрами. Они достаточно эффективны, чтобы их можно было использовать в альтернативных системах отопления и электроснабжения дома. И их не так уж и сложно построить своими руками.

История ветряных мельниц

Впервые ветряные мельницы упоминаются в персидских писаниях 10 века нашей эры. Это первая информация. Там механизм использовался для откачки воды из ручьев и превращения пшеницы в муку.

Благодаря крестовым походам идея ветряных мельниц пришла в Европу. Правда, персы строили горизонтальные конструкции, а европейцы — вертикальные. Произошло это в начале 12 века в Йоркшире, Англия. Владельцами мельниц были богатые феодалы, и уровень жизни населения определялся количеством ветряных турбин в их владении.

Горизонтальные ветряные мельницы

Первые введенные в эксплуатацию ветряные мельницы имели паруса (лопасти), вращавшиеся в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси. Согласно Ахмаду аль-Хасану, ветряные мельницы были изобретены в восточной Персии персидским географом Эстахири в IX веке. Подлинность предыдущего изобретения ветряной мельницы вторым халифом Умаром (в период 634 — 644 гг. Н.э.) ставится под сомнение на том основании, что сведения о ветряных мельницах появляются только в документах, относящихся к 10 веку.

У мельниц того времени было от шести до двенадцати лопастей, покрытых тростником или тканью. Эти устройства использовались для измельчения зерна или добычи воды и сильно отличались от более поздних европейских вертикальных ветряных мельниц. Первоначально ветряные мельницы распространились на Ближний Восток и Среднюю Азию, а затем постепенно стали популярными в Китае и Индии.

Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, используемой для орошения, также встречается в Китае 13 века (во времена династии Цзинь на севере), обнаружен и привезен в Туркестан путешественником Елюем Чуцаем в 1219 году.

Горизонтальные ветряные мельницы в ограниченном количестве присутствовали по всей Европе в 18-19 веках. Самые известные выжившие — это Хуперс Милл в Кенте и Фаулер Милл в Баттерси недалеко от Лондона. Скорее всего, существовавшие в то время в Европе мельницы были самостоятельным изобретением европейских инженеров во время промышленной революции; конструкция европейских мельниц не была заимствована из восточных стран.

Вертикальные ветряные мельницы

Историки до сих пор спорят о происхождении вертикальных ветряных мельниц. Из-за отсутствия достоверной информации невозможно ответить на вопрос, являются ли вертикальные фрезы оригинальным изобретением европейских мастеров или же конструкция заимствована из стран Ближнего Востока.

Существование первой известной мельницы в Европе (предполагается, что это была мельница вертикального типа) датируется 1185 годом; он располагался в бывшей деревне Уидли в Йоркшире в устье реки Хамбер. Кроме того, существует ряд менее надежных исторических источников о том, что первые ветряные мельницы в Европе появились в 12 веке. Первым применением ветряных мельниц было измельчение зерновых культур.

Козловая

Есть свидетельства того, что самый ранний тип европейской ветряной мельницы назывался почтовой мельницей, названной так из-за большой вертикальной части, которая составляет основную конструкцию мельницы.

Когда корпус мельницы был собран таким образом, он мог вращаться по направлению ветра; это позволило более продуктивно работать в северо-западной Европе, где направление ветра меняется с короткими интервалами. Фундаменты первых портальных мельниц были врыты в землю, обеспечивая дополнительную поддержку при повороте. Позже была разработана деревянная опора, названная эстакадой (или козлиной). Обычно он был закрытым, что давало дополнительное место для хранения урожая и защищало его от непогоды.

Этот тип ветряных мельниц был самым популярным в Европе до 19 века, когда им на смену пришли мощные башенные мельницы.

Полая (пустая) козловая

Фрезы данной конструкции имели полость, внутри которой располагался приводной вал. Это позволило поворачивать конструкцию по направлению ветра с меньшими усилиями, чем традиционные портальные мельницы, кроме того, не было необходимости поднимать мешки с зерном на высоких жерновах, так как использование длинного вала двигателя позволяло размещать жернова на уровне земли. Такие мельницы использовались в Нидерландах с 14 века.

Башенная

Ближе к концу 13 века был введен в эксплуатацию новый вид мельничного строительства — башенная мельница. Его главным преимуществом было то, что двигалась только верхняя часть конструкции, а основная часть мельницы оставалась неподвижной.

Широкое распространение башенные мельницы пришло к началу периода экономического укрепления из-за потребности в надежных источниках энергии. Фермеров и мельников не смутила даже более высокая стоимость строительства по сравнению с другими типами мельниц.

В отличие от портальной мельницы, в башенной мельнице только крыша башенной мельницы реагировала на присутствие ветра, это позволило сделать основную конструкцию намного выше, что, в свою очередь, позволило изготавливать больше лопастей, так что вращение мельницы было возможно даже в условиях слабого ветра.

Верхняя часть мельницы могла быть повернута навстречу ветру за счет наличия лебедок. Кроме того, было возможно удерживать крышу мельницы и лопасти по направлению к ветру благодаря наличию небольшой ветряной мельницы, установленной перпендикулярно лопастям в задней части мельницы. Этот вид строительства распространился на территорию бывшей Британской империи, Дании и Германии. В районе, расположенном недалеко от Средиземного моря, были возведены башенные мельницы с неподвижными крышами, так как изменение направления ветра большую часть времени было очень небольшим.

Шатровая

Палаточная мельница — это улучшенная версия башенной мельницы, где каменная башня заменена деревянной рамой, обычно восьмиугольной (бывают мельницы с более или менее углами). Каркас был покрыт соломой, шифером, листовым металлом или битумной бумагой. Более легкая конструкция по сравнению с башенными мельницами делала мельницу более практичной, позволяя возводить конструкцию на участках с неустойчивым грунтом. Изначально этот тип мельниц использовался как дренажная мельница, но позже сфера применения значительно расширилась.

Когда мельница возводилась в жилых центрах, ее обычно ставили на каменную основу, что позволяло возвышать конструкцию над окружающими зданиями для лучшего доступа ветру.

Принцип работы ветряной мельницы

Принцип работы ветряка можно описать довольно просто. В качестве движущей силы используются воздушные потоки, которые постоянно находятся в движении. Ветер действует на три основных узла:

• лезвия;
• передаточный механизм;
• механизм, который делает эту работу.

В мельницах, которые использовались в прошлом, длина каждого лезвия могла составлять несколько метров. Это было сделано для увеличения площади улавливания ветра. Размеры были выбраны исходя из функции, выполняемой мельницей. Если требовалось больше мощности мельницы, пропеллер был больше. Лезвия большего размера использовались на мукомольных заводах. Это связано с тяжелыми жерновами, которые приходилось вращать. Форма лопастей ветряных турбин со временем улучшалась и создавалась в соответствии с законами аэродинамики, что позволило повысить их эффективность.

Следующий за лопастями модуль ветряной турбины — это редуктор или приводной механизм. Иногда таким модулем служил только вал, на котором крепились лопасти. На другом конце дерева находился инструмент, выполнявший эту работу. Но такой механизм ветряка не отличается особой безопасностью и надежностью. При необходимости остановить мельницу просто невозможно. Кроме того, дерево может легко сломаться, если во что-то застрять. Сдвиг — более эффективное и элегантное решение. Он подходит для преобразования вращения лопастей в полезную работу различного рода. Кроме того, связь можно легко прервать, отсоединив компоненты коробки передач.

Оборудование, которое может и применяется с мельницей, очень разнообразно. Помимо измельчителей это могут быть различные ножевые измельчители, благодаря которым можно в короткие сроки приготовить корм для скота. Заводы могли быть оснащены деревообрабатывающим оборудованием, приводимым в движение силой ветра.

Лопасти (паруса)

Традиционно парус представляет собой решетчатый каркас, на котором располагается полотно. Фрезеровщик может самостоятельно регулировать количество ткани в зависимости от силы ветра и необходимой мощности. В средние века лезвия представляли собой решетку, на которую помещалось полотно, а в более холодном климате ткань заменяли деревянными планками, которые предохраняли ее от замерзания. Независимо от расположения лопастей необходимо было полностью остановить мельницу для регулировки парусов.

Поворотным моментом стало изобретение в Великобритании в конце восемнадцатого века конструкции, которая автоматически адаптируется к скорости ветра без вмешательства мельника. Самыми популярными и функциональными были паруса, изобретенные Уильямом Кабиттом в 1807 году. В этих лопастях ткань была заменена механизмом соединенных между собой жалюзи.

Во Франции Пьер-Теофиль Бертон изобрел систему продольных деревянных планок, соединенных механизмом, который позволял мельнику открывать их, пока мельница вращалась

В 20 веке, благодаря достижениям в авиастроении, уровень знаний в области аэродинамики значительно повысился, что привело к дальнейшему повышению эффективности мельниц немецким инженером Билау и голландскими мастерами.

У большинства ветряных мельниц четыре паруса. Вместе с ними идут мельницы, оснащенные пятью, шестью или восемью парусами. Чаще всего они встречаются в Великобритании (особенно в графствах Линкольншир и Йоркшир), в Германии и реже в других странах. Первые фабрики по производству ветряных полотен располагались в Испании, Португалии, Греции, Румынии, Болгарии и России.

Мельница с четным числом парусов имеет преимущество перед другими типами мельниц, потому что, если одна из лопастей повреждена, можно удалить противоположную лопасть, таким образом поддерживая баланс всей конструкции.

В Нидерландах, когда лопасти мельницы неподвижны, они используются для передачи сигналов. Небольшой наклон парусов к главному зданию символизирует радостное событие; в то время как отклонение от главного здания символизирует боль. Ветряные мельницы по всей Голландии были установлены в траурные позиции в память о голландских жертвах авиакатастрофы Boeing в Малайзии в 2014 году.

Мельничный механизм

Шестерни внутри мельницы передают энергию от вращательного движения парусов механическим устройствам. Паруса закреплены на горизонтальных мачтах. Барабаны могут быть целиком из дерева, из дерева с металлическими элементами или целиком из металла. Тормозное колесо установлено на валу между передним и задним подшипниками.
Мельницы использовались во многих промышленных процессах, таких как переработка масличных культур, подготовка шерсти, крашение и изготовление камня.

Где можно использовать мельницу

Мельницы переживают возрождение, но это не связано с возвратом к методам производства, которые использовались ранее. Все больше и больше людей задаются вопросом о принципе работы такой конструкции. Те, кто видел одним глазком небольшую ветряную мельницу, которая была установлена ​​в чьем-то саду, хотели иметь мельницу на своей территории. Мельница может стать именно той изюминкой, которой не хватало территории сада с деревьями. Мельница придает индивидуальность любому участку. Сложно найти две одинаковые самодельные мельницы. Каждый учитель вносит свой вклад своим собственным опытом.

Мельницу можно модифицировать и использовать в качестве генератора электроэнергии. Это позволит освещать двор с помощью светодиодных лампочек и не платить за электричество. Для этого потребуются некоторые знания физики и сообразительность. Точно так же вы можете использовать мельницу, если в этом районе протекает небольшой ручей.

Подход к ландшафтному дизайну должен быть умеренным. Без особого труда можно посадить самые разные цветы и другие растения, но смотреться это будет безвкусно. У каждого проекта должна быть своя изюминка. Равномерно скошенный газон редко кого удивляет. Мельница на участке даст вам возможность выделиться. Рядом с ним можно оборудовать небольшой уголок для отдыха после тяжелого рабочего дня, он может быть тайником для мелочей, которые вам небезразличны. Другие возможности использования этой мельницы описаны ниже.

Дополнительные способы использования

Мельница может быть не только генератором, но и простым элементом, который украсит участок. Он может иметь и другое практическое применение. Поэтому стоит хорошо подумать, где именно его можно установить. Например, если на приусадебном участке установлена ​​система автоматического полива, то, скорее всего, там может быть люк, в котором расположены все водопроводные узлы. Такой люк нельзя спрятать под газонной травой, но если этого не сделать, он будет выделяться и портить вид. В этом случае на помощь придет мельница. Его можно установить прямо на крышку люка, которая скроет его. При этом у посетителей не будет никаких подозрений, что что-то не так.

Элементы канализации не всегда прячут в люки. Также на лужайке могут быть другие предметы, которые нужно спрятать. Благодаря тому, что материал для фрезы выбран легкий, он не может повредить элементы. Кроме того, корпус выполнен в виде колпака, поэтому его можно установить сверху. Если вы построите большую мельницу, дети будут бесконечно счастливы. Они смогут использовать мельницу, чтобы играть с друзьями. Если конструкция будет использоваться таким образом, ее нужно хорошо укрепить, чтобы не травмировать ребенка. Также вам понадобится вход, который нужно делать с обратной стороны.

Многие инструменты используются для ухода за садом и газоном. Удобнее, если он будет находиться прямо на участке и вам не придется возвращаться за ним в чулан возле дома. Мельница также может помочь в этом. Внутри мельницы можно оборудовать отличное складское помещение для оборудования. Чтобы он был максимально компактным, можно соорудить различные садовые органайзеры. Мельница может быть построена из натурального камня или огнеупорного кирпича. В этом случае можно все продумать так, чтобы это служило барбекю. Также для него можно соорудить журнальный столик.

Примечание! Проблема для многих — кроты, которые постоянно ищут огород. Частично решить эту проблему можно с помощью фрезы. Он способен передавать колебания от вращения. Это связано с тем, что лапы вкапываются в землю минимум на 20 см. Кроме того, в конструкции ветряка можно вмонтировать вибромоторы, которые будут пугать животных.

Изготовление своими руками

К изготовлению мельницы не следует подходить легкомысленно. Хотя создание ветряка может показаться довольно простым делом, вам нужно все правильно рассчитать. Только в этом случае можно получить действительно полезное изделие, способное украсить участок. Первым делом нужно выбрать место, где будет установлена ​​конструкция ветряной турбины. Если поставить изделие на деревья, оно там потеряется и не будет радовать глаз, к тому же сила ветра в деревьях меньше, поэтому вращение лопастей может практически отсутствовать, что будет плохо, если есть это генератор внутри.

Примечание! На открытой местности легче доставить необходимые материалы, а также легче собрать конструкцию лопасти ветряной мельницы.

После выбора площадки для ветряка ее очищают и подготавливают. Первым делом проводится очистка от различных элементов, которые могут мешать. Сюда входят старые ветки, кустарники или крупные сорняки. Если раньше на участке росло дерево, пень нужно будет выкорчевать. После уборки траву убирают и удаляют небольшой участок почвы в том месте, где будет располагаться мельница. Далее готовится фундамент, на который будет монтироваться ветряк.

Чертеж

Нет жестких правил для сборки собственной версии мельницы. Основной задачей будет нарисовать хороший схематический рисунок. На нем должны быть видны все детали мельницы. В зависимости от выбранной площади и назначений фрезерного станка подбираются размеры. Их необходимо указать прямо на эскизе. Пример можно увидеть на фото выше. Следующим шагом будет выбор материала для фрезы. Древесина подходит по своему качеству, но ее необходимо обработать антисептиком, а также покрасить, чтобы она не разбухала от воздействия влаги и не была съедена вредителями.

Примечание! Отличным решением для постройки ветряка станет сосна. Он пропитан смолами, поэтому отлично отталкивает влагу. Стоимость такой древесины относительно невысока, поэтому она отлично подходит для того, что вы задумали.

Подготовка фундамента

Когда с размерами все понятно, можно переходить к созданию фундамента для ветряка. Это необязательная процедура, но она требуется, если ветряная турбина будет значительных размеров и использоваться в качестве служебного здания. Выкапывается небольшая ямка на глубину 50 см, щебень добавляется слоем 15 см, такой же слой применяют для песка средней крупности. Ее нужно хорошо утрамбовать и выровнять, чтобы мельница стояла ровно. Далее опалубку выставляют на высоту, на которую будет подниматься фундамент для ветряка. В большинстве случаев это не требуется.

Внутри котлована под фундамент ветряка прокладывается армирующая сетка. Он изготовлен из арматуры, которая сплетена с помощью вязальной нити. Сверху заливается бетон. Его необходимо хорошо утрамбовать, чтобы не было пустот, которые могли бы вызвать трещины в основании мельницы. Монтаж ветряка на фундамент возможен через несколько недель.

Сборка

Первым делом для мельницы понадобится каркас. Его можно сделать из деревянного бруса размером 5х5 см и крепить не к бетонному основанию, а к небольшой решетке. Его можно сделать из бруса размером 10 × 10 см. Квадрат или прямоугольник состоит из бруска. Все будет зависеть от выбранного дизайна. Элементы прочно соединены между собой. Необходимо проверить, соответствует ли каждая линза 90 °. Далее на фундамент под мельницу укладывается гидроизоляционный слой рубероида. Влага в бетоне не должна повредить древесину. Деревянная конструкция основания ветряка укладывается на рубероид и прикручивается к основанию дюбелями.

Следующим этапом будет установка бревенчатого каркаса. К четырем углам прикреплены опоры для мельницы. Чаще всего стенки мельницы имеют трапециевидную форму, поэтому стержни закрепляют не под прямым углом, а с небольшим наклоном. Для этого их предварительно нужно обрезать. Крепление к основанию осуществляется металлическими уголками. Когда четыре полюса мельницы встанут на место, верхняя обвязка завершена. Кроме того, прикрепляются перекладины, что повысит прочность всей конструкции мельницы. Это как раз то время, когда необходимо укрепить места, где будут располагаться окна и двери.

Следующим шагом будет строительство крыши мельницы. Небольшая двускатная крыша отлично смотрится в ветряных мельницах. Треугольные фермы строятся из прутков, которые устанавливаются над мельницей. В дальнейшем выполняется обшивка всех стенок ветряка, кроме передней. Облицовку мельницы можно выполнить деревянной вагонкой или блок-хаусом. Ближе к крыше на лицевой стороне мельницы закреплен механизм, на который будут устанавливаться лопасти. Это может быть трубка, в которую запрессовано несколько подшипников. Крепить его к горизонтальным балкам каркаса ветряка можно с помощью хомутов. В подшипники вставлен металлический вал лезвия. Его можно сделать из цельного куска арматуры.

Один из самых сложных элементов ветряной турбины — пропеллер. Выше приведен пример конструкции лопасти ветряной турбины. Размер может быть увеличен пропорционально в зависимости от размера конкретного проекта ветряной турбины. После этого на заранее подготовленный вал устанавливается гребной винт. Теперь можно сшить переднюю стенку ветряка. Кроме того, в мельнице монтируются окно и дверь, а также проводится организация внутреннего пространства. В качестве кровельного покрытия для ветряка подойдет гофрокартон или металлочерепица. Ниже представлено видео о сборке декоративной ветряной мельницы.

Примечание! Важно предусмотреть механизм, блокирующий вал ветряка. Это будет необходимо во время сильного ветра, чтобы не повредить лопасти ветряка.

Ветряные мельницы в разных странах

Интересно, как выглядят ветряные мельницы в разных странах мира и чем они отличаются? Предлагаем вам ознакомиться с подборкой наиболее интересных экземпляров.

Голландия

В 1738-1740 годах в голландском городе Киндердейк было построено 19 каменных ветряных мельниц для защиты равнин от наводнений. Ветряные мельницы перекачивают воду с уровня моря в реку Лек, которая впадает в Северное море. Помимо откачки воды, ветряные мельницы использовались для выработки электроэнергии. Благодаря этим мельницам Киндердейк стал первым электрифицированным городом в Нидерландах в 1886 году.
Сегодня вода на уровне моря в Киндердейке перекачивается современными насосными станциями, а ветряные мельницы были внесены в Список всемирного наследия ЮНЕСКО в 1997 году.

Испания

Германия

Украина

Эти ветряные мельницы — реликвии Музея архитектуры и народного быта, также называемого Пироговским музеем под открытым небом. Он расположен на южной окраине Киева.

Греция

Бельгия

Италия

Россия

Эта мельница является экспонатом Суздальского музея деревянного зодчества.

Эта мельница 18 века была отреставрирована в 2003 году. Находится в селе Овстуг (Жуковский район Брянской области).

Венгрия

Израиль

Ветряная мельница Монтефиоре в Иерусалиме была построена в 1857 году на холме напротив западных городских стен Иерусалима. Мельница была реконструирована в 2012 году.

Перспективы развития ветроэнергетики

Учитывая, что в настоящее время основное внимание уделяется естественным экологическим методам добычи энергии, ветроэнергетика будет иметь положительную перспективу развития в ближайшие годы. Все время идет разработка новых и доработка старых моделей ветряных турбин. Одна из последних разработок — плавающие генераторы, способные использовать максимальную энергию ветра.

Все больше и больше стран по всему миру обращают внимание на энергию ветра и начинают строить свои собственные ветряные турбины в подходящих местах. Энергия ветра считается одной из перспективных отраслей альтернативной энергетики.

Чаще всего требуются частные ветряные генераторы, которые могут обеспечивать электроэнергией часть или весь дом. Традиционные источники энергии могут скоро иссякнуть и нанести непоправимый ущерб окружающей среде. Многие люди считают, что будущее за ветровой энергией, а также за альтернативными устойчивыми способами производства энергии.