Plaćanje električne energije danas zauzima značajan udio u troškovima održavanja stana. U stambenim zgradama jedini način uštede je prelazak na tehnologije za uštedu energije i optimizacija troškova za višetarifne sheme (noćni režim se plaća po sniženim cijenama). A ako imate ličnu parcelu, ne samo da možete uštedjeti na potrošnji, već i organizirati nezavisno napajanje za privatnu kuću.
Ovo je normalna praksa koja je nastala u Evropi i Sjevernoj Americi, a u Rusiji se aktivno uvodi posljednjih nekoliko decenija. Međutim, oprema za autonomno napajanje je prilično skupa, povrat "na nulu" dolazi tek nakon 10 godina. U nekim zemljama moguće je vratiti energiju u javne mreže po fiksnim cijenama, što skraćuje vrijeme povrata. U Ruskoj Federaciji, "cashback" zahtijeva niz birokratskih procedura, tako da većina korisnika "besplatne" energije radije gradi vjetrogenerator vlastitim rukama i koristi ga samo za lične potrebe.
Pravna strana pitanja
Domaći vjetrogenerator za dom nije zabranjen, njegova proizvodnja i upotreba ne povlači administrativne ili krivične kazne. Ako snaga vjetrogeneratora ne prelazi 5 kW, on pripada kućnim aparatima i nije potrebno odobrenje lokalne elektroprivrede. Štaviše, ne morate da plaćate nikakve poreze ako ne ostvarujete profit od prodaje električne energije. Osim toga, vjetroturbina domaće proizvodnje, čak i sa takvim performansama, zahtijeva složena inženjerska rješenja: lako je napraviti za tehniku. Stoga snaga domaćih proizvoda rijetko prelazi 2 kW. Zapravo, ova snaga je obično dovoljna za napajanje privatne kuće (naravno, ako nemate kotao i moćan klima uređaj).
U ovom slučaju govorimo o saveznom zakonodavstvu. Stoga, prije nego što se odlučite za izradu vjetroturbine vlastitim rukama, neće biti suvišno provjeriti postojanje (odsutnost) predmetnih i općinskih regulatornih pravnih akata, koji mogu nametnuti neka ograničenja i zabrane. Na primjer, ako se vaša kuća nalazi u posebno zaštićenom prirodnom području, korištenje energije vjetra (koja je prirodni resurs) može zahtijevati dodatna odobrenja.
Problemi sa zakonom mogu nastati kada postoje nemirni susjedi. Vjetrenjače za domaćinstvo su individualne zgrade, tako da i one podliježu određenim ograničenjima:
Vrste generatora
Prije nego što odlučite kako napraviti vjetrogenerator vlastitim rukama, razmotrite karakteristike dizajna:
Prema lokaciji generatora, uređaj može biti horizontalan ili okomit
Na nominalnom generiranom naponu
Tipični primjeri domaćih vjetroturbina
Uređaj vjetrogeneratora je isti, bez obzira na odabranu shemu.
- Propeler koji se može ugraditi direktno na osovinu generatora ili pomoću remena (lanac, zupčanik).
- Sam generator. To može biti gotov uređaj (na primjer, iz automobila) ili konvencionalni električni motor, koji, kada se okreće, proizvodi električnu struju.
- Inverter, regulator napona, stabilizator - ovisno o odabranom naponu.
- Tampon element - akumulatorske baterije koje osiguravaju kontinuitet proizvodnje, bez obzira na prisustvo vjetra.
- Montažna konstrukcija: jarbol, krovni nosač.
Propeler
Može se napraviti od bilo kojeg materijala: čak i od plastičnih boca. Istina, fleksibilne oštrice značajno ograničavaju snagu.
Dovoljno je izrezati šupljine u njima kako bi primili vjetar.
Dobra opcija je vjetroturbina za domaćinstvo iz hladnjaka. Dobijate kompletan dizajn sa profesionalno izrađenim noževima i balansiranim električnim motorom.
Sličan dizajn je napravljen od hladnjaka za napajanje računara. Istina, snaga takvog generatora je oskudna - osim ako ne upalite lampu na LED diodama, ili ne napunite mobilni telefon.
Ipak, sistem je prilično funkcionalan.
Od aluminijumskih limova dobijaju se prilično dobre oštrice. Materijal je dostupan, lako se oblikuje, propeler je dosta lagan.
Ako pravite rotacioni propeler za vertikalni generator, možete koristiti rezane limenke. Za teške sisteme koriste se polovice čeličnih bačvi (do zapremine od 200 litara).
Naravno, moraćete da budete veoma oprezni po pitanju pouzdanosti. Snažan okvir, osovina na ležajevima.
Generator
Kao što je gore spomenuto, možete koristiti gotov automobil ili električni motor iz industrijskih električnih instalacija (kućanski aparati). Kao primjer: vjetroturbina iz odvijača. Koristi se cijela konstrukcija: motor, mjenjač, držač noža.
Kompaktni generator je izveden iz koračnog motora štampača. Opet, snaga je dovoljna samo za napajanje LED lampe ili punjača za pametne telefone. Na otvorenom je nezamjenjiva stvar.
Ako vam je ugodno s lemilom i dobri ste u radiotehnici, možete sami sastaviti generator. Popularna shema: vjetrogenerator s neodimijskim magnetima. Prednosti dizajna - možete samostalno izračunati snagu pod opterećenjem vjetra u vašem području. Zašto neodimijumski magneti? Kompaktnost sa velikom snagom.
Možete prepraviti rotor postojećeg generatora.
Ili kreirajte vlastiti dizajn, uz izradu namotaja.
Učinkovitost takve vjetroturbine je za red veličine veća nego kada se koristi krug s električnim motorom. Još jedna neosporna prednost je kompaktnost. Neodijumski generator je ravan i može se postaviti direktno u središnju čahuru propelera.
Jarbol
Proizvodnja ovog elementa ne zahtijeva poznavanje elektronike, ali održivost cijelog vjetrogeneratora ovisi o njegovoj snazi.
Na primjer, jarbol visine 10-15 metara zahtijeva dobro dizajnirana užad i protuteže. U suprotnom, jak nalet vjetra može preplaviti strukturu.
Ako snaga generatora ne prelazi 1 kW, težina konstrukcije nije tako velika, a problemi čvrstoće jarbola nestaju u pozadini.
Ishod
Domaći vjetrogenerator nije tako komplikovan kao što se na prvi pogled čini. S obzirom na visoku cijenu fabričkih proizvoda, možete mnogo uštedjeti izradom domaće vjetroelektrane i lako dostupnih materijala. Uzimajući u obzir niske troškove stvaranja vjetroturbine, isplatit će se dovoljno brzo.
Povezani video zapisi
Oduvijek sam imao slabu tačku na vjetroturbine s V-osom zbog prednosti koje nude. Nažalost, većina njih, kao što je Savonius, nisu baš efikasne, ali mogu raditi iu uslovima slabog vjetra.Počeo sam tražiti bilo koje druge koje koriste Savonius princip. Na kraju sam napravio i ovo i pronašao slične karakteristike, ali se i ovaj činio malo niskim u efikasnosti, ali je opet nadmašio Savinous.
Počeo sam da se igram sa malim blokovima i napravljenim od limenki za kafu može simulirati koji je na kraju dostigao 700 RPM i dobio je naziv "700 RPM kafa moguća". To zapravo nije napravilo puno energije jer je tako mala kao što je bila i u osnovi je bila isječena. Ispod je slika sa limenkom za kafu koju možete eksperimentisati domaća vjetroturbina sa okomitom osom rotacije...Ako odlučite da probate, savjetovaću vas, metal je vrlo oštar i morate nositi rukavice poštujući sve sigurnosne mjere... 
Na dnu sam ga podijelio na 4 dijela, izrezao dva i zalijepio ih natrag u konzervu na dva preostala dijela. Dostigao je 700 o/min na vjetru od 12,5 mph.
Odlučio sam da gradim velike vjetroturbine u građevinarstvu su korištene plastične kante i slične tehnike. Bio je pravi haos! Uopšte nije uspelo. Nakon malo razmišljanja zašto ovo nije uspjelo, odlučio sam isprobati okrugli bubanj u sredini. Složio sam nekoliko velikih kanistera jednu na drugu i zalijepio ih ljepljivom trakom u promjeru. Međutim, promjena protoka zraka kroz blok nije dobro funkcionirala.
Nakon što sam isprobao gomilu različitih bubnjeva i oblika, odlučio sam da budem malo naučniji u svom testu umjesto svog načina simuliranja vjetroturbina.
Bio sam zaintrigiran šta se tačno dešava. Počeo sam da radim neke statičke testove protoka vazduha kroz vertikalnu os rotacije dok sam u različitim položajima, ali bez okretanja. Koristeći ručni anemometar, provjerio sam brzinu vjetra ispred i iza bloka, kao i iznutra. Zrak koji je strujao kroz rotaciju bio je zapravo brži od zraka koji je ulazio u kočenje. Našao sam neku Venturi formulu i počeo provjeravati oblike lopatica domaće vjetroturbine. Shvatio sam da imam dovoljno informacija da dizajniram nešto malo veće i dobijem bolje rezultate testa.
Koristeći kombinaciju Savinousovih ideja za dizajn vjetroturbina zajedno s teorijom Venturi cijevi, došao sam do dizajna koji se malo razlikuje od mog uobičajenog dizajna.
Iako su lopatice poput Darrieusa, Savoniusove i trouglasti bubanj u sredini za usmjeravanje protoka zraka, konstrukcija je ugrađena. Napravio sam nekoliko smanjenih verzija za testiranje i rezultati su izgledali obećavajuće i pokazali su da sam na pravom putu. Trebalo je napraviti veći. Ispod je posljednja zgrada ove ideje... Jednostavna izrada pomoću šperploče i aluminija. 
Još jedan dizajn Lenz vjetroturbine izrađen ručno
Ispod izložbi je početak druge verzije. Koristeći dijelove iz prve i neke površne opreme za krila, počeo sam testirati blok. Alternator je 12-polna mašina koju sam napravio samo za ovaj projekat.
Trebalo je malo pomučiti da se ovo postigne tamo gdje sam mislio da bi trebalo biti sa dobrim i ne tako dobrim rezultatima.
Pošto je blok bio malo drugačiji od originala, moje oštrice nisu dostigle pravu brzinu. Igrao sam sa jednim krilom na mašini da saznam gde je obrtni moment dok je napredovala oko 360 merenja na svakih 10 stepeni. U trenutku sam shvatio da obrtni moment nije ono što sam razmišljao i ponovo sam počeo da se igram sa uglovima krila. Konačno je podešen na 9 stepeni i radio je savršeno sa maksimalnom efikasnošću!
Vrijeme je da se naoružate za pravo testiranje.
Postavio sam ovo na prednji utovarivač moje hranilice i testirao ga na vjetru.
Ispod su neke eksperimentalne figure...
5,5 mph počinje punjenje
7,1 mph 3,32 vata
8,5 mph 5,12 vati
9 mph 5,63 vata
9,5 mph 6,78 vati
Nije loše za malu vjetroturbinu od 2ft 2ft.
Vrijeme je da se izgradi veći da bi se vidjelo da li se može proširiti i zadržati svoju efektivnu efikasnost.
Napravio sam blok većeg prečnika 3ft x 4ft, prikazan ispod..
Neću ulaziti u mnogo detalja, ali radi 52 poteza pri vjetru od 12,5 mph. Ne smijem se lako pečatirati, ova mašina me je definitivno pečatirala. Sada je vrijeme da se to podigne na drugi nivo...
Struktura lopatica vjetroturbine Lenz veličine 3 sa 4 stope
Neki detalji za konstrukciju Lenz2 turbine promjera 3 stope x visine 4 stope...
Ispod je crtež rebara krila izrezanih od 3/4" šperploče.
Napomena: Gornja slika pokazuje da je potrebno samo 6 rebara da bi zapravo imali 9 rebara. Prvobitno sam ovo dizajnirao samo od kraja rebra na mjestu sa držačem za učvršćivanje u sredini. Treće rebro ih zapravo čini mnogo jačima.
Domaće lopatice vjetroagregata su uglavnom izrađene od 3/4" šperploče za rebra, a strune su izrezane od obrađenih 2x4. Strune se zalijepe u prorez i zatim izbuše za vijke za drvo. Jednostavno učvrstite uzice u žljebove i nanesite ljepilo za ugradnju. Nakon što je ljepilo postavljeno, možete prekriti blatobrane aluminijskim limom. Koristio sam i PVC lim u 1/8" debljine koji može biti jeftiniji od aluminijuma. Aluminijski lim debljine 0,025 bio je i zapravo je lakši od PVC lima. Mogu se koristiti i drugi lagani materijali za proizvodnju lopatica za vjetrogenerator.
Iznad je još jedan snimak lopatice vjetroturbine.
Aluminijske zakovice dužine 1/8 "i 3/4 do 1".
Počinjem savijati za 90 stepeni duž prednje ivice i aluminijumske zakovice na vrhu spoljne prednje ivice okvira krila. Prebacite aluminijsku ploču preko ruba okvira. Pričvrstite ga za zadnju ivicu. Počnite postavljati zakovice ravnomjerno raspoređene uokolo, pazeći da se aluminij čvrsto povuče preko rebra dok idete.
Kada je aluminijum pričvršćen za okvir, savijte zadnju ivicu kako biste formirali krivinu na zadnjoj vezici.
Ispod je slika generatorskog kraja turbine postavljene na cijev od 1 kvadratnog inča... 
Okvir za turbinu je napravljen od standardnih 1x1 kvadratnih čeličnih cijevi zavarenih zajedno da formiraju oblik "kutije" sa puno ukrasa sa strane. Na gornjoj slici možete vidjeti dvije čelične ploče odmah iznad, što ukazuje na to da je zavaren za okvir da drži stator na mjestu. Gornji i donji diskovi rotiraju, a stator samo sjedi u sredini zračnog razmaka između njih.
Domaća vjetroturbina će raditi mnogo bolje na visokim platformama u čistom, neturbulentnom zraku.
Ovo radi vrlo dobro tamo gdje se nalazi, ali će raditi mnogo bolje i pružiti veći duži učinak na boljoj lokaciji.
Skaliranje domaće vjetroturbine i ugradnja krila prikazani su na donjoj slici...
Ispod su neke formule koje će vam pomoći da pronađete broj obrtaja koje može raditi na datom vjetru, kao i koliku snagu očekujete od jedinice...
Snaga u vatima = 0,00508 x površina x brzina vjetra ~ 3 efikasnost Kvadratura (visina x širina)
Brzina vjetra u mph
Primjer: 3 x 4 opisan gore za vjetar od 15 mph i alternator će biti 75% efikasniji u izlaznoj snazi;
0,00508 x (3x4) x 15 ^ 3 x (0,41 X,75) = 63,26 W
Učinkovitost će ovisiti o AC i građevinskoj opremi. Dokazano je da turbina radi na 41% efikasnosti na vratilu. Efikasnost generatora će varirati sa opterećenjem. Ako imate generator koji strši 90%, turbinu 40%, onda će ukupne performanse mašine biti 0,9 x 0,4 = 0,36 ili 36% efikasnije. Ako je generator samo 50% efikasniji, onda će ukupna efikasnost biti 0,5 x 0,4 = 20%. Kao što vidite efikasnost generatora igra veliku ulogu u ukupnoj efikasnosti ili onome što vidite za punjenje.
Koliko će to morati biti veliko da bi gustina snage
biti na ovom vjetru...
W / (0,00508 x brzina vjetra ^ 3 x efikasnost) = ukupna površina kvadratnih metara
Primjer: Recimo da želimo 63 vata na vjetru od 15 mph koristeći digitalno na vrhu;
63 W / (0,00508 x 15 ^ 3 x (0,75 x 41)) = 11,94 kvadratnih stopa (ili prečnik 3 stope x visina 4 stope)
Koliko brzo će raditi pri datoj brzini vjetra...
Brzina vjetra x 88 / (promjer x 3,14) x TSR
Brzina vjetra u mph
"88" samo pretvori mph u stope u minuti
TSR (omjer periferne brzine) za ovu mašinu za vršnu snagu je 0,8. Budući da je to hibridna mašina za podizanje i povlačenje kako bi se pomoću krila izvukla energija i uz vjetar i niz vjetar, mora raditi nešto sporije nego niz vjetar. Čini se da je 0.8 optimalno vrijeme učitavanja, iako će raditi na 1.6 bez opterećenja.
Primjer: ista turbina od 15 mph vjetra opterećena do 0,8 TSR ...
15 mph x 88 / (3 x 3,14) x 0,8 = 112 o/min
ili patrone - 15 x 88 / (3 x 3,14) x 1,6 = 224
Neke stvari koje treba uzeti u obzir pri projektovanju... ako je generator slab, turbina će "pobjeći" ili prebrziti na jakom vjetru. Mora biti dobro izbalansiran da bi se nosio sa ovim uvjetima, inače može vibrirati i uzrokovati da se nešto pokvari, a također i izgori generator. Bolje je malo nadograditi generator. Trebali biste uključiti način kontrole brzine, kao što je kratki spoj prekidača ili pauza, da biste je usporili, pa čak i zaustavili na jakom vjetru. Prekidač kratkog spoja se jednostavno povezuje na izlazne žice alternatora i kratke spojeve naizmjenične struje. Ovo značajno opterećuje turbine, neće je spriječiti da se okreće, ali će ispasti vrlo sporo, sa velikim opterećenjem - sve ovisi o korištenom alternatoru. Pošto VAWT ne može da se „navija“ od vetra, oni moraju da imaju kontrolu.
Dizajnirao sam turbinu da radi vrlo dobro na laganom vjetru i da radi mnogo sigurnijom brzinom od nekih njegovih kolega. Ovaj dizajn krila je vrlo neuredan na vjetrovima preko 20 mph i efikasnost pada znatno iznad vjetra, iako će nastaviti proizvoditi više snage kako se brzina vjetra povećava.
Razvili smo dizajn za vjetroturbinu s vertikalnom osom rotacije. Ispod se nalazi detaljan vodič za njegovu proizvodnju, nakon što ga pažljivo pročitate, možete sami napraviti vertikalni generator vjetra.
Vjetrogenerator se pokazao prilično pouzdanim, s niskim troškovima održavanja, jeftin i lak za proizvodnju. Nije potrebno pratiti dole prikazanu listu detalja, možete napraviti neke svoje prilagodbe, poboljšati nešto, koristiti nešto svoje, jer ne možete svuda pronaći tačno ono što je na listi. Trudili smo se koristiti jeftine i kvalitetne dijelove.
Korišteni materijali i oprema:
| Ime | Kol | Bilješka |
| Spisak korišćenih delova i materijala za rotor: | ||
| Prethodno rezani lim | 1 | Izrežite od 1/4" čelika pomoću vodenog mlaza, lasera, itd. |
| Auto čvorište (Hub) | 1 | Trebao bi sadržavati 4 rupe, oko 4 inča u promjeru |
| 2 "x 1" x 1/2" neodimijumski magnet | 26 | Veoma lomljiv, bolje je naručiti dodatno |
| 1/2 "-13tpi x 3" ukosnica | 1 | TPI - Niti po inču |
| 1/2 "matica | 16 | |
| 1/2" podloška | 16 | |
| 1/2 "uzgajivača | 16 | |
| 1/2 ".- 13tpi čep matica | 16 | |
| 1" podloška | 4 | Za održavanje razmaka između rotora |
| Spisak korišćenih delova i materijala za turbinu: | ||
| 3 "x 60" pocinčana cijev | 6 | |
| ABS plastika 3/8" (1,2x1,2m) | 1 | |
| Balansirajući magneti | Ako je potrebno | Ako lopatice nisu izbalansirane tada su pričvršćeni magneti za balansiranje. |
| 1/4 "šraf | 48 | |
| 1/4" podloška | 48 | |
| 1/4 "uzgajivača | 48 | |
| 1/4 "matica | 48 | |
| 2 "x 5/8" ugla | 24 | |
| 1 "uglovi | 12 (opciono) | Ako oštrice ne zadrže svoj oblik, možete dodati dodatne. uglovi |
| vijci, matice, podloške i žlebovi za 1" ugao | 12 (opciono) | |
| Spisak korišćenih delova i materijala za stator: | ||
| Epoksid sa učvršćivačem | 2 l | |
| 1/4" vijak od nehrđajućeg čelika | 3 | |
| 1/4" podloška st. | 3 | |
| 1/4" matica od nerđajućeg čelika | 3 | |
| 1/4 "prstenasta ušica | 3 | Za email veze |
| 1/2 "-13tpi x 3" ukosnica st. | 1 | Sv. čelik nije feromagnetičan, tako da rotor neće "kočiti" |
| 1/2 "matica | 6 | |
| Fiberglass | Ako je potrebno | |
| 0,51 mm emajl. žice | 24AWG | |
| Spisak korišćenih delova i materijala za ugradnju: | ||
| 1/4 "x 3/4" vijak | 6 | |
| Prirubnica cijevi 1-1 / 4 " | 1 | |
| 1-1 / 4 "pocinčana cijev L-18" | 1 | |
| Alati i oprema: | ||
| 1/2 "-13tpi x 36" ukosnica | 2 | Koristi se za podizanje |
| 1/2" vijak | 8 | |
| Anemometar | Ako trebaš | |
| 1" aluminijumski lim | 1 | Za izradu odstojnika, ako je potrebno |
| Zelena boja | 1 | Za farbanje plastičnih držača. Boja nije bitna |
| Plava farba lopta. | 1 | Za farbanje rotora i ostalih delova. Boja nije bitna |
| Multimetar | 1 | |
| Lemilo i lemljenje | 1 | |
| Bušilica | 1 | |
| Hacksaw | 1 | |
| Kern | 1 | |
| Maska | 1 | |
| Zaštitne naočare | 1 | |
| Rukavice | 1 | |
Vetroturbine sa vertikalnom osom rotacije nisu toliko efikasne kao njihove horizontalne, ali su vertikalne vetroturbine manje zahtevne za mesto svoje ugradnje.
Proizvodnja turbina
1. Spojni element - dizajniran za spajanje rotora na lopatice vjetrogeneratora.
2. Raspored oštrica - dva suprotna jednakostranična trokuta. Prema ovom crtežu, tada će biti lakše urediti uglove pričvršćenja lopatica.
Ako u nešto niste sigurni, kartonski šabloni će vam pomoći da izbjegnete greške i dalje izmjene.
Redoslijed koraka za proizvodnju turbine:
- Izrada donjih i gornjih nosača (baza) noževa. Označite i ubodnom testerom izrežite krug od ABS plastike. Zatim ga zaokružite i izrežite drugi nosač. Trebali biste dobiti dva apsolutno identična kruga.
- U sredini jednog nosača izrežite rupu prečnika 30 cm.To će biti gornji oslonac noževa.
- Uzmite glavčinu (glavninu automobila) i označite i izbušite četiri rupe na donjem nosaču za montiranje glavčine.
- Napravite šablon za lokaciju lopatica (slika iznad) i označite na donjem nosaču tačke pričvršćivanja za uglove koji će povezivati oslonac i lopatice.
- Složite oštrice, čvrsto ih zavežite i izrežite na potrebnu dužinu. U ovom dizajnu lopatice su dugačke 116 cm.Što su lopatice duže, to više energije vjetra primaju, ali mana je nestabilnost pri jakom vjetru.
- Označite oštrice za pričvršćivanje uglova. Kucnite, a zatim izbušite rupe u njima.
- Koristeći uzorak oštrice prikazan na gornjoj slici, pričvrstite oštrice na nosač pomoću uglova.
Proizvodnja rotora
Redoslijed radnji za proizvodnju rotora:
- Postavite dvije baze rotora jednu na drugu, poravnajte rupe i pomoću turpije ili markera napravite malu oznaku na stranama. U budućnosti će to pomoći da se pravilno orijentiraju jedni prema drugima.
- Napravite dva uzorka magneta od papira i zalijepite ih na podloge.
- Označite polaritet svih magneta markerom. Kao "tester polariteta" možete koristiti mali magnet umotan u krpu ili traku. Prelazeći ga preko velikog magneta, jasno će se vidjeti da li se odbija ili privlači.
- Pripremite epoksid dodavanjem učvršćivača. I ravnomjerno ga nanesite sa dna magneta.
- Vrlo pažljivo dovedite magnet do ruba osnove rotora i pomaknite ga u njegovu poziciju. Ako je magnet instaliran na vrhu rotora, velika snaga magneta ga može oštro magnetizirati i može se slomiti. I nikada nemojte gurati prste ili druge dijelove tijela između dva magneta ili magneta i pegle. Neodimijumski magneti su veoma moćni!
- Nastavite lijepiti magnete na rotor (ne zaboravite ih podmazati epoksidom), naizmjenično između polova. Ako su magneti izvučeni magnetskom silom, upotrijebite komad drveta između njih radi sigurnosti.
- Nakon što je jedan rotor završen, prijeđite na drugi. Koristeći prethodno označenu oznaku, postavite magnete tačno nasuprot prvom rotoru, ali u drugom polaritetu.
- Postavite rotore dalje jedan od drugog (kako se ne bi magnetizirali, inače ih nećete kasnije ukloniti).
Proizvodnja statora je veoma naporan proces. Možete, naravno, kupiti gotov stator (pokušajte ih pronaći kod nas) ili generator, ali ne činjenica da su prikladni za određenu vjetroturbinu sa svojim individualnim karakteristikama
Stator vjetrogeneratora je električna komponenta koja se sastoji od 9 zavojnica. Zavojnica statora prikazana je na gornjoj fotografiji. Zavojnice su podijeljene u 3 grupe, sa po 3 zavojnice u svakoj grupi. Svaki kalem je namotan žicom od 24AWG (0,51 mm) i sadrži 320 zavoja. Više zavoja, ali tanja žica će dati veći napon, ali manju struju. Stoga se parametri zavojnica mogu mijenjati, ovisno o tome koji napon vam je potreban na izlazu vjetrogeneratora. Sljedeća tabela će vam pomoći da odlučite:
320 obrtaja, 0,51 mm (24AWG) = 100V @ 120rpm.
160 obrtaja, 0,0508 mm (16AWG) = 48V @ 140rpm.
60 okretaja, 0,0571 mm (15AWG) = 24V @ 120rpm.
Ručno namotavanje kolutova je dosadno i teško. Stoga, kako bih olakšao proces namotavanja, savjetovao bih vam da napravite jednostavan uređaj - mašinu za namotavanje. Štaviše, njegov dizajn je prilično jednostavan i može se napraviti od otpadnog materijala.
Zavoje svih zavojnica treba namotati na isti način, u istom smjeru i obratiti pažnju ili označiti gdje je početak, a gdje kraj zavojnice. Kako bi se spriječilo odmotavanje zavojnica, omotane su električnom trakom i premazane epoksidom.
Nosač je napravljen od dva komada šperploče, savijene ukosnice, komada PVC cijevi i eksera. Prije savijanja klina, zagrijte ga plamenikom.
Mali komad cijevi između dasaka daje željenu debljinu, a četiri eksera daju potrebne dimenzije kotura.
Možete smisliti vlastiti dizajn mašine za namatanje, ili možda već imate gotovu.
Nakon što su svi zavojnici namotani, moraju se provjeriti da li su međusobno povezani. To se može učiniti pomoću skale, a također morate izmjeriti otpor zavojnica multimetrom.
Ne priključujte kućne potrošače direktno sa vjetrogeneratora! Također poštujte sigurnosne mjere pri rukovanju električnom energijom!
Proces povezivanja zavojnice:
- Izbrusite krajeve svakog kabla zavojnice.
- Spojite zavojnice kao što je prikazano na gornjoj slici. Trebali biste dobiti 3 grupe, po 3 zavojnice u svakoj grupi. S takvim dijagramom povezivanja dobit će se trofazna izmjenična struja. Zalemite krajeve zavojnica ili koristite stezaljke.
- Odaberite jednu od sljedećih konfiguracija:
A. Konfiguracija " zvijezda". Da biste dobili visoki napon na izlazu, spojite X, Y i Z pinove jedan na drugi.
B. Konfiguracija "trokut". Za veliku struju, spojite X na B, Y na C, Z na A.
C. Da biste omogućili buduću rekonfiguraciju, proširite svih šest vodiča i ispraznite ih. - Na velikom listu papira nacrtajte dijagram lokacije i veze zavojnica. Svi namotaji moraju biti ravnomjerno raspoređeni i odgovarati položaju magneta rotora.
- Pričvrstite kalemove trakom na papir. Pripremite epoksid sa učvršćivačem za zalivanje statora.
- Koristite četkicu za nanošenje epoksida na stakloplastike. Dodajte male komadiće stakloplastike ako je potrebno. Nemojte puniti sredinu zavojnica kako biste osigurali dovoljno hlađenja tokom rada. Pokušajte izbjeći stvaranje mjehurića. Svrha ove operacije je osigurati zavojnice na mjestu i izravnati stator, koji će se nalaziti između dva rotora. Stator neće biti opterećena jedinica i neće se okretati.
Da bude jasnije, pogledajmo cijeli proces u slikama:
Gotovi kalemovi se postavljaju na voštani papir sa unapred nacrtanim rasporedom. Tri mala kruga u uglovima na gornjoj fotografiji su lokacije rupa za pričvršćivanje nosača statora. Središnji prsten sprječava ulazak epoksida u središnji krug.
Zavojnice su učvršćene na mjestu. Stakloplastika, u malim komadima, postavlja se oko namotaja. Vodovi zavojnice mogu se usmjeriti prema unutrašnjoj ili vanjskoj strani statora. Ne zaboravite ostaviti dovoljno prostora za glavu. Obavezno još jednom provjerite sve spojeve i pozvonite multimetrom.
Stator je skoro kompletan. U statoru su izbušene rupe za pričvršćivanje nosača. Prilikom bušenja rupa pazite da ne uđete u provodnike zavojnice. Nakon završetka operacije, odrežite višak stakloplastike i, ako je potrebno, izbrusite površinu statora brusnim papirom.
Nosač statora
Cijev za pričvršćivanje osovine glavčine izrezana je na potrebnu veličinu. U njemu su izbušene rupe i izrezani navoji. U budućnosti će se u njih uvrtati vijci koji će držati osovinu.
Na gornjoj slici prikazan je nosač na koji će se pričvrstiti stator, koji se nalazi između dva rotora.
Gornja fotografija prikazuje klin sa maticama i čahurom. Četiri od ovih klinova osiguravaju potreban razmak između rotora. Umjesto čahure možete koristiti veće matice ili sami izrezati podloške od aluminija.
Generator. Završna montaža
Malo pojašnjenje: mali zračni razmak između snopa rotor-stator-rotor (koji je postavljen klinom sa čahurom) daje veću izlaznu snagu, ali postoji rizik od oštećenja statora ili rotora kada je osovina zakrivljena, što može nastati pri jakom vjetru, pojačava.
Na lijevoj slici ispod prikazan je rotor sa 4 klina koji osiguravaju razmak i dva aluminijska rebra (koja će se kasnije ukloniti).
Desna slika prikazuje stator sastavljen i obojen zelenom bojom na mjestu.
Proces izgradnje:
1. Izbušite 4 rupe u gornjoj ploči rotora i uvijte ih za klin. Ovo je neophodno za glatko spuštanje rotora na svoje mjesto. Utisnite 4 igle u ranije zalijepljene aluminijske ploče i postavite gornji rotor na klinove.
Rotori će se međusobno privlačiti velikom silom, zbog čega je potreban takav uređaj. Poravnajte rotore neposredno jedan prema drugom koristeći prethodno označene oznake na krajevima.
2-4. Okretanjem vijaka naizmjenično ključem, ravnomjerno spustite rotor.
5. Nakon što je rotor u kontaktu sa čahurom (obezbeđujući zazor), odvrnite klinove i uklonite aluminijumska rebra.
6. Instalirajte glavčinu (glavninu) i pričvrstite je.
Generator je spreman!
Nakon ugradnje klinova (1) i prirubnice (2), vaš generator bi trebao izgledati otprilike ovako (pogledajte sliku iznad)
Vijci od nehrđajućeg čelika koriste se za obezbjeđivanje električnog kontakta. Pogodno je koristiti prstenaste papučice na žicama.
Za pričvršćivanje spoja koriste se kapice i podloške. ploče i nosači noževa za generator. Dakle, vjetroturbina je u potpunosti sastavljena i spremna za testiranje.
Za početak, najbolje je vrtjeti vjetrenjaču rukom i mjeriti parametre. Ako su sva tri izlazna terminala kratko spojena, tada bi se vjetroturbina trebala okretati vrlo čvrsto. Ovo se može koristiti za gašenje vjetroturbine radi servisiranja ili sigurnosti.
Vjetrogenerator se može koristiti ne samo za opskrbu električnom energijom u kući. Na primjer, ovaj primjer je napravljen tako da stator stvara visoki napon, koji se zatim koristi za grijanje.
Gore razmatrani generator proizvodi 3-fazni napon s različitim frekvencijama (ovisno o jačini vjetra), a na primjer, u Rusiji se koristi jednofazna mreža od 220-230V, sa fiksnom mrežnom frekvencijom od 50 Hz. To ne znači da ovaj generator nije prikladan za napajanje kućanskih aparata. Izmjenična struja iz ovog generatora može se pretvoriti u jednosmjernu, sa fiksnim naponom. A istosmjerna struja se već može koristiti za napajanje svjetiljki, grijanje vode, punjenje baterija ili se može isporučiti pretvarač za pretvaranje jednosmjerne struje u naizmjeničnu. Ali to je već izvan okvira ovog članka.
Slika iznad je jednostavan 6-diodni mosni ispravljački krug. Konvertuje naizmeničnu struju u jednosmernu.
Mjesto ugradnje vjetrogeneratora
Ovdje opisana vjetroturbina postavljena je na nosač od 4 metra na rubu planine. Prirubnica cijevi, koja je postavljena na dnu generatora, omogućava jednostavnu i brzu montažu vjetrogeneratora - samo zašrafite 4 vijka. Iako je, zbog pouzdanosti, bolje zavariti.
Horizontalne vjetroagregate obično "vole" kada vjetar duva iz jednog smjera, za razliku od vertikalnih vjetroagregata, gdje se zbog vjetroelektrane mogu okretati i ne mare za smjer vjetra. Jer Budući da je ova vjetroturbina postavljena na obali litice, tada vjetar tamo stvara turbulentne tokove iz različitih smjerova, što nije baš efikasno za ovaj dizajn.
Još jedan faktor koji treba uzeti u obzir pri odabiru lokacije je jačina vjetra. Arhiva podataka o jačini vjetra za vaše područje može se naći na internetu, iako će biti vrlo približna, jer sve zavisi od konkretne lokacije.
Također, anemometar (uređaj za mjerenje snage vjetra) pomoći će u odabiru lokacije vjetrogeneratora.
Malo o mehanici vjetroturbine
Kao što znate, vjetar nastaje zbog temperaturne razlike između zemljine površine. Kada vjetar rotira turbine vjetroturbine, stvara tri sile: podizanje, kočenje i impuls. Sila dizanja se obično javlja preko konveksne površine i posljedica je razlike u tlaku. Sila kočenja vjetra nastaje iza lopatica vjetroturbine, neželjena je i usporava vjetroturbinu. Impulsna sila proizlazi iz zakrivljenog oblika lopatica. Kada molekuli zraka gurnu lopatice odostraga, one nemaju kuda i skupljaju se iza njih. Kao rezultat toga, oni guraju lopatice u smjeru vjetra. Što su sile podizanja i impulsa veće i sila kočenja niža, oštrice će se rotirati brže. U skladu s tim, rotor se rotira, što stvara magnetsko polje na statoru. Kao rezultat, nastaje električna energija.
Preuzmite izgled magneta.
Proračun vertikalne vjetrenjače u suštini se ne razlikuje od proračuna konvencionalne horizontalne. Ali proračun ima svoje posebnosti, jer vertikalne vjetrenjače tipa "Bochka" ne rade zbog sile podizanja, već zbog pritiska vjetra na lopatice. Zatim ću dati primjer proračuna vjetroturbine u općim uvjetima. Proračun, iako prilično precizan, daje opću predstavu o snazi vjetrogeneratora, ali se ne uzimaju u obzir mnogi faktori koji mogu značajno utjecati na stvarni rezultat.
Domaća vertikalna vjetroturbina
Na primjer, fotografija vertikalne vjetrenjače tipa "Barrel".Na primjer, želimo da napravimo vjetroturbinu tipa "Barrel" širine 2 metra i visine 3 metra. Broj oštrica zapravo nije bitan, a recimo da imamo 4 polukružne oštrice. Prvo, moramo saznati koliko energije uopće možemo dobiti od ovog rotora.
Postoji jednostavna formula za izračun:
P = 0,6 * S * V ^ 3
P- snaga Watt
S- površina noževa za bacanje kv.m.
V ^ 3- Brzina vjetra kubirana m/s
0.6 je brzina vjetra. Vjetar koji se kreće u prostoru uzima se kao jedinica, ali vjetar gubi brzinu i snagu kada se približi bilo kojoj prepreci. Pošto ne znamo gubitak brzine, uzet ćemo 0,6, uzimajući u obzir činjenicu da će vjetar izgubiti brzinu za 33%.
Dodatno, formula za izračunavanje površine kruga S = πr2, gdje
π - 3,14
r- poluprečnik kruga u kvadratu
Općenito, vertikalne vjetrenjače, poput bilborda, vrlo jako usporavaju vjetar, a ispred prepreke se formira zračni jastuk, udarivši u koji se novi dijelovi vjetra razilaze sa strane i 30-40% energije vjetra ostavlja bez učestvuje u pritisku na oštrice. Dakle, ukupna efikasnost, ili prema tačnom KIJEVU, vetroturbina za vertikalne vetroturbine je prilično niska i iznosi samo 10-20% energije vetra.
Iz analize samoproizvedenih vertikalnih vjetroturbina KIJEV u osnovi 10% svega, ali mi smo optimisti, pa ću uzeti KIEV 0,2, iako efikasnost generatora i transmisije ovdje još nije uzeta u obzir.
0,6 * 6 * 2 * 2 * 2 * 0,2 = 5,76 vati pri 2 m / s
0,6 * 6 * 3 * 3 * 3 * 0,2 = 19,44 vata pri 3 m / s
0,6 * 6 * 4 * 4 * 4 * 0,2 = 46,08 vati pri 4 m / s
0,6 * 6 * 5 * 5 * 5 * 0,2 = 90 vati pri 5 m / s
0,6 * 6 * 7 * 7 * 7 * 0,2 = 246 vati pri 7 m / s
0,6 * 6 * 10 * 10 * 10 * 0,2 = 720 vati pri 10 m / s
Sada je jasno za šta je ovaj rotor sposoban. Dalje, trebamo postaviti generator na ovaj rotor tako da generator može generirati maksimalnu moguću snagu koja je dostupna na rotoru, a da pri tome ne preopterećuje rotor - kako bi mogao da se okreće i da mu brzina ne padne mnogo . U suprotnom, neće biti smisla, proizvodnja energije će drastično pasti. Da bismo uklopili generator, moramo znati brzinu vjetrenjača pri svakoj brzini vjetra.
Za razliku od horizontalnih vjetroturbina, kod kojih se vrhovi lopatica obično rotiraju 5 puta brže od brzine vjetra, vertikalna vjetroturbina ne može rotirati brže od brzine vjetra. To je zbog činjenice da ovdje vjetar jednostavno gura oštricu i ona se počinje kretati s protokom vjetra koji prolazi. A horizontalni propeler radi zbog sile podizanja koja se formira na stražnjoj strani lopatice i gura lopaticu naprijed, a ovdje su okretaji ograničeni samo aerodinamičkim svojstvima lopatice i silom dizanja.
Nećemo ulaziti u detalje, vratićemo se našem vjetrometu. Da biste izračunali broj okretaja rotora 2 * 3 metra, gdje je širina rotora 2 metra, morate znati obim rotora. 2 * 3,14 = 6,28 metara, odnosno u jednom okretu vrh oštrice prekriva put od 6,28 metara. To znači da će, u idealnom slučaju, rotor napraviti punu revoluciju u prolaznom strujanju vjetra dužine 6,28 metara. Ali pošto se energija troši na rotaciju, na prijenos, pa čak i na rotaciju generatora - koji je napunjen baterijom, okretaji će u prosjeku pasti za polovicu. A rotor će napraviti punu revoluciju u 12 metara strujanja vjetra.
Tada se ispostavlja da ako je vjetar 3m / s, onda će s ovim vjetrom rotor napraviti 0,4 okretaja u sekundi, a za 4 sekunde punu revoluciju. I za minutu sa vjetrom od 3 m / s, bit će 60: 4 = 15 o / min.
Pri 3 m/s 12: 3 = 4, 60: 4 = 15 okretaja u minuti
Pri 4m/s to će biti 12:4 = 3,60:3 = 20rpm.
Sa vjetrom od 5 m/s 12: 5 = 2,4, 60: 2,4 = 25 o/min.
Pri 7 m/s 12: 7 = 1,71, 60: 1,71 = 35 o/min
Pri 10 m/s 12: 10 = 1,2, 60: 1,2 = 50 o/min
Sa brojem obrtaja vetrobranskog točka, mislim da je sada jasno, a oni su poznati. Što je veći prečnik vetrobranskog točka, to je njegova brzina manja u odnosu na brzinu vetra. Tako će se, na primjer, točak vjetra prečnika 1 metar okretati dvostruko brže od vjetrobranskog točka prečnika 2 m.
Sada nam je potreban generator koji bi pri ovim brzinama trebao proizvoditi energiju dosta nego što točak vjetra može izdati. A ako je generator jači, onda će preopteretiti rotor i neće se moći okretati do svoje brzine, a kao rezultat toga, brzina će biti niska i ukupna snaga. Sa vjetrom od 3 m/s imamo 15 okretaja u minuti, a snaga vjetrobrana je 19 vati, tako da vam je potreban generator za opterećenje rotora ne više od 19 vati. Ovo uzima u obzir efikasnost mjenjača (ako postoji) i efikasnost samog generatora. Efikasnost mjenjača i generatora obično nije poznata, ali i oni imaju značajne gubitke, i općenito se na to gubi 20-50% energije, a samo 50% se već isporučuje bateriji na izlazu, ovo je otprilike 10 vati u našem slučaju.
Ako generator preoptereti točak vjetra, tada njegova brzina neće dostići nominalnu, i bit će znatno niža od brzine vjetra. Zbog toga će brzina generatora i njegova snaga pasti. Osim toga, lopatice su i dalje značajno spore u odnosu na vjetar, uvelike će se usporiti i vjetar će se raspršiti u strane, kao rezultat toga, snaga vjetrobranskog točka će još više pasti. Dakle, sa previše moćnim generatorom energije, baterija će biti nekoliko puta manja nego što bi mogla biti. Ili obrnuto, kada je generator preslab i na 15 o/min vjetro točak ne može u potpunosti opteretiti točak vjetra, onda se ispostavlja da uzimamo mnogo manje energije od mogućeg.
Kao rezultat toga, generator mora odgovarati snazi vjetrobranskog kotača, to je jedini način na koji možemo ukloniti maksimalnu moguću snagu vjetrobranskog točka. Ovo se može reći da je najteži zadatak jer generator može imati potpuno različite karakteristike napona i struje do okretaja. Da biste odabrali generator, potrebno ga je uvrnuti na bateriju i izmjeriti isporučenu energiju ili je izračunati pomoću formula. I onda pokušajte da ga postavite na točak vjetra.
Na primjer, vaš generator na 300 o/min ima 1Ampet na bateriji od 14 volti, što je oko 14 vata, a točak vjetra proizvodi 19 vata pri 15 o/min. To znači da je potreban množitelj 1:20 kako bi se generator okretao na 300 o/min. Pri brzini od 5m/s, brzina vjetrobranskog točka je 25r/m, što znači da će se generator rotirati brzinom od 500r/m. Istovremeno, snaga vjetrobrana je samo 90 vati, a generator je snažniji i daje 200 vati. Dakle, točak vjetra neće ići, jednostavno će se polako rotirati i neće ispuštati svojih 90 vati - i 200 vati sve više. Izlaz je ili žrtvovati početak punjenja i napraviti mjenjač 1:15, ili udvostručiti visinu vjetrobranskog kotača kako bi točak vjetra mogao povući generator.
Dakle, potrebno je da generator odgovara snazi i brzini u cijelom rasponu rotacije vjetrobranskog točka. A ako generator padne na snagu, onda morate ili povećati omjer prijenosa množitelja, ili smanjiti rotor kako biste postigli ravnotežu između brzine i snage kotača vjetra i generatora. Često ljudi, bez ikakvih kalkulacija, stave generatore od onoga što pronađu, i naprave kotač vjetra nakon gledanja videa sa YouTubea, ali na kraju se ispostavi da vjetrogenerator ne radi na slabom vjetru i jednostavno je minuskulan u smislu moć.
Energija vjetra zadivljuje raznolikošću i neobičnim dizajnom dizajna vjetroturbina. Postojeći projekti vetrogeneratora, kao i predloženi projekti, stavljaju energiju vetra van konkurencije u pogledu originalnosti tehničkih rešenja u poređenju sa svim ostalim mini energetskim kompleksima koji koriste obnovljive izvore energije.
Trenutno postoji mnogo različitih idejnih rješenja vjetrogeneratora, koji se prema vrsti vjetroelektrana (rotori, turbine, propeleri) mogu podijeliti u dva glavna tipa. To su vjetroturbine s horizontalnom osom rotacije (lopatica) i s vertikalnom (vrtuljak, tzv. turbine u obliku slova H).
Vjetroturbine s horizontalnom osovinom... Kod vjetroagregata s horizontalnom osom rotacije, osovina rotora i generator su smješteni na vrhu, dok sistem mora biti usmjeren prema vjetru. Male vjetrenjače se upravljaju pomoću sistema lopatica, dok velike (industrijske) instalacije imaju senzore vjetra i servo pogone koji okreću osovinu u vjetar. Većina industrijskih vjetroturbina opremljena je mjenjačima koji omogućavaju sistemu da se prilagodi trenutnoj brzini vjetra. Zbog činjenice da jarbol iza sebe stvara turbulentne tokove, propeler je obično orijentisan protiv strujanja vazduha. Lopatice vjetroturbine su dovoljno jake da spriječe da udare o jarbol od jakih naleta vjetra. Za vjetroturbine ovog tipa nije potrebna ugradnja dodatnih mehanizama za orijentaciju niz vjetar.
Horizontalna osovina vjetrenjača
Vjetro točak se može izraditi sa različitim brojem lopatica: od vjetroturbina s jednom lopaticom sa protivtegom do višelopatica (sa brojem lopatica do 50 i više). Horizontalna osovina Wind Wheels rotacije se ponekad izvode fiksno u smjeru, tj. ne mogu se rotirati oko vertikalne ose okomite na smjer vjetra. Ova vrsta vjetroturbina se koristi samo kada postoji jedan dominantan smjer vjetra. U većini slučajeva sistem na koji je fiksiran točak vjetra (tzv. glava) je rotirajući, orijentiran u smjeru vjetra. U malim vjetroagregatima u tu svrhu koriste se repne jedinice, a kod velikih vjetroagregata elektronika kontrolira orijentaciju.
Brojne metode se koriste za ograničavanje brzine rotacije kotača vjetra pri velikim brzinama vjetra, uključujući postavljanje lopatica u položaj lopatica, korištenje ventila koji stoje na lopaticama ili se rotiraju s njima, itd. Lopatice se mogu direktno pričvrstiti na osovina generatora, ili se obrtni moment može prenijeti sa njegovog oboda preko izlaznog vratila na generator ili drugu radnu mašinu.
Trenutno, visina jarbola industrijske vjetroturbine varira u rasponu od 60 do 90 m. Točak vjetra pravi 10-20 okretaja u minuti. Neki sistemi imaju utični mjenjač koji omogućava vjetroturbini da se okreće brže ili sporije, ovisno o brzini vjetra, uz održavanje proizvodnje energije. Sve moderne vjetroturbine opremljene su sistemom za moguće automatsko zaustavljanje u slučaju prejakog vjetra.
Glavne prednosti horizontalne ose su: varijabilni nagib lopatica turbine, što omogućava maksimalno korišćenje energije vetra, u zavisnosti od atmosferskih uslova; visoki jarbol vam omogućava da "dođete" do jačih vjetrova; visoka efikasnost zbog smjera propelera okomitog na vjetar.
Istovremeno, horizontalna os ima nekoliko nedostataka. Među njima su visoki jarboli do 90 m visine i dugačke lopatice koje je teško transportovati, masivnost jarbola, potreba usmjeravanja ose na vjetar itd.
Vjetroturbine sa vertikalnom osom rotacije. Glavna prednost ovakvog sistema je u tome što nema potrebe za usmjeravanjem ose na vjetar, jer vjetroturbina koristi vjetar koji dolazi iz bilo kojeg smjera. Osim toga, dizajn je pojednostavljen i smanjena su žiroskopska opterećenja koja uzrokuju dodatna naprezanja u lopaticama, prijenosnom sistemu i drugim elementima instalacija s horizontalnom osom rotacije. Takve instalacije su posebno efikasne u područjima sa promjenjivim vjetrom. Vertikalno-aksijalne turbine rade pri malim brzinama vjetra iu bilo kojem smjeru vjetra bez orijentacije na vjetar, ali imaju nisku efikasnost.
Autor ideje o stvaranju turbine sa vertikalnom osom rotacije (turbina u obliku slova H) je francuski inženjer George Jean Marie Darius (Jean Marie Darier). Ovaj tip vjetroagregata patentiran je 1931. Za razliku od turbina s horizontalnom osom rotacije, turbine u obliku slova H "hvataju" vjetar kada se njegov smjer promijeni bez promjene položaja samog rotora. Stoga vjetrogeneratori ovog tipa nemaju "rep" i spolja podsjećaju na bure. Rotor ima vertikalnu os rotacije i sastoji se od dvije do četiri zakrivljene lopatice.
Lopatice formiraju prostornu strukturu koja se rotira pod dejstvom sila podizanja koje nastaju na lopaticama usled strujanja vetra. U Darrieus rotoru faktor iskorištenja energije vjetra dostiže 0,300,35. Nedavno je izvršen razvoj Darrieus rotacionog motora s ravnim lopaticama. Sada se vjetrogenerator Darrieus može smatrati glavnim konkurentom vjetrogeneratora tipa krila.
Instalacija ima prilično visoku efikasnost, ali istovremeno se na jarbolu stvaraju ozbiljna opterećenja. Sistem takođe ima veliki startni moment koji se teško može generisati vetrom. Najčešće se to radi vanjskim utjecajima.
Savonius rotor
Drugi tip vjetrobrana je Savonius rotor, koji je kreirao finski inženjer Sigurt Savonius 1922. Obrtni moment nastaje kada struja zraka struji oko rotora zbog različitog otpora konveksnih i konkavnih dijelova rotora. Točak je jednostavan, ali ima vrlo nisku stopu iskorištenja energije vjetra - samo 0,1-0,15.
Glavna prednost vertikalnih vjetroturbina je da im nije potreban mehanizam za orijentaciju vjetra. Imaju generator i druge mehanizme koji se nalaze na neznatnoj visini u blizini baze. Sve to uvelike pojednostavljuje dizajn. Radni elementi se nalaze blizu tla, što ih čini lakim za servisiranje. Mala minimalna radna brzina vjetra (2-2,5 m/s) proizvodi manje buke.
Međutim, ozbiljan nedostatak ovih vetroturbina je značajna promena uslova strujanja oko krila tokom jednog obrtaja rotora, koji se ciklički ponavlja tokom rada. Zbog gubitaka vrtnje u suprotnom smjeru, većina vjetroturbina s vertikalnom osom je skoro upola učinkovitija od vjetroturbina s horizontalnom osom.
Potraga za novim rješenjima u energiji vjetra se nastavlja, a već postoje originalni izumi, poput turbojedra. Vjetroturbina je ugrađena u obliku dugačke vertikalne cijevi visine 100 m, u kojoj zbog temperaturnog gradijenta između krajeva cijevi dolazi do snažnog strujanja zraka. Predlaže se da se sam električni generator, zajedno s turbinom, ugradi u cijev, zbog čega će protok zraka osigurati rotaciju turbine. Kao što pokazuje praksa rada ovakvih vjetrogeneratora, nakon što se turbina odmota i zrak se posebno zagrije na donjem rubu cijevi, čak i pri tihom vjetru (i zatišju), u cijevi se uspostavlja snažan i stabilan protok zraka. . To takve vjetroturbine čini obećavajućim, ali samo u nenaseljenim područjima (tokom rada, takva instalacija usisava u cijev ne samo male objekte, već i velike životinje). Ove instalacije su okružene posebnom zaštitnom mrežom, a upravljački sistem se nalazi na dovoljnoj udaljenosti.
Turbo sail
Stručnjaci rade na stvaranju posebnog uređaja za zaptivanje vjetra - difuzora (energetska brtva vjetra). Za godinu dana vjetroturbina ovog tipa uspijeva "uloviti" 4-5 puta više energije od konvencionalne. Velika brzina rotacije propelera postiže se pomoću difuzora. U njegovom uskom dijelu strujanje zraka je posebno brzo, čak i uz relativno slab vjetar.
Vjetroturbina sa difuzorom
Kao što znate, brzina vjetra raste sa visinom, što stvara povoljnije uslove za korištenje vjetroagregata. Zmajevi su izmišljeni u Kini prije otprilike 2.300 godina. Ideja o korištenju zmaja za podizanje vjetroturbine na visinu postepeno se implementira.
Leteća vjetroturbina
Švicarski dizajneri iz kompanije Etra predstavili su novi dizajn zmajeva na naduvavanje koji mogu podići do 100 kg sa težinom krila od 2,5 kg. Mogu se koristiti za ugradnju na brodove i za podizanje vjetroturbina na velike visine (do 4 km). Godine 2008. sličan sistem je testiran dok je plovio Beluga SkySails kontejnerskim brodom od Njemačke do Venecuele (ušteda goriva iznosila je preko 1.000 USD/dan).
Beluga SkySails
Na primjer, u Hamburgu je Beluga Shipping instalirao takav sistem na dizel suhi teretni brod Beluga SkySails. Zmaj u obliku paraglajdera veličine 160 m2 podiže se u zrak na visinu od 300 m zbog sile dizanja vjetra. Paraglajder je podijeljen na odjeljke u koje se, na komandu kompjutera, dovodi komprimirani zrak kroz elastične cijevi. Beluga SkySails će ovakvim sistemom do 2013. godine opremiti oko 400 teretnih brodova.
Vjetroglavi "Vetrolov"
Zanimljivo rješenje je dizajn vjetrobrana Vetrolov. Rotirajuće tijelo generatora je napravljeno prilično dugo (oko 0,5 m), u srednjem dijelu (u intervalu od prirubnice generatora do lopatica) nalazi se mehanizam za preklapanje lopatica. U principu, sličan je mehanizmu za otvaranje automatskog kišobrana, a oštrice podsjećaju na krilo zmaja. Kako se oštrice ne bi naslanjale jedna na drugu tokom preklapanja, osi njihovog pričvršćivanja su donekle pomaknute. Četiri oštrice (kroz jednu) idu prema unutra, a četiri - prema van. Nakon preklapanja, površina frontalnog otpora vjetroturbine se smanjuje za gotovo četiri puta, a koeficijent aerodinamičkog otpora - za gotovo dva.
U gornjem dijelu nosača vjetroturbine ugrađena je "klackalica" sa okomitom osom rotacije. Na jednom kraju je vjetrogenerator, a na drugom protuteg. Pri slabom vjetru, vjetroturbina se podiže pomoću protuteže iznad gornje oznake oslonca, a os vjetroturbine je horizontalna. Kada se vjetar pojača, pritisak na točak vjetra raste i on počinje opadati, okrećući se oko horizontalne ose. Tako funkcionira još jedan sistem "bijega" od jakih vjetrova. Dizajn vam omogućava da izgradite klackalice tako da se vjetroturbine postavljaju jedna za drugom. Ispada neka vrsta vijenca identičnih modula, koji na slabom vjetru stoje jedan iznad drugog, a na jakom vjetru se spuštaju, "skrivajući se" u "sjeni vjetra" vjetrovnog točka. Sadrži i sposobnost sistema da se prilagodi vanjskom opterećenju.
Vjetroturbina Eolic
Dizajneri Marcos Madia, Sergio Oashi i Juan Manuel Pantano razvili su prijenosnu vjetroturbinu Eolic. Za izradu uređaja korišteni su samo aluminij i karbonska vlakna. Kada se sklopi, Eolic turbina ima dužinu od oko 170 cm.Da bi se Eolic izveo iz presavijenog stanja potrebno je 2-3 osobe, a ovaj proces će trajati 15-20 minuta. Ova vjetroturbina se može sklopiti za nošenje.
Dizajnerska vjetroturbina Revolution Air
Danas postoji mnogo dizajnerskih projekata i razvoja. Tako je francuski dizajner Philippe Starck stvorio vjetroturbinu Revolution Air. Projekat projektantske vjetroturbine zove se "Demokratska ekologija".
Vjetroturbina Energy Ball
Međunarodna grupa dizajnera i inženjera Home-energy predstavila je svoj proizvod - vjetroturbinu Energy Ball. Glavna karakteristika novine je raspored lopatica na njemu prema vrsti kugle. Svi su spojeni na rotor na oba kraja. Kada vjetar prođe kroz njih, on duva paralelno s rotorom, što povećava efikasnost generatora. Energy Ball može raditi čak i pri vrlo malim brzinama vjetra i proizvodi mnogo manje buke od konvencionalnih vjetroturbina.
Vjetrogenerator Tretyakov
Jedinstvenu vjetroturbinu kreirali su dizajneri iz Samare. Kada se koristi u urbanom okruženju, jeftiniji je, ekonomičniji i moćniji od svojih evropskih kolega. Tretjakovski vjetrogenerator je usisnik zraka koji hvata čak i relativno slaba strujanja zraka. Novost počinje stvarati korisnu energiju već brzinom od 1,4 m / s. Osim toga, nema potrebe za skupom instalacijom: jedinica se može postaviti na zgradu, jarbol, most, itd. Ima visinu od 1 m i dužinu od 1,4 m. Efikasnost je konstantna - oko 52%. Snaga industrijskog aparata je 5 kW. Na udaljenosti od 2 m buka vjetroelektrane je manja od 20 dB (za poređenje: buka ventilatora je od 30 do 50 dB).
Windtronics
Američka kompanija Wind Tronics iz Michigana razvila je kompaktnu vjetroturbinu za korištenje u privatnim domaćinstvima. Tehnološki programer je Wind Tronics, a proizvodni gigant Honeywell pokrenuo je proizvodnju vjetroturbina. Dizajn je dizajniran da bude ekološki prihvatljiv.
Ova jedinica koristi turbinski impeler bez zupčanika (BTPS), koji turbini omogućava rad u mnogo širem rasponu brzina vjetra, istovremeno smanjujući mehaničku otpornost i težinu turbine. Wind Tronics počinje da se okreće brzinom vetra od samo 0,45 m/s i efikasan je do brzine od 20,1 m/s! Proračuni pokazuju da takva turbina proizvodi električnu energiju u prosjeku 50% češće i duže od tradicionalnih vjetroturbina. Inače, automatska oprema sa anemometrom koji je stalno priključen na njega prati brzinu i smjer vjetra. Kada se postigne maksimalna radna brzina, turbina se jednostavno okreće prema vjetru u aerodinamičnom bočnom smjeru. Automatizacija sistema odmah reaguje na kišu koja se smrzava koja može izazvati zaleđivanje. Tehnologija je već patentirana u preko 120 zemalja.
Interes za male vjetroturbine raste u cijelom svijetu. Mnoge kompanije koje rade na rješavanju ovog problema bile su prilično uspješne u kreiranju vlastitih genijalnih rješenja.
Optiwind 300
Optiwind proizvodi originalne vjetroturbine Optiwind 300 (300 kW, cijena - 75 hiljada eura) i Optiwind 150 (150 kW, cijena - 35 hiljada eura). Oni su dizajnirani da kolektivno štede energiju u selima i farmama (slika 12). Glavna ideja je prikupljanje energije vjetra pomoću složenih struktura iz nekoliko turbina na pristojnoj visini. Optiwind 300 je opremljen tornjem od 61 metar, akceleratorska platforma je prečnika 13 metara, a prečnik svake turbine je 6,5 metara.
GEDAYC
Dizajn GEDAYC turbine ima neobičan izgled (slika 13). Mala težina omogućava turbini da efikasno rotira generator pri brzini vjetra od 6 m/s. Novi dizajn oštrice koristi princip sličan "sistemu" zmaja. GEDAYC turbine su već ugrađene na tri vjetroturbine snage 500 kW koje napajaju rudarske radove. Ugradnja GEDAYC turbina i njihov probni rad su pokazali da su zahvaljujući novom dizajnu turbine lakše, lakše se transportuju i lakše se održavaju.
Honeywell
Earth Tronics je razvio novi tip "kućne" vjetroturbine Honeywell. Sistem omogućava generiranje električne energije na vrhovima lopatica, a ne na osi (kao što znate, brzina rotacije krajeva lopatica je mnogo veća od brzine rotacije ose). Dakle, Honeywell turbina ne koristi mjenjač i generator, kao u konvencionalnim vjetroturbinama, što pojednostavljuje dizajn, smanjuje njenu težinu i prag brzine vjetra pri kojoj vjetrogenerator počinje proizvoditi električnu energiju.
U Kini je pokrenut pilot projekat vjetroturbine s magnetnom levitacijom. Magnetna suspenzija omogućila je smanjenje početne brzine vjetra na 1,5 m / s i, shodno tome, povećanje ukupne snage generatora za 20% tokom godine, što bi trebalo smanjiti troškove proizvedene električne energije.
Maglev turbina
Maglev Wind Turbine Technologies sa sjedištem u Arizoni namjerava proizvoditi vjetroturbine sa vertikalnom osovinom Maglev Turbine maksimalnog kapaciteta od 1 GW. Egzotični model vjetroturbine izgleda kao visoka zgrada, ali je u odnosu na svoju snagu mali. Jedna Maglev turbina može obezbijediti energiju za 750 hiljada kuća i pokriva površinu (uključujući zonu isključenja) od oko 40 hektara. Ovu turbinu je izumio izumitelj Ed Mazur, osnivač kompanije MWTT. Maglev turbina lebdi na magnetnoj levitaciji. Glavne komponente nove jedinice su u prizemlju i lakše se servisiraju. U teoriji, nova turbina radi normalno kako na ekstremno slabim vjetrovima tako i na vrlo jakim (preko 40 m/s). Kompanija namerava da otvori istraživačke i obrazovne centre u blizini svojih turbina.
Proučavajući kreativno naslijeđe briljantnog ruskog inženjera Vladimira Šuhova (1853-1939), stručnjaci Inbitek-TI skrenuli su pažnju na njegove ideje upotrebe hiperboloida čelične šipke u arhitekturi i građevinarstvu.
Vjetroturbina hiperboloidnog tipa
Potencijal ovakvih struktura danas nije u potpunosti proučen i istražen. Takođe je poznato da je Šuhov svoj rad sa hiperboloidima nazvao „istraživanjem“. Na temelju njegovih ideja pojavio se razvoj vjetrogeneratora rotacionog tipa apsolutno novog dizajna. Ovaj dizajn će vam omogućiti da primate električnu energiju čak i pri vrlo malim brzinama vjetra. Za početak iz mirovanja potrebna je brzina vjetra od 1,4 m/s. To se postiže upotrebom efekta levitacije rotora vjetroturbine. Vetrogenerator ovog tipa je sposoban da započne rad čak i pri uzlaznim strujama vazduha, što se obično dešava pored reke, jezera ili močvare.
Mobilna vjetroturbina
Još jedan zanimljiv projekat - vjetrogenerator Mobile Wind Turbine - razvili su dizajneri studija Pope Design (Sl. 17). To je mobilna vjetroturbina bazirana na kamionu. Mobilnoj vjetroturbini je za rad potreban samo operater-vozač. Ova vjetroturbina može se koristiti u područjima prirodnih katastrofa, prilikom reagovanja u vanrednim situacijama i u obnovi infrastrukture.
ZAKLJUČAK
Sadašnje stanje energije vjetra, predloženi dizajni i tehnička rješenja za vjetrogeneratore i "vjetroelektrane" omogućavaju stvaranje mini vjetroelektrana za privatnu upotrebu gotovo posvuda. Prag za brzinu "startanja" vjetroturbine je značajno smanjen zbog tehničkog razvoja, smanjena je i težina i dimenzije vjetroturbine. To vam omogućava da upravljate vjetroelektranama kod kuće.
Svetlana KONSTANTINOVA, kandidat tehničkih nauka, vanredni profesor BNTU