Kako izračunati generator vjetra: formule + praktični primjer izračuna

Alternativna energija dobivena iz vjetroelektrana od velikog je interesa u društvu.O tome postoje brojni dokazi na razini stvarne svakodnevne prakse.

Vlasnici seoskih imanja grade vjetrenjače vlastitim rukama i zadovoljni su rezultatom, iako učinak može biti kratkotrajan. Razlog je taj što vjetrogenerator nije pravilno izračunat tijekom montaže.

Slažem se, ne bih želio trošiti vrijeme i novac na provedbu projekta i završiti s neučinkovitom instalacijom. Stoga je važno razumjeti kako izračunati vjetrogenerator i po kojim parametrima odabrati glavne radne komponente vjetroturbine.

Članak je posvećen rješavanju ovih problema. Teorijski dio materijala dopunjen je ilustrativnim primjerima i praktičnim preporukama za sastavljanje vjetrogeneratora.

Proračun vjetroagregata

Gdje započeti proračun sustava za proizvodnju električne energije iz energije vjetra? S obzirom da je riječ o vjetrogeneratoru, preliminarna analiza ruže vjetrova na određenom području čini se logičnom.

Parametri proračuna kao što su brzina vjetra i njegov karakterističan smjer za određeno područje važni su projektni parametri. Oni u određenoj mjeri određuju razinu snage vjetroagregata koja će se stvarno postići.

Teško je čak i zamisliti vjetrogeneratore takve snage. Ali takvi dizajni postoje i djeluju učinkovito.Međutim, proračuni takvih struktura pokazuju relativno nisku snagu u usporedbi s tradicionalnim izvorima energije

Ono što je vrijedno pažnje je da je ovaj proces dugotrajan (barem 1 mjesec), što je sasvim očito. S jednim ili dva mjerenja nemoguće je izračunati maksimalno vjerojatne parametre brzine vjetra i njegov najčešći smjer.

Bit će potrebni deseci mjerenja. Međutim, ova operacija je zaista neophodna ako postoji želja za izgradnjom učinkovitog proizvodnog sustava.

Kako izračunati snagu vjetrenjače

Vjetrogeneratori za kućnu upotrebu, posebno oni izrađeni ručno, nikada nisu iznenadili ljude velikom snagom. Ovo je razumljivo. Treba samo zamisliti masivni jarbol visok 8-10 m, opremljen generatorom s rasponom lopatica propelera većim od 3 m. A ovo nije najjača instalacija. Samo oko 2 kW.

Za servisiranje vjetroturbina ove snage koriste se helikopteri i timovi stručnjaka koji broje do desetak ljudi. Za izračunavanje takve elektrane uključen je još veći broj izvođača

Općenito, ako se oslonite na standardnu ​​tablicu koja prikazuje odnos između snage vjetrogeneratora i potrebnog raspona lopatica propelera, ima se čemu iznenaditi. Prema tablici, za vjetrenjaču od 10 W potreban je propeler od dva metra.

Dizajn od 500 W zahtijevat će propeler promjera 14 m. Štoviše, parametar raspona lopatica ovisi o njihovom broju. Što je više lopatica, manji je raspon.

Ali to je samo teorija, uvjetovana brzinom vjetra ne većom od 4 m/sek.U praksi je sve nešto drugačije, a snaga kućanskih instalacija koje stvarno rade dugo vremena nikada nije premašila 500 W.

Stoga je izbor snage ovdje obično ograničen na raspon od 250-500 W uz prosječnu brzinu vjetra od 6-8 m/sek.

Tablica ovisnosti snage vjetroenergetskog sustava o promjeru rotora i broju lopatica. Ova se tablica može koristiti za izračune, ali uzimajući u obzir njezinu kompilaciju za parametre brzine vjetra do 4 m/s (+)

S teorijskog stajališta snaga vjetroelektrane izračunava se po formuli:

N=p*S*V³/2,

Gdje:

• str – gustoća zračnih masa;
• S – ukupna ispuhana površina lopatica propelera;
• V — brzina protoka zraka;
• N – snaga protoka zraka.

Budući da je N parametar koji radikalno utječe na snagu vjetrogeneratora, stvarna snaga instalacije bit će blizu izračunate vrijednosti N.

Proračun propelera vjetroagregata

Prilikom izgradnje vjetrenjača obično se koriste dvije vrste propelera:

• krilati — rotacija u vodoravnoj ravnini;
• Savoniusov rotor, Darrieusov rotor — rotacija u okomitoj ravnini.

Dizajn vijaka s rotacijom u bilo kojoj ravnini može se izračunati pomoću formule:

Z=D*Š/60/V

Gdje:

• Z – stupanj brzine (male brzine) propelera;
• L – veličina duljine kruga opisanog lopaticama;
• W – brzina (frekvencija) vrtnje propelera;
• V – brzina strujanja zraka.

Na temelju ove formule možete jednostavno izračunati broj okretaja W - brzinu vrtnje.

Ovako izgleda dizajn vijka pod nazivom “Darieu Rotor”. Ova verzija propelera smatra se učinkovitom u proizvodnji vjetrogeneratora male snage i veličine.Izračun vijka ima neke značajke

A radni odnos između okretaja i brzine vjetra može se pronaći u tablicama koje su dostupne na internetu. Na primjer, za propeler s dvije lopatice i Z=5 vrijedi sljedeća relacija:

Također, jedan od važnih pokazatelja propelera vjetrenjača je korak.

Ovaj se parametar može odrediti pomoću formule:

H=2πR* tan α,

Gdje:

• 2π – konstanta (2*3,14);
• R – polumjer opisan oštricom;
• tan α – kut presjeka.

Dodatne informacije o izboru oblika i broja lopatica te upute za njihovu izradu nalaze se u ovaj članak.

Izbor generatora za vjetroturbine

Imajući izračunatu vrijednost broja okretaja vijka (W), dobivenu gore opisanom metodom, već možete odabrati (proizvesti) odgovarajući generator.

Na primjer, sa stupnjem brzine Z=5, brojem lopatica jednakim 2 i brzinom od 330 o/min. Pri brzini vjetra od 8 m/s. Snaga generatora trebala bi biti približno 300 W.

Prikaz poprečnog presjeka generatora vjetroelektrane. Demonstrativni primjer jednog od mogućih dizajna kućnog generatora vjetroelektrana, sastavljenog samostalno

S obzirom na ove parametre, prikladan izbor kao generator za domaću vjetroelektranu može biti motor koji se koristi u dizajnu modernih električnih bicikala. Tradicionalni naziv dijela je motor za bicikl (proizveden u Kini).

Ovako izgleda motor električnog bicikla, na temelju kojeg se predlaže napraviti generator za kućnu vjetrenjaču. Dizajn motora za bicikl idealan je za implementaciju bez praktički ikakvih proračuna ili modifikacija. Međutim, njihova snaga je mala

Karakteristike motora električnog bicikla su otprilike sljedeće:

Pozitivna osobina motora za bicikle je da ih praktički ne treba mijenjati. Konstruktivno su projektirani kao sporohodni elektromotori i mogu se uspješno koristiti za vjetrogeneratore.

Za izradu vjetrenjače možete koristiti auto generator ili skupljati jedinica perilice rublja.

Proračun i izbor regulatora punjenja

Regulator punjenja baterije potreban je za bilo koju vrstu vjetroelektrane, uključujući domaći dizajn.

Proračun ovog uređaja svodi se na odabir električnog kruga uređaja koji bi odgovarao projektiranim parametrima vjetroelektrane.

Od ovih parametara, glavni su:

• nazivni i najveći napon generatora;
• najveća moguća snaga generatora;
• najveća moguća struja punjenja baterije;
• napon baterije;
• sobna temperatura;
• razina vlažnosti okoline.

Na temelju prikazanih parametara, sklop regulatora punjenja učinite to sami ili odaberite gotov uređaj.

Regulator punjenja za baterije koje se koriste kao dio vjetroelektrane. Industrijski proizveden uređaj, pri čijem odabiru je potrebno samo pažljivo proučiti tehničke karakteristike radi precizne usklađenosti s postojećim sustavom

Naravno, preporučljivo je odabrati (ili sastaviti) uređaj čiji bi krug omogućio funkciju lakog pokretanja u uvjetima slabog protoka zraka. Dobrodošao je i kontroler namijenjen za rad s baterijama različitih napona (12, 24, 48 volti).

Konačno, pri izračunavanju (odabiru) kruga regulatora, preporuča se ne zaboraviti na prisutnost takve funkcije kao što je kontrola pretvarača.

Odabir baterije za sustav

U praksi se koriste različite vrste baterija i gotovo sve su sasvim prikladne za korištenje kao dio vjetroenergetskog sustava. Ali u svakom slučaju morat će se napraviti određeni izbor. Ovisno o parametrima sustava vjetrenjača, baterija se odabire na temelju napona, kapaciteta i uvjeta punjenja.

Tradicionalne komponente kućnih vjetrenjača su klasične olovne baterije. Pokazali su dobre rezultate u praktičnom smislu.Osim toga, cijena ove vrste baterija je razumnija u usporedbi s drugim vrstama.

Olovne baterije su posebno nepretenciozne za uvjete punjenja / pražnjenja, ali je neprihvatljivo uključiti ih u sustav bez kontrolera.

Ako instalacija vjetroturbine sadrži profesionalno dizajniran regulator punjenja s potpunim sustavom automatizacije, čini se racionalnim koristiti AGM ili helijeve baterije.

Baterija za kućni generator vjetra. Nije najbolja opcija za korištenje, s obzirom na kaos žica i zahtjeve za skladištenje. U ovakvom stanju skladišta energije ne može se računati na njihov dugotrajni rad.

Obje vrste uređaja za pohranjivanje energije karakteriziraju veća učinkovitost i dug životni vijek, ali postavljaju visoke zahtjeve u pogledu uvjeta punjenja.

Isto se odnosi i na takozvane oklopne baterije tipa helija. Ali izbor ovih baterija za kućnu vjetrenjaču značajno je ograničen cijenom. Međutim, životni vijek ovih skupih baterija je najdulji u usporedbi sa svim ostalim tipovima.

Ove baterije također imaju duži ciklus punjenja/pražnjenja, ali samo ako se koristi visokokvalitetni punjač.

Izračun pretvarača za kućnu vjetrenjaču

Treba odmah napomenuti: ako dizajn kućne vjetroturbine sadrži jednu bateriju od 12 volti, nema smisla instalirati pretvarač na takav sustav.

U prosjeku, potrošnja električne energije u kućanstvu je najmanje 4 kW pri vršnim opterećenjima.Stoga zaključak: broj punjivih baterija za takvu snagu trebao bi biti najmanje 10 komada i po mogućnosti s naponom od 24 volta. Za takav broj baterija ima smisla instalirati pretvarač.

Međutim, kako bi se u potpunosti opskrbilo energijom 10 baterija s naponom od 24 W i stabilno održalo njihovo punjenje, bit će potrebna vjetrenjača snage najmanje 2-3 kW. Očito, jednostavne strukture kućanstva ne mogu podnijeti takvu snagu.

Inverter male snage (600 W), koji se može koristiti za kućne instalacije male snage. Iz takve opreme možete napajati TV ili mali hladnjak s naponom od 220 volti. Nema više dovoljno struje za lampe u lusteru

Međutim, snagu pretvarača možete izračunati na sljedeći način:

1. Zbrojite snagu svih potrošača.
2. Odrediti vrijeme konzumacije.
3. Odredite vršno opterećenje.

U konkretnom primjeru to će izgledati ovako.

Neka kao opterećenje budu kućanski električni uređaji: svjetiljke za rasvjetu - 3 kom. 40 W svaki, televizijski prijemnik - 120 W, kompaktni hladnjak 200 W. Zbrojimo snagu: 3*40+120+200 i dobijemo 440 W na izlazu.

Odredimo snagu potrošača za prosječno vrijeme od 4 sata: 440*4=1760 W. Na temelju dobivene vrijednosti snage tijekom vremena potrošnje, čini se logičnim među takvim uređajima odabrati inverter s izlaznom snagom od 2 kW ili više.

Na temelju ove vrijednosti izračunava se strujno-naponska karakteristika potrebnog uređaja: 2000*0,6=1200 V/A.

Klasična shema za reprodukciju i distribuciju energije dobivene iz generatora vjetra u kućanstvu. Međutim, za dugotrajnu opskrbu energijom tolikog broja uređaja potrebna je dovoljno snažna instalacija (+)

U stvarnosti će opterećenje kućanstva za obitelj od tri osobe, koja je u potpunosti opremljena kućanskim aparatima, biti veće od izračunatog u primjeru. Tipično, vrijeme priključka opterećenja također prelazi potrebna 4 sata. Sukladno tome, pretvarač sustava vjetroelektrana trebat će snažniji.

Preliminarni proračun vjetrenjače koristan je ne samo za njegovu samomontažu. Također je potrebno odrediti optimalne parametre kada odabir gotovog generatora vjetra.

Zaključci i koristan video na tu temu

Kako se izvorni podaci analiziraju i kako se formule primjenjuju prikazano je u videu:

U svakom slučaju potrebno je koristiti izračunate podatke. Bilo da se radi o industrijskoj elektrani ili onoj proizvedenoj za kućnu upotrebu, proračun svake jedinice uvijek osigurava maksimalnu učinkovitost uređaja i, što je najvažnije, sigurnost u radu.

Preliminarni izračuni određuju izvedivost provedbe projekta i pomažu odrediti koliko je projekt skup ili ekonomičan.

Imate li iskustva u rješavanju sličnih problema? Ili još uvijek imate pitanja o temi? Podijelite svoje vještine proračuna i projektiranja vjetroturbina. U obrascu ispod možete ostaviti komentare i postaviti pitanja.