Zasada działania i urządzenie generatora wiatrowego (koncepcje ogólne)

W uproszczonej formie zasadę działania generatora wiatrowego można przedstawić w następujący sposób.

Siła wiatru napędza łopaty, które poprzez specjalny napęd wprawiają wirnik w ruch obrotowy. Ze względu na obecność uzwojenia stojana energia mechaniczna zamieniana jest na prąd elektryczny. Właściwości aerodynamiczne śmigieł pozwalają na szybkie obracanie turbiny generatora.

Zasada działania

Ponadto siła obrotowa jest przekształcana w energię elektryczną, która jest magazynowana w akumulatorze. Im silniejszy przepływ powietrza, tym szybciej obracają się łopatki, wytwarzając więcej energii. Ponieważ działanie generatora wiatrowego opiera się na maksymalnym wykorzystaniu alternatywnego źródła energii, jedna strona łopat ma kształt zaokrąglony, druga jest stosunkowo płaska. Kiedy przepływ powietrza przechodzi przez zaokrągloną stronę, powstaje obszar podciśnienia. To wsysa ostrze, ciągnąc je na bok. To wytwarza energię, która powoduje, że ostrza się obracają.

Schemat generatora turbiny wiatrowej

Schemat działania generatora wiatrowego: pokazano zasadę przetwarzania energii wiatru i działanie mechanizmów wewnętrznych

Podczas swoich obrotów śruby obracają również oś połączoną z wirnikiem generatora. Kiedy dwanaście magnesów przymocowanych do wirnika obraca się w stojanie, powstaje przemienny prąd elektryczny, który ma tę samą częstotliwość, co w zwykłych gniazdkach pokojowych. To podstawowa zasada działania turbiny wiatrowej. Prąd przemienny jest łatwy do generowania i przesyłania na duże odległości, ale niemożliwy do przechowywania.

Schemat ideowy generatora wiatrowego

Schemat ideowy generatora wiatrowego

Aby to zrobić, należy go przekonwertować na prąd stały. Ta praca jest wykonywana przez obwód elektroniczny wewnątrz turbiny. Aby uzyskać dużą ilość energii elektrycznej, produkowane są zakłady przemysłowe. Park wiatrowy składa się zwykle z kilkudziesięciu instalacji. Dzięki zastosowaniu takiego urządzenia w domu można uzyskać znaczną redukcję kosztów energii. Zasada działania turbin wiatrowych pozwala na ich zastosowanie w następujących wariantach:

  • do samodzielnej pracy;
  • równolegle z baterią podtrzymującą;
  • wraz z panelami słonecznymi;
  • równolegle z generatorem na olej napędowy lub benzynę.

Jeśli strumień powietrza porusza się z prędkością 45 km/h, turbina generuje 400 watów energii elektrycznej. To wystarczy do oświetlenia strefy podmiejskiej. Tę moc można gromadzić, zbierając ją w baterii.

Specjalne urządzenie kontroluje ładowanie baterii. W miarę zmniejszania się ładunku następuje spowolnienie obrotu ostrzy. Gdy akumulator jest całkowicie rozładowany, ostrza zaczynają się ponownie obracać. W ten sposób ładowanie jest utrzymywane na określonym poziomie. Im silniejszy przepływ powietrza, tym więcej energii elektrycznej może wytworzyć turbina.

READ
Energia alternatywna dla domu: wybór źródła © Geostart

System hamowania obrotów ostrza

Aby zapewnić, że urządzenie nie ulegnie awarii przy silnym ciśnieniu powietrza, jest wyposażone w specjalny układ hamulcowy. Jeśli poruszające się magnesy były używane do indukowania prądu w uzwojeniach, teraz ta siła jest używana do zatrzymania obracających się magnesów. Aby to zrobić, powstaje zwarcie, w którym zwalnia się ruch wirnika. Powstałe przeciwdziałanie spowalnia obrót magnesów.

Urządzenie i konstrukcja generatora wiatrowego, a także węzłów

Projekt turbiny wiatrowej i komponentów

Przy wietrze powyżej 50 km/h hamulce automatycznie spowalniają obrót wirnika. Jeśli prędkość powietrza osiągnie 80 km/h, układ hamulcowy całkowicie zatrzymuje ostrza. Wszystkie części turbiny są zaprojektowane tak, aby zmaksymalizować wykorzystanie energii powietrza. Kiedy wieje wiatr, łopaty obracają się, a generator zamienia ich ruch na energię elektryczną. Dokonując podwójnej konwersji energii, turbina wytwarza energię elektryczną ze zwykłego ruchu mas powietrza.

klasyczny generator wiatrowy

Zewnętrznie generator wiatrowy przypomina wiatrowskaz – jest skierowany w kierunku, z którego wieje wiatr

To urządzenie jest bardzo przydatne nie tylko w ekstremalnych warunkach, ale także w codziennym życiu. Dość często systemy turbin wiatrowych są stosowane w domkach letniskowych lub w tych osiedlach, w których występują regularne przerwy w dostawie prądu. Samodzielnie wykonane autonomiczne źródło energii elektrycznej ma następujące zalety:

  • instalacja jest przyjazna dla środowiska;
  • nie ma potrzeby tankowania;
  • żadne odpady nie są gromadzone;
  • urządzenie działa bardzo cicho;
  • ma długą żywotność.

Wszystkie generatory wiatrowe działają w ten sam sposób. Po pierwsze, napięcie przemienne otrzymywane z naporu wiatru jest przekształcane w prąd stały. To ładuje baterię. Falownik ponownie wytwarza prąd przemienny. Jest to konieczne, aby żarówki się świeciły; działała lodówka, telewizor itp. Dzięki akumulatorowi można korzystać z urządzeń elektrycznych przy bezwietrznej pogodzie. Dodatkowo podczas silnych podmuchów wiatru napięcie w sieci pozostaje stabilne.

Zwiększenie wydajności zakładu

Konstrukcja niektórych generatorów wiatrowych ma czujnik wiatru. Zbiera dane o kierunku i prędkości przepływu powietrza. Generator turbiny wiatrowej nie może wytwarzać więcej niż moc znamionowa, jednak każdy sprzęt ma rezerwę, może ona wynosić od 10-30% obliczonej. Nie należy liczyć na tę „rezerwę”, ponieważ ochrona przed przeciążeniem jest programowo i konstruktywnie włączona do generatora wiatrowego.

Możliwe jest zwiększenie mocy turbiny wiatrowej za pomocą systemu podtrzymania energii elektrycznej opartego na bateriach.

Moc wyjściowa (kW) turbiny wiatrowej zależy od mocy falownika. Na podstawie wydanych kilowatów możesz określić maksymalną liczbę podłączonych urządzeń elektrycznych. Aby zwiększyć moc wyjściową instalacji, konieczne jest równoległe połączenie kilku inwerterów.

W przypadku schematów zasilania trójfazowego konieczne jest zainstalowanie falownika dla każdej fazy.

Jeśli moc w fazie jest niewystarczająca, zwiększ liczbę falowników, jeśli zapewnia to producent. W przypadku braku wiatru czas dostawy prądu ustaje. Nie ma wytwarzania energii, więc urządzenia magazynujące energię są podłączone do generatora wiatrowego, patrz schemat poniżej.

READ
Lampy ogrodowe na energię słoneczną: urządzenie, jak wybrać niuanse instalacji © Geostart

schemat zwiększania mocy i mocy generatora wiatrowego

Schemat zwiększenia mocy i mocy generatora wiatrowego

Jednostka magazynująca energię składa się z wiązki inwertera-akumulatora. O bateriach przeczytasz w tym rozdziale, ao napędach w tym. Zwiększenie pojemności akumulatorów zwiększa ilość zmagazynowanej energii, ale także czas ładowania. Szybkość ładowania akumulatora zależy od mocy generatora i liczby falowników, które również mogą przepuszczać przez siebie tylko moc dostarczoną przez producenta. Odpowiednio, prędkość ładowania akumulatora zależy od przepustowości falownika i nie zależy od mocy generatora wiatrowego,.

Wybór turbiny wiatrowej

Najwyższej jakości wiatraki produkowane są w Niemczech, Francji i Danii. Kraje te produkują turbiny wiatrowe, które dostarczają energię elektryczną sektorowi prywatnemu, farmom, szkołom i małym punktom sprzedaży detalicznej. W Rosji, ze względu na niski koszt energii elektrycznej i niewypowiedziany monopol na sprzedaż energii elektrycznej, turbiny wiatrowe, panele słoneczne i inne rodzaje alternatywnych źródeł energii nie są zbyt powszechne.

Mobilny generator wiatrowy

Mobilna turbina wiatrowa jest odpowiednia dla przemysłu naftowego lub zespołów instalacyjnych budujących na polach (prototyp)

Jednak wysokie koszty podłączenia odległych obiektów do sieci energetycznej (wciąż są wsie, które nie są zelektryfikowane), chamstwo urzędników, długie procedury dotyczące obchodzenia się i uzyskiwania specyfikacji technicznych od firm monopolistycznych zmuszają właścicieli do korzystania z alternatywnych źródeł energii dla swoich obiektów.

Przede wszystkim musisz zrozumieć, że sprawność turbiny wiatrowej wynosi około 60%, istnieje zależność od prędkości wiatru i wymagana będzie okresowa konserwacja. Jeśli nadal decydujesz się na turbinę wiatrową, powinieneś o tym wiedzieć. Konieczny jest wybór generatora wiatrowego w oparciu o szczególne okoliczności jego zastosowania. Pojawiają się nowe rozwiązania i modele: o zwiększonej wydajności, pionowe, poziome, ortogonalne, bezłopatkowe.

Obliczana jest moc czynna i rezystancyjna wszystkich odbiorców energii.

W przypadku firm lub domu prywatnego dane te mogą znajdować się na rachunkach za projekt lub za energię elektryczną. Jeśli potrzebujesz dostarczyć prąd do domku, wybierany jest model turbiny wiatrowej 1-3 kW, falownik potrzebuje małej mocy i możesz obejść się bez baterii. Zasada posiadania turbiny wiatrowej w daczy jest prosta: jest wiatr – jest prąd, nie ma wiatru – pracujemy w ogrodzie lub wokół domu. Możesz sam zrobić prosty generator wiatrowy, po prostu zbierz niezbędne materiały i połącz je ze sobą.

READ
Autonomiczne systemy zasilania dla prywatnego domu

W przypadku prywatnego domu stałego zamieszkania ta zasada nie zadziała. Kiedy często nie ma wiatru, szczególną uwagę należy zwrócić na akumulator. Wymaga to dużej pojemności. Aby jednak szybciej się ładował, sam generator prądu również musi mieć dużą moc. Oznacza to, że poszczególne węzły instalacji są ze sobą ściśle połączone. Bardziej niezawodną kombinacją jest symbioza z generatorem diesla i panelami słonecznymi. To 100% gwarancja dostępności prądu w domu, ale też droższa.

Jeśli masz studnię, będziesz całkowicie niezależny energetycznie od sieci zewnętrznych.

Komercyjne turbiny wiatrowe są obecnie szeroko stosowane. Wytworzona za ich pomocą energia elektryczna jest sprzedawana różnym przedsiębiorstwom, którym brakuje dostaw energii. Zazwyczaj takie elektrownie składają się z kilku turbin wiatrowych o różnej mocy. Generowane przez nie napięcie przemienne o wartości 380 woltów jest podawane bezpośrednio do sieci energetycznej przedsiębiorstwa. Ponadto turbiny wiatrowe mogą służyć do ładowania dużej liczby akumulatorów, z których energia przetworzona na napięcie przemienne jest również podawana do sieci elektrycznej.

Turbiny wiatrowe produkcji rosyjskiej

Turbiny wiatrowe produkcji rosyjskiej

W większości przypadków właściciele firm instalują turbiny wiatrowe, panele słoneczne i generatory diesla na potrzeby własnej produkcji. Uzyskanie pozwolenia na sprzedaż energii elektrycznej w Rosji to, powiedzmy, inna historia. Po audycie energetycznym następuje uwolnienie mocy np. poprzez wymianę lamp oświetleniowych na diody LED. Obliczany jest okres zwrotu, w przypadku braku budżetu modernizację można podzielić na etapy.

Technologie się rozwijają. Powstają nieulotne domy, biura, stacje na lądzie i wodzie. Nasz zespół inżynierów pomoże Państwu w doborze, obliczeniach, projektowaniu i instalacji sprzętu. Gotowy odpowiedzieć na Twoje pytania w komentarzach lub przez formularz.

Generator wiatru kinetycznego: wykorzystujemy energię prądów powietrznych

Co powstrzymuje konsumentów przed pójściem nieco dalej niż oddzielenie szklanych butelek od plastikowych i upuszczenie zużytych baterii przed supermarketem i zrobienie pierwszego kroku w kierunku biogospodarki, czyli gospodarki, która stawia na pierwszym miejscu produkcję zrównoważonych produktów?

Bez elektryczności nie można już sobie wyobrazić życia współczesnego człowieka. Ale jego koszt stale rośnie, więc coraz większe zainteresowanie wzbudzają tzw. alternatywne źródła energii. Należą do nich kinetyczne turbiny wiatrowe – dość proste urządzenia, które pozwalają bez większego wysiłku uzyskać energię elektryczną na potrzeby domowe, a nawet przemysłowe.

READ
Biopaliwo do kominka – skład, zalety, majsterkowanie

Generator wiatru kinetycznego: wykorzystujemy energię prądów powietrznych

Zasada działania generatora wiatrowego jest niezwykle prosta. Obracające się łopatki przekazują energię kinetyczną wiatru do wirnika generatora, który z kolei zamienia ją na energię elektryczną. W ten sposób można uzyskać tylko niestabilny prąd przemienny. Kieruje się do kontrolera, w którym następuje kolejna transformacja. Co więcej, prąd jest już stałym napięciem dostarczanym do akumulatorów.

Generator wiatru kinetycznego: wykorzystujemy energię prądów powietrznych

Baterie gromadzą ładunek, który w razie potrzeby może zostać zużyty przez konsumenta. Ale wcześniej prąd stały jest ponownie przekształcany w prąd przemienny o stabilnym napięciu, do którego stosuje się falownik jednej z możliwych odmian.

W sieciach trójfazowych instalowany jest trójfazowy falownik napięcia. Jeśli energia elektryczna jest przeznaczona dla niezbyt wrażliwych urządzeń, takich jak elementy grzejne lub żarówki, można zastosować urządzenie wytwarzające zmodyfikowaną falę sinusoidalną. W przypadku wrażliwych urządzeń instalowane są instalacje, które wytwarzają tylko czystą falę sinusoidalną. Jeśli energia elektryczna jest dostarczana bezpośrednio do sieci, instalowane są specjalne falowniki sieciowe.

Generatory wiatrowe wyposażone są w czujniki monitorujące kierunek przepływu powietrza, co pomaga w wydajnej pracy urządzenia. Ponadto istnieją automatyczne przełączniki, które koordynują wspólną pracę turbiny wiatrowej i innych źródeł energii.

Producenci produkują szeroką gamę turbin wiatrowych, które znacznie różnią się konstrukcją i przeznaczeniem. Turbiny wiatrowe do celów przemysłowych to najpotężniejsze urządzenia, które wytwarzają dziesiątki megawatów energii. Do celów domowych stosuje się jednostki o minimalnej mocy. Mogą być instalowane bezpośrednio na terenie gospodarstwa domowego. Ponadto dla masztów o wysokości nie większej niż 25 m nie jest wymagane specjalne pozwolenie na instalację.

Strukturalnie wszystkie wiatraki można podzielić na dwie grupy. Pierwsza obejmuje instalacje poziome, zwane również skrzydlatymi lub śmigłowymi. Jest to kilka ostrzy, zwykle od trzech do pięciu, zamontowanych na osi zorientowanej poziomo.

Generator wiatru kinetycznego: wykorzystujemy energię prądów powietrznych

Podczas obracania takie projekty pozwalają uzyskać maksymalny możliwy zwrot energii. To prawda, wiele zależy od wysokości generatora. Im wyżej zamontowane są ostrza, tym wydajniej działa urządzenie. To właśnie te wiatraki są wykorzystywane do celów przemysłowych. W życiu codziennym również sprawdziły się dobrze. Zastosowanie wiatraków śmigłowych jest szczególnie skuteczne na równinach, gdzie często wieją silne wiatry.

READ
Energia słoneczna jako alternatywne źródło energii: rodzaje systemów solarnych

Generatory wiatrowe typu pionowego mają kilka odmian. Wersja klasyczna jest mniej wydajna niż wersja uskrzydlona. Ale może pracować stabilnie w turbulentnych przepływach powietrza. Dlatego jest instalowany tam, gdzie prawie nigdy nie ma silnego wiatru.

Generator wiatru kinetycznego: wykorzystujemy energię prądów powietrznych

Zwiększenie efektywności klasycznego wiatraka pionowego jest możliwe tylko poprzez zwiększenie jego gabarytów. To sprawia, że ​​sprzęt jest bardziej podatny na zjawiska naturalne i znacznie podnosi jego koszt. Najbardziej wydajną ze wszystkich konstrukcji pionowych jest wirnik Darrieus.

Jego osiągi są prawie podobne do modeli śmigłowych. Kolejną ważną zaletą jest minimalny hałas podczas pracy. Istnieje jednak poważna wada, którą uważa się za bardzo niski moment startowy.

Taki generator praktycznie nie jest w stanie samodzielnie rozpocząć pracy. Ta wada jest pozbawiona osobliwych hybryd klasycznego wiatraka pionowego i wirnika Darrieusa, które są najczęściej używane.

Innym rodzajem generatora wiatrowego jest instalacja żaglowa. Może być zorientowany zarówno w pionie, jak iw poziomie. Główną cechą wyróżniającą jest obecność tak zwanego koła wiatrowego, wyposażonego w dużą liczbę szerokich skrzydeł lub żagli.

Generator wiatru kinetycznego: wykorzystujemy energię prądów powietrznych

Jest to najwolniejsza ze wszystkich modyfikacji generatora wiatrowego, jego sprawność również jest niska. Jest jednak szeroko stosowany w gospodarstwie domowym. Jest niezwykle łatwy w montażu i obsłudze. Ponadto konstrukcja ma udane połączenie niskiej prędkości i wysokiego momentu obrotowego. Pozwala to nie tylko generować energię, ale także bezpośrednio obracać różnymi mechanizmami, np. wprawiać w ruch pompę.

Generator wiatrowy jest w stanie dostarczyć prąd do każdego gospodarstwa domowego, ważne jest tylko, aby dobrać odpowiednią moc sprzętu i prawidłowo go umieścić. Musisz wiedzieć, że moc wytwarzana przez generator jest proporcjonalna do prędkości wiatru zwiększonej trzykrotnie. Tak więc na obszarach o słabych prądach powietrza zainstalowanie nawet potężnego wiatraka najprawdopodobniej będzie mało przydatne. Ale jeśli umieścisz go na przykład jako część połączonego obwodu wraz z baterią słoneczną, otrzymasz całkowicie wykonalną opcję. Dlatego decyzję o zainstalowaniu takiego projektu należy podjąć z uwzględnieniem zaleceń ekspertów. opublikowane przez econet.ru Jeśli masz jakieś pytania na ten temat, zadaj je specjalistom i czytelnikom naszego projektu tutaj.

Rating
( No ratings yet )
Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: