Принцип дії і пристрій вітрогенератора (загальні поняття)

У спрощеному вигляді принцип роботи вітрогенератора можна представити таким чином. Сила вітру приводить в рух лопаті, які через спеціальний привід змушують обертатися ротор. Завдяки наявності обмотки статора, механічна енергія перетворюється в електричний струм. Аеродинамічні особливості гвинтів дозволяють швидко крутити турбіну генератора.

Принцип роботи

Далі сила обертання перетворюються в електрику, яке акумулюється в батареї. Чим сильніше потік повітря, тим швидше крутяться лопаті, виробляючи більше енергії. Оскільки робота вітрогенератора заснована на максимальному використанні альтернативного джерела енергії, одна сторона лопатей має закруглену форму, друга - відносно рівна. Коли повітряний потік проходить по закругленою стороні, створюється ділянку вакууму. Це засмоктує лопать, ведучи її в сторону. При цьому створюється енергія, яка і змушує розкручуватися лопаті.

Схема роботи вітрогенератора: показаний принцип перетворення енергії вітру і дії внутрішніх механізмів

Під час своїх поворотів гвинти також обертають вісь, з'єднану з генераторним ротором. Коли дванадцять магнітиків, закріплених на роторі, обертаються в статорі, створюється змінний електричний струм, який має таку ж частоту, як і в звичайних кімнатних розетках. Це основний принцип того, як працює вітрогенератор. Змінний струм легко виробляти і передавати на великі відстані, але неможливо акумулювати.

Принципова схема вітрогенератора

Для цього його потрібно перетворити в постійний струм. Таку роботу виконує електронна ланцюг всередині турбіни. Щоб отримати велику кількість електроенергії, виготовляються промислові установки. Вітровий парк зазвичай складається з декількох десятків установок. Завдяки використанню такого пристрою будинку, можна отримати істотне зниження витрат на електроенергію. Принцип дії вітрогенераторів дозволяє застосовувати їх в таких варіантах:

• для автономної роботи;
• паралельно з резервним акумулятором;
• разом з сонячними батареями;
• паралельно з дизельним або бензиновим генератором.

Якщо потік повітря рухається зі швидкістю 45 км / год, турбіна виробляє 400 Вт електроенергії. Цього вистачає для освітлення дачної ділянки. Дану потужність можна накопичувати, збираючи її в акумуляторі.

Спеціальний пристрій управляє зарядкою акумуляторної батареї. У міру зменшення заряду обертання лопатей сповільнюється. При повній розрядці батареї лопаті знову починають обертатися. Таким способом зарядка підтримується на певному рівні. Чим сильніше повітряний потік, тим більше електроенергії може призвести турбіна.

Система гальмування обертання лопатей

Щоб установка не вийшла з ладу при сильному натиску повітря, вона забезпечена спеціальною системою гальмування. Якщо раніше рухомі магніти индуцировали ток в обмотках, то тепер ця сила використовується для зупинки обертових магнітів. Для цього створюється коротке замикання, при якому сповільнюється рух ротора. Що виникає протидія сповільнює обертання магнітів.

Конструкція вітрогенератора і вузлів

При вітрі більше 50 км / год гальма автоматично уповільнюють обертання ротора. Якщо швидкість руху повітря доходить до 80 км / год, гальмівна система повністю зупиняє лопаті. Всі частини турбіни сконструйовані так, щоб максимально використовувалася повітряна енергія. Коли вітер дме, лопаті обертаються, і генератор перетворює їх рух в електрику. Здійснюючи подвійне перетворення енергії, турбіна виробляє електрику зі звичайного переміщення повітряних мас.

Зовні вітрогенератор нагадує флюгер - спрямований в ту сторону, звідки дме вітер

Цей пристрій дуже корисно не тільки в якихось екстремальних умовах, але і в звичайному повсякденному житті. Досить часто системи вітрогенераторів застосовуються на дачах або в тих населених пунктах, де регулярно бувають перебої з подачею електроенергії. Самостійно зроблений автономне джерело електрики має такі переваги:

• установка екологічно чиста;
• відсутня потреба її заправки паливом;
• не накопичуються якісь відходи;
• пристрій працює дуже тихо;
• має великий термін експлуатації.

Всі вітрогенератори працюють за однаковою схемою. Спочатку отримане від тиску вітру змінна напруга перетвориться в постійний струм. Завдяки цьому заряджається акумулятор. Потім інвертором знову проводиться змінний струм. Це потрібно для того, щоб світилися лампочки; працював холодильник, телевізор і т. д. Завдяки акумуляторної батареї, можна користуватися електроприладами в безвітряну погоду. Крім того, під час сильних поривів вітру напруга в мережі залишається стабільним.

Збільшення потужності установки

Конструкцію деяких вітрогенераторів має вітрової датчик. Він збирає дані про направлення і швидкості повітряного потоку. Генератор вітряка не може видати більше номінальної потужності, однак, в будь-яке обладнання закладений запас він може становити від 10-30% від розрахункових. На цей «запас» розраховувати не варто, так як програмно і конструктивно в вітрогенератор закладена захист від перевантажень.

Збільшити потужність вітроустановки можна за допомогою системи резервування електроенергії на базі акумуляторних батарей.

Вихідна потужність (кВт) вітрогенератора визначається потужністю інвертора. Виходячи з видаваних кіловат, можна визначитися з максимальною кількістю підключаються електроприладів. Щоб збільшити вихідну потужність установки, необхідно паралельно підключити декілька інверторів.

Для трифазних схеми електроживлення необхідно встановити по инвертору на кожну фазу.

Якщо потужності на фазі недостатньо, збільшують кількість інверторів, якщо це передбачено виробником. При відсутності вітру тривалість подачі електроенергії припиняється. Генерації енергії не відбувається, тому до вітрогенератору підключають накопичувачі енергії, дивіться схему нижче.

Схема збільшення потужності і ємності вітрогенератора

Накопичувач енергії складається з зв'язки інвертор-батарея. Про батареях ви можете прочитати в цій рубриці, а про накопичувачах в цій. Збільшення ємності акумуляторних батарей збільшує запас зберігається енергії, але і тривалість зарядки. Швидкість зарядки акумулятора залежить від потужності генератора і кількості інверторів, які теж можуть пропустити через себе тільки ту потужність, яка закладена виробником. Відповідно, швидкість зарядки акумуляторів залежить від пропускної здатності інвертора і не залежить від потужності вітрогенератора.

вибір вітрогенератора

Найякісніші вітряки виробляють в Німеччині, Франції та Данії. Ці країни роблять вітрові установки для постачання електрикою житлового приватного сектора, фермерських господарств, шкіл, невеликих торгових точок. ВУкаіни через низьку вартості електроенергії і негласної монополії на продаж електроенергії вітроустановки, сонячні панелі і інші види альтернативної енергії не сильно поширені.

Мобільний вітрогенератор підійде для нафтопромисловості або монтажних бригад, які ведуть будівництво в полях (прототип)

Але висока вартість підключення віддалених об'єктів від електромереж (тобто до сих пір не електрифіковані села), хамство чиновників, тривалі процедури ходіння і отримання ТУ у монопольних компаній змушують власників використовувати альтернативну енергію своїх об'єктів.

Перш все ви повинні розуміти, що ККД вітрової установки становить близько 60%, тобто залежність від швидкості вітру, і буде потрібно періодично проводити ТО. Якщо ви все-таки вирішили зробити вибір на користь вітрогенератора, слід знати. Вибирати вітрогенератор потрібно виходячи з конкретних обставин його застосування. Існують нові розробки і моделі: з підвищеним ККД, вертикальні, горизонтальні, ортогональні, безлопатеві.

Підраховується активна і резистивная потужність всіх споживачів енергії.

Для підприємств або приватного будинку ці дані можуть бути в проекті або рахунках за електроенергію. Якщо вам необхідно забезпечити електроенергією дачу вибирається модель вітроустановки на 1-3 кВт, інвертор потрібно невеликої потужності і можна обійтися без акумуляторних батарей. Принцип наявності дачної вітроустановки простий: є вітер - є електрика, немає вітру - працюємо в городі або по господарству. Простий вітрогенератор можна зробити самому, досить зібрати необхідні матеріали і з'єднати їх разом.

Для приватного будинку постійного проживання, такий принцип не підійде. При частому відсутності вітру слід надати особливе значення акумулятора. Тут потрібна велика ємність. Однак, щоб він швидше заряджався, сам генератор електрики також повинен бути великої потужності. Тобто окремі вузли установки тісно взаємопов'язані між собою. Більш надійна комбінація - симбіоз з дизель-генератором і сонячними панелями. Це 100% гарантія наявності електрики в будинку, але і дорожча.

При наявності свердловини ви будете повністю енергонезалежні від зовнішніх мереж.

Зараз великого поширення набули комерційні вітрові установки. Отримана з їх допомогою електроенергія продається різним підприємствам, що відчувають нестачу в енергопостачанні. Зазвичай такі електростанції складаються з декількох вітрогенераторів різної потужності. Виробляється ними змінну напругу в 380 вольт подається безпосередньо в електромережу підприємства. Крім того, вітрогенератори можуть використовуватися для зарядки великого числа акумуляторних батарей, з яких потім перетворена в змінну напругу енергія також подається в електричну мережу.

Вітрогенератори українського виробництва

У більшості випадків власники підприємств ставлять вітроустановки, сонячні панелі і дизель-генератори для потреб власного виробництва. Отримання дозволу на продаж електрики вУкаіни - це, скажімо так, окрема історія. Після проведення енергоаудиту, вивільняються потужності, наприклад, шляхом заміни ламп освітлення на світлодіодні. Підраховується термін окупності, при відсутності бюджету можна розділити модернізацію на етапи.