Принцип работы ветрогенератора

 

Оговорочка): статья написана для клиентов, то есть для людей, у которых нет технического образования. Можно было, конечно, написать техническую статью, на основе которой можно было бы самому собрать и запустить ветрогенератор, но такой цели я не преследую. Моя задача – объяснить принцип работы, как это использовать, что входит в состав системы и основные термины и понятия для того, чтобы любой желающий на основе этой статьи смог углубиться в тему настолько, насколько сочтет нужным.

И так, начнем. Ветрогенератор – специальное устройство, способное получать электроэнергию из ветра. Формулировка так себе поэтому чуть подробнее:

Ветрогенератор – установка, которая трансформирует кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, которая преобразуется за счет статора в электрический ток.

 

 

Поясним для людей нетехнических (так как мы рассматриваем получение электроэнергии, то ротор и статор рассматриваем только электродвигателя):

 

Кинетическая энергия – энергия, создаваемая движущимся телом (в данном случае — ветром)

 

 

Механическая энергия – энергия, связанная с движением или положением объекта, способность совершать механическую работу (в данном случае – ротор, который вращается)

 

 

Ротор – вращающаяся часть электродвигателя, часто называют якорем

 

 

Статор – неподвижная часть электродвигателя, внутри которой расположен ротор. Статор содержит в себе обмотки, именно по ним полученное, в результате противоположного вращения ротора и статора, электричество поступает дальше по цепи

 

(мне самому эта формулировка не понравилась: слишком она неточная, много деталей опустил, если кому интересен именно принцип работы электродвигателя – напишите в телеграм, подготовлю потом отдельную статью по электродвигателям)

В данном случае ротор и статор – это детали генератора переменного тока.

Вот таким образом ветер преобразуется в электрическую энергию. Пометим отдельно, что с генератора переменного тока, как ни странно, мы получаем переменный ток (переменный и постоянный ток вы должны были знать из курса физики, если же за ненадобностью этих знаний вы об этом забыли – скоро будет написана отдельная статья, касающаяся постоянного и переменного тока, фазы, нуля, заземления).

 

Комплектующие стандартной ветроустановки

 

Система с ветрогенератором включает в себя следующие комплектующие:

1. Лопасти, передающие вращение к генератору переменного тока
2. Генератор переменного тока (чем мощнее ветер – тем больше он вырабатывает)
3. Мачта – опора, на которую крепятся лопасти (проще говоря - столб)
4. Контроллер – блок управления, основная функция – преобразование переменного тока в постоянный, отдача постоянного тока на аккумуляторы, также может выполнять множество функций, вплоть до управления поворотом лопастей (зависит от модели контроллера: чем навороченнее – тем дороже)
5. Аккумуляторы – накапливают в себе постоянный ток (для запаса электроэнергии в безветренные дни и так далее)
6. Инвертор – преобразует постоянный ток из аккумуляторов в переменный непосредственно для электроприборов 220В
7. Датчики направления ветра, редукторы, стабилизаторы – всякие штучки для повышения КПД (иногда некоторые из них обязательны, иногда — нет).

Разберем подробнее. Лопасти – это всем понятно: представьте себе обычный вентилятор, который гоняет воздух, только здесь они изогнуты таким образом, что воздух гоняет вентилятор.

 

 

Генератор переменного тока – устройство со статором и ротором. Преобразует механическую энергию в электрическую за счет вращения ротора. В ветроустановках используются трехфазные генераторы. Соединение обмотки статора – тип «звезда», оттуда выходит три провода к контроллеру.
Понимаю, что слишком много терминов, которых вы, возможно, не знаете: тип «звезда» - определенный способ подключения обмоток, подробнее – читайте в учебниках физики. В принципе для ознакомления либо для приобретения ветряка вам необязательно это знать, но не упомянуть я не мог, поскольку технари начнут злостно шипеть «ага, да он тупой же, еще учит чему то». Нет, не тупой, но помните: статья, как и весь контент на сайте – для обычных людей, специалисты здесь ничего интересного для себя не найдут.

 

 

Мачта – обычный столб, на который мы крепим лопасти и генератор. Мачта может быть как и жестко зафиксированная, так и свободностоящая. Самое главное – запомните: без разрешения властей вы можете задрать мачту до 25 метров. Выше – требуется разрешение (данный вопрос требует уточнения в конкретном населенном пункте, поскольку я привел стандартные цифры, иногда можно больше, иногда — меньше).

 

 

Контроллер – блок управления, как уже сказали – преобразует переменный ток из генератора в постоянный ток для аккумуляторов. По факту контроллер полностью управляет вашей системой: регулирует подзарядку аккумуляторов, распределяет электроэнергию между потребителями.

 

 

Аккумуляторы – обычные аккумуляторы-накопители. В них хранится ваш резерв электроэнергии.

 

 

Инвертор – выполняет ту же функцию, что в солнечных батареях – преобразует постоянный ток от аккумуляторов в переменный и повышает значение до 220В, чтоб можно было питать освещение, телевизор и так далее.

За датчики, редуктора и так далее пока писать ничего не буду: их много, много разновидностей, свои способы применения и так далее. Тут уже нужно более углубленно вникать в тему: в дальнейшем, по наличии свободного времени, буду рассказывать о них отдельно.

 

Как выбрать оборудование

 

1. Перед тем, как принять решение о покупке, необходимо тщательно просчитать следующие моменты:
2. Рассчитать максимальное количество электроэнергии, необходимое вам ежемесячно.
3. Просмотреть метеорологические сводки о средней скорости ветра в вашей местности (наличие сильных морозов – признак бездействия ветряка, поскольку в мороз, как правило, ветра нет).
4. Обратить внимание на шумовые характеристики ветряка (эта штука чертовски шумит, шум – одно из слабых мест и минусов ветрогенератора).
5. Сравнить различное оборудование различных поставщиков по цене и мощности.

Примечание: если с солнечными батареями специалист особо не нужен, то в случае с ветрогенераторами – лучше пригласить специалиста, особенно при выборе оборудования.

 

Два основных вида ветрогенераторов

 

Самых основных видов ветрогенераторов всего два, и различаются они по типу конструкции:

 

С вертикальной осью вращения

 

 

С горизонтальной осью вращения

 

 

 

Плюсы вертикальной оси вращения:

1. Компактная конструкция
2. Не зависят от воздушных потоков
3. Меньше производят шума

Минусы вертикальной оси вращения:

1. КПД гораздо ниже (около 15%), чем у горизонтальных ветряков
2. Значительно дороже

Плюсы горизонтальной оси вращения:

1. Высокий КПД (около 40%)
2. Простота регулировки
3. Значительно дешевле ветряков с вертикальной осью вращения

Минусы горизонтальной оси вращения:

1. Высокий уровень шума и вибраций (сильно шумит и дрожит конструкция)
2. Требуют ориентации на потоки ветра (самая сложная задача)

Как вы уже видите, у каждого из типов есть свои плюсы и минусы, поэтому выбирать нужно под конкретные климатические условия, исходя из финансовых возможностей и требуемой мощности.

 

 

Цены ветрогенераторов в комплекте, если брать расчет на 7 киловатт – около 12 000 долларов. Поэтому они мало распространены. Теоретически можно собрать конструкцию самому, и даже простенький контроллер, но все это потребует недюжинных знаний.

На этом на сегодня все, когда-нибудь расскажу подробнее за лопасти, их виды, принципы работ и так далее, поскольку на данный момент очень много разновидностей, доработок и предложений.

---

 

Если у Вас возникли вопросы по ветрогенераторам или в целом по использованию альтернативной энергии- заполните форму ниже, с Вами свяжутся специалисты