Како израчунати генератор ветра: формуле + практични пример прорачуна

Алтернативна енергија добијена из ветроелектрана је од великог интересовања у друштву.О томе постоји много доказа на нивоу реалне свакодневне праксе.

Власници сеоских имања граде ветрењаче својим рукама и задовољни су резултатом, иако ефекат може бити краткотрајан. Разлог је тај што ветрогенератор није правилно прорачунат приликом монтаже.

Слажем се, не бих желео да трошим време и новац на имплементацију пројекта и да завршим са неефикасном инсталацијом. Због тога је важно разумети како израчунати ветрогенератор и по којим параметрима одабрати главне радне компоненте ветротурбине.

Чланак је посвећен решавању ових питања. Теоријски део материјала допуњен је илустративним примерима и практичним препорукама за монтажу ветрогенератора.

Прорачун ветрогенератора

Где започети прорачун система за производњу електричне енергије из енергије ветра? С обзиром да је реч о ветрогенератору, прелиминарна анализа руже ветрова на одређеном подручју делује логично.

Параметри прорачуна као што су брзина ветра и његов карактеристичан правац за дату територију су важни пројектни параметри. Они донекле одређују ниво снаге ветротурбина који ће заиста бити достижан.

Тешко је и замислити ветрогенераторе такве снаге. Али такви дизајни постоје и функционишу ефикасно.Међутим, прорачуни таквих структура показују релативно малу снагу у поређењу са традиционалним изворима енергије

Важно је напоменути да је овај процес дуготрајан (најмање 1 месец), што је сасвим очигледно. Немогуће је израчунати максималне вероватне параметре брзине ветра и његов најчешћи правац са једним или два мерења.

Биће потребно на десетине мерења. Међутим, ова операција је заиста неопходна ако постоји жеља да се изгради ефикасан продуктивни систем.

Како израчунати снагу ветрењаче

Ветрогенератори за кућну употребу, посебно ручно направљени, никада нису изненадили људе великом снагом. Ово је разумљиво. Треба само замислити масивни јарбол висок 8-10 м, опремљен генератором са распоном лопатица пропелера већим од 3 м. А ово није најмоћнија инсталација. Само око 2 кВ.

За сервисирање ветротурбина ове снаге користе се хеликоптери и тимови специјалиста до десетак људи. За прорачун такве електране укључен је још већи број извођача

Уопштено говорећи, ако се ослањате на стандардну табелу која приказује однос између снаге ветрогенератора и потребног распона лопатица пропелера, постоји нешто чему треба да се изненадите. Према табели, за ветрењачу од 10 В потребан је пропелер од два метра.

За дизајн од 500 вати биће потребан пропелер пречника 14 м. Штавише, параметар распона лопатице зависи од њиховог броја. Што је више лопатица, мањи је распон.

Али ово је само теорија, условљена брзином ветра која не прелази 4 м/сец.У пракси је све нешто другачије, а снага кућних инсталација које стварно раде дуго никада није прелазила 500 В.

Због тога је избор снаге овде обично ограничен на опсег од 250-500 В са просечном брзином ветра од 6-8 м/сец.

Табела зависности снаге ветроенергетског система од пречника ротора и броја лопатица. Ова табела се може користити за прорачуне, али узимајући у обзир њену компилацију за параметре брзине ветра до 4 м/сец (+)

Са теоријске позиције, снага ветроелектране се израчунава помоћу формуле:

Н=п*С*В³/2,

Где:

• стр – густина ваздушних маса;
• С – укупна дувана површина лопатица пропелера;
• В — брзина струјања ваздуха;
• Н – снага струјања ваздуха.

Пошто је Н параметар који радикално утиче на снагу ветрогенератора, стварна снага инсталације биће близу израчунате вредности Н.

Прорачун пропелера ветротурбина

Приликом изградње ветрењаче обично се користе две врсте пропелера:

• крилати — ротација у хоризонталној равни;
• Савониус ротор, Дарриеус ротор — ротација у вертикалној равни.

Дизајн вијака са ротацијом у било којој равни може се израчунати помоћу формуле:

З=Д*Ш/60/В

Где:

• З – степен брзине (мала брзина) пропелера;
• Л – величина дужине круга описаног оштрицама;
• В – брзина (фреквенција) ротације пропелера;
• В – брзина струјања ваздуха.

На основу ове формуле можете лако израчунати број обртаја В - брзину ротације.

Овако изгледа дизајн завртња званог „Дариеу Ротор“. Ова верзија пропелера се сматра ефикасном у производњи ветрогенератора мале снаге и величине.Прорачун завртња има неке карактеристике

А радни однос између обртаја и брзине ветра може се наћи у табелама које су доступне на Интернету. На пример, за елису са две лопатице и З=5 важи следећа релација:

Такође, један од важних показатеља пропелера ветрењаче је и нагиб.

Овај параметар се може одредити помоћу формуле:

Х=2πР* тан α,

Где:

• 2π – константа (2*3,14);
• Р – радијус описан сечивом;
• тан α – угао пресека.

Додатне информације о избору облика и броја сечива, као и упутства за њихову израду су дате у Овај чланак.

Избор генератора за ветротурбине

Имајући израчунату вредност броја обртаја завртња (В), добијену помоћу горе описане методе, већ можете изабрати (произвести) одговарајући генератор.

На пример, са степеном брзине З=5, број лопатица једнак 2 и брзином од 330 о/мин. При брзини ветра од 8 м/с. Снага генератора треба да буде око 300 В.

Попречни пресек генератора ветроелектране. Демонстративни пример једног од могућих дизајна кућног генератора ветроелектране, састављеног независно

С обзиром на ове параметре, погодан избор као генератор за домаћу електрану на ветар може бити мотор који се користи у дизајну савремених електричних бицикала. Традиционални назив дела је мотор бицикла (произведен у Кини).

Овако изгледа мотор електричног бицикла, на основу којег се предлаже да се направи генератор за кућну ветрењачу. Дизајн мотора бицикла је идеалан за имплементацију без калкулација или модификација. Међутим, њихова снага је мала

Карактеристике мотора електричног бицикла су отприлике следеће:

Позитивна карактеристика мотора за бицикле је да их практично не треба мењати. Конструктивно су пројектовани као електромотори мале брзине и могу се успешно користити за ветрогенераторе.

Да направите ветрењачу можете користите ауто генератор или прикупити јединица машине за прање веша.

Прорачун и избор регулатора пуњења

Контролер пуњења батерије је неопходан за било коју врсту ветроелектране, укључујући и домаћи дизајн.

Прорачун овог уређаја своди се на избор електричног кола уређаја, који би одговарао пројектним параметрима ветросистема.

Од ових параметара, главни су:

• називни и максимални напон генератора;
• максимална могућа снага генератора;
• максимална могућа струја пуњења батерије;
• напон батерије;
• температура околине;
• ниво влажности околине.

На основу приказаних параметара, склоп контролера пуњења урадите то сами или изаберите готов уређај.

Контролер пуњења за батерије које се користе као део ветроелектране. Индустријски произведен уређај, при одабиру којег је потребно само пажљиво проучити техничке карактеристике за прецизну координацију са постојећим системом

Наравно, препоручљиво је одабрати (или саставити) уређај чије би коло омогућило лако покретање функције у условима слабих струјања ваздуха. Добродошао је и контролер дизајниран за рад са батеријама различитих напона (12, 24, 48 волти).

Коначно, приликом израчунавања (одабира) круга контролера, препоручује се да не заборавите на присуство такве функције као што је контрола инвертера.

Избор батерије за систем

У пракси се користе различите врсте батерија и скоро све су сасвим погодне за употребу као део система за енергију ветра. Али у сваком случају мораће се направити конкретан избор. У зависности од параметара система ветрењаче, батерија се бира на основу напона, капацитета и услова пуњења.

Традиционалне компоненте за кућне ветрењаче су класичне оловне батерије. Показали су добре резултате у практичном смислу.Поред тога, цена ове врсте батерија је разумнија у поређењу са другим типовима.

Оловне батерије су посебно непретенциозне за услове пуњења/пражњења, али је неприхватљиво укључити их у систем без контролера.

Ако инсталација ветротурбине садржи професионално дизајниран контролер пуњења са потпуним системом аутоматизације, чини се да је рационално користити АГМ или хелијумске батерије.

Батерија за кућни ветрогенератор. Није најбоља опција за употребу, с обзиром на хаос жица и захтеве за складиштење. У оваквом стању уређаја за складиштење енергије не може се рачунати на њихов дуготрајан рад.

Оба типа уређаја за складиштење енергије одликују се већом ефикасношћу и дугим радним веком, али постављају високе захтеве за услове пуњења.

Исто важи и за такозване оклопне хелијумске батерије. Али избор ових батерија за кућну ветрењачу значајно је ограничен ценом. Међутим, животни век ових скупих батерија је најдужи у поређењу са свим другим типовима.

Ове батерије такође имају дужи циклус пуњења/пражњења, али само ако се користи пуњач високог квалитета.

Прорачун претварача за кућну ветрењачу

Одмах треба напоменути: ако дизајн кућне ветротурбине садржи једну 12-волтну батерију, нема смисла инсталирати инвертер на такав систем.

У просеку, потрошња енергије у домаћинству је најмање 4 кВ при вршним оптерећењима.Отуда закључак: број пуњивих батерија за такву снагу треба да буде најмање 10 комада и пожељно са напоном од 24 волта. За толики број батерија има смисла инсталирати инвертер.

Међутим, да би се у потпуности обезбедило енергијом за 10 батерија са напоном од 24 В свака и стабилно одржале њихово пуњење, биће потребна ветрењача снаге најмање 2-3 кВ. Очигледно, једноставне структуре домаћинства не могу да поднесу такву снагу.

Инвертер мале снаге (600 В), који се може користити за кућне инсталације мале снаге. Од такве опреме можете напајати ТВ или мали фрижидер са напоном од 220 волти. Више нема довољно струје за лампе у лустеру

Међутим, можете израчунати снагу претварача на следећи начин:

1. Сумирајте снагу свих потрошача.
2. Одредите време потрошње.
3. Одредите вршно оптерећење.

У конкретном примеру то ће изгледати овако.

Нека буду кућни електрични апарати као оптерећење: лампе за осветљење - 3 ком. По 40 В, телевизијски пријемник - 120 В, компактни фрижидер 200 В. Сумирамо снагу: 3*40+120+200 и добијамо 440 В на излазу.

Одредимо снагу потрошача за просечан период од 4 сата: 440*4=1760 В. На основу добијене вредности снаге током времена потрошње, чини се логичним да се међу таквим уређајима изабере инвертер са излазном снагом од 2 кВ или више.

На основу ове вредности израчунава се струјно-напонска карактеристика потребног уређаја: 2000*0,6=1200 В/А.

Класична шема за репродукцију и дистрибуцију енергије добијене из кућног ветрогенератора. Међутим, да би оволики број уређаја обезбедио дуготрајну енергију, потребна је довољно моћна инсталација (+)

У стварности, оптерећење домаћинства трочлане породице, која је у потпуности опремљена кућним апаратима, биће веће него што је израчунато у примеру. Типично, време повезивања оптерећења такође прелази потребна 4 сата. Сходно томе, претварачу система за енергију ветра биће потребан снажнији.

Прелиминарни прорачун ветрењаче је користан не само за само-монтажу. Такође је неопходно одредити оптималне параметре када избор готовог ветрогенератора.

Закључци и користан видео на тему

Како се анализирају изворни подаци и како се примењују формуле приказано је у видеу:

У сваком случају је неопходно користити израчунате податке. Било да се ради о индустријској електрани или оној произведеној за кућну употребу, прорачун сваке јединице увек обезбеђује максималну ефикасност уређаја и, што је најважније, сигурност у раду.

Прелиминарни прорачуни одређују изводљивост имплементације пројекта и помажу да се утврди колико је пројекат скуп или економичан.

Да ли имате искуства у решавању сличних проблема? Или још увек имате питања о овој теми? Молимо вас да поделите своје вештине прорачуна и пројектовања ветротурбина. Можете оставити коментаре и постављати питања у форму испод.