Самодельные ветрогенераторы из асинхронного двигателя до 10квт. Самодельные ветрогенераторы из асинхронного двигателя: виды, принцип работы, изготовление своими руками

Как работает самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя. Какие бывают виды конструкций. Как сделать ветрогенератор своими руками из асинхронного двигателя. Какие преимущества и недостатки у таких ветрогенераторов.

Принцип работы ветрогенератора из асинхронного двигателя

Ветрогенератор из асинхронного двигателя работает по следующему принципу:

1. Лопасти ветряка вращаются под действием ветра
2. Вращение передается на ротор асинхронного двигателя
3. В обмотках статора возникает переменный электрический ток
4. Ток подается на выпрямитель и преобразуется в постоянный
5. Постоянный ток заряжает аккумуляторы или питает потребителей

Главное отличие от обычного режима работы асинхронного двигателя в том, что ротор вращается не от подачи тока, а механически от ветряка. При этом двигатель работает как генератор.

Виды конструкций ветрогенераторов из асинхронных двигателей

Существует несколько основных видов конструкций таких ветрогенераторов:

• С горизонтальной осью вращения — классическая схема с лопастями перпендикулярно мачте
• С вертикальной осью — ротор вращается вокруг вертикальной оси мачты
• Однофазные — на базе однофазных асинхронных двигателей
• Трехфазные — используют трехфазные асинхронные двигатели
• Маломощные — до 1 кВт для частных домов
• Средней мощности — 1-10 кВт для небольших хозяйств
• Мощные промышленные — от 10 кВт и выше

Как сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя своими руками

Изготовление ветрогенератора из асинхронного двигателя своими руками включает следующие этапы:

1. Подбор подходящего асинхронного двигателя (мощность, обороты)
2. Изготовление лопастей из дерева или пластика
3. Сборка ротора с креплением лопастей
4. Изготовление мачты и поворотного механизма
5. Подключение генератора через выпрямитель
6. Установка аккумуляторов и инвертора
7. Монтаж всей конструкции
8. Настройка и испытания

Важно правильно рассчитать все параметры и обеспечить надежность конструкции. Для повышения эффективности используют систему автоматического поворота на ветер.

Преимущества самодельных ветрогенераторов из асинхронных двигателей

Самодельные ветрогенераторы на основе асинхронных двигателей имеют ряд преимуществ:

• Простота конструкции и изготовления
• Доступность материалов и комплектующих
• Низкая стоимость по сравнению с промышленными аналогами
• Возможность ремонта и модернизации своими силами
• Генерация переменного тока стандартной частоты
• Высокая надежность асинхронных двигателей
• Возможность работы в широком диапазоне скоростей ветра

Это делает их привлекательным вариантом для частного использования в сельской местности и на дачах.

Недостатки ветрогенераторов из асинхронных двигателей

У самодельных ветрогенераторов на базе асинхронных двигателей есть и некоторые недостатки:

• Относительно низкий КПД (30-40%)
• Необходимость в системе возбуждения
• Сложность стабилизации частоты тока
• Шум при работе на высоких оборотах
• Большой вес конструкции
• Потребность в регулярном обслуживании

Однако при грамотном проектировании эти недостатки можно минимизировать. Важно правильно рассчитать все параметры системы.

Расчет параметров ветрогенератора из асинхронного двигателя

При проектировании ветрогенератора из асинхронного двигателя необходимо рассчитать следующие ключевые параметры:

• Мощность генератора в зависимости от скорости ветра
• Диаметр ветроколеса и количество лопастей
• Передаточное отношение редуктора (если используется)
• Емкость конденсаторов возбуждения
• Сечение проводов и мощность выпрямителя
• Емкость аккумуляторной батареи

Расчеты проводятся с учетом характеристик выбранного асинхронного двигателя и требуемой выходной мощности. Важно обеспечить согласование всех элементов системы.

Применение ветрогенераторов из асинхронных двигателей

Самодельные ветрогенераторы на основе асинхронных двигателей находят применение в следующих областях:

• Электроснабжение частных домов и дач
• Освещение и электрификация хозяйственных построек
• Подача воды из скважин с помощью насосов
• Подогрев воды в системах отопления
• Подзарядка автомобильных аккумуляторов
• Питание маломощных бытовых приборов
• Резервное электроснабжение

При правильном проектировании такие ветрогенераторы могут обеспечить существенную экономию на оплате электроэнергии, особенно в регионах с хорошим ветропотенциалом.

Как сделать ветрогенератор из асинхронного двигателя

Дата публикации: 22 февраля 2019

Содержание

• Принцип работы асинхронного двигателя и генератора
• Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя
• Тестирование генератора
• Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора
• Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Для самодельного ветряка удобно использовать асинхронный генератор. Он сразу вырабатывает переменный ток, и нет необходимости подключать инвертор, что упрощает схему сборки. Это означает, что всеми бытовыми приборами можно пользоваться прямо от ветряка. Сделать асинхронный генератор своими руками несложно. Достаточно найти старый асинхронный двигатель (АД) от какого-либо бытового прибора и использовать его в качестве основы для ветряка. Понадобится, правда, несложная переделка.

Принцип работы асинхронного двигателя и генератора

Асинхронный двигатель — это электродвигатель переменного тока. Его особенность состоит в том, что магнитное поле, которое производится током обмотки статора, и ротор вращаются с разной частотой. В синхронных двигателях их частота совпадает. Наиболее распространенная конструкция АД включает в себя фазный ротор и статор, между которыми находится воздушный зазор. Но встречаются и двигатели с короткозамкнутым ротором. Активная часть АД — это магнитопровод и обмотки. Остальные элементы обеспечивают жесткость конструкции, возможность вращения и охлаждение. Ток в таком двигателе появляется благодаря электромагнитной индукции, которая возникает при вращении магнитного поля с определенной скоростью.

В свою очередь, асинхронный ветрогенератор — это двигатель, который работает в генераторном режиме. Приводной ветродвигатель вращает ротор и магнитное поле в одном направлении. При этом возникает отрицательное скольжение ротора, на валу появляется тормозящий момент, после чего энергия передается на аккумулятор. Для возбуждения ЭДС в дело идет остаточная намагниченность ротора, а усиление ЭДС происходит за счет конденсаторов.

Изготовление ветрогенератора своими руками из асинхронного двигателя

Чтобы приспособить АД под ветряк, вам нужно создать в нем движущееся магнитное поле. Для этого проведите ряд преобразований:

1. Подберите неодимовые магниты для ротора. От их силы и количества зависит сила магнитного поля.
2. Проточите ротор под магниты. Это можно сделать при помощи токарного станка. Снимите пару миллиметров со всей поверхности сердечника и дополнительно сделайте углубления под магниты. Толщина проточки зависит от выбранных магнитов.
3. Сделайте разметку ротора на четыре полюса. На каждом разместите магниты (от восьми штук на полюс, но лучше больше).
4. Теперь нужно зафиксировать магниты. Сделать это можно при помощи суперклея, но тогда удерживайте элементы пальцами до тех пор, пока клей не схватится (при контакте с ротором магниты будут менять свое положение). Или закрепите все элементы скотчем.
5. Следующий шаг — заполнение свободного пространства между магнитами эпоксидной смолой.
   Для этого обмотайте ротор с магнитами бумагой, поверх нее намотайте скотч, а концы бумажного кокона загерметизируйте пластилином. После изготовления такой защиты внутрь можно заливать смолу. Когда эпоксидка окончательно высохнет, удалите бумагу.
6. Зачистите поверхность ротора наждачкой. Для этого используйте бумагу средней зернистости.
7. Определите два роторных провода, которые ведут к рабочей обмотке. Остальные провода обрежьте, чтобы не путаться.

На этом основные преобразования завершены. Дополнительно вы можете приобрести контроллер, а из кремниевых диодов сделать выпрямитель для вашего ветрогенератора. Кроме того, проверьте вращение двигателя. Если ход тугой, замените подшипники. Быстрый совет: если хотите увеличить силу тока, а также снизить напряжение в вашем агрегате, то не поленитесь и перемотайте статор толстой проволокой.

Тестирование генератора

Перед установкой готового генератора на осевую конструкцию или мачту нужно его протестировать. Для тестирования понадобится дрель или шуруповерт, а также какая-нибудь нагрузка, например, обычная лампочка, которую вы используете в быту. Подсоедините их к вашему агрегату и посмотрите, на каких оборотах лампочка горит ярко и ровно.

Если тестирование показывает хорошие результаты, то можно приступать к монтажу ветряка. Для этого необходимо изготовить лопастные элементы, осевую конструкцию, подобрать аккумулятор. Подробнее о том, как собрать ветрогенератор, можно почитать здесь.

Правила эксплуатации асинхронного ветрогенератора

Такой ветряк обладает рядом особенностей, которые нужно учитывать при эксплуатации:

• Будьте готовы, что КПД готового устройства будет постоянно колебаться (в пределах 50%). Устранить этот недостаток невозможно, это издержки процесса преобразования энергии.
• Позаботьтесь о качественной изоляции, а также заземлении ветрогенератора. Это обязательное требование безопасности.
• Сделайте кнопки для управления устройством. Это значительно упростит его использование в дальнейшем.
• Кроме того, предусмотрите места для подключения измерительных приборов. Это обеспечит вас данными о работе вашего агрегата, позволит проводить диагностику.

Преимущества и недостатки ветрогенератора из асинхронного двигателя

Если сравнивать асинхронный и синхронный ветрогенераторы, то у асинхронных есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества заключаются в следующем:

• Мощные устройства с простой конструкцией, небольшими размерами и весом.
• Высокий уровень эффективности при выработке энергии.
• Нет необходимости в инверторе, потому что такой ветрогенератор производит переменный ток (220/380В). Он может непосредственно питать бытовые устройства или работать параллельно с сетью централизованного энергоснабжения.
• Выходное напряжение очень стабильно.
• Частота на выходе не зависит от скоростей ротора.
• Обладает высокой устойчивостью к коротким замыканиям, защищен от влаги и грязи.
• Может служить многие годы, так как содержит мало изнашивающихся элементов.
• Работает на конденсаторном возбуждении.

Недостатки такие:

• При отсутствии аккумулятора асинхронный генератор может затухать в моменты перегрузки. Это является ограничителем для использования такого агрегата. Но для ветряка такой недостаток неактуален, потому что его конструкция предполагает накопитель энергии. О том, как выбрать аккумулятор для ветряка, можно прочитать здесь.
• Конденсаторные батареи имеют высокую стоимость, поэтому переделка старого АД — это оптимальное решение вопроса.
• Оборотность генератора находится в обратной зависимости от его массы.

Таким образом, ветрогенератор своими руками из асинхронного трехфазного двигателя — это недорогое и удобное решение для дома.

Генератор из асинхронного электродвигателя: схемы и описание изготовления

Подробное описание как сделать трёхфазный (однофазный) генератор 220/380В на базе асинхронного электродвигателя переменного тока.

Устройство и принцип работы асинхронного генератора

Главными рабочими частями асинхронного генератора является ротор (подвижная деталь) и статор (неподвижный). На рисунке ротор расположен справа, а статор слева.

Обратите внимание на устройство ротора. На нём не видно обмоток из медной проволоки.

На самом деле обмотки существуют, но они состоят из алюминиевых стержней короткозамкнутых на кольца, расположенные с двух сторон. На фото стержни видны в виде косых линий.

Конструкция короткозамкнутых обмоток образует, так называемую, «беличью клетку». Пространство внутри этой клетки заполнено стальными пластинами. Если быть точным, то алюминиевые стержни впрессовываются в пазы, проделанные в сердечнике ротора.

Асинхронная машина, устройство которой описано выше, называется генератором с короткозамкнутым ротором. Тот, кто знаком с конструкцией асинхронного электродвигателя, наверняка заметил схожесть в строении этих двух машин. По сути дела они ничем не отличаются, так как асинхронный генератор и короткозамкнутый электродвигатель практически идентичны, за исключением дополнительных конденсаторов возбуждения, используемых в генераторном режиме.
Ротор расположен на валу, который сидит на подшипниках, зажимаемых с двух сторон крышками. Вся конструкция защищена металлическим корпусом. Генераторы средней и большой мощности требуют охлаждения, поэтому на валу дополнительно устанавливается вентилятор, а сам корпус делают ребристым

Принцип действия

По определению, генератором является устройство, преобразующее механическую энергию в электрический ток. При этом не имеет значения, какая энергия используется для вращения ротора: ветровая, потенциальная энергия воды или же внутренняя энергия, преобразуемая турбиной либо ДВС в механическую.

В результате вращения ротора магнитные силовые линии, образованные остаточной намагниченностью стальных пластин, пересекают обмотки статора. В катушках образуется ЭДС, которая, при подсоединении активных нагрузок, приводит к образованию тока в их цепях.

При этом важно, чтобы синхронная скорость вращения вала немного (примерно на 2 – 10%) превышала синхронную частоту переменного тока (задаётся количеством полюсов статора). Другими словами, необходимо обеспечить асинхронность (несовпадение) частоты вращения на величину скольжения ротора.

Следует заметить, что полученный таким образом ток будет небольшим. Чтобы повысить выходную мощность необходимо увеличить магнитную индукцию. Добиваются повышения КПД устройства путём подключения конденсаторов к выводам катушек статора.

Работа асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Если отключенный от сети асинхронный двигатель привести во вращение от какого-либо первичного двигателя, то в соответствии с принципом обратимости электрических машин при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется некоторая ЭДС. Если теперь к зажимам статорной обмотки подключить батарею конденсаторов С, то в обмотках статора потечёт опережающий ёмкостный ток, являющийся в данном случае намагничивающим.

Ёмкость батареи С должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора: только в этом случае происходит самовозбуждение генератора и на обмотках статора устанавливается трёхфазная симметричная система напряжений. Значение напряжения зависит, в конечном счёте, от характеристики машины и ёмкости конденсаторов. Таким образом, асинхронный короткозамкнутый электродвигатель может быть превращен в асинхронный генератор.

 

Стандартная схема включения асинхронного электродвигателя в качестве генератора.

Можно подобрать емкость так, чтобы номинальное напряжение и мощность асинхронного генератора равнялись соответственно напряжению и мощности при работе его в качестве электродвигателя.

В таблице приведены емкости конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750….1500 об/мин). Здесь реактивная мощность Q определена по формуле:

Q = 0,314·U2·C·10-6

где С — ёмкость конденсаторов, мкФ.

Как видно из приведённых данных, индуктивная нагрузка на асинхронный генератор, понижающая коэффициент мощности, вызывает резкое увеличение потребной ёмкости. Для поддержания напряжения постоянным с увеличением нагрузки необходимо увеличивать и ёмкость конденсаторов, то есть подключать дополнительные конденсаторы. Это обстоятельство необходимо рассматривать как недостаток асинхронного генератора.

Частота вращения асинхронного генератора в нормальном режиме должна превышать асинхронную на величину скольжения S = 2…10%, и соответствовать синхронной частоте. Не выполнение данного условия приведёт к тому, что частота генерируемого напряжения может отличаться от промышленной частоты 50 Гц, что приведёт к неустойчивой работе частото-зависимых потребителей электроэнергии: электронасосов, стиральных машин, устройств с трансформаторным входом.

Особенно опасно снижение генерируемой частоты, так как в этом случае понижается индуктивное сопротивление обмоток электродвигателей, трансформаторов, что может стать причиной их повышенного нагрева и преждевременного выхода из строя.

В качестве асинхронного генератора может быть использован обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель соответствующей мощности без каких-либо переделок.

В случае самостоятельного изготовления батареи, следует использовать конденсаторы типа МБГО, МБГП, МБГТ, К-42-4 и др. на рабочее напряжение не менее 600 В. Электролитические конденсаторы применять нельзя.

Рассмотренный выше вариант подключения трёхфазного электродвигателя в качестве генератора можно считать классическим, но не единственным. Существуют и другие способы, которые так же хорошо зарекомендовали себя на практике. Например, когда батарея конденсаторов подключается к одной или двум обмоткам электродвигателя-генератора.

Двухфазный режим асинхронного генератора

 

схема двухфазный режим асинхронного генератора

Такую схему следует использовать тогда, когда нет необходимости в получении трёхфазного напряжения. Этот вариант включения уменьшает рабочую ёмкость конденсаторов, снижает нагрузку на первичный механический двигатель в режиме холостого хода и т.о. экономит «драгоценное» топливо.

В качестве генераторов, вырабатывающих переменное однофазное напряжение 220 В, можно использовать однофазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели бытового назначения: от стиральных машин типа «Ока», «Волга», поливальных насосов «Агидель», «БЦН» и пр.

 

 

Схема: генератор из однофазного асинхронного двигателя

Здесь конденсаторная батарея может подключаться параллельно рабочей обмотке, либо можно использовать уже имеющийся фазосдвигающий конденсатор, подключенный к пусковой обмотке. Емкость этого конденсатора, возможно, следует несколько увеличить. Его величина будет определяться характером нагрузки, подключаемой к генератору: для активной нагрузки (электропечи, лампочки освещения, электропаяльники) требуется небольшая емкость, индуктивной (электродвигатели, телевизоры, холодильники) — больше.

Двигатель для вращения ротора асинхронного генератора

Теперь несколько слов о первичном механическом двигателе, который будет приводить во вращение генератор. Как известно, любое преобразование энергии связано с её неизбежными потерями. Их величина определяется КПД устройства. Поэтому мощность механического двигателя должна превышать мощность асинхронного генератора на 50…100%.

Например, при мощности асинхронного генератора 5 кВт, мощность механического двигателя должна быть 7,5…10 кВт.

С помощью передаточного механизма добиваются согласования оборотов механического двигателя и генератора так, чтобы рабочий режим генератора устанавливался на средних оборотах механического двигателя. При необходимости, можно кратковременно увеличить мощность генератора, повышая обороты механического двигателя.

Каждая автономная электростанция должна содержать необходимый минимум навесного оборудования: вольтметр переменного тока (со шкалой до 500 В), частотомер (желательно) и три выключателя.

Один выключатель подключает нагрузку к генератору, два других — коммутируют цепь возбуждения. Наличие выключателей в цепи возбуждения облегчает запуск механического двигателя, а также позволяет быстро снизить температуру обмоток генератора, после окончания работы – ротор невозбужденного генератора еще некоторое время вращают от механического двигателя. Эта процедура продлевает активный срок службы обмоток генератора.

Если с помощью генератора предполагается запитывать оборудование, которое в обычном режиме подключается к сети переменного тока (например, освещение жилого дома, бытовые электроприборы), то необходимо предусмотреть двухфазный рубильник, который в период работы генератора будет отключать данное оборудование от промышленной сети. Отключать надо оба провода: «фазу» и «ноль»!

В заключение несколько общих советов

1. Генератор переменного тока является устройством повышенной опасности. Применяйте напряжение 380 В только в случае крайней необходимости, во всех остальных случаях пользуйтесь напряжением 220 В.

2. По требованиям техники безопасности электрогенератор необходимо оборудовать заземлением.

3. Обратите внимание на тепловой режим генератора. Он «не любит» холостого хода. Снизить тепловую нагрузку можно более тщательным подбором емкости возбуждающих конденсаторов.

4. Не ошибитесь с мощностью электрического тока, вырабатываемого генератором. Если при работе трёхфазного генератора используется одна фаза, то её мощность будет составлять 1/3 общей мощности генератора, если две фазы — 2/3 общей мощности генератора.

5. Частоту переменного тока, вырабатываемого генератором, можно косвенно контролировать по выходному напряжению, которое в режиме «холостого хода» должно на 4…6 % превышать промышленное значение 220/380 В.

На фото: бензогенератор из асинхронного электродвигателя и бензинового мотора.

Введение в малые ветряные турбины

Ветер долгое время был важным источником энергии в США. Механический ветряк был одним из двух «высокотехнологичных» изобретений (вторым была колючая проволока) конца 1800-х годов, которые позволили нам освоить большую часть наших западных границ. С 1860-х годов в США было установлено более 8 миллионов механических ветряных мельниц, и некоторые из этих установок эксплуатируются более ста лет. Еще в 1920-х и 1930-х годах, до того, как REA начала субсидировать сельские электрические курятники и линии электропередачи, фермерские семьи по всему Среднему Западу использовали ветряные генераторы для питания освещения, радиоприемников и кухонных приборов. Скромная ветроэнергетика, сложившаяся к 1930-е годы были буквально вытеснены из бизнеса государственной политикой, отдающей предпочтение строительству линий электропередач и электростанций, работающих на ископаемом топливе.

В конце 1970-х и начале 1980-х годов повышенный интерес вновь привлекла энергия ветра как возможное решение энергетического кризиса. Поскольку домовладельцы и фермеры искали различные альтернативы возобновляемым источникам энергии для производства электроэнергии, небольшие ветряные турбины стали наиболее рентабельной технологией, способной сократить их счета за коммунальные услуги. Налоговые льготы и благоприятные федеральные правила (PURPA) позволили установить более 4500 небольших ветряных систем мощностью 1–25 кВт в отдельных домах между 1976-1985. За тот же период было установлено еще 1000 систем в различных удаленных приложениях. Небольшие ветряки были установлены во всех пятидесяти штатах. Однако ни одна из небольших компаний по производству ветряных турбин не принадлежала крупным компаниям, приверженным долгосрочному развитию рынка, поэтому, когда в конце 1985 года истек срок действия федеральных налоговых льгот, а два месяца спустя цены на нефть упали до 10 долларов за баррель, турбинная промышленность вновь исчезла. Компании, которые пережили эту «рыночную корректировку» и сегодня производят небольшие ветряные турбины, имеют самые надежные машины и самую лучшую репутацию.

Стоимость малых ветряных турбин

Небольшие ветряные турбины могут быть привлекательной альтернативой или дополнением к фотогальванике. В отличие от фотоэлектрических систем, стоимость которых в основном остается неизменной независимо от размера массива, ветряные турбины становятся дешевле с увеличением размера системы.

Стоимость регуляторов и средств управления практически одинакова для фотоэлектрических и ветряных электростанций. Несколько удивительно, что стоимость башен для ветрогенераторов примерно такая же, как стоимость эквивалентных фотоэлектрических стоек и трекеров. Стоимость проводки обычно выше для фотоэлектрических систем из-за большого количества соединений.

Для домовладельцев, подключенных к коммунальной сети, небольшие ветряные турбины, как правило, являются лучшим «следующим шагом» после того, как были сделаны все меры по сохранению и повышению эффективности. Типичный дом потребляет от 800 до 2000 кВтч электроэнергии в месяц, а ветряная турбина или фотоэлектрическая система мощностью 4-10 кВт — это то, что нужно для удовлетворения этого спроса. При таком размере небольшие ветряные турбины могут быть намного дешевле.

Надежность малых ветряных турбин

В прошлом надежность была «ахиллесовой пятой» малых ветряных турбин. Небольшие турбины, разработанные в конце 1970-е имели заслуженную репутацию не очень надежных. Сегодняшние продукты, однако, технически более совершенны по сравнению с этими более ранними устройствами, и они значительно более надежны. В настоящее время доступны небольшие турбины, которые могут работать 5 и более лет даже в суровых условиях без необходимости технического обслуживания или проверок, а также предоставляется 5-летняя гарантия. Надежность и стоимость эксплуатации этих установок не уступает фотоэлектрическим системам.

Доступность энергии ветра

Энергия ветра – это форма солнечной энергии, вырабатываемая неравномерным нагревом поверхности Земли. Ветровые ресурсы лучше всего использовать вдоль береговой линии, на холмах и в северных штатах, но пригодные для использования ветровые ресурсы можно найти в большинстве районов. В качестве источника энергии энергия ветра менее предсказуема, чем солнечная энергия, но обычно она доступна в течение большего количества часов в течение дня. Ветровые ресурсы зависят от рельефа местности и других факторов, которые делают их гораздо более специфичными для конкретного места, чем солнечная энергия. Например, в холмистой местности у вас и вашего соседа, вероятно, будет одинаковый солнечный ресурс. Но у вас может быть гораздо лучший ветровой ресурс, чем у вашего соседа, потому что ваша собственность находится на вершине холма или имеет лучшее воздействие на преобладающее направление ветра. И наоборот, если ваша собственность находится в овраге или на подветренной стороне холма, ваш ветровой ресурс может быть значительно ниже. В связи с этим энергию ветра следует рассматривать более внимательно, чем солнечную энергию.

Энергия ветра следует сезонным моделям, которые обеспечивают наилучшие показатели в зимние месяцы и самые низкие в летние месяцы. Это полная противоположность солнечной энергии. По этой причине ветряные и солнечные системы хорошо работают вместе в гибридных системах. Эти гибридные системы обеспечивают более стабильную круглогодичную производительность, чем системы, работающие только на ветровой или фотоэлектрической энергии. Одним из наиболее активных сегментов рынка для небольших производителей ветряных турбин являются владельцы фотоэлектрических систем, которые расширяют свои системы за счет энергии ветра.

Механика малых ветряных турбин

Большинство ветряных турбин представляют собой пропеллерные системы с горизонтальной осью. Системы с вертикальной осью, такие как взбивалка для яиц типа Darrieus и системы типа S-образного ротора типа Savonius, оказались более дорогими. Ветряная турбина с горизонтальной осью состоит из ротора, генератора, основной рамы и, как правило, хвостовой части. Ротор улавливает кинетическую энергию ветра и преобразует ее во вращательное движение для привода генератора. Ротор обычно состоит из двух или трех лопастей. Трехлопастной блок может быть немного более эффективным и будет работать более плавно, чем ротор с двумя лопастями, но они также стоят дороже. Лопасти обычно изготавливаются из дерева или стекловолокна, потому что эти материалы обладают необходимым сочетанием прочности и гибкости (и они не мешают телевизионным сигналам!).

Генератор обычно специально разработан для ветряной турбины. Генераторы переменного тока с постоянными магнитами популярны, потому что они устраняют необходимость в обмотках возбуждения. Низкооборотный генератор с прямым приводом является важной особенностью, поскольку системы, в которых используются редукторы или ремни, обычно не отличаются надежностью. Основная рама является структурной основой ветряной турбины и включает в себя «контактные кольца», которые соединяют вращающуюся (поскольку она указывает на изменение направления ветра) ветряную турбину и неподвижную проводку башни. Хвост выравнивает ротор по ветру и может быть частью защиты от превышения скорости.

Ветродвигатель обманчиво сложен в разработке, и многие из первых агрегатов были не очень надежными. Фотоэлектрический модуль по своей природе надежен, поскольку в нем нет движущихся частей, и, как правило, один фотоэлектрический модуль так же надежен, как и другой. С другой стороны, ветряная турбина должна иметь движущиеся части, а надежность конкретной машины определяется уровнем навыков, используемых при ее проектировании и проектировании. Другими словами, может быть большая разница в надежности, прочности и ожидаемом сроке службы от одного бренда к другому. Это урок, который часто ускользает от дилеров и клиентов, привыкших работать с солнечными модулями.

Малые башни ветряных турбин

Ветряная турбина должна иметь четкий выстрел по ветру, чтобы работать эффективно. Турбулентность, которая одновременно снижает производительность и «нагружает» турбину сильнее, чем гладкий воздух, наиболее высока у земли и уменьшается с высотой. Кроме того, скорость ветра увеличивается с высотой над землей. Как правило, вы должны установить ветряную турбину на башне так, чтобы она находилась не менее чем в 30 футах над любыми препятствиями в пределах 300 футов. Меньшие турбины обычно устанавливаются на более короткие башни, чем большие турбины. Например, турбина мощностью 250 Вт часто устанавливается на башне высотой 30–50 футов, а для турбины мощностью 10 кВт обычно требуется башня высотой 80–120 футов. Мы не рекомендуем устанавливать ветряные турбины в небольших зданиях, в которых живут люди, из-за присущих им проблем турбулентности, шума и вибрации.

Наименее дорогой тип мачты — это мачта с растяжками, которая обычно используется для радиолюбительских антенн. Башни с оттяжками меньшего размера иногда строятся из трубчатых секций или труб. Самонесущие башни решетчатой ​​или трубчатой ​​конструкции занимают меньше места и более привлекательны, но и дороже. Телефонные столбы можно использовать для небольших ветряных турбин. Башни, особенно башни с оттяжками, могут быть закреплены на петлях у основания и соответствующим образом оборудованы, чтобы их можно было наклонять вверх или вниз с помощью лебедки или транспортного средства. Это позволяет выполнять все работы на уровне земли. Некоторые башни и турбины могут быть легко установлены покупателем, в то время как другие лучше доверить обученным специалистам. Устройства против падения, состоящие из троса с фиксирующей направляющей, доступны и настоятельно рекомендуются для любой башни, на которую нужно подняться. Следует избегать алюминиевых опор, так как они склонны к образованию трещин. Башни обычно предлагаются производителями ветряных турбин, и покупка одной из них — лучший способ обеспечить надлежащую совместимость.

Оборудование для удаленных систем

Оборудование для баланса систем, используемое с небольшой ветряной турбиной в удаленном приложении, по существу такое же, как и для фотоэлектрической системы. Большинство ветряных турбин, предназначенных для зарядки аккумуляторов, оснащены регулятором для предотвращения перезарядки. Регулятор специально разработан для работы с этой конкретной турбиной. Фотоэлектрические регуляторы, как правило, не подходят для использования с небольшими ветряными турбинами, потому что они не предназначены для обработки изменений напряжения и тока, характерных для турбин. Выход регулятора обычно подключается к центру источника постоянного тока, который также служит точкой подключения для других источников постоянного тока, нагрузок и аккумуляторов. Для гибридной системы фотоэлектрическая и ветровая системы подключаются к центру источника постоянного тока через отдельные регуляторы, но, как правило, никаких специальных средств управления не требуется. Для небольших ветряных турбин общее эмпирическое правило заключается в том, что емкость аккумуляторной батареи в Ач должна как минимум в шесть раз превышать максимальный зарядный ток возобновляемых источников энергии, включая любые фотоэлектрические элементы. Ветроэнергетика имеет хороший опыт использования аккумуляторных батарей меньшего размера, чем те, которые обычно рекомендуются для фотоэлектрических приложений.

Быть вашей собственной коммунальной компанией

Федеральные правила PURPA, принятые в 1978 году, позволяют вам подключать подходящий генератор, работающий на возобновляемых источниках энергии, к вашему дому или бизнесу, чтобы сократить потребление электроэнергии, поставляемой коммунальными службами. Этот же закон требует, чтобы коммунальные предприятия покупали любую избыточную электроэнергию по цене (избегаемая стоимость), как правило, ниже розничной стоимости электроэнергии. Примерно в полудюжине штатов с «вариантами выставления счетов за чистую энергию» небольшим системам разрешено запускать счетчик в обратном направлении, поэтому они получают полную розничную ставку за избыточное производство. Из-за высоких накладных расходов коммунальных служб на ведение нескольких специальных счетов клиентов, обрабатываемых вручную, выставление счетов за чистую энергию на самом деле обходится им дешевле. В этих системах не используются батареи. Выходная мощность ветряной турбины совместима с электроэнергией сети с помощью инвертора с линейной коммутацией или асинхронного генератора. Затем выход подключается к панели бытового выключателя на специальном выключателе, как большой прибор. Когда ветряная турбина не работает или не вырабатывает столько электроэнергии, сколько нужно дому, дополнительная необходимая электроэнергия поставляет коммунальное предприятие. Точно так же, если турбина выдает больше энергии, чем нужно дому, избыток мгновенно «продается» коммунальным предприятиям. По сути, коммунальное предприятие действует как очень большой банк аккумуляторов, и коммунальное предприятие «видит» ветряную турбину как отрицательную нагрузку. После более чем 200 миллионов часов взаимосвязанной работы мы теперь знаем, что небольшие ветряные турбины, соединенные между собой, безопасны, не мешают работе ни коммунального, ни пользовательского оборудования и не нуждаются в каком-либо специальном защитном оборудовании для успешной работы.

Сотни домовладельцев по всей стране, которые установили ветряные турбины мощностью 4-12 кВт во времена налоговых льгот в начале 1980-х годов, теперь имеют все оплаченное и ежемесячные счета за электричество в размере 8-30 долларов, в то время как их соседи имеют счета в диапазон 100-200$ в месяц. Проблема, конечно, в том, что эти налоговые льготы давно закончились, и без них большинство домовладельцев сочтут стоимость подходящего ветрогенератора непомерно высокой. Например, турбина мощностью 10 кВт (наиболее распространенный размер для дома) обычно стоит 28 000–35 000 долларов США. Для тех, кто платит 12 центов за киловатт-час или более за электроэнергию в районе со средней скоростью ветра 10 миль в час или более (класс 2 Министерства энергетики США) и с площадью земли или более (большие турбины), жилой ветряк турбина конечно заслуживает внимания. Сроки окупаемости обычно составляют 8-16 лет, а некоторые ветряные турбины рассчитаны на тридцать и более лет.

Производительность малой ветряной турбины

Номинальная мощность ветряной турбины не является хорошей основой для сравнения одного продукта с другим. Это связано с тем, что производители могут свободно выбирать скорость ветра, при которой они оценивают свои турбины. Если номинальные скорости ветра не совпадают, то сравнение двух продуктов может ввести в заблуждение. К счастью, Американская ассоциация ветроэнергетики приняла стандартный метод оценки эффективности производства энергии. Производители, которые следуют стандарту AWEA, будут предоставлять информацию о годовой выработке энергии (AEO) при различных среднегодовых скоростях ветра. Эти цифры AEO подобны расчетному расходу топлива EPA для вашего автомобиля, они позволяют вам честно сравнивать продукты, но они не говорят вам, какова будет ваша фактическая производительность («ваша производительность может отличаться»).

Карты ветровых ресурсов для США составлены Министерством энергетики. Эти карты показывают ресурс по «классам мощности», что означает, что средняя скорость ветра, вероятно, будет находиться в определенном диапазоне. Чем выше класс мощности, тем лучше ресурс. Мы говорим, вероятно, из-за эффектов местности, упомянутых ранее. На открытой местности карты DOE вполне хороши, но в холмистой или гористой местности их следует использовать с большой осторожностью. Ресурс ветра определяется для стандартной высоты датчика ветра 33 фута (10 м), поэтому вы должны скорректировать среднюю скорость ветра для высоты ветряной башни выше этой высоты, прежде чем использовать информацию об УЭО, предоставленную производителем. Производительность ветряных турбин также обычно снижается из-за высоты, как у самолета, и из-за турбулентности. Производители ветряных турбин обычно могут предоставлять компьютерные прогнозы производительности своих турбин практически на любом объекте.

Как правило, энергию ветра следует учитывать, если средняя скорость ветра превышает 8 миль в час (большинство, но не все, класс 1 и все другие классы) для удаленного применения и 10 миль в час (класс 2 или выше) для удаленного применения. служебное приложение. Если вы живете в не слишком холмистой местности, то карту ветряных ресурсов Министерства энергетики США можно использовать для достаточно точного расчета ожидаемой производительности ветряной турбины на вашем участке. В условиях сложного рельефа необходимо оценить экспозицию участка, чтобы скорректировать среднюю скорость ветра, используемую для этого расчета. В большинстве случаев нет необходимости контролировать скорость ветра с помощью записывающего анемометра перед установкой небольшой ветряной турбины. Но в некоторых ситуациях стоит потратить $300-1000 и подождать год, чтобы выполнить ветровую съемку. Производители и продавцы оборудования могут помочь разобраться в этих вопросах.

Книги по ветроэнергетике

На сегодняшний день лучшим источником общей информации о технологии и применении малых ветряных турбин является книга, написанная в 1993 году Полом Гипом. Г-н Гип имеет более чем 15-летний опыт работы с малыми ветроустановками и является всемирно известным автором и лектором по этому вопросу. Эта книга «Энергия ветра для дома и бизнеса » находится в мягком переплете и содержит чуть более 400 страниц. Книга Джайпа легко читается, в ней много примеров, иллюстраций и много здравого смысла. Мы настоятельно рекомендуем это.

Переносная ветряная турбина мощностью 10 кВт | Распределенная возобновляемая энергия

Мобильная электростанция — это портативная ветряная турбина мощностью 10 кВт, которая обеспечивает недорогую чистую энергию в любое время и в любом месте.

Ветряная турбина умещается в 20-футовом транспортном контейнере, ее можно буксировать обычным транспортным средством, а установка занимает один час без необходимости благоустройства площадки или длительных исследований ветра. Машина спроектирована так, чтобы быть особенно эффективной при низких скоростях ветра, что позволяет удобно разместить ее рядом с клиентами, особенно в районах, которые исторически полагались на дизельные генераторы для получения энергии.

 

Мобильная электростанция будет генерировать электроэнергию по ценам ниже коммунальных, открывая множество возможностей для коммерческого, жилого, государственного, военного и гуманитарного рынков.

Помимо дешевой энергии, машина будет бесценна для оказания помощи при стихийных бедствиях и других мобильных операций, которые ограничены ограничениями энергосистемы и/или наличием топлива.

Узнайте больше о нашей турбине

Самая передовая ветряная турбина, которая также является портативной

Больше мощности

Интеллектуальные технологии в сочетании с высокой эффективностью обеспечивают непревзойденную удельную мощность и исключительную производительность при низкой скорости ветра.

Меньше затрат

Производит электроэнергию с меньшими затратами, чем дизельные генераторы, солнечная энергия и тарифы на коммунальные услуги в США.

НЕПРЕВЗОЙДЕННАЯ Универсальность

Возобновляемая энергия в действительно портативном корпусе обеспечивает независимость от электросети, открывая бесчисленные области применения.

• 10 кВт портативная ветряная турбина

• Корабли в 20 ‘контейнер для доставки или два в контейнере ISO 40’

• буксируемые на стандартном транспортном средстве

• Устанавливаются за 1 час на 1 человек

• . Способна обеспечивать электроэнергией до 15 американских домов, деревень, заводов, ферм, военных объектов и автономных коммерческих операций

• Самая технологически продвинутая ветряная турбина, которая также является портативной

• управляет независимыми от силовой сетки

• Оптимизирован для условий низкой скорости ветра, которые обычно встречаются там, где люди живут и работают

• . Не требует усовершенствования площадки, тяжелого оборудования или специализированной рабочей силы

• Различные формы хранения энергии

• Чистая энергия Альтернатива дизельным генераторам

Полный список спецификаций

Компания Uprise Energy со штаб-квартирой в Сан-Диего, штат Калифорния, является результатом эволюции двух предыдущих компаний, которые более 40 лет раздвигали границы энергоэффективности. Имея проверенный послужной список успеха и отмеченные наградами технологии для возобновляемых источников энергии и морской промышленности, Uprise Energy была создана дуэтом отца и сына Джона и Джонатана Найт, чтобы использовать эти достижения таким образом, чтобы сделать мир лучше.