Ветроэлектростанция для частного дома. Ветрогенератор для частного дома: виды, устройство, принцип работы, выбор и установка

alexxlabРазное
Как работает ветрогенератор для частного дома. Какие бывают виды ветряных электростанций. Как правильно выбрать и установить ветрогенератор. Какие факторы влияют на эффективность ветряка.

Содержание

Принцип работы и устройство ветрогенератора

Ветрогенератор — это устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую энергию. Основные элементы конструкции ветрогенератора:

  • Лопасти — улавливают энергию ветра и приводят во вращение вал генератора
  • Вал — передает вращательное движение от лопастей к генератору
  • Генератор — преобразует механическую энергию вращения в электрическую
  • Мачта — удерживает ветрогенератор на высоте
  • Система ориентации по ветру — поворачивает ветряк в направлении ветра
  • Контроллер — регулирует работу генератора и преобразует вырабатываемый ток

Принцип работы ветрогенератора заключается в следующем:

  1. Ветер обтекает лопасти ветряка, заставляя их вращаться
  2. Вращение лопастей передается на вал генератора
  3. Генератор преобразует механическую энергию вращения в электрическую
  4. Контроллер стабилизирует вырабатываемый ток и преобразует его в нужные параметры
  5. Электроэнергия подается потребителям или накапливается в аккумуляторах

Виды ветрогенераторов для частного дома

Существует два основных типа ветрогенераторов, которые могут применяться для частного дома:


1. Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения

Это классический тип ветряков с лопастями, вращающимися вокруг горизонтальной оси. Их преимущества:

  • Высокий КПД — до 45-50%
  • Хорошо работают при сильном ветре
  • Простая и надежная конструкция

Недостатки:

  • Шумность при работе
  • Требуют точной ориентации на ветер
  • Неэффективны при слабом ветре

2. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения

Лопасти таких ветряков вращаются вокруг вертикальной оси. Их достоинства:

  • Работают при любом направлении ветра
  • Малошумны
  • Эффективны при слабом ветре
  • Компактны

Недостатки:

  • Более низкий КПД — до 30-35%
  • Сложнее в изготовлении
  • Менее устойчивы к сильным порывам ветра

Как выбрать ветрогенератор для частного дома

При выборе ветрогенератора для частного использования следует учитывать следующие факторы:

1. Оценка ветрового потенциала участка

Необходимо определить среднегодовую скорость ветра в месте установки. Для эффективной работы ветряка требуется скорость ветра не менее 3-4 м/с. Как оценить ветровой потенциал:


  • Изучить карты ветров для вашего региона
  • Провести измерения анемометром в течение года
  • Проанализировать рельеф и наличие препятствий

2. Расчет необходимой мощности

Мощность ветрогенератора должна покрывать энергопотребление дома с запасом. Для расчета нужно:

  • Определить суммарное энергопотребление всех электроприборов
  • Учесть сезонные колебания потребления
  • Заложить 20-30% запаса мощности

3. Выбор типа ветрогенератора

Для частного дома подойдут:

  • Горизонтально-осевые мощностью 1-5 кВт для сильных ветров
  • Вертикально-осевые мощностью 0.5-3 кВт для слабых ветров

4. Дополнительные критерии выбора

  • Уровень шума — не более 45 дБ
  • Наличие системы защиты от ураганных ветров
  • Качество и надежность генератора
  • Простота монтажа и обслуживания
  • Гарантийные обязательства производителя

Особенности установки ветрогенератора на участке

При монтаже ветрогенератора на частном участке необходимо учитывать следующие моменты:

1. Выбор места установки

Оптимальное место для ветряка должно отвечать требованиям:


  • Максимальная открытость всем направлениям ветра
  • Отсутствие высоких препятствий в радиусе 50-100 м
  • Расположение не ближе 15-20 м от жилых строений
  • Удаленность от линий электропередач

2. Монтаж мачты

Мачта должна обеспечивать устойчивость ветрогенератора:

  • Высота мачты — не менее 10-15 м
  • Прочный фундамент глубиной 1.5-2 м
  • Использование растяжек для дополнительной устойчивости
  • Молниезащита мачты

3. Прокладка кабеля

От ветрогенератора до дома прокладывается силовой кабель:

  • Сечение кабеля подбирается по мощности ветряка
  • Кабель укладывается в траншею глубиной 70-80 см
  • Обязательно заземление системы

4. Монтаж системы управления

В доме устанавливается шкаф управления с оборудованием:

  • Контроллер заряда
  • Инвертор
  • Аккумуляторные батареи
  • Система защиты и автоматики

Факторы, влияющие на эффективность ветрогенератора

Производительность ветряной электростанции зависит от ряда факторов:

1. Скорость и постоянство ветра

Это ключевой фактор эффективности. Выработка энергии пропорциональна кубу скорости ветра. Оптимальная скорость — 7-10 м/с.


2. Высота установки

Чем выше расположен ветрогенератор, тем сильнее и стабильнее ветер. Рекомендуемая высота мачты — от 15 м.

3. Диаметр ветроколеса

Чем больше диаметр лопастей, тем больше энергии ветра они улавливают. Для частного дома оптимально 3-5 м.

4. КПД генератора

Современные ветрогенераторы имеют КПД 25-45%. Чем он выше, тем эффективнее работа ветряка.

5. Аэродинамика лопастей

Оптимальный профиль лопастей обеспечивает максимальный крутящий момент при различных скоростях ветра.

Преимущества и недостатки ветрогенераторов для частного дома

Использование ветряной электростанции имеет свои плюсы и минусы:

Преимущества:

  • Экологически чистый источник энергии
  • Независимость от централизованных сетей
  • Низкие эксплуатационные расходы
  • Долгий срок службы — 20-25 лет
  • Возможность продажи излишков энергии в сеть

Недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования
  • Зависимость от погодных условий
  • Шумность некоторых моделей
  • Необходимость обслуживания
  • Сложности с получением разрешений на установку

Сравнение ветрогенераторов с другими альтернативными источниками энергии

Рассмотрим основные отличия ветрогенераторов от других систем автономного энергоснабжения:


Ветрогенераторы vs солнечные панели

  • Ветряки работают круглосуточно, солнечные панели — только днем
  • Ветрогенераторы эффективнее зимой, солнечные панели — летом
  • Солнечные панели проще в монтаже и обслуживании
  • Ветряки занимают меньше места при той же мощности

Ветрогенераторы vs дизельные генераторы

  • Ветряки не требуют топлива
  • Дизель-генераторы работают независимо от погоды
  • Ветрогенераторы экологичнее и тише
  • Дизельные генераторы дешевле в приобретении

Ветрогенераторы vs мини-ГЭС

  • Ветряки можно установить практически везде
  • Мини-ГЭС вырабатывают энергию стабильнее
  • Ветрогенераторы проще в монтаже
  • Мини-ГЭС имеют больший срок службы

Оптимальным вариантом часто является комбинированная система из нескольких источников энергии, например, ветрогенератор + солнечные панели.


Ветряная электростанция для дома в категории «Промышленное оборудование и станки»

Зарядная станция Bluetti PowerOak EB70, 1000 Вт, 716 Вт*ч (электростанция для дома) + сумка Блюетти

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

19 500 грн

19 800 грн

Купить

Портативный аккумулятор (портативная электростанция) для кемпинга и дома 220В 40800mah Bodasan (ea200)

На складе

Доставка по Украине

4 599 грн

8 999 грн

Купить

Зарядная станция для дома CN-2000(2кВт) Наружный аккумулятор портативная электростанция, Portable power statio

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

46 479.17 грн

55 999 грн

Купить

Зарядная станция для дома P2400(2,4кВт) Наружный аккумулятор портативная электростанция, Portable power

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

65 445. 50 грн

78 850 грн

Купить

Зарядная станция для дома LN3000(3кВт) Наружный аккумулятор портативная электростанция, Portable power station

На складе

Доставка по Украине

91 997.20 грн

110 840 грн

Купить

Портативные Зарядная станция EcoFlow DELTA 2 (1024 Вт·ч), 2400 Вт, Портативная электростанция для дома кварти

Доставка по Украине

56 000 грн

60 000 грн

Купить

Портативное зарядное устройство с розеткой 220 в, Портативная зарядная электростанция Allpowers S200 для дома

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

5 240 грн

10 480 грн

Купить

Электростанция для дома — ALLPowers S300 — max 500W — Portable Power Station — 220v — bluetti — ecoflow

На складе в г. Львов

Доставка по Украине

6 500 — 10 900 грн

от 2 продавцов

10 900 грн

Купить

Портативная электростанция для дома JACKERY EXPLORER 2000 PRO

Доставка по Украине

74 999 грн

Купить

Портативная зарядная электростанция автономная для дома JACKERY EXPLORER 500

Доставка по Украине

20 999 грн

Купить

Контроллер для ветряной электростанции 12/24В 30А

Доставка по Украине

2 100 грн

Купить

MPPT контроллер для ветряной электростанции 12/24В 40А 400 / 800Вт

Доставка по Украине

2 800 грн

Купить

MPPT контроллер для ветряной электростанции 48В 30А 1000Вт

Доставка по Украине

2 800 грн

Купить

MPPT контроллер для ветряной электростанции 48В 40А 1500Вт

Доставка по Украине

3 000 грн

Купить

Дизельные электростанции дизель-генераторы 12,1 кВт для дома и магазина, Однофазные генераторы 220 В

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

120 950 грн

241 900 грн

Купить

Смотрите также

Дизельные электростанции 6.2 квт, Генератор электричества дизельный, дизель-генераторы для дома и для дачи

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

81 000 грн

Купить

Портативные Зарядная станция EcoFlow DELTA 2 (1024 Вт·ч)Универсальный преобразователь электростанция для дома

Доставка по Украине

56 200 грн

60 200 грн

Купить

Портативная зарядная станция мощность 1000 Вт (пик 1.1кВт) BLY 1000, электростанция для дома NDR

Доставка по Украине

49 923 грн

Купить

Портативная зарядная станция FlashFish P15, 1500W/1008 W*h (электростанция для дома)

На складе

Доставка по Украине

30 880 грн

Купить

Зарядная станция EcoFlow River original 600Вт/ 288Вт*ч электростанция для дома екофло ривер

На складе

Доставка по Украине

20 900 грн

22 400 грн

Купить

Портативная зарядная электростанция для дома 220V автономная BPI 1000W 300000mAh 1110Wh

Доставка по Украине

37 820 — 45 750 грн

от 2 продавцов

45 750 грн

61 000 грн

Купить

Портативная зарядная электростанция для дома 220V автономная BPI 2000W 600000mAh 2200Wh

Доставка по Украине

55 800 — 67 500 грн

от 2 продавцов

67 500 грн

90 000 грн

Купить

Портативная зарядная электростанция для дома 220V автономная Jackery Explorer 1000 Вт Pro

На складе в г. Винница

Доставка по Украине

34 720 грн

56 000 грн

Купить

Винница

Зарядная станция Bluetti PowerOak EB70, 1000 Вт, 716 Вт*ч (электростанция для дома) EU

Доставка из г. Одесса

42 120 грн

46 800 грн

Купить

Одесса

Портативная зарядная электростанция BLUETTI EB3A 600Вт Генератор для дома Мобильная батарея для ноутбука plk

Под заказ

Доставка по Украине

24 000 грн

30 000 грн

Купить

Портативная зарядная станция FlashFish P25, 2000W/1573 W*h (электростанция для дома)

Доставка из г. Днепр

50 050 грн

Купить

Зарядная станция Flashfish J1000 Plus, 1000 Вт, 932 Вт*ч (электростанция для дома)

Доставка по Украине

28 490 грн

Купить

Дизельные электростанции дизель-генераторы 7кВт для дома и для дачи, Дизельный электрогенератор

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

45 050 грн

90 100 грн

Купить

Устройство и расчет ветроэлектростанций

Довольно широкое распространение получают ветряные электростанции. Они довольно удобны в использовании на равнинных территориях с частыми и сильными ветрами. Его устройство не очень сложно и многие владельцы частных домов задумываются об установке ветряков или солнечных батарей.

Итак, ветрогенератор или ветряная электростанция или ветроэлектрическая установка – это устройство для преобразования ветровой кинетической энергии в электрическую. Примитивное устройство такого ветрогенератора показано на рисунке ниже:

Ветрогенераторы можно разделить на промышленные и домашние. Промышленные ветроустановки, как правило, устанавливаются энергетическими корпорациями или государствами и объединяются в сети, в результате получаются электростанции использующие энергию ветра для выработки электрической энергии. Большое преимущество таких электростанций в том, что для выработки электричества им не нужно сырья (уголь, нефть, газ), а также они не генерируют отходов в процессе работы. Но есть и требования для них – высокий среднегодовой уровень ветра, иначе их применение будет экономически не целесообразным. Мощности современных ветрогенераторов могут достигать 6 МВт.

Сейчас за умеренные деньги можно купить ветрогенератор для загородного дома и тем самым обеспечить электроэнергией свой загородный дом. Обычно для обеспечения небольшого дома  вполне хватает ветроустановки мощность 1 кВт, но при скорости ветра 8 м/с.

Если средне годовая скорость ветра не достаточна для полного обеспечения дома, ветроустановку можно дополнить солнечными элементами или дизель – генераторной установкой. При этом ветрогенераторы с вертикальными осями могут дополнятся меньшими ветрогенераторами. Как, пример – турбина Дарье вполне успешно может дополнятся ротором Савониуса и при этом они не мешают друг другу, а прекрасно дополняют друг друга.

Ветроэлектростанции в домашнем хозяйстве

Как правило, в домашних хозяйствах ветряки рассматриваются с точки зрения существенной экономии при отоплении, обслуживания теплиц (освещение), а также для снижения потребления электроэнергии из сети, а иногда даже ее генерация в обратно сеть. Большое непостоянство ветра не дает возможности спрогнозировать приблизительное количество электроэнергии, которую может произвести данная установка. Поэтому к постройке ветрогенератора добавляется еще вопрос стабилизации вырабатываемой им энергии.

Главным тормозом массового внедрения ветрогенераторов является довольно высокая стоимость киловатта мощности. Также расходы на их эксплуатацию тоже не маленькие.

Одной из важнейших характеристик ветряка есть так называемый коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ). У самых лучших ветряков этот коэффициент достигает 60 – 80%, а в среднем он составляет 40 – 45%. У любительских ветряков он, как правило, не превышает 35%.

Ниже приведена таблица, в которой приводится примерные значения зависимости мощности установки от диаметра лопастей и скорости ветра:

 Расчет ветрогенератора

Для правильного выбора агрегата нужно точно определить направление преимущественное ветра, его среднюю скорость в месте, где предположительно будет установлен ветряк. Нужно помнить, что скорость начальная вращения лопастей примерно 2 м/с, а максимальный эффект будет достигнут при скорости 9 – 12 м/с. Мощность ветроустановки зависит только от диаметра винта и скорости ветра.

Внизу приведены простейшие формулы для расчета мощности ветроустановки:

Где: Р – мощность, выраженная кВт;

D – диаметр винта, выраженный в метрах;

V – скорость ветра, м/с;

Где: Р – мощность, выраженная Вт;

S – площадь, на которую перпендикулярно дует ветер, выраженная в м2;

V – скорость ветра, м/с;

Как видно из формул выше, на мощность ветроустановки мы можем повлиять диаметром винта, так как не можем повлиять на скорость ветра. Посчитав примерную мощность, полученную от установки ветряка, можно прикинуть, а стоит ли устанавливать ветряк? Если установка ветряка не целесообразна можно выбрать другой альтернативный источник энергии (солнечные батареи) или установить несколько ветряков.

 

Ваша личная ветряная турбина

Фото Кардд/iStock.

Автор Шон Огами

24 июня 2017 г.

В погоне за более дешевой и эффективной энергией ветроэнергетика продолжает увеличивать свои ветряные турбины — к 2025 году морские турбины могут быть выше Эйфелевой башни. Фермы с меньшим количеством турбин большего размера требуют более простой инфраструктуры и меньшего обслуживания, чем фермы с большим количеством турбин меньшего размера той же мощности. Для коммунального ветра чем больше, тем лучше.

Но есть и другой конец шкалы: маленькие ветряки размером с частный дом. Эти небольшие турбины, обычно мощностью от 20 Вт до 100 кВт, представляют собой отрасль внутри отрасли, которая развивается сама по себе.

У Министерства энергетики США есть онлайн-ресурсы о том, когда, зачем и как устанавливать небольшую ветряную турбину на вашем участке, если у вас есть место, разрешения и ветер. Если вы действительно хотите взять на себя обязательства, энергия ветра прекрасно сочетается с солнечной энергией; ветер дует сильнее всего в те месяцы, когда тускнеет солнце, а солнце светит ярче всего, когда стихает ветер.

Очевидным соображением при установке небольшой ветряной турбины является наличие достаточного ветра для ее вращения. Согласно карте ветровых ресурсов Министерства энергетики США, в Соединенных Штатах наиболее ветрено в столбце прямо посередине страны через Дакоту, Небраску, Канзас и нищенские долины Оклахомы и Техаса; обузданные ветры проникают и в штаты Среднего Запада. Для более практической оценки вашего ветрового ресурса купите систему измерения ветра или просто посмотрите на местную зелень: деревья (особенно хвойные и вечнозеленые) в ветреных районах могут расти наклонно.

А наличие самой турбины? В зависимости от того, где вы находитесь, вам может потребоваться рассмотреть правила зонирования. Поскольку коммерческие турбины меньше и обычно стоят отдельно, а не в роще других турбин, они не так угрожают птицам, как турбины коммунального масштаба. Что касается шума, Министерство энергетики утверждает, что «звук ветряной турбины можно выделить из окружающего шума, если приложить сознательные усилия, чтобы его услышать, ветряная турбина жилого размера не является значительным источником шума при большинстве ветровых условий».

а производители, такие как Primus Wind Power, предлагают низкий уровень шума в качестве преимущества. Что касается того, как он будет выглядеть над вашим домом, это дело вкуса.

Исследование, проведенное Navigant Research, прогнозирует, что общая глобальная мощность малых турбин — 176,4 МВт в 2017 году — вырастет до 446,0 МВт к 2026 году. Подавляющее большинство малых турбин в настоящее время находится (и, по прогнозам Navigant, останется) в Азии. , где работает компания Avant Garde Innovations. Avant Garde планирует представить ветряную турбину за 750 долларов, что эквивалентно цене iPhone. Прототип турбины мощностью 300 киловатт рассчитан на 20 лет эксплуатации. Амбиции Avant Garde, согласно их заявлению о миссии, состоят в том, чтобы распространять энергетическую независимость и тем самым «вводить в наш мир более чистую окружающую среду, новое экономическое процветание и социальные изменения». Ожидается, что турбина поступит на рынок «к середине 2017 года».

Другой производитель небольших турбин, Pika Energy, названный в честь исчезающего горного зайцеобразного, получил высокую оценку Министерства энергетики США за свою работу по оптимизации проектирования и производства ветряных турбин. Их турбина T701, которая была выставлена ​​в штаб-квартире Министерства энергетики в феврале 2016 года, является продуктом финансирования Проекта повышения конкурентоспособности Министерства энергетики (CIP), инициативы, в рамках которой было инвестировано 3,9 миллиона долларов в девять производителей ветряных турбин по всей стране.

Благодаря инвестициям Министерства энергетики компания Pika снизила потребительские расходы на свою турбину T701 на 3000 долларов США, до примерно 6000 долларов США, которые могут быть дополнительно снижены за счет федеральных налоговых льгот.

Pika рекламирует, что одна только турбина может обеспечить от 20 до 60 процентов среднего потребления электроэнергии в доме. Как и другие небольшие коммерческие турбины, турбина Pika отличается простотой установки и долговечностью (20 лет). Турбина также может подключаться к Wi-Fi для удаленного мониторинга, обновления и устранения неполадок техническими специалистами Pika Energy.

Есть яхта? Наклейте на него турбину. Primus Wind Power, еще один субподрядчик Проекта повышения конкурентоспособности, производит установленные на яхте турбины, которые вырастают из кормы, создавая впечатление самой громоздкой воздушной лодки в мире. Турбины Primus Air Breeze и Air X спроектированы так, чтобы противостоять соли, жаре и холоду; из двух, X предназначен для использования более быстрого ветра за счет некоторого шума. Primus также продает заземленные аналоги.

United Wind — одна из нескольких компаний, использующих бизнес-модель «аренды ветровой энергии», адаптацию бизнес-моделей аренды солнечных панелей на крыше. United Wind не продает турбины, как это делают Pika или Primus; скорее, они устанавливают и обслуживают турбину бесплатно, а затем взимают фиксированную месячную плату за произведенную электроэнергию. Фиксированный платеж United Wind, как они требуют, сокращает обычные счета за коммунальные услуги и не зависит от роста цен на электроэнергию: тариф United Wind фиксирован на 20-30 лет.

Эта статья была исправлена.

Шон Огами изучает биологию организмов и исследования сред в колледже Питцер, а летом 2017 года проходит стажировку в Sierra.

Другие статьи этого автора

Частные ветряные турбины для домов на одну семью