Ветряные установки стали обычным явлением, их рассматривают как способ экономии. Воздушные потоки над землей содержат большую энергию, которую успешно применяют в промышленных турбинах и небольших установках для личного пользования.
Статья поможет выбрать и установить ветрогенератор для частного дома правильно. В ней описаны правила сборки и эксплуатации мини электростанций. Покупателям даны рекомендации по выбору, приведен рейтинг популярных моделей.
Конструкция и принцип работы ветротурбин
Ветровые генераторы — специальные устройства, преобразующие энергию ветра в электричество. Это автономные источники электроэнергии, подходящие для установки в частных домах, на небольших и средних фермах, а также на промышленных объектах.
Стандартная мини-электростанция для домашнего использования состоит из таких функциональных блоков:
- Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
- Генератор для продуцирования переменного тока.
- КонтроллерДля работы ветряной станции в автоматическом режиме. Регулирует заряд аккумуляторов и распределяет энергию по потребителям.
- НакопительАккумуляторные батареи для хранения вырабатываемого электричества.
- ИнверторДля соответствия параметрам вырабатываемой энергии сетевым стандартам.
- МачтаПодъёмный механизм, поднимающий лопасти на заданную высоту от уровня земли.
Мачты бывают различного типа: свободностоящие без растяжек, жестко закрепленные и поворотные на растяжках. Поворотные мачты могут опускаться и подниматься для обслуживания и ремонта.
Из-за этого кинетическая энергия воздушного потока превращается в механическую, а затем в электрическую. Вот как работает ветряк упрощённо.
Энергия ветроэлектростанции не идет непосредственно к потребителю. Для этого необходимы устройства, преобразующие ток.
После генератора располагается контроллер, преобразующий переменный ток в постоянный. Электричество в таком виде аккумулируется и сохраняется в батареях. Затем из них через инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.
Такая схема снижает колебания напряжения и хранит энергию в моменты отсутствия потребления. Благодаря этому можно использовать ветряные генераторы с меньшей мощностью по сравнению с общей мощностью бытовых приборов.
Можно совмещать автономную ветряную станцию с установкой солнечных панелей и топливных генераторов.
При использовании нескольких устройств для получения электричества схеме добавляют автоматический выключатель (АБП). Его назначение — запуск резервного источника энергии при отключения основного.
В современных ветряных станциях применяют разные конструкции роторов — вращающихся частей. Каждая конструкция имеет свои плюсы и минусы, отличается эффективностью и функциональностью. В настоящее время существует множество разработок автономных систем, взаимодействующих с ветрами разной скорости и силы.
Виды ветряных электростанций
Ветрогенераторы бывают автономными и сетевыми.
Вторые представляют собой системы из десятков или сотен ветряных турбин, работающих сообща и подающие энергию в единую сеть. Мощность автономных устройств редко превышает 75 киловатт, тогда как мощность сетевых установок начинается с отметки 100 киловатт.
По типу конструкции выделяют различные виды ветряных генераторов.
- с вертикальной осью вращения;
- с горизонтальной осью вращения.
Эти приборы предназначены для работы в различных условиях, но чаще всего производятся с горизонтальной осью. Их принцип действия аналогичен работе обычных флюгеров, а конструкция схожа. Ротатор вращается параллельно земле.
Эти агрегаты демонстрируют высокие показатели КПД (около 40%), простую регулировку мощности и более доступную стоимость, однако обладают высоким уровнем шума и вибраций. Кроме того, их нужно направлять в сторону ветра.
Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют компактную конструкцию и меньше подвержены влиянию внешних факторов.
Турбины в таких устройствах ориентированы перпендикулярно поверхности земли. Такие конструкции способны работать даже при слабом ветре и не чувствительны к направлению воздушного потока.
Однако существенным минусом является низкий КПД – всего 15 %. Такие генераторы также стоят дороже моделей с горизонтальной осью вращения.
Ветровые турбины отличаются не только местоположением вращающейся оси, но и…
- количеством лопастейВетряки могут иметь две, три или более лопастей.
- материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
- шагом винта – регулируемый или фиксированный.
Многолопастные ветряки начинают вращаться даже при малом ветре, в отличие от двух- и трёхлопастных устройств, для работы которых требуется более сильный ветер. При этом каждая дополнительная лопасть увеличивает сопротивление колеса, затрудняя достижение стандартных оборотов генератора.
В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановкиВ процессе эксплуатации могут появиться трудности. Изготовление парусов несложно, вследствие чего цена на них ниже.
Для гарантированного работы ветротурбины в режиме автономного электроснабжения лучше использовать конструкции с жесткими металлическими или армированными стеклопластиком лопастями.
Шаг винта, регулируемый по величине, расширяет диапазон эффективных скоростей работы ветряной станции – это undoubted преимущество. Вместе с тем такой механизм снижает надёжность установки и увеличивает массу ветроколеса, что затрудняет эксплуатацию агрегата.
Целесообразность установки ветрогенератора
Ветряные электростанции малой мощности – популярный выбор для получения энергии с минимальными расходами.
Такие устройства часто размещают на садовых участках и в отдаленных от электрических сетей местах. Однако есть и другие причины, по которым люди все чаще выбирают подобные конструкции.
Установка ветротурбины допустима не везде. Для бесперебойной работы мини-электростанции по указанному сроку срок эксплуатации необходимо, чтобы погода в месте установки отвечала требованиям специального оборудования.
Монтаж конструкции с ветряком обоснован только при среднем значении скорости ветра равном или выше 4,5-5 м/с.
Для получения приблизительных данных о средней годовой скорости ветра по регионам следует изучить карту ветров.
Измерительную систему следует разместить на высокой отметке для того, чтобы строения и растительность вблизи не влияли на результаты.
Установка ветряной мини-электростанции в доме требует наличия свободного пространства, где ветер может беспрепятственно воздействовать на лопасти со всех сторон.
Из-за этого холмы являются идеальным местом для установки ветротурбины, поскольку там воздушные массы уплотняются, что приводит к увеличению давления и скорости ветра. Морские регионы и степь также подходят.
В радиусе 250 метров любые преграды повлияют на . работу ветрогенератораЧтобы достичь наивысшей эффективности, требуется разместить ось турбины минимум на 4-5 метров над преградами.
Правила выбора оборудования
Выбор ветряного генератора для дома должен быть продуманным.
Вначале требуется подготовить базовые сведения.
- Определить, сколько электричества нужно для работы дома в теории и на практике.
- Проанализируйте среднюю скорость ветра в месте жительства для выявления пауз работы ветряной установки.
- При выборе места для установки ветряной станции важно учитывать погодные условия региона. В районах с суровыми зимами и сильными морозами эффективность работы такой станции будет низкой.
- Определить уровень шума, производимого работающими ветровыми турбинами.
- Сравнить технические характеристики устройств различных брендов.
Выбор деталей для ветровой электростанции происходит исходя из заявленной мощности. Важно также значение номинальной скорости ветра, при котором ветряк вырабатывает расчетное количество электроэнергии.
Ветряный генератор вырабатывает больше электроэнергии при большей площади колес из лопастей.
Емкость аккумуляторных батарей также играет важную роль. В случае отсутствия ветра энергия в аккумуляторах должна быть достаточной для обеспечения дома.
Габаритная конструкция ветряка должна надёжно сохранять устойчивость даже в неблагоприятных погодных условиях.
Установка небольших ветряных генераторов с легкими и невысокими опорами возможна самостоятельно. Центральная часть конструкции устанавливается на бетонный фундамент. Боковую устойчивость обеспечивает 3-4 растяжки.
Примерные цены и окупаемость ветрогенераторов
Ветряные генераторы всё чаще выбирают для оснащения загородных домов.
В населенных пунктах без стабильного электричества целесообразно устанавливать ветряки.
В подобных ситуациях спасают ветрогенераторы, имеющие немало плюсов.
- Преобразование энергии ветра в электроэнергию.
- экологическая безопасность ветротурбин;
- Производство электроэнергии не требует сырья и выбросов.
- минимальный износ функциональных деталей;
- длительный срок эксплуатации – 25-30 лет;
- Не нужно непрерывно следить за работой ветряной станции.
К недостаткам относится переменчивость и непредсказуемость силы ветра. Для уменьшения потерь необходимо дублирование источника или монтаж дополнительного буфера для накопления энергии. Вращающееся ветроколесо представляет потенциальную угрозу для летящих птиц.
Установка ветряной турбины для домашнего пользования обходится достаточно дорого из-за габаритных размеров, изготовления из дорогих материалов, комплекта с контроллером, аккумуляторами, инвертором и мачтой.
Ветрогенераторы от российских производителей и качественные китайские установки стоят значительно дешевле европейских аналогов. Стоимость отечественных ветряков с вертикальной осью мощностью до 2 кВт составляет от 1300 до 2500 долларов.
При данной стоимости набор включает только генератор с насадками. Всё остальное понадобится докупать дополнительно. сделать своими рукамиПолные комплекты машин стоить примерно на 40-50% дороже.
Стоимость ветряных электростанций для дома мощностью от трёх до семи киловатт значительно превышает цену других вариантов. С комплектующими такие агрегаты стоят пять тысяч до двенадцати тысяч долларов.
Ветроэнергетический генератор — не всегда оптимальный выбор даже при частых отключениях электроснабжения. Монтаж системы бесперебойного питания с промышленными аккумуляторами и ИБП может быть более практичным и экономичным.
Монтаж ветроэнергетической установки имеет смысл там, где нет возможности подключения к общему источнику электроснабжения. В таких условиях срок окупаемости составит 25 лет.
Перед покупкой деталей для изготовления и монтажа ветрового электрогенератора следует . расчеты по формуламВ представленной нами статье указано, как производить расчеты, а также приведен порядок их выполнения.
Обзор лучших брендов и установок
На российском рынке доступны как надежные и сравнительно недорогие устройства российских производителей, так и модели ветряных генераторов различной функциональности от заграничных брендов. Для выбора подходящей установки для дома необходимо сравнить характеристики различных агрегатов.
№1 — ветрогенераторы Condor Home (Россия)
Серия ветряков для домашнего использования включает устройства мощностью от 0,5 до 5 кВт. Устройства могут служить основным источником электричества или дополнительным. Станции Condor Home адаптированы для эксплуатации в условиях низких температур и способны продуцировать энергию даже при слабом ветре.
Генератор может быть изготовлен из пластика или литого алюминия в зависимости от модели, лопасти – из стеклопластика. Установлена эффективная двойная система торможения. Мачта составная, на растяжках, имеет высоту 8-12 метров. Для установки требуется свайный или бетонный фундамент.
В базовой версии предусмотрена мачта с растяжками, генератор, ротор с лопатками, контроллер заряда и крепежные детали.
№2 — мини-электростанции Falcon Euro (Россия)
Это высокотехнологичные вертикально-осевые ветряные генераторы мощностью 1-15 кВт. Служат для основного или резервного питания потребителей, находящихся далеко от сетей электропередач. Могут быть частью комплекса с солнечными панелями и топливным генератором.
Ветряные турбины оборудованы мощными неодимовыми магнитами. Для запуска установки необходима начальная скорость ветра 1,5 м/с, номинальная — 11 м/с. Аэродинамический тормоз помогает ограничить обороты колеса. Производитель заявляет срок эксплуатации 20 лет, а заводская гарантия на мини-электростанции составляет 36 месяцев.
В состав базовой комплектации системы «Falcon Euro» входят вейкогенератор, контроллер и мачта, а также закладные детали. Инверторный комплект и аккумуляторы приобретаются по отдельности.
Ветряные установки Sokol Air Vertical, произведенные в России.
Ветроэнергетические установки этой марки способны подавать электроэнергию как небольшим домам, так и средним предприятиям. Для домашнего потребления выпускаются приборы SAV с мощностью от 0,5 до 15 кВт.
Эти модели обладают высокой эффективностью при слабых порывах ветра, бесперебойно работают при низких и высоких температурах от -50°С до +50°С, выделяются низким уровнем шума и стойкостью к внешним воздействиям.
Электроэнергию агрегаты Sokol Air Vertical вырабатывают независимо от направления ветра. Вертикально-осевые установки функционируют в автоматическом режиме без операторов. В конструкции предусмотрена электромагнитная и аэродинамическая системы торможения для ограничения оборотов ветроколеса.
В лопастях применяют армированный полиэфир или авиационный алюминий, выбор зависит от модели. Профиль лопастей самораскручивающийся. Генератор многополюсный, трёхфазный, имеет возбуждение от постоянных магнитов.
Ветряная электростанция базовой комплектации включает в себя: ветроустановку со встроенным контроллером заряда аккумуляторов, мачту с растяжками, монтажный комплект. Инвертор и аккумуляторы выбираются индивидуально по техническому заданию.
№4 — ветрогенераторы Energy Wind (Россия)
Клиентам предлагаются однолопастные и трёхлопастные модели генераторов, подходящих для широкого спектра задач мощностью от 1 до 10 кВт. Такие ветряные установки подходят для реализации проектов по автономному электроснабжению частных домов и коттеджей.
Установки Energy Wind состоят из прочных лопастей из армированного стекловолокна, покрытых автоэмалью, и надежной системы вывода из воздушного потока. Эти агрегаты с горизонтальной осью вращения стабильно работают при температурах от минус 40 до плюс 40 градусов Цельсия.
Минимальная скорость ветра для работы – 2 метра в секунду, при некоторых положениях лопастей – 3 метра в секунду. Рекомендуемая высота мачты: 8-20 метров. Средний срок эксплуатации установок российского бренда – 25 лет, гарантия от производителя – 3 года.
Базовая комплектация установок состоит из электрогенератора на постоянных магнитах с креплением к мачте и поворотным механизмом, лопастей и комплекта крепежных элементов для сборки ветроустановки. Мачта, контроллер, инвертор и батареи для накопления электроэнергии приобретаются отдельно.
№5 — ветряки Altek EW (Китай)
Ветротурбина с горизонтальной осью вращения. Мощность устройств от одного киловатта до десяти киловатт подходит для электроснабжения загородных домов и участков.
Защитный кожух турбин Altek EW выполнен из алюминиевого сплава, что снижает вес конструкции. Металлические элементы генератора защищены слоем кремния для повышения термостойкости.
Изготовлены лопасти из фиброармированного пластика. Для запуска бытовых устройств китайского производства начальная скорость ветра равна 2,5 м/с, рабочая — 12 м/с.
В комплект входят лопасти, генератор и контроллер. Другие компоненты для функционирования ветроэлектростанции приобретаются отдельно.
Если цена готового комплекта покажется дорогостоящей, можно попытаться собрать свой. ветрогенератор своими рукамиВ упомянутой статье рассказано о создании прибора, который пригодится по хозяйству, из старой стиральной машины.
Выводы и полезное видео по теме
Перспективы использования ветроэнергетических установок:
Как ветер превращается в электроэнергию современными ветряными турбинами.
Развитие ветроэнергетики продолжается и сегодня. Альтернативный способ получения электроэнергии имеет большое потенциал. Но для его успешного развития необходимы действия как производителей оборудования, так и администраций.
Установка малых ветряных генераторов для частных домовладельцев может помочь решить проблемы энергоснабжения в регионах, но полностью не исправит ситуацию.
Поделитесь своим опытом установки ветряной электростанции на дачном участке. Опишите процесс выбора и установки, добавьте фотографии и задайте вопросы в форме ниже.