Ветрогенератор для частного дома – устройство, принцип работы, разновидности, самодельный ветряк, правила выбора, монтаж

Ветрогенератор для частного дома – устройство, принцип работы, разновидности, самодельный ветряк, правила выбора, монтаж

Со все возрастающей плотностью и территорией охвата сетей электропередач качество и стабильность не становится лучше, да и цены с каждым сезоном становятся только выше. Одним из лучших на сегодня альтернативных источников электроэнергии является автономный ветрогенератор для частного дома. Разберем, что собой представляет данное устройство, из каких частей оно состоит, как работает, какими плюсами и минусами обладает, каковы законные требования к его установке, какие разновидности существуют, а также каковы правила его выбора, размещения и установки.

Ветрогенератор: устройство, принцип работы, плюсы и минусы

При наличии в местности проживания постоянных ветров покупка и установка ветрогенератора вполне целесообразна. Однако прежде чем приобретать его, необходимо понять его устройство, принцип действия и основные достоинства и недостатки. Разберем эти аспекты более детально.

Главные компоненты

Устройство ветрогенератора базируется на превращении кинетической силы ветровой нагрузки в механическую энергии с последующим преобразованием ее в электроэнергию. Для воплощения последовательных действия данной переходной цепочки прибор оснащается следующими основными узлами:

• Лопастный пропеллер. Количество лопастей может варьироваться в широком диапазоне от модели к модели – от двух и трех до десяти и более.
• Ротор. Элемент турбины, вращающийся под действием лопастей.
• Редуктор. Передает и регулирует частоту вращения от ротора к генератору.
• Генератор. Преобразуется механическую силу в электроэнергию.
• Инвертор – преобразователь тока из переменного значения в постоянное.

• Аккумуляторная батарея. Запасает электроэнергию на случай отключения и экономной работы ветрогенератора, а также простоя в случае безветрия.
• Защитный корпус. Предохраняет оборудование от различного рода внешних факторов.
• Аэро-компоненты. Крылья, хвост – для лучшего улавливания и подстройки пропеллера под ветровой поток.

Обратите внимание! Современные производители выпускают ветровые домашние генераторы, не нуждающиеся в сильном ветровом потоке. Они способны продуктивно функционировать при силе ветра всего в 4 м/сек.

Принцип действия

Механизм работы ветрогенератора напрямую связан с особенностями его конструкции – на одной оси установлены пропеллер и хвостовик с точкой противовеса, приходящейся на место крепления к вертикальной мачте. Действие происходит по следующему алгоритму:

• Установленные на одной оси пропеллер и хвостовик улавливают потоки ветра и передают лопастям.
• Начинаясь вращаться, лопасти передают момент движения генераторной турбине.
• Вращение ротора приводит к образованию индукционного магнитного поля и образованию переменного электрического тока.

• Далее проходя через инвертор напряжение меняет переменные характеристики на постоянные.
• Ток питает АКБ, которая в свою очередь распределяет энергию на потребительские мощности в доме.

Полезная информация! Ветрогенератор может играть роль как основного, так и дополнительного источника электроэнергии. В первом случае жила от прибора питает часть каких-либо приборов для экономии или пополнения нехватки мощности основной сети и используется на случай аварийного отключения последней. Во втором случае он может быть самостоятельным источником или входить в состав автономной системы, включающей гидротурбины, солнечные батареи и проч. оборудование.

Достоинства и недостатки

Автономная ветряная электростанция для частного дома имеет следующий ряд плюсов:

• Прибор работает за счет фактически неисчерпаемого и возобновляемого вида энергетического ресурса.
• Существенные затраты связаны только с покупкой, доставкой, установкой и подключением. На обслуживание средства практически затрачиваются. Поэтому на ветряк требуются единократные вложения средств, которые быстро окупаются в последующем применении.

• Получаемый вид энергии и применяемая для этой цели техника полностью экологически безопасны.
• Генераторы приспособлены ко всем климатическим зонам и защищены от негативных погодных факторов.
• Оборудование не требует настроек, регулировок и доработок в ходе эксплуатации.

К недостаткам ветрогенераторов относятся:

1. Зависимость производительности от наличия ветра.
2. В ходе работы оборудование создает электромагнитные помехи, что может негативно сказаться на ТВ, радио, интернете и связи.
3. При чрезвычайных погодных проявлениях существует риск повреждения техники.
4. Требуется обязательное заземление – для защиты прибора и конструкции или здания, на котором он установлен, от ударов молнии.
5. Неправильный монтаж, нарушение инструкции или эксплуатация неисправного экземпляра может приводить к возникновению шума.

Совет! Чтобы определить, будет ли выгодна установка ветровой станции по выработке тока, необходимо учесть ряд факторов – вариант энергоснабжения с участием прибора, разнообразие доступных моделей, их характеристики, производительность и стоимость.

Законные требования

Чтобы ветровой генератор, установленный на частном доме или прилежащей территории, согласовывался с законодательной базой, он должен отвечать следующему ряду требований:

• Мощность не выше 5 кВт. Оборудование с таким показателем относится к бытовым устройствам, не требующим контроля со стороны энергонадзорных учреждений.
• Отсутствие муниципально-территориальных и технических ограничений на занимаемой площади. Некоторые частные территории могут находится внутри особо охраняемых, редких природных и иного статуса объектов, внутри которых запрещено размещение тех или иных технических средств.
• Согласование с соседями (помехи, шум, падающая тень и т. д.). Все виды помех, которые возникают от установки, могут стать причиной жалобы не только соседей, но и рядом размещенных предприятий, передающих центров.
• Высота мачты, отвечающая местным и федеральным требованиям. Высота мачты не превышает обычно 15 метров, но могут быть и исключения. Поэтому прежде чем сооружать высокую конструкцию, нужно убедиться, что она отвечает всем необходимым требованиям – отсутствие ЛЭП, вдали от аэропосадочной линии и т. д.

• Отсутствие помех для местных и мигрирующих биологических видов. Птицы часто попадают в лопасти энергетических установок. Поэтому выбор места установки мачты с пропеллером должен исключать заранее известные пути их перелета.

Рекомендация! Чтобы исключить все возможные предъявления со стороны соседей или контролирующих органов, лучшее заранее собрать весь необходимый пакет документов, техпаспортов и сертификатов, подтверждающих, что ветряк для частного дома безопасен и безвреден. Кроме того, заводскую модель лучше устанавливать в полном соответствии с рекомендованными в технической документации параметров.

Разновидности

Для того чтобы правильно подобрать ветряной генератор, необходимо прежде всего учесть его технические параметры. Современные модели различаются по следующему ряду признаков:

• Количеству лопастей пропеллера. Большое количество элементов винта усложняет конструкцию. Однако чем больше лопастей, тем меньшая скорость ветра нужна для запуска механизма.
• Типу материала лопастей. Модели с жесткими пропеллерами более прочны и долговечны, но и значительно дороже парусных аналогов.

• Расположению направляющей вращения. Разделяются на вертикальные и горизонтальные. Первые прочнее и чувствительнее, вторые – отличаются лучшей производительностью.
• Возможности изменения шаговых характеристик. Различаются на модели с изменяемым и неизменным шагом. Изделия с переменными шаговыми параметрами позволяют увеличивать скорость, а значит, и продуктивность. Однако они более сложны, громоздки и дороги.

Полезно знать! Доступные сегодня в широкой продаже заводские модели достаточно дороги. Поэтому нередко у желающих установить подобную автономную электростанцию возникает вопрос о том, как сделать ветрогенератор. Самодельные аналоги нередко изготавливают из автомобильных генераторов, соединяемых по схеме с аналогичным АКБ на 12 вольт.

Видео описание

Видео о том, что такое ветрогенератор, его плюсы и минусы:

Критерии выбора

При выборе ветрогенератора помимо технических характеристик, необходимо также правильно установить требуемую мощность. Задается она таким параметром, как диаметр ротора, рассчитать который можно по следующей формуле:

Э_год = 1,64 * Д 2 *О 3

Э_год – суммарная электроэнергия, потребляемые приборами дома за год, кВт,

Д – диаметр ротора, обозначаемый в метрах,

О – среднегодовое значение скорости ветра, метр/в секунду.

Подставляя известные параметры в эту форму, можно рассчитать, какого диаметра ротором должна быть оснащена ветряная электростанция для дома в конкретном случае.

Правила размещения

При монтаже устройства необходимо учесть следующий ряд требований:

• Вблизи генератора не должно располагаться сооружений, кустов, деревьев и прочих препятствий на пути свободного прохождения ветровых потоков.
• Чтобы шум и помехи от работы не оказывали негативного влияния на окружающих, ветряки для дома лучше располагать минимум на 30 метров вдали от жилища.
• Во избежание возникновения ослабления ветровых потоков устанавливать механизм лучше на 2-3 метра выше окружающих преград, даже если они находятся на расстоянии до 200 метров.

Видео описание

Видео о том, как сделать простейший ветрогенератор:

Следует учесть, что даже при соблюдении всех правил установки гарантий постоянного результата по выработке электроэнергии быть не может. Так как показатель напрямую зависит от ветровой нагрузки, которая никогда не бывает стабильной.

Особенности установки

Промышленно изготовленный или самодельный ветряк необходимо устанавливать с соблюдением следующего минимума требований:

1. Место установки лучше подбирать на возвышенности, вдали от препятствий, прибор располагать на высоте не менее 10 метров от поверхности земли.
2. Мачта должна иметь надежное основание – лучше всего бетонное.
3. Над ветряком необходимо расположить небольшой навес для защиты от осадков.
4. При необходимости замены, ремонта или обслуживания облегчить доступ к оборудованию позволит складная конструкция мачты.

На заметку! При решении вопроса, как сделать ветряк, чтобы он отличался долговечностью и неприхотливостью в обслуживании, необходимо уделить внимание количеству фаз, генерируемых устройством. Так, трехфазные модели по сравнению с однофазными аналогами не гудят, не вибрируют и характеризуются лучшим сроком службы.

Видео описание

Видео-пример изготовления и применения ветряка для дома:

Коротко о главном

Ветряной генератор для дома является одним из лучших альтернативных источников электроэнергии. Принцип его действия основа на преобразовании кинетической энергии ветра в механическую, а затем с помощью ротора – в электрическую. Среди главных его плюсов выделяются:

• Работа за счет неисчерпаемого источника энергии – ветра.
• Затраты связаны только с покупкой и установкой, оборудование долговечно и не требует особого обслуживания.
• Приспособленность для любого климата.
• Экологически чистый тип энергоресурса.

К недостаткам относятся – зависимость от силы ветра, помехи, возможность разрушения при стихийных погодных проявлениях. Установка ветряного генератора должна соответствовать требованиям закона – мощности, высоте, ограничениях, согласовании с соседями и отсутствию биологического вреда. Модели различаются по техническим параметрам – количеству лопастей, типу их материала, направлении оси вращения и изменчивости шага. При выборе нужно учитывать диаметр ротора, определяющий мощность. Монтаж прибора должен соответствовать правилам размещения и практическим рекомендациям.

Как работают ветряные мельницы для электричества и как их можно использовать

Ветряные мельницы для электричества? Такой вопрос весьма актуален в наше инновационное время. С целью экономии электроэнергии, ветроэнергетики интересует очень многих. Кому доводилось бывать в Европе на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки, где сотни генераторов встречаются по пути. Вопрос лишь в том, насколько это выгодно у нас? Ответ на этот вопрос когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, вы найдете в нашей статье.

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Для начала разберемся в самом понятии «ветряные мельницы для электричества».

Что такое ветроэнергетика (ветряные мельницы для электричества)

Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализируется на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, которая удобна для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться с помощью следующих агрегатов: ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте).

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. В настоящее время ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику. Согласно данным WindEurope, в 2019 году с помощью ветрогенераторов было произведено процентное соотношение от всего электричества: в Дании 48% всего электричества, в Ирландии — 33%, в Португалии — 27 %, в Германии — 26%, в Великобритании — 22%, в Испании — 21%, в ЕС в целом — 15%. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие предназначаются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Ветряные мельницы для электричества имеют свои нюансы. Сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Чтобы решить подобные проблемы используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

Скорость ветра (ветряные мельницы для электричества)

Работа ветряных мельниц во многом зависит от скорости ветра. Если говорить о нашей стране, то в ней не так много регионов, где скорость ветра находилась бы хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. Получается, что в подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

Карта России скорости ветра

При таком потоке ветра мало вероятно, что ваша ветроустановка будет успешно работать большую часть времени. Ей элементарно не будет хватать скорости для стабильной выработки электричества. Нужен ветер хотя бы 10 м/с.

Расчеты для ветряных генераторов

Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.

Есть еще другая проблема, связанная с ветром, о которой умалчивают производители. Ближе к земле его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.

Скорей всего, что свою ветряную мельницу вы будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов, поскольку эти данные вам не подходят.

Зачастую, производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.

Турбулентность на склонах

Попробуйте установить чуть выше, чем на 10м, и обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов! Кроме того, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. Ведь разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

Молниезащита для ветряков

Кроме того, есть определенные недосказанности в указанных технических характеристиках самих генераторов. Например на вашем дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, а вырабатывать энергию — тем более. В осенне-весенний период, когда происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.

Для тех кто занимается активным отдыхом. Лучшие солнечные батареи для туризма. Статья о всех преимуществах и типах тут

Стартовая скорость ветра, момент страгивания ветряка и место установки

Стартовая скорость ветра, момент страгивания ветряка и место установки

Но есть альтернатива. В регионах, где штормовые воздушные потоки – большая редкость, основной задачей является выбор ветрогенератора, способного вырабатывать электричество даже при сравнительно слабом ветре около 4 -5 м/с. Способность установки начинать вращение при небольшом ветре характеризуется величиной его стартовой скорости.

Стартовая скорость напрямую зависит от стартового момента (момента страгивания) ветряка – это усилие, которое необходимо приложить на рабочий винт ветрогенератора, чтобы он начал свое вращение. Таким образом, вырисовывается следующая пропорция: чем меньше стартовая скорость ветра, тем больше дней в году генератор будет вырабатывать для вас альтернативную энергию. Большинство ветрогенераторов, которые используются в домашних условиях, имеют стартовую скорость – 2…3 м/с.

При этом бытует отдельная разновидность устройств (с парусным винтом), которые очень чувствительны к движению воздуха.

Стартовую скорость не следует путать с рабочей и номинальной скоростью, поскольку не всегда при минимальных оборотах ротора генератор способен давать ток, достаточный для зарядки аккумулятора.

Перед установкой ветряной мельницы, стоит задуматься об одной очень важной вещи — это наличие свободного места. Отметим, что по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.

Для ветра должно быть пространство, чтобы он мог свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. А при таком раскладе вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

Идеальным будет место на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

Идеальное место для ветряка

Скорость ветра

Цены и нагрузка (ветряные мельницы для электричества)

В прайс листах у продавцов цены, мягко говоря несоответствующие действительности. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому уже существующие цены всегда умножайте на 2, даже если выбираете так называемые готовые комплекты.

Что входит в комплект ветряка

Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.

Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов. В совокупности стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для двух киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. Имеется в виду, при хороших погодных условиях.

Ориентировочная нагрузка для ветрогенераторной системы 2 кВТ

Выпадение осадков так же приводит к снижению мощности ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.

Из этого следует, что ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч. Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года.

Однако, в наше нестабильное время многие убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, станет выгоднее прежнего.

Из чего состоит ветровая электростанция

Ветрогенератор отдельно взятый, без учета мощности и других технических характеристик никогда не сможет обеспечить бесперебойное питание подключенных к нему электроприборов. Поскольку скорость ветра – неравномерна. Как следствие, объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может очень сильно меняться. Время от времени ветряная мельница и вовсе может остановится. Поэтому была разработана классическая схема ветроэлектростанции, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду. Итак, она должна иметь следующий вид:

Схема установки ветроэнергетической установки

• ветрогенератор (ВГ) – установка, преобразующая энергию ветра в электричество (состоит из рабочего винта и генератора переменного тока);
• контроллер – устройство, преобразующие переменный ток, поступающий от генератора, в ток постоянный, необходимый для правильной зарядки аккумулятора (еще одна функция контроллера – регулировка оборотов ВГ);
• аккумуляторная батарея– она позволяет накапливать электроэнергию во время работы ветряка и отдавать ее потребителям, когда ВГ перестает вырабатывать электричество;
• инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного тока напряжением 12В (поступающего в сеть от АБ) в бытовой ток – 220В, обладающий заданной частотой.

Учитывая, что ветрогенератор является ключевым элементом электростанции, то следует его выбирать по вышеприведенным параметрам.

Когда стоит покупать ветряную мельницу (ветряк)

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Безусловным фактом является подорожание электроэнергии с каждым годом. Так, еще 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Мы приведем для вас примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.

Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.

Ветрогенератор 2 кВТ

Ранее уже упоминалось, что стоимость такой модели около 200 тысяч. Но, учитывая все дополнительные расходы, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.

То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэффициента установленной мощности (для маленьких ветряков он не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите примерно 75квт.

К примеру, если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. То есть при подорожании ТЭС допустим, в 4 раза, стоимость электричества от индивидуального ветрогенератора, будет приходится выше.

Использование ветряка может быть обосновано в двух случаях:

• если поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться
• у вас есть дизель генератор, но доставить для него топливо нет возможности

Чтобы ветряная мельница для электричества была для вас хорошей альтернативой, стоит придерживаться основного принципа. Устанавливаться ветряк должен в районе со средне годовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с.

В конечном результате, энергия, которую производит ветряк, зависит только от:

• скорости ветра
• площади, которую описывают лопасти

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Основные разновидности ветряных мельниц для электричества

На сегодня наиболее популярны классические быстроходные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и тремя лопастями.

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Быстроходными считаются ветряки с минимальным количеством лопастей: 2, 3 или, вовсе, с одной, но оснащенной противовесом. Потоки сильного ветра обеспечивают таким генераторам очень быстрое вращение и при этом сильно шумят. Особенно это касается однолопастных устройств. Несмотря на то, что проблема шума может показаться незначительной, относиться к ней следует очень серьезно.

По мнению пользователей ВГ шуршит: начиная с 5–6 м/с ветер в ушах свистит, заглушая все звуки вокруг. Начиная с 1 кВт, контроллер начинает притормаживать ВГ, после чего устройство начинает не только шуршать, но еще и гудеть.

Это приведенный пример из жизненного опыта пользователя. Описание брендового быстроходного ветрогенератора, обороты которого (при скорости ветра в 10 м/с) приближаются к показателю 400 об/мин. Из чего напрашивается вывод: располагать ветрогенератор в непосредственной близи от жилых помещений, не целесообразно. Можно рассмотреть вариант с тихоходным ВГ (однако и тут надо учитывать человеческий фактор и реакцию доброжелательных соседей). Такие генераторы ввиду своих аэродинамических особенностей даже при сильном ветре не развивают больших оборотов. Кроме того, при сравнительно одинаковой мощности диаметр лопастей у тихоходного ветряка всегда меньше, чем у быстроходной ветряной мельницы. Это делает проще и монтаж, и эксплуатацию установки.

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Горизонтальный тихоходный ветряк

Горизонтальный тихоходный ветряк – это установка, в конструкции которой имеется более трех лопастей, а показатель быстроходности (Z) соответствует значению Z ≤ 5. Где Z – отношение окружной (концевой) скорости лопастей ветряка к скорости ветра.

Дополнительным преимуществом тихоходной установки является низкая скорость страгивания. Благодаря высокому крутящему моменту, который лопасти передают на рабочий винт генератора, установка стартует даже при небольшом ветре. Все это обеспечивается за счет большей площади лопастей (в сравнении с быстроходными ветряками).

По причине наличия большого количества лопастей во время работы перед винтом тихоходного генератора образуется воздушная подушка. Образуется она, потому, что ветер не успевает проходить через лопасти. Эта особенность оказывает негативное влияние на производительность установки, и из нее вытекают основные недостатки устройства.

К основным недостаткам тихоходного ветряка можно отнести сравнительно низкий КИЭВ и высокую парусность. В штормовую погоду такая парусность может привести к фатальным для установки последствиям. При этом тихоходные ветряки оснащаются генераторами с увеличенным диаметр ротора, а иногда – дополнительными мультипликаторами, они облегчают запуск и вращение силовой установки. Перечисленные усовершенствования позволяют увеличить линейную скорость ротора и «снять» с генератора больше мощности при небольших оборотах. Именно за счет такой конструкции генератора стоимость установки дополнительно увеличивается.

Что касается быстроходных генераторов горизонтального типа: эти устройства получили достаточно широкое распространение, благодаря своей простоте и относительной дешевизне. И если в конструкции такой установки реализована защита от бури (например, механизм складывания хвоста при сильном ветре), то единственным неудобством во время ее эксплуатации может стать сильный шум.

Роторы Дарье наиболее популярны среди вертикальных установок, используемых в ветроэнергетике. Это обусловлено тем, что средний КИЭВ роторов с аэродинамическими крыльями равен 0,4 (что совпадает со средним значением КИЭВ горизонтальных ветряков).

Различные типы ротора

Преимущества ветрогенераторов (ветряк)

Невзирая на выше перечисленные недостатки, такое устройство, как ветряная мельница, ветрогенератор имеет и свои преимущества. Недаром он распространен по всему миру. У моделей с вертикальной осью вращения они следующие:

• каким бы ни было направление ветра, лопасти вертикальных установок находятся в рабочем положении;
• просты в обслуживании, так как устанавливаются на небольшой высоте;
• во время работы не создают больших вибраций, следовательно, не производят сильного шума;
• просты в изготовлении.

Как выбирать ветряки (ветряные мельницы для электричества)

Людям, живущим далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, мы бы рекомендовали приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Поскольку от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

Есть еще категория потребителей, которая вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а в пользу самодельных ветряных мельниц. Такие ветряки сделаны мастерами- самоучками. Свои выгоды в этом тоже имеются.

В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. С ними можно договориться и подстраховаться, если что-то пойдет не так и нужно подремонтировать. Тогда практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку.

Самодельные системы ветряков

Промышленные китайские ветряки, конечно имеют внешний вид посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, тогда приготовитесь к небольшой замене. Сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

Замена подшипников

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

К сожалению бывает так, что птенцы иногда попадают под крутящееся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

Выбор ветрогенератора по характеристикам мощности

Что касается выбора ветрогенератора, с номинальной мощностью (предположительно – 800 Вт/ч) при скорости ветра 8 м/с, вам лучше не рассчитывать на то, что при ветре 4 м/с установка будет стабильно выдавать 400 Вт/ч. Значение мгновенной мощности ветрового потока, воздействующего на лопасти генератора, пропорционально скорости ветра, возведенной в куб. На практике это означает следующее: если скорость ветра падает в 2 раза, то мощность, генерируемая ветроустановкой, снижается примерно в 8 раз.

Ниже приведена зависимость мощности от ометаемой площади рабочего винта и скорости ветра.

Таблица мощности в зависимости от скорости ветра

График мощности ветрогенератора изначально учитывает КПД установки, который выражается в коэффициенте использования энергии ветра (КИЭВ). Средний КИЭВ всех современных электроустановок находится в пределах – от 0,3 до 0,4. Продвигаясь в исследованиях графика мощности, следует рассматривать не сколько номинальные характеристики устройства (данные характеристики можно получить только при ветре 9–10 м/с), сколько показатели, характерные для среднегодовых значений ветра, пригодных конкретно для вашей местности (например, 4–5 м/с). Таким образом можно правильно оценить потенциал того или иного ветрогенератора.

Выбирая устройство по мощности, дополнительно следует учитывать потери на преобразование электроэнергии (из переменного тока в постоянный, а потом обратно – в переменный ток бытовой частоты). Потери выражаются в энергии, которую потребляют во время работы контроллер и инвертор.

Напряжение генератора

Номинальное напряжение на выходе генератора при хорошем раскладе должно соответствовать параметрам ваших аккумуляторных батарей. К примеру, для двух последовательно соединенных аккумуляторов (12 В) будет соответствовать ветрогенератор номиналом 24В. Для четырех таких аккумуляторов (также соединенных последовательно) подойдет ветряк номиналом 48 В и т. д.

Некоторые современные контроллеры способны компенсировать большое различие между выходным напряжением ветрогенератора и номиналом аккумуляторов. Дополнительных устройства, входящих в комплект домашней электростанции, имеют свои особенности, котрые, если вы взялись за это дело, вам будет не лишним изучить самостоятельно.

В данной же статье мы ознакомили вас с ключевыми параметрами, которые следует брать во внимание, выбирая установку для домашней электростанции самостоятельно. Проявляя мудрость, лучше учиться следует на чужих ошибках. Нам же ничто не мешает использовать это правило применительно к чужим успехам.

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Ветряные мельницы для электричества, ветряк

Заключение (ветряные мельницы для электричества)

Итак, передовой опыт европейцев в использовании ветряных мельниц по добыче электричества, в нашим российских широтах не везде и не всегда преминем. Некоторые пользователи, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами, считают, что самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор. Поэтому, выбирая ветряные мельницы по модели роторов и их составляющим, руководствуйтесь чужим опытом. С помощью подсказок знающих людей, можно частично решить проблему электротехнических расчетов или, хотя бы, получить четкие ориентиры в этом направлении.

Все о ветряных мельницах

Знать все о ветряных мельницах, о том, что это и как работает, нужно не только из праздного интереса. Устройство и описание лопастей — это еще не все, нужно понимать, для чего нужны мельницы. Достаточно сказать про ветряные мельницы и про их строительство для электричества, про иное хозяйственное значение.

История возникновения

Мельницы были созданы в тот момент, когда началось массовое выращивание пшеницы и других злаков. Но использовать силу ветра для вращения конструкции смогли не сразу. В глубокой древности колеса вращали рабы либо тягловый скот. Позже начали создавать водяные мельницы. И наконец, после всех появилась уже и ветряная конструкция.

Несмотря на кажущуюся простоту, на деле она, наоборот, очень сложна. Создать такое изделие стало возможным только при учете нагрузки от ветра и при правильном подборе длительности действия механизма для конкретной задачи. А задачи эти были весьма разнообразны — и колка дров, и откачка воды. Самые ранние модели – «козловки» –строились по той же схеме, что и деревянный дом.

Потом появились так называемые шатровые мельницы, которые имеют неподвижный корпус, вращение совершает лишь верхушка с главным валом.

Подобные модели способны приводить в движение 2 жернова и потому отличаются повышенной производительностью. Мельница считалась, что характерно, не просто утилитарным инструментом. Ей уделялось крупное значение в мифах, легендах и сказках. Не было стран, где бы отсутствовали такие представления. Существовали различные мотивы мифов: замурованные при строительстве фундамента люди, обитающие на мельнице духи, спрятанные клады, таинственные подземные ходы и так далее.

Устройство и принцип работы

Ветряная мельница работает потому, что воздушные потоки воздействуют на лопасти и приводят их в движение. Этот импульс поступает на передаточное устройство, а через него — на собственно рабочую часть мельницы. В старых моделях лопасти увеличивали до нескольких метров. Только таким путем удавалось повысить площадь контакта с воздушными потоками. Величина подбирается сообразно основной функции и необходимой мощности.

Если мельница устроена с самыми крупными лопастями, то она может молоть муку. Только такое решение обеспечивает эффективное кручение тяжеловесных жерновов. Совершенствование конструкции стало возможным благодаря развитию аэродинамических представлений. Современная технологическая проработка позволяет обеспечить неплохой результат даже при относительно скромной площади ветрового контакта.

Сразу за лопастями в схеме находится редуктор либо иной передаточный механизм. В некоторых моделях это оказывался вал, на который и монтировали лопасти. Другой конец вала оснащался инструментом (узлом), совершавшим работу. Однако постепенно от такой конструкции, несмотря на простоту, отказались.

Обнаружилось, что она очень опасна и ненадежна, а остановить работу мельницы даже в самом серьезном случае нереально.

Редукторное исполнение оказалось куда эффективнее и изящнее. Редукторы преобразуют импульс от крутящихся лопастей в полезную работу. А стоит разъединить части редуктора, можно быстро остановить работу. Потому механизм не крутится впустую, и даже резкое усиление ветра не так страшно. Важно: сейчас мельницы применяются исключительно для электричества.

Но даже появление первых мельниц стало настоящей революцией в технологии. Безусловно, сегодня 5 — 10 л. с. на крыло кажутся совершенно «детской» величиной. Однако в эпоху, когда не было не то что мотороллеров, но и до паровозов оставалось несколько веков, это оказалось грандиозным достижением. В XI – XIII веках человек получил в свое распоряжение мощь, которая была недоступна в прежнюю эпоху. Энерговооруженность хозяйства сразу значительно возросла, и именно поэтому во многом стал возможен резкий взлет европейской экономики в тот период.

Плюсы и минусы

Сравнивать ветряную мельницу удобнее всего с водяным аналогом. Водяная конструкция насчитывает более давнюю историю и независима от перемены ветра. Водные течения гораздо более стабильны. Можно также использовать силу прилива и отлива, что для ветряного аппарата совершенно недоступно. Эти обстоятельства обусловили тот факт, что распространенность водяных мельниц была во много раз выше в любых государствах средневековья.

Сила ветра для размола зерна, как уже говорилось, начала применяться позже. Такое решение вдобавок влекло существенные дополнительные расходы. Однако в Голландии в XV веке, а особенно с начала XVII столетия оценили другие достоинства ветряных мельниц. Они толкали цепи с черпаками, удалявшими грунтовые воды. Без этого нововведения было бы невозможно освоить значительную часть территории современных Нидерландов.

Кроме того, ветряная мельница может стоять даже на сухом месте и не быть привязанной к водоему.

В Голландии ветряные мельницы стали популярны и по другой причине — там почти беспрерывно дуют западные ветры, переносящие воздух от Атлантического океана в сторону Балтийского моря. Потому особых проблем как с ориентированием лопастей, так и с использованием техники не возникало. В наши дни сравнивать ветряные мельницы уместнее всего с водяными не по качеству и возможностям размола зерна, а по пригодности для электрогенерации. Стабильность электропитания падает, стоимость сетевой энергии растет, и потому так важно выбрать подходящий для себя тип.

Ветряные электростанции работают фактически от бесконечного ресурса. До тех пор, пока на Земле сохраняется атмосфера и планету освещает Солнце, ветры не прекратятся. Такие устройства не засоряют окружающую среду, потому что в отличие от дизельных и бензиновых систем они не выбрасывают токсичных веществ. Однако назвать ветряную электроустановку совсем экологичной нельзя, потому что она создает сильный шум, и в ряде стран на него даже устанавливают законодательные ограничения. Наконец, ветряная мельница не может нормально работать в сезоны пролета птиц.

В России ни шумовых, ни календарных ограничений пока нет. Но они могут появиться в любой момент. И в любом случае ветряная электростанция — как современный ветряк, так и классическая мельница — не может находиться в непосредственной близости от жилья. Кроме того, реальная эффективность определяется сезоном, временем суток, погодой, рельефом местности; все это прямо влияет на скорость потока воздуха и на эффективность его применения.

Еще одним минусом ветроэлектростанции является уже отмеченная нестабильность ветра. Использование аккумуляторов частично решает эту проблему, но одновременно усложняет систему и делает ее более дорогой. Иногда приходится также дополнительно применять другие источники энергии. Зато ветряная мельница монтируется быстро — с учетом подготовки площадки понадобится не более 10-14 суток. Под такую установку требуется довольно много места, особенно если учитывать размах лопастей и пространство, которое должно быть свободно по соображениям безопасности.

Обзор типов

Ветряные мельницы мукомольного производства работали с 1 либо 2 жерновыми поставами. Поворот на ветер происходит двумя способами — по козловой и по шатровой схеме. Козловая методика означает, что вся мельница полностью проворачивалась вокруг столба из дубовой древесины. Этот столб монтировали в центре тяжести, а не симметрично по отношению к корпусу. Поворот к ветру расходовал много энергии и потому был сильно усложнен.

Традиционно козловые мельницы оснащались одноступенчатой механической передачей. Она эффективно крутила укороченный вал. По козловой методике выполнена еще и мельница Bock. Более совершенный вариант — шатровая (она же голландская) схема. В верхней части здание оснащалось поворотной рамой, которая поддерживала колесо и увенчивалась шатрообразной кровлей.

Поворот к ветру благодаря облегченной конструкции происходит с куда меньшими усилиями. Ветровое колесо могло быть очень большого сечения, поскольку его поднимали на большую высоту. В большинстве случаев шатровая мельница оснащалась двухступенчатой передачей. Промежуточное строение имеет колчанный тип мельницы. В нем круг поворота размещался на высоте 0,5 корпуса, важный подвид — дренажная мельничная установка.

Быстродействие ветряной мельницы в прошлом было лимитировано прочностью передающего устройства. Ограничения были связаны с деревянными зубцами колес и цевками. В результате нарастить коэффициент применения ветровой энергии (КПД) невозможно. Сами зубья и цевки для них делались по шаблону из качественной сухой древесины. Для этой цели подходили:

Колесный обод главного вала изготавливали из березы либо вяза. Доски выкладывали в два пласта. Снаружи обод по кругу тщательно отделывали; чтобы держались спицы, использовали болты. Те же болты помогали подтянуть диски. Основное внимание при совершенствовании конструкции уделялось исполнению крыльев.

В достаточно старых мельницах решетки крыльев накрывали парусиной. Но позднее ту же функцию успешно исполняли тесовые доски. Обнаружилось также, что еловый тес подходит лучше. Изначально крылья создавали с неизменным углом заклинивания лопасти, варьировавшимся от 14 до 15 градусов. Изготовить их довольно просто, однако слишком много ветровой энергии растрачивалось впустую.

Применение винтовой лопасти позволило нарастить КПД до 50% по сравнению с более старым вариантом. Сменный угол заклинивания в наконечнике колебался в пределах 1 — 10, а в основании от 16 до 30 градусов. Один из наиболее современных вариантов — с полуобтекаемым профилем. Ближе к концу периода шатровых мельниц их строили уже почти исключительно из камня. В некоторых случаях, конечно, ветряная система подключалась к водяному насосу, что позволяло орошать земельные участки.

В самом раннем типе таких конструкций, как и на мукомольных предприятиях, можно было уменьшать площадь крыльев, частично снимая парус либо открывая жалюзи. Это решение позволяло предотвращать повреждения даже при усилении ветра. Но все равно оставалась проблема тихоходности ветродвигателя с большим количеством лопастей либо с большой шириной крыльев. Причина вполне очевидна — очень серьезный страгивающий момент. Решение нашла немецкая компания «Кестер», которая выпускала ветроколесо «Адлер» с минимумом лопастей и значительной дистанцией между ними; такая конструкция уже имела среднюю быстроходность.

Еще более продвинутые конструкции на крыльях со стороны подсоса оснащались особыми клапанами. Потому регулировка происходила автоматически, что обеспечивало максимально высокое быстродействие. В рабочем состоянии удержание клапанов обеспечивала пружина. Все конструировали так, что из-за этих клапанов даже при активном движении не возникало сильного сопротивления. Если заданная частота кручения из-за центробежной силы была превышена, происходил поворот клапанов.

При этом сопротивление воздушному потоку нарастало, он использовался куда менее плавно и не так эффективно, как обычно. Зато в норме удавалось снизить страгивающий момент. В течение XVIII и XIX столетий ветряными мельницами пользовались уже на всей планете. Их перестали делать полукустарными способами, начали выпускать на заводах многолопастные ветровые двигатели из металла. К концу XIX века лишь немногие модели были лишены функций автоматической регулировки темпа кручения и жесткой фиксации колеса в направлении мотора.

В индустриально развитых странах делали тогда уже сотни тысяч комплектов для мельниц в год. Начался также выпуск усовершенствованных экономичных моделей, призванных, прежде всего, вырабатывать электричество. Мощность таких систем сравнительно невелика, обычно не превышала 1 кВт, чаще всего предусматривалось оснащение колесами с 2-3 лопастями крыльчатого формата. Подключение к генератору происходит через редуктор. Для накопления энергии в таких системах применялись аккумуляторы малой и средней емкости.

Особенности строительства

Чтобы построить мельницу, нужно учесть ряд нюансов.

Выбор места

Важно учитывать вращение лопастей. Потому поблизости не должно быть никаких посторонних строений и конструкций. Желательно выбирать ровную площадку, иначе постройка может быть перекошена. Участок очищают от всей растительности и иных мешающих вещей. Еще учитывают, как все будет смотреться внешне.

Инструменты и материалы

Построить ветряную мельницу можно даже из фанеры, прочного пластика или металла. Никто не запрещает также комбинировать их. Но все же классическому подходу оптимально соответствует использование деревянной доски, бруса, фанеры. Для гидроизоляции принимают полиэтилен, а для крыши — рубероид. Потому нужны еще молотки и гвозди, дрели, пилы и другой инструментарий для деревянного строительства: рубанки, УШМ, ведра и кисти.

Фундамент

Несмотря на декоративность большинства ветряных мельниц, схема строительства все равно подразумевает подготовку основания. Рытье ямы и заливка раствора не обязательны. Вполне достаточно использовать выкладку бруса или бревен. Обычно конструкция по форме близка к трапеции. Внутренний и наружный каркасы связывают при помощи вертикальных стоек, размещаемых под заданным углом.

Стены и кровля

При обшивке конструкции обращают внимание на проемы окон и дверей. Критически важна также точка монтажа лопастей. Двери ставят со вспомогательными креплениями. Подкреплять балки с лопастями можно брусом. Обивка возможна любым материалом, обеспечивающим герметично закрытую поверхность, наиболее колоритно покрытие деревом.

Форму крыши выбирают индивидуально. Ровное и прямое покрытие ничуть не хуже устанавливаемого под углом. Достаточную гидроизоляцию обеспечит слой рубероида. Лицевая крыша получается при помощи досок либо фанеры. Необходимости использовать более декоративные варианты отделки нет.

Установка ветрогенератора

Ставить мельницу нужно на сухую приготовленную площадку. По мере надобности используют анкеры, чтобы гарантировать жесткость крепления. Обязательно стоит свериться с законодательными и нормативными актами, чтобы не иметь проблем. В любом случае также соблюдают рекомендации по электробезопасности и заземлению. Необходимо подключать генератор через провода определенного сечения и в «уличной» изоляции.

Наиболее известные старые мельницы

Родосские мельницы, находящиеся около порта Мандрнаки, дробили очень долго зерно, которое доставляли прямо в гавань по морю. Изначально их было 13, по другим данным — 14. Но лишь 3 дошли до нашего времени и сохранены как памятники. На острове Эланд примерно та же ситуация — вместо 2000 мельниц сохранилось только 355. Их демонтировали в начале прошлого века, потому что необходимость отпала, к счастью, самые красивые постройки уцелели.

Также стоит отметить:

• Zaanse Schans (север Амстердама);

• мельницы островов Миконос;

• город Консуэгра;

• мельничную сеть Киндердейк;

• ветряные мельницы иранского Наштифана.

Спасибо. Очень ценный материал. Хочу построить мельницу. Поделюсь с вами историей. Я выросла в большом селе. После войны оно уменьшилось больше чем в 2 раза. А до войны было 700 дворов и 3,5 тысячи жителей. Небольшой речушкой оно было разделено на 2 части, тянувшиеся более чем на 3 км. А от каждой линии шли еще отростки других улиц, образуя как бы гребешок. Наверху каждого гребешка были огромные площади, на которых располагалась центральная площадь, а выше нее — лес ветряных мельниц. На одной стороне было 53 ветряных мельницы, на другой- 35. Кроме того, на реке стояла водяная мельница, а за селом (на другой реке) были еще 2 водяных мельницы, одна из которых работала круглый год. В центре села стояла механическая мельница, которая называлась Корпус. Вот все это было уничтожено- снесено и разбито во время коллективизации в 30-е годы по указанию свыше приехавшими уполномоченными. Жернова каждой мельницы были разбиты на мелкие камушки. Механическую перевезли в районный центр (до сих пор это какое-то мукомольное предприятие). И только на месте Корпуса (на остатках конструкции) позволили мукомольную механику. И брали за помол мешка гарнец (ведерный совок) муки. Люди подобрали остатки камней и стали изобретать себе настольные механические мельнички. Но злодеи прошли и проверили по всем домам. Все, что было уничтожили. Ах, как хороши мельницы в Голландии.

Источник https://m-strana.ru/articles/vetrogenerator-dlya-chastnogo-doma/

Источник https://ekobatarei.ru/vetryanye-melnicy-dlya-ehlektrichestva

Источник https://stroy-podskazka.ru/generatory/vetryanye-melnicy/