Как произвести расчет ветрогенератора по формулам

Рост цен на энергоносители заставляет многих владельцев домов задумываться над возможностью использования альтернативных источников энергии. Одним из вариантов видится использование ветрогенераторов.

Источник – абсолютно легальный, так как никаких значимых ограничений по его использованию нет.

И пока еще остается совершенно бесплатным – выработка электроэнергии таким способом в целях личного применения никакими налогами не облагается.

Калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрогенератора

Готовые ветровые энергетические установки – довольно дорогое удовольствие, поэтому домашние мастера начинают строить планы по самостоятельному их изготовлению.

Но прежде чем приступать к реализации такого, признаемся, очень непростого и во многом спорного проекта, есть смысл хотя бы примерно прикинуть – какой же ожидается выход выработанной энергии.

Иными словами, будет ли какая-то реальная отдача взамен затраченных средств, усилий, времени. В этом вопросе, возможно, окажет помощь предлагаемый калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрогенератора.

Ниже будет дан ряд пояснений по проведению расчета. Сразу оговоримся – приведенный алгоритм предназначен для оценки только осевых горизонтальных ветрогенераторов.

Калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрогенератора

Перейти к расчётам

Пояснения по проведению расчетов

Следует правильно понимать – никакой, даже самый совершенный и напичканный современной электроникой генератор не берет энергию ниоткуда, и не способен выдать больше того показателя, который определяется скоростью ветра и размерами ветряка.

Иными словами, даже в идеальных условиях можно получить только ту энергию, которая переносится ветровым потоком через определенную площадь.

Понятно, что площадью выступает в данном случае площадь круга, образованного вращением лопастей горизонтального ветряка.

Но весьма значительная часть этой энергии расходуется, так сказать, бесполезно – это создание завихрений воздуха, несоврешенсво крыльчатки, потери на силы трения в механике самого ветряка, системы передачи вращательного момента и в генераторе.

Это банальный нагрев механизмов, потери в целях преобразования и передачи тока и многое другое. И считается очень неплохим показателем, если на выходе остается порядка 30÷40% от исходного энергетического потенциала.

А на практике получается и того меньше.

Значит, задумывая создание ветровой энергетической установки, следует оценить, какое же от неё ожидается поступление электрической энергии. Оно зависит от скорости ветра (в кубической зависимости) и диаметра ветряка (в квадратичной).

Скорость ветра, понятное дело – величина непостоянная. Но для каждой местности рассчитаны среднегодовые показатели, на которые можно ориентироваться, если составляется прогноз на некоторую перспективу (месяц, год и т.п.). Эти показатели можно подсмотреть на карте схеме, размещённой ниже, но лучше все же уточнить в местной метеорологической службе.

Карта-схема среднегодовых скоростей ветра по регионам России

Итак, если есть намётки по размерам лопастей создаваемого генератора, можно провести и расчет мощности. Формула уже заложена в алгоритм калькулятора.

• Пользователю для начала предлагается указать скорость ветра. Некоторые пояснения на этот счет. Прогнозы  выработки электроэнергии на определенный период проводятся именно по среднегодовой скорости. А вот номинальная мощность ВЭУ обычно вычисляется по так называемой расчётной скорости ветра, которая может быть в 1,5÷2 раза выше.
• Вторым пунктом указывается радиус ротора ветрогенератора, то есть расстояние от его оси до края лопасти.

(Интересно, что от количества лопастей ничего в данном случае не зависит. Точнее, даже несколько обратная картина – если лопастей больше трех, то может стать только хуже, так как теряется скорость вращения).

• Если известны показатели КПД самого генератора и системы передачи вращения (редуктора), то они указываются в соответствующих полях. Если таких данных нет – можно оставить без изменения по умолчанию.

Остается нажать на кнопку расчета и получить результат. При вычислении от среднегодовой скорости ветра имеется возможность представить, какое количество энергии можно будет получить за определенный период.

К великому разочарованию многих, показатели могут быть более чем скромными. Так что есть над чем подумать, прежде чем принимать какое-то решение.

Ветрогенератор – насколько реалистичны возлагаемые на него надежды?

Увы, говорить о простоте реализации такого проекта и обретении бесплатного источника энергии, который решит все проблемы — было бы большим преувеличением. Для начала следует реально оценить и приобретаемые выгоды, и неизбежные немалые затраты, и собственные возможности. Надеемся, в этом поможет публикация нашего портала «Ветрогенератор своими руками».

О расчете мощности ветрогенератора

15 февраля 2019

От штиля до урагана

Прежде чем перейти к разговору о том, как сделать точный расчёт ветрогенератора, познакомимся с простейшей схемой определения силы ветра. Выйдите в чистое поле или на опушку леса в тихий солнечный день сентября.

Дымок от вашего костра поднимается вертикально, деревья не шелохнутся. И лишь осиновые листья еле вздрагивают, словно испугались вашего взгляда. Воздух затих, словно отдыхает перед предстоящей большой работой. Полный штиль.

Теперь – внимание.

Вот мы и познакомились с характеристиками движения воздуха от штиля до урагана, которые названы в честь автора шкалой Бофорта. Это 12-балльная шкала скорости ветров. Теперь мы можем визуально определять скорость ветра и брать его за основу, когда надо сделать расчет мощности ветрогенератора.

При расчете ветряка основным параметром выступает скорость ветра. Для каждого ветрогенератора этот параметр индивидуален. В большинстве установок лопасти приводятся в движение при воздействии на них ветра от 2 м/с.

И только при 7-11 м/с (с учетом самой установки) КПД ветряка будет максимальным. Первая скорость – начальная, вторая – номинальная. Оба этих параметра указываются производителем на упаковке каждой модели ветряка.

Альтернативная энергия своими руками – это вполне реально. Так, чтобы делать расчет мощности ветрогенератора, сначала придется проанализировать скорость ветра в вашем регионе.

Для этого придется потратить не один месяц. Максимально вероятные параметры скорости ветра не вычислить за 1-2 раза. Потребуется сделать десятки замеров.

Если времени на такие исследования нет, то можно запросить данные у местной метеостанции.

Чтобы электроэнергия вырабатывалась постоянно, при расчете необходимо учитывать среднюю скорость ветра в конкретном регионе. Ее можно узнать даже из прогноза погоды или изучив карту ветров.

Номинальную скорость рекомендуется измерять специальными приборами прямо на участке, где будет располагаться ветряк.

Это важно, поскольку дом может находиться на возвышении или, наоборот, в низине, где ветра практически нет.

Расчет мощности ветряка

Перед тем как своими руками сделать ветрогенератор, необходимо рассчитать его мощность. Ее приравнивают к мощности ветрового потока, который «гуляет» по конкретной местности. Для этого используют такую формулу:

P = r · V3 · S/2,

где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м2).

Чтобы рассчитать ветрогенератор, можно для примера взять площадь винта в 3 м2, а скорость ветра – 10 м/с. Тогда получится следующее значение: 1,225 · 103 · 3/2 = 1837,5 Вт.

Что касается винтов, то для небольшого дома их радиус должен быть хотя бы 3-4 м. Тогда диаметр ограничивается значениями в 6-8 м. Такие параметры используются, если ветряк должен обеспечивать электроэнергией весь дом, т. е.

его применяют в качестве основного, а не дополнительного источника.

Читайте также:  Как правильно сложить печь с плитой: пошаговый инструктаж + разбор нюансов

В рассчитанной мощности ветрового потока не были учтены потери. Конечное значение будет еще несколько ниже. Для получения точного результата его умножают на коэффициент, равный:

• 35-45% – для ветрогенераторов с 3 горизонтальными лопастями;
• 15-25% – для ветряков типа Савониус с вертикальными лопастями.

• 
• С учетом коэффициента использования энергии ветра мощность ветрогенератора может составить 1837,5 · 40% = 735 Вт (для горизонтальной установки) и 1837,5 · 20% = 367,5 Вт.
• На следующем шаге расчета должен быть учтен еще КПД самого генератора, равный:

• 80% – для установок, в основе работы которых лежат магниты;
• 60% – для генератора с электровозбуждением.

Тогда для ветряка с горизонтальными лопастями требуемая мощность составит 735 · 80% = 588 Вт. Еще 20% из этого значения вычитаются на потери в контроллерах, проводах и диодном мосту. Тогда от изначального значения в 1837,5 Вт остается 588 – 20% = 470,4 Вт.

Так, при расчете мощности ветрогенератора для дома и дачи ожидаемое значение можно смело делить пополам. Лучше сразу проектировать установку в 2 раза мощнее, чем требуется по расчетам.

Так вы компенсируете все недостатки, включая те или иные свойства используемых материалов и нюансы сборки в домашних условиях.

Такой ветрогенератор будет обеспечивать ваше жилище необходимой электроэнергией без перебоев.

Расчет ветрогенератора. Что нужно учитывать? — Альтернативные источники энергии

13 Октябрь 2013        Главная страница » Расчеты

Прежде чем покупать или самостоятельно изготавливать ветроустановку, необходимо произвести некоторые  расчеты. Особых трудностей здесь нет, однако расчет ветрогенератора имеет свои особенности, на которых заострим внимание в этой статье. В данном случае расчет ветроустановки предполагает правильный расчет мощности ветрогенератора в зависимости от скорости ветра и диаметра лопастей генератора. Четкое понимание того, от чего зависит мощность ветрогенератора, позволит сэкономить деньги при его покупке.

В первую очередь необходимо определиться с мощностью нагрузки, которую будет обеспечивать ветрогенератор. Т.е. понять, сколько он вообще должен вырабатывать электроэнергии в сутки или в месяц, год. Чтобы запитать дом понадобится достаточно мощный ветряк, который будет стоить пока еще астрономическую сумму по нашим меркам.

Поэтому, как правило, выделяют некоторую мощность, с которой справился бы небольшой ветрогенератор, т.е. используют его как дополнительный источник снабжения. Чтобы произвести расчет мощности ветрогенератора, нужно определить мощность воздушного потока.

В упрощенном варианте мощность воздушного потока рассчитывается по формуле:

P=k·R·V³·S/2,

где

• k= 0,2÷0,5- коэффициент эффективности турбины, учитывающий невозможность работы установки на 100%;
• R – плотность воздуха, кг/м³. При нормальных условиях принимают равной 1,225 кг/м³;
• V – скорость потока воздуха, м/с;
• S=пD²/4 – площадь ветрового потока, м².

При скорости 5 м/с и диаметре лопастей 1 м (P= 0,25·1,225·5³·3,14·1/4= 30,05 Вт) генератор сможет выдать только 30 Вт мощности.

Допустим, нам необходимо обеспечить небольшую нагрузку в несколько кВт и среднесуточным потреблением 30 кВт·ч посредством ветрогенератора,  а скорость ветра на местности, где предполагается установка, равна 5 м/с.

В этом случае обеспечить такую нагрузку способен генератор  мощностью 1,25 кВт, работающим 24 часа в сутки. Исходя из таблицы 1, обеспечить мощность 1,25кВт (1250 Вт) может ветрогенератор с диаметром лопастей 9 м, при скорости 8 м/с – генератор с диаметром 5 м. и т.д. Т.е.

в таблице наглядно показано, что выработка эл. энергии посредством ветряков напрямую зависит от диаметра лопастей и скорости ветра.

Отсюда следует вывод: при покупке ветрогенератора заданной мощности еще нет гарантии, что он будет ее вырабатывать. При снижении скорости ветра мощность будет снижаться, однако увеличение диаметра лопастей позволит вырабатывать требуемую мощность и при сниженной скорости ветра.

Таблица1. Зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра и диаметра лопастей.

Источник: vetrodvig.ru

В сети можно встретить еще несколько упрощенных формул по расчету ветрогенераторов. Результаты немного разнятся, но в принципе их можно использовать. Зачастую небольшие ветрогенераторы изготавливают самостоятельно, без расчетов.

В последующих статьях рассмотрим остальные элементы ветроустановок, а также их самостоятельное изготовление. Для того чтобы определить скорость ветра в своем регионе, можно обратиться в метеослужбу, встречаются справочные данные и в интернете.

Годовое распределение скорости ветра в Беларуси на уровне 10 -12 метров наглядно видно на этом изображении.

Это интересно:

Быстро и просто делаем солнечные батареи своими руками
Возможно ли сделать биогазовую установку своими руками

Преобразование энергии ветра в электрическую энергию с помощью ветрогенератора

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.

Расчет мощности ветроколеса

Методика расчета мощности ветроколеса ветрогенератора относительно точная и довольно простая.

Ниже формула расчета мощности энергии ветра P=0.6*S*V^3, где P- мощность Ватт S- площадь ометания кв.м.

V^3- Скорость ветра в кубе м/с Дополнительно формула расчета площади круга S=πr2, где π- 3,14 r- радиус окружности в квадрате К примеру если взять площадь винта 3кв.м. и посчитать мощность на ветре 10 м/с, то получится 0,6*3*10*10*10=1800ватт.

Но это мощность ветрового потока, а винт заберет часть мощности, которая в теории может достигать 57%, но на практике для горизонтальных трехлопастных ветрогенераторов этот параметр 35-45%. А для вертикальных типа Савониус 15-25%.

Тогда в среднем для горизонтального трехлопастного винта коэффициент использования энергии ветра поставим 40% и посчитаем, 1800*0,4= 720 ватт. Винт заберет 720 ватт у ветра, но еще есть КПД генератора, который у генераторов на постоянных магнитах примерно 0,8 , а с электровозбуждением 0,6. Тогда 720*0,8=576 ватт.

Читайте также:  Лучшая газовая плита без духовки: рейтинг лучших моделей на 2 и 4 конфорки + на какие критерии смотреть при покупке

Но на практике все может быть гораздо хуже, так-как генератор не во всех режимах работы имеет высокий КПД, так-же eсть потери в проводах, на диодном мосту, в контроллере, и в аккумуляторе. Поэтому можно скинуть смело еще 20% мощности и останется примерно 576-20%=640,8 ватт.

У вертикального ветрогенератора это параметр будет еще меньше так-как во-первых КИЭВ всего 20%, а так-же мультипликатор, КПД которого 70-90%.

Тогда изначальные из 1800 ватт мощности ветра лопасти отнимут 1800*0,2=360ватт. Минус КПД генератора 0,8 и мультипликатора 0,8 равно 360*0,8*0,8=230,4ватт.

И еще минус 20% на потери в проводах, диодном мосту, контроллере и АКБ., и останется 230,4-20%=183,6ватт.

Из реальной жизни практический расчет мощности ветрогенератора

Эту формулу можно встретить на многих форумах и сайтах по ветрогенераторам. Для проверки формулы я хочу сравнить реальные данные двух ветрогенераторов небольшой мощности с почти одинаковыми по площади винтами, но один горизонтальный, а второй вертикальный.

На фото два реальных самодельных ветрогенератора, первый горизотальный трехлопастной с диаметром винта 1,5м., второй вертикальный шириной 1м высотой 1,8м. Не считая данные сразу напишу что мощность горизонтального на ветру 10м/с около 90 ватт, и вертикального 60ватт. КИЭВ первого так-как лопасти сделаны на глазок наверно 0,3 , а второго вертикального вроде хорошо сделанного 0,2. Теперь вычислим площадь винта ометаемую ветром, для первого это 1,76м, для второго вертикального 1,8м. значит для горизонтального 0,6*1,76*10*10*10=1056*0,3*0,8-20%=202ватт. значит для вертикального 0,6*1,8*10*10*10=1080*0,2*0,8-20%=138ватт.

Получились вот такие теоретические данные, но зная реальные становится становится понятно что КИЭВ обоих ветрогенераторов и КПД их генераторов далек от хороших показателей.

В таком случае для большинства самодельных генераторов, которые делаются на глазок без расчетов можно смело скидывать еще 50% и получить в итоге реальную ожидаемую мощность от ветроустановки с ветроколесом определенной площади.

Расчет ветрогенератора: реальная мощность самодельного ветряка и ветроколеса

Прежде чем приобрести или изготовить ветрогенератор, необходимо определиться с его мощностью, собственной потребностью в энергии и прочих параметрах устройства.

Это принципиально важно при покупке ветряка, так как цены настолько велики, что приходится покупать устройство, которое пользователь сможет осилить по финансам.

В некоторых случаях возможности оказываются настолько низкими, что приобретение уже не имеет смысла.

Расчет мощности ветрогенератора

Самостоятельное изготовление ветряка также нуждается в предварительном расчете.

Никому не хочется потратить время и материалы на изготовление неведомо чего, хочется иметь представление о возможностях и предполагаемой мощности установки заранее.

Практика показывает, что ожидания и реальность между собой соотносятся слабо, установки, созданные на основе приблизительных прикидок или предположений, не подкрепленных точным расчетами, выдают слабые результаты.

Произвести точный расчет с учетом всех факторов, воздействующих на ветряк, достаточно сложно. Для неподготовленных в теоретическом отношении мастеров такой расчет слишком сложен, он требует обладания множеством данных, недоступных без специальных измерений или расчетов.

Поэтому обычно используются упрощенные способы расчетов, дающие достаточно близкие к истине результаты и не требующие использования большого количества данных.

Как произвести?

Для расчета ветрогенератора надо произвести следующие действия:

• определить потребность дома в электроэнергии. Для этого необходимо подсчитать суммарную мощность всех приборов, аппаратуры, освещения и прочих потребителей. Полученная сумма покажет величину энергии, необходимой для питания дома
• полученное значение необходимо увеличить на 15-20 %, чтобы иметь некоторый запас мощности на всякий случай. В том, что этот запас нужен, сомневаться не следует. Наоборот, он может оказаться недостаточным, хотя, чаще всего, энергия будет использоваться не полностью
• зная необходимую мощность, можно прикинуть, какой генератор может быть использован или изготовлен для решения поставленных задач.  От возможностей генератора зависит конечный результат использования ветряка, если они не удовлетворяют потребностям дома, то придется либо менять устройство, либо строить дополнительный комплект
• расчет ветроколеса. Собственно, этот момент и является самым сложным и спорным во всей процедуре. Используются формулы определения мощности потока

• Для примера рассмотрим расчет простого варианта. Формула выглядит следующим образом:
• P=k·R·V³·S/2
• Где P — мощность потока.
• K — коэффициент использования энергии ветра (величина, по своей сути близкая к КПД) принимается в пределах 0,2-0,5.

R — плотность воздуха. Имеет разные значения, для простоты примем равную 1,2 кг/м3.

Результат показывает, что мощность потока равняется 36 Вт. Этого очень мало, но и метровая крыльчатка слишком мала. На практике используются ветроколеса с размахом лопастей от 3-4 метров, иначе производительность будет слишком низкой.

Что нужно учитывать?

При расчете ветряка следует учитывать особенности конструкции ротора. Существуют крыльчатки с вертикальным и горизонтальным типом вращения, имеющие разную эффективность и производительность. Наиболее эффективными считаются горизонтальные конструкции, но они имеют потребности в высоких точках установки.

Сооружение мачты может обойтись в большую сумму денег и значительные вложения труда. Кроме того, обслуживание ветряка, расположенного на высоте около 10 м над поверхностью земли чрезвычайно сложно и опасно.

Не менее важным будет обеспечение достаточной мощности крыльчатки для вращения ротора генератора. Устройства с тугими роторами, позволяющие получать хороший выход энергии, требуют немалой мощности на валу, что может обеспечить только крыльчатка с большой площадью и диаметром лопастей.

Не менее важным моментом являются параметры источника вращения — ветра. Перед производством расчетов следует как можно подробнее узнать о силе и преобладающих направлениях ветра в данной местности.

Учесть возможность ураганов или шквалистых порывов, узнать, с какой частотой они могут возникать.

Неожиданное возрастание скорости потока опасно разрушением ветряка и выводом из строя преобразующей электроники.

Реальная мощность самодельного ветрогенератора

Особенностью самодельных устройств является использование подручных материалов и устройств. В таких условиях обеспечить полноценное соответствие проектным данным не всегда удается. При этом, разница в расчетных и реальных показателях может оказаться как отрицательной, так и положительной.

Величины, определяющие возможности комплекта, это мощность ветроколеса и генератора. Насколько они будут соответствовать друг другу, такая и общая мощность ветрогенератора будет получена в результате.

Например, если генератору для номинальной производительности требуется скорость вращения в 2000 об/мин, то никакое ветроколесо не сможет обеспечить нужные значения.

Поэтому прежде всего следует подбирать тихоходные образцы генераторов, способные на выработку больших количеств энергии при низких скоростях вращения.

Для этого модернизируются готовые устройства (например, устанавливаются неодимовые магниты на ротор автомобильных генераторов), изготавливаются собственные конструкции на базе тех же неодимовых магнитов с заранее подсчитанной мощностью и производительностью.

Расчет параметров ветроколеса

Расчет ветроколеса имеет важное значение при создании ветрогенератора. Именно крыльчатка принимает на себя поток ветра, передает его энергию в виде вращательного движения на ротор генератора. Для расчета потребуется, прежде всего, знание параметров генератора — мощность, номинальная скорость вращения ротора и т.д.

Следует учитывать, что увеличение количества лопастей снижает скорость вращения, но увеличивает мощность вращательного движения. Соответственно, малое число лопастей надо применять на быстроходных генераторах, а большое количество —торах, нуждающихся в большом усилии вращения.

• Формула быстроходности ветроколеса выглядит следующим образом:
• Z = L × W / 60 / V,
• Где Z — искомая величина (быстроходность),
• L — длина окружности, описываемой лопастями.
• W — частота (скорость) вращения крыльчатки.
• V — скорость ветра.

Специалисты рекомендуют для самостоятельного изготовления выбирать многолопастные образцы с количеством лопастей от 5 штук. Они не требовательны к балансировке, имеют более стабильную аэродинамику и более активно принимают на себя энергию воздушного потока.

Сколько экономии энергии дает ветряк?

Величина экономии, полученной от использования ветрогенератора, рассчитывается по собственным данным. Она складывается, с одной стороны из расходов на приобретение и сборку ветряка или его деталей, расходов на обслуживание комплекта. С другой стороны, учитывается стоимость сетевой электроэнергии в данном регионе, либо цена подключения и прочие расходы, связанные с этим.

Разница полученных величин и будет являться величиной экономии. Необходимо учесть также отсутствие возможности для подключения в некоторых районах, когда ветрогенератор становится единственным доступным вариантом. В таких случаях разговор об экономии становится неуместным.

Сколько электроэнергии вырабатывает?

Количество вырабатываемой энергии зависит от параметров крыльчатки и собственно генератора. Максимально возможным количеством следует считать номинальные данные генератора, уменьшенные на величину КИЭВ крыльчатки. На практике показатели намного ниже, так как в получении результата большое значение имеет скорость ветра, которую невозможно заранее предсказать.

Кроме того, имеются различные тонкие эффекты, в сумме оказывающие заметное влияние на конечную производительность ветряка. Принципиально важными значениями являются диаметр крыльчатки и скорость ветра, от них напрямую зависит количество полученной энергии.

Минимальная скорость ветра для ветряка

Минимальная скорость ветра — в данном случае это величина, при которой лопасти ветряка начинают вращаться. Это значение показывает степень чувствительности крыльчатки, но на конечный результат влияет слабо. Генератор имеет собственные потребности, для него само по себе вращение еще не решает все вопросы.

Требуется определенная скорость и стабильность движения, отсутствие резких рывков. Рассматривать минимальную скорость вращения следует только с позиций общей эффективности рабочего колеса, позволяющей оценивать его способность обеспечить выработку энергии на слабых потоках.

Рекомендуемые товары

Расчет ветрогенератора.Расчет Мощности ветрогенератора, ветровой турбины. Расчет относительно скорости ветра

Ветровые электростанции большой мощности сегодня конкурируют с другими источниками электроэнергии. Суммарная мощность установленных в мире ветряных электростанций удваивается каждые три года. Несмотря на то, что доля электрической энергии ветровых турбин составляет лишь 1% от объема потребления электрической энергии в мире, в некоторых странах она составляет 5-20%.
[adsense_id=»1″]

Что касается малых ветровых генераторов для обеспечения электроэнергией отдельных домов или небольших предприятий, то они, как правило, еще слишком дорогими по сравнению с энергией, которую они производят.

Читайте также:  Беспроводной пылесос дайсон v8: обзор, характеристики, функции, отзывы

Й хотя ветер бесплатный, срок окупаемости малых ветровых генераторов может составлять 5-15 лет, в зависимости от места установки, мощности, технических характеристик ветрогенератора.

Башня, аккумуляторные батареи, инвертор и некоторое другое оборудование значительно повышают стоимость ветровых генераторов. Кроме того, не всегда достаточная сила ветра для работы ветрогенератора, а заряда аккумуляторов может не хватить для питания электроприборов.

Поэтому, в большинстве случаев, ветрогенератор рассчитывается и  используется как дополнительный источник электроэнергии.

Эффективность ветровых генераторов в наших условиях можно значительно повысить, а срок окупаемости значительно сократить, если выработанную электроэнергию использовать для нагрева воды в системе отопления зимой и для бытовых нужд летом. В этом случае нет необходимости в приобретении аккумуляторных батарей и инвертора, что значительно снижает стоимость установки. Нужно только изготовить электрический бойлер и подключить его к системе.

Большинство из тех, кто уже вынашивал идею установить ветрогенераторы и скрупулезно изучал предложения на рынке, были разочарованы

Цена ветровых турбин от 1 000 $ до 3 000 $ на 1 кВт мощности. А при наших ветрах, турбина течение года выработает электроэнергии не так уж и много. Срок окупаемости системы — лет 15, не меньше. Нет смысла устанавливать.

Действительно ли это так? Постараемся ответить на этот вопрос и поискать пути решения проблемы.

Самый главный вопрос на который необходимо дать ответ, прежде чем выбирать ветровой генератор, это: Сколько кВт * ч электроэнергии сможет выработать ветровой генератор в течение года в вашей местности?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос необходимо:
— Рассчитать мощность электрогенератора, от нее будет зависеть величина диаметра ветрового колеса и минимальная высота башни;
— Проанализировать данные скорости ветра ближайшей метеостанции в течение года.
Но давайте сначала проанализируем формулу мощности воздушного потока:

• P = r V 3 S / 2, [B т]
• д е r — плотность воздуха (при нор маль ных условиях = 1,225 кг / м 3);
  V — скорость воздушного потока, м / с;
• S = Π R 2 = Π D 2/4 — площадь ветрового потока, м 2.
• Так как никакая турбина не может использовать 100% энергии ветра, то для расчета мощности ветрового генератора необходимо в формулу ввести коэффициент эффективности турбины к который может иметь значение 0,2-0,5:
• P * = к r V 3 S / 2, [B т]

Из формулы видно, что мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости ветра и квадрату диаметра колеса турбины.

Это означает, что при увеличении скорости ветра вдвое, мощность потока возрастет в 8 раз, а при увеличении длины лопастей вдвое, мощность ветрогенератора возрастет в 4 раза.

В таблице приведены величины мощности ветровой турбины, в зависимости от скорости ветра и диаметра колеса турбины. Коэффициент эффективности турбины k = 0,25.
[adsense_id=»1″]

Вы видите, как сильно возрастает величина мощности ветрового потока при увеличении скорости ветра только на 1м / с.
В технических данных ветровых генераторов всегда предоставляется номинальная мощность и скорость ветра, при которой она достигается. Как правило, номинальная мощность ветровых генераторов достигается при скоростях ветра 7 — 11м / с.

Не стоит устанавливать ветрогенератор, у которого номинальная мощность достигается при ветре 11м / с, если такой ветер бывает очень редко. Правильно вибративитрогенератор можно, только имея данные скорости ветра в месте монтажа установки и проведя расчеты.

Конечно, при покупке ветрогенератора, следует обратить внимание и на коэффициент эффективности турбины к.

Для того, чтобы показать, что необходимо учитывать при принятии решения по установлению  и расчету ветрогенератора, рассмотрим следующий пример:

[adsense_id=»1″]
В хозяйстве есть потребность в установке электрического генератора, который сможет обеспечить потребители электроэнергии с максимальной нагрузкой 2,7 кВт и со среднесуточным потреблением электроэнергии 10 кВт * час.

Из этого следует, что ветрогенератор должен производить ежедневно в среднем 10 кВт * ч электроэнергии. Такое количество электроэнергии в течение суток может произвести генератор мощностью 0,5 кВт, если он будет постоянно работать. Но ветер не всегда дует на полную мощность ветрового генератора и часто бывает очень слаб.

Теперь необходимо установить которая среднесуточная мощность ветра в месте установки ветрогенератора. Из таблицы мы видим, что примерно такую мощность может иметь ветрогенератор с колесом d = 4м при скорости ветра — 8м / с, d = 5м при скорости ветра — 7м / с, d = 6м при скорости ветра — 6м / с, d = 8м при скорости ветра — 4м / с.

Поэтому перед установкой ветрогенератора, необходимо знать приблизительный прогноз скорости ветра по месяцам, а дальше выбирать необходимый ветрогенератор. Точные данные можно получить проведя в течение определенного времени измерения скорости ветра с помощью анемометра.

Данные о скорости ветра можно получить и на ближайшей метеостанции, но они не будут учитывать особенностей местности, где планируется установить ветрогенератор.

http://www.bio-invest.com.ua/windturbine.html

Похожее

Расчёт ветрогенератора | Альтернативные энергии

Прежде чем приобретать для дома ветрогенератор, необходимо понимать, откуда берутся параметры его мощности, действительно ли он будет выдавать те параметры, что записаны в его паспорте, и на что вы можете рассчитывать.

Скорость ветра

Независимо от того, планируете ли вы купить готовый генератор, либо будете делать его сами, скорость ветра будет одним из важнейших параметров при определении мощности установки.

Во-первых, у каждого типа ветрогенераторов есть своя начальная скорость работы. Для большинства установок это 2-3 м/с. Если скорость ветра ниже этого порога, работать генератор не будет вообще, и, соответственно, электричество вырабатывать тоже.

Помимо начальной скорости, существует и номинальная, при которой ветрогенератор выходит на свою номинальную мощность. Для каждой модели производитель указывает эту цифру отдельно.

Однако, если скорость выше начальной, но ниже номинальной, то и выработка электричества будет существенно снижена.

А для того, чтобы не остаться без электричества, вам нужно всегда прежде всего ориентироваться на среднюю скорость ветра в вашем регионе и непосредственно на вашем участке.

Первый показатель вы можете узнать, взглянув на карту ветров, либо посмотрев прогноз погоды в своём городе, где обычно указывается скорость ветра.

Вторая же цифра в идеале должна измеряться специальными приборами непосредственно в том месте, где будет стоять ветроустановка. Ведь ваш дом может быть как на возвышении, где скорость ветра будет выше, так и в низине, в которой ветра практически не будет.

В данной ситуации те, кто постоянно страдает от ураганных порывов ветра, находятся в более выгодном положении, и могут рассчитывать на большую производительность ветрогенератора.

Диаметр винта

Если вы думаете, что ветрогенератор – это небольшая установка, которая буквально может стоять у вас на крыше и питать электричеством ваш дом на 100 кв.м., вы заблуждаетесь.

Если установка используется как самостоятельный источник энергии, который должен обеспечить все ваши потребности, а не малую их часть, то винты могут быть на самом деле огромными.

Для небольшого дома необходим радиус хотя бы 3-4 метра. Соответственно, диаметр – 6-8 метров.

Потери

Не достаточно просто рассчитать по формуле мощность вашей установки. Всегда существуют потери, которые заберут до 70% мощности. Первые потери, с которыми вы столкнётесь – это коэффициент использования энергии ветра. Он равен примерно 0,6.

Далее потери будут на винте, который берёт от 40 до 50% мощности. Потери генератора составляют около 20%, а потери проводов – ещё 20%.

Все эти параметры нужно учесть при планировании ветроустановки. Здесь приведены примерные потери. Реальные величины вы можете узнать в описании тех элементов, которые будете использовать. Они обычно указаны производителем.

Простая и сложная формулы

• Существует две формулы, по которым вы можете определить мощность ветрогенератора, зная скорость ветра и радиус либо диаметр лопастей.
• Первая формула немного сложнее, и реже используется.
• Мощность = коэффициент использования энергии ветра * ((плотность возд. потока * скорость ветра в кубе)/2 * п * радиус в квадрате)
• Вторая формула несколько упрощена.
• Мощность = 0,6 * п * радиус в квадрате * скорость ветра в кубе
• Скорость ветра для расчёта стоит брать ниже среднегодовой, чтобы реально понимать, на какие цифры вам стоит рассчитывать.

Расчёт

Примеры расчётов для дачи и дома с учётом использования определённых электроприборов, мы рассмотрим в другой статье. Сейчас же выясним, какую реальную мощность нам может дать предлагаемый производителем ветрогенератор.

Вторая цифра ближе к реальности, и именно такую формулу стоит использовать в ваших подсчётах. Однако, давайте посчитаем потери на винт от второго результата.

Мощность = 3768 * 0,6 = 2260.8 Вт.

Уже намного ближе к первому результату. Однако, от этой цифры нам нужно отнять ещё потери генератора и проводов.

Мощность = 2260.8 * 0,8 * 0,8 = 1446,9 Вт.

Именно на такую величину вы можете рассчитывать при использовании ветрогенератора с винтами 4 метра. Конечно же, при более сильном ветре его мощность возрастёт, но этот параметр индивидуален для каждого дома.