Kako izračunati vetrni generator: formule + praktični primer izračuna

Alternativna energija, pridobljena iz vetrnih elektrarn, je v družbi zelo zanimiva.O tem obstaja veliko dokazov na ravni realne vsakdanje prakse.

Lastniki podeželskih nepremičnin gradijo mline na veter z lastnimi rokami in so zadovoljni z rezultatom, čeprav je učinek lahko kratkotrajen. Razlog je v tem, da vetrni generator med montažo ni bil pravilno izračunan.

Strinjam se, ne bi rad porabil časa in denarja za izvajanje projekta in na koncu dobil neučinkovito namestitev. Zato je pomembno razumeti, kako izračunati vetrni generator in po katerih parametrih izbrati glavne delovne komponente vetrne turbine.

Članek je namenjen reševanju teh vprašanj. Teoretični del gradiva je dopolnjen z ilustrativnimi primeri in praktičnimi priporočili za sestavljanje vetrnega generatorja.

Izračun vetrnih turbin

Kje začeti z izračunom sistema za pridobivanje električne energije iz vetrne energije? Glede na to, da govorimo o vetrnem generatorju, se zdi preliminarna analiza rože vetrov na določenem območju logična.

Računski parametri, kot sta hitrost vetra in njegova značilna smer za določeno ozemlje, so pomembni parametri načrtovanja. Do neke mere določajo stopnjo moči vetrnih turbin, ki bo dejansko dosegljiva.

Težko si je sploh predstavljati vetrne generatorje takšne moči. Toda takšni modeli obstajajo in delujejo učinkovito.Vendar pa izračuni takšnih struktur kažejo relativno nizko moč v primerjavi s tradicionalnimi viri energije

Omeniti velja, da je ta proces dolgoročen (vsaj 1 mesec), kar je očitno. Z eno ali dvema meritvama ni mogoče izračunati največjih verjetnih parametrov hitrosti vetra in njegove najpogostejše smeri.

Potrebnih bo na desetine meritev. Vendar pa je ta operacija resnično potrebna, če obstaja želja po izgradnji učinkovitega proizvodnega sistema.

Kako izračunati moč vetrnice

Vetrni generatorji za domačo uporabo, zlasti ročno izdelani, nikoli niso presenetili ljudi z visoko močjo. To je razumljivo. Predstavljati si je treba le ogromen jambor visok 8-10 m, opremljen z generatorjem z razponom lopatic propelerja več kot 3 m, in to ni najmočnejša naprava. Samo približno 2 kW.

Za servisiranje vetrnih turbin te moči se uporabljajo helikopterji in ekipe strokovnjakov, ki štejejo do ducat ljudi. Za izračun takšne elektrarne je vključenih še večje število izvajalcev

Na splošno, če se zanašate na standardno tabelo, ki prikazuje razmerje med močjo vetrnega generatorja in zahtevanim razponom lopatic propelerja, je treba nekaj presenetiti. Glede na tabelo je za vetrnico z močjo 10 W potreben dvometrski propeler.

500-vatna zasnova bo zahtevala propeler s premerom 14 m, poleg tega pa je parameter razpona rezila odvisen od njihovega števila. Več kot je rezil, manjši je razpon.

A to je le teorija, pogojena s hitrostjo vetra, ki ne presega 4 m/s.V praksi je vse nekoliko drugače in moč gospodinjskih naprav, ki dejansko delujejo dolgo časa, nikoli ni presegla 500 W.

Zato je izbira moči tukaj običajno omejena na območje 250-500 W s povprečno hitrostjo vetra 6-8 m/s.

Tabela odvisnosti moči vetrnoenergetskega sistema od premera rotorja in števila lopatic. Ta tabela se lahko uporablja za izračune, vendar ob upoštevanju njene kompilacije za parametre hitrosti vetra do 4 m/s (+)

S teoretičnega stališča se moč vetrne elektrarne izračuna po formuli:

N=p*S*V³/2,

Kje:

• str – gostota zračnih mas;
• S – skupna izpihnjena površina lopatic propelerja;
• V — hitrost pretoka zraka;
• n – moč pretoka zraka.

Ker je N parameter, ki radikalno vpliva na moč vetrnega generatorja, bo dejanska moč naprave blizu izračunane vrednosti N.

Izračun propelerjev vetrnih turbin

Pri gradnji vetrnice se običajno uporabljata dve vrsti propelerjev:

• krilati — vrtenje v vodoravni ravnini;
• Savoniusov rotor, Darrieusov rotor — vrtenje v navpični ravnini.

Zasnove vijakov z vrtenjem v kateri koli ravnini je mogoče izračunati po formuli:

Z=D*Š/60/V

Kje:

• Z – stopnja hitrosti (nizka hitrost) propelerja;
• L – velikost dolžine kroga, ki ga opisujejo rezila;
• W – hitrost (frekvenca) vrtenja propelerja;
• V – hitrost pretoka zraka.

Na podlagi te formule lahko enostavno izračunate število vrtljajev W - hitrost vrtenja.

Tako izgleda zasnova vijaka, imenovanega "Darieu Rotor". Ta različica propelerja velja za učinkovito pri izdelavi vetrnih generatorjev majhne moči in velikosti.Izračun vijaka ima nekaj značilnosti

Delovno razmerje med vrtljaji in hitrostjo vetra je mogoče najti v tabelah, ki so na voljo na internetu. Na primer, za propeler z dvema krakoma in Z=5 velja razmerje:

Tudi eden od pomembnih kazalcev propelerja vetrnice je korak.

Ta parameter je mogoče določiti s formulo:

H=2πR* tan α,

Kje:

• 2π – konstantna (2*3,14);
• R – polmer, ki ga opisuje rezilo;
• tan α – kot preseka.

Dodatne informacije o izbiri oblike in števila rezil ter navodila za njihovo izdelavo so v Ta članek.

Izbira generatorjev za vetrne turbine

Z izračunano vrednostjo števila vrtljajev vijaka (W), pridobljeno z zgoraj opisano metodo, lahko že izberete (izdelate) ustrezen generator.

Na primer, s stopnjo hitrosti Z=5, številom rezil je 2 in hitrostjo 330 vrt/min. Pri hitrosti vetra 8 m/s. Moč generatorja naj bo približno 300 W.

Prečni prerez generatorja vetrne elektrarne. Demonstrativni primer ene od možnih zasnov domačega vetrnega generatorja, sestavljenega neodvisno

Glede na te parametre je lahko primerna izbira kot generator za domačo vetrno elektrarno motor, ki se uporablja v zasnovah sodobnih električnih koles. Tradicionalno ime dela je kolesarski motor (izdelano na Kitajskem).

Tako izgleda motor električnega kolesa, na podlagi katerega se predlaga izdelava generatorja za domačo vetrnico. Zasnova kolesarskega motorja je idealna za izvedbo brez izračunov ali sprememb. Vendar je njihova moč nizka

Značilnosti motorja električnega kolesa so približno naslednje:

Pozitivna lastnost kolesarskih motorjev je, da jih praktično ni treba spreminjati. Konstrukcijsko so bili zasnovani kot nizkohitrostni elektromotorji in se lahko uspešno uporabljajo za vetrne generatorje.

Za izdelavo mlina na veter lahko uporabite avtomobilski generator ali zbirati enota pralnega stroja.

Izračun in izbira regulatorja polnjenja

Krmilnik polnjenja baterije je potreben za katero koli vrsto vetrne elektrarne, vključno z domačo zasnovo.

Izračun te naprave se zmanjša na izbiro električnega tokokroga naprave, ki bi ustrezal konstrukcijskim parametrom vetrnega sistema.

Od teh parametrov so glavni:

• nazivna in največja napetost generatorja;
• največja možna moč generatorja;
• največji možni polnilni tok baterije;
• napetost baterije;
• sobna temperatura;
• raven vlažnosti okolja.

Glede na predstavljene parametre, sklop krmilnika polnjenja naredite sami ali izberite že pripravljeno napravo.

Krmilnik polnjenja za baterije, ki se uporabljajo kot del vetrne elektrarne. Industrijsko izdelana naprava, pri izbiri katere morate skrbno preučiti le tehnične lastnosti za natančno uskladitev z obstoječim sistemom

Seveda je priporočljivo izbrati (ali sestaviti) napravo, katere vezje bi omogočalo enostavno zagonsko funkcijo v pogojih šibkih zračnih tokov. Dobrodošel je tudi krmilnik, namenjen delovanju z baterijami različnih napetosti (12, 24, 48 voltov).

Nazadnje, pri izračunu (izbiri) krmilnega vezja je priporočljivo, da ne pozabite na prisotnost takšne funkcije, kot je nadzor pretvornika.

Izbira baterije za sistem

V praksi se uporabljajo različne vrste baterij in skoraj vse so zelo primerne za uporabo kot del vetrnega sistema. Toda v vsakem primeru bo treba narediti posebno izbiro. Odvisno od parametrov sistema vetrnice se baterija izbere glede na napetost, kapaciteto in pogoje polnjenja.

Tradicionalne komponente za domače vetrnice so klasične svinčeno-kislinske baterije. V praktičnem smislu so pokazali dobre rezultate.Poleg tega so stroški te vrste baterij razumnejši v primerjavi z drugimi vrstami.

Svinčeve baterije so še posebej nezahtevne glede pogojev polnjenja / praznjenja, vendar jih je nesprejemljivo vključiti v sistem brez krmilnika.

Če instalacija vetrne turbine vsebuje profesionalno zasnovan krmilnik polnjenja s popolnim sistemom avtomatizacije, se zdi smiselno uporabiti AGM ali helijeve baterije.

Baterijski paket za domači vetrni generator. Glede na kaos žic in zahteve glede shranjevanja ni najboljša možnost za uporabo. Pri takem stanju hranilnikov energije ni mogoče računati na njihovo dolgoročno delovanje.

Obe vrsti hranilnikov energije odlikujeta večja učinkovitost in dolga življenjska doba, vendar postavljata visoke zahteve glede pogojev polnjenja.

Enako velja za tako imenovane oklepne helijeve baterije. Toda izbira teh baterij za gospodinjsko vetrnico je bistveno omejena s ceno. Vendar pa je življenjska doba teh dragih baterij najdaljša v primerjavi z vsemi drugimi vrstami.

Te baterije imajo tudi daljši cikel polnjenja/praznjenja, vendar le, če se uporablja kakovosten polnilnik.

Izračun pretvornika za domačo vetrnico

Takoj je treba opozoriti: če zasnova domače vetrne turbine vsebuje eno 12-voltno baterijo, ni smisla namestiti pretvornika na tak sistem.

Povprečna poraba električne energije v gospodinjstvu je najmanj 4 kW pri koničnih obremenitvah.Od tod sklep: število akumulatorskih baterij za takšno moč mora biti vsaj 10 kosov in po možnosti z napetostjo 24 voltov. Za tako število baterij je smiselno vgraditi inverter.

Vendar pa bo za popolno oskrbo z energijo 10 baterij z napetostjo 24 W in stabilno vzdrževanje njihove napolnjenosti potrebna vetrnica z močjo najmanj 2-3 kW. Očitno preproste gospodinjske strukture ne prenesejo takšne moči.

Razsmernik nizke moči (600 W), ki se lahko uporablja za hišne male inštalacije. Iz takšne opreme lahko napajate TV ali majhen hladilnik z napetostjo 220 voltov. Za svetilke v lestencu ni več dovolj toka

Vendar pa lahko moč pretvornika izračunate na naslednji način:

1. Povzemite moč vseh porabnikov.
2. Določite čas porabe.
3. Določite največjo obremenitev.

V konkretnem primeru bo videti tako.

Kot obremenitev naj bodo gospodinjski električni aparati: svetilke - 3 kos. Vsak po 40 W, televizijski sprejemnik - 120 W, kompaktni hladilnik 200 W. Seštejemo moč: 3*40+120+200 in dobimo 440 W na izhodu.

Določimo moč porabnikov za povprečno obdobje 4 ur: 440*4=1760 W. Na podlagi dobljene vrednosti moči v času porabe se zdi logično med takimi napravami izbrati razsmernik z izhodno močjo 2 kW ali več.

Na podlagi te vrednosti se izračuna tokovno-napetostna karakteristika zahtevane naprave: 2000*0,6=1200 V/A.

Klasična shema za reprodukcijo in distribucijo energije, pridobljene iz gospodinjskega vetrnega generatorja. Za dolgoročno zagotavljanje energije takšnemu številu naprav pa je potrebna dovolj močna instalacija (+)

V resnici bo gospodinjska obremenitev tričlanske družine, ki je v celoti opremljena z gospodinjskimi aparati, višja od izračunane v primeru. Običajno tudi čas priključka bremena presega zahtevane 4 ure. V skladu s tem bo pretvornik vetrnega sistema potreboval močnejši.

Predhodni izračun vetrnice je uporaben ne le za njeno samomontažo. Prav tako je treba določiti optimalne parametre, ko izbira že pripravljenega vetrnega generatorja.

Zaključki in uporaben video na to temo

Kako se izvorni podatki analizirajo in kako se formule uporabijo, je predstavljeno v videu:

V vsakem primeru je treba uporabiti izračunane podatke. Ne glede na to, ali gre za industrijsko elektrarno ali za domačo uporabo, izračun posamezne enote vedno zagotavlja maksimalno učinkovitost naprave in, kar je najpomembneje, varnost delovanja.

Predhodni izračuni določajo izvedljivost izvedbe projekta in pomagajo ugotoviti, kako drag ali ekonomičen je projekt.

Ali imate izkušnje z reševanjem podobnih težav? Ali imate še vedno vprašanja o tej temi? Prosimo, delite svoje veščine izračuna in načrtovanja vetrnih turbin. V spodnjem obrazcu lahko pustite komentarje in postavljate vprašanja.