Как произвести расчет ветрогенератора по формулам

Альтернативная энергия, получаемая от ветряных турбин, вызывает большой интерес в обществе. Этому есть много подтверждений на уровне реальной повседневной практики.

Владельцы загородной недвижимости строят ветряки своими руками и довольны результатом, даже если эффект кратковременный. Причина в том, что ветряк при сборке был неправильно рассчитан.

Согласитесь, не хотелось бы тратить время и деньги на реализацию проекта и получать неэффективную установку. Поэтому важно понимать, как рассчитать ВЭУ и с какими параметрами выбрать основные рабочие агрегаты ВЭУ.

Статья посвящена решению этих вопросов. Теоретическая часть материала дополнена наглядными примерами и практическими советами по сборке ветряка.

Расчет ветряка

С чего начать расчет системы воспроизводства электроэнергии из энергии ветра? Учитывая, что это ветрогенератор, предварительный анализ розы ветров на конкретном участке кажется логичным.

Расчетные параметры, такие как скорость ветра и его характерное направление для данной местности, являются важными расчетными параметрами. В некоторой степени они определяют реально достижимый уровень мощности ветряной мельницы.

Трудно представить себе ветрогенераторы такой мощности. Но такие проекты существуют и эффективно работают. Однако расчеты таких конструкций показывают относительно низкую мощность по сравнению с традиционными источниками энергии

Удивительно, но этот процесс длительный (минимум 1 месяц), что довольно очевидно. Невозможно рассчитать наиболее вероятные параметры скорости ветра и его наиболее частое направление с помощью одного или двух измерений.

Потребуются десятки измерений. Однако это действительно необходимо для построения эффективной производственной системы.

Как рассчитать мощность ветряка

Ветряные генераторы для дома, особенно сделанные своими руками, еще не успели удивить людей своей высокой мощностью. Это понятно. Представьте себе массивное дерево высотой 8-10 м, оборудованное генератором с размахом лопастей винта более 3 м, и это не самая мощная установка. Всего около 2 кВт.

Для обслуживания ветроустановок этой мощности используются вертолеты и бригады специалистов численностью до десятка человек. Для расчета такой электростанции привлекается еще большее количество художников

В общем, если опираться на стандартную таблицу, показывающую взаимосвязь между мощностью ветрогенератора и требуемым светом лопастей гребного винта, есть чему удивляться. Согласно таблице, для ветряка мощностью 10Вт требуется двухметровый пропеллер.

Для 500-ваттной конструкции потребуется пропеллер диаметром 14 м. В этом случае параметр ширины лопастей зависит от их количества. Чем больше количество лопастей, тем меньше амплитуда.

Но это только теория из-за скорости ветра не более 4 м / с. На практике все несколько иначе, и мощность домашних систем, которые реально работают долго, никогда не превышала 500 Вт.

Поэтому выбор мощности здесь обычно ограничивается диапазоном 250-500 Вт при средней скорости ветра 6-8 м / с.

Таблица зависимости мощности ветроэнергетической установки от диаметра рабочего винта и количества лопастей. Эту таблицу можно использовать для расчетов, но с учетом ее составления для параметра скорости ветра до 4 м / с (+)

С теоретической точки зрения мощность ветропарка рассчитывается по формуле:

N = p * S * V3 / 2,

где это находится:

  • V – скорость воздушного потока;
  • p – плотность воздушных масс;
  • S – общая площадь обдува лопастей гребного винта;
  • N – мощность воздушного потока.

Поскольку N – параметр, который кардинально влияет на мощность ветрогенератора, реальная мощность установки будет близка к расчетному значению N.

Расчет гребных винтов ветряных турбин

При проектировании ветряка обычно используются винты двух типов:

  • ротор Савониуса, ротор Дарье – вращение в вертикальной плоскости.
  • лопата – вращение в горизонтальной плоскости;

Винтовые конструкции с вращением в любой из плоскостей можно рассчитать по формуле:

Z = Д * Ш / 60 / В

где это находится:

  • W – скорость (частота) вращения шнека;
  • Z – степень скорости (малая скорость) винта;
  • L – размер длины круга, описываемого лопастями;
  • V – расход воздуха.

По этой формуле легко вычислить количество оборотов W – скорость вращения.

Так выглядит конструкция винта под названием «Ротор Дарье». Этот вариант воздушного винта считается эффективным при производстве ветроэнергетических установок малой мощности и габаритов. Расчет лозы имеет некоторые особенности

А рабочее соотношение оборотов и скорости ветра можно найти в таблицах, доступных в сети. Например, для двухлопастного гребного винта и Z = 5 имеет место следующее соотношение:

Количество лопастей Степень скорости Скорость ветра м / с
2 5 330

Также одним из важных показателей гребного винта ветряной турбины является шаг.

Этот параметр можно определить по формуле:

H = 2πR * tg α,

где это находится:

  • R – радиус, описываемый лопаткой;
  • 2π – постоянная (2 * 3,14);
  • tg α – угол сечения.

Подробнее о выборе формы и количества лопастей, а также инструкции по их изготовлению можно найти в этой статье.

Подбор генераторов для ветряных турбин

Имея расчетное значение числа оборотов винта (W), полученное описанным выше способом, уже можно выбрать (изготовить) соответствующий генератор.

Например, если скорость Z = 5, количество лопастей равно 2, а скорость равна 330 об / мин. При скорости ветра 8 м / с мощность генератора должна составлять около 300 Вт.

Раздельный ветрогенератор. Репрезентативный пример одной из возможных конструкций домашнего ветрогенератора, собранного вами

При этих параметрах подходящим выбором в качестве генератора для домашней ветряной электростанции мог бы стать двигатель, используемый при постройке современных электрических велосипедов. Традиционное название детали – веломотор (производство Китай).

Так выглядит двигатель электровелосипеда, на основе которого предлагается сделать генератор для отечественного ветряка. Конструкция велосипедного двигателя идеальна для реализации с минимальными расчетами и модификациями или без них. Однако их мощность невелика

Характеристики электродвигателя электровелосипеда примерно следующие:

Параметр Ценности
Напряжение, В 24
Мощность, Вт 250–300
Частота вращения, об / мин. 200–250
Крутящий момент, Нм 25

Положительной особенностью веломоторов является то, что их практически не нужно дорабатывать. Конструктивно они разработаны как тихоходные электродвигатели и могут успешно применяться в ветрогенераторах.

Для изготовления ветряка можно использовать автомобильный генератор или собрать агрегат из стиральной машины.

Расчет и выбор контроллера заряда

Контроллер заряда аккумулятора необходим для любого типа ветряной электростанции, в том числе и для дома.

Галерея изображенийФотографии из Контроллер представляет собой компактное, но чрезвычайно полезное электронное устройство, отвечающее за рациональное распределение заряда, получаемого ветряной турбиной. Проще говоря, это регулятор балласта. Контроллер отключает подачу заряда на аккумуляторы при превышении допустимого напряжения и перенаправляет энергию напрямую потребителю. В качестве потребителя можно использовать устройство, легко переносящее изменения в блоке питания, а при потере заряда в аккумуляторах контроллер переключает блок питания «в резерв». Следует избегать полной разрядки и перезарядки аккумуляторов. Если энергия для электростанции вырабатывается совместно солнечными панелями и ветряными генераторами, общий для всех установок контроллер может сбалансировать подачу заряда Стандартный контроллер для ветряного контроллера турбины на электрической схеме ветрогенератор Аккумулятор частной электростанции Сочетание солнечных батарей и ветряной турбины

Расчет этого устройства сводится к выбору электрической схемы устройства, которая соответствовала бы конструктивным параметрам ветряной системы.

Из бесшумных параметров основными являются:

  • напряжение батареи;
  • номинальное и максимальное напряжение генератора;
  • максимально возможная мощность генератора;
  • максимально возможный ток заряда аккумулятора;
  • уровень влажности окружающей среды.
  • комнатная температура;

По представленным параметрам собирается контроллер заряда своими руками или подбирается готовое устройство.

Контроллер заряда аккумулятора, используемый в составе ветряной электростанции. Устройство промышленного производства, выбора которого достаточно внимательно изучить технические характеристики для точного согласования с существующим заводом

Конечно, желательно выбрать (или собрать) устройство, схема которого обеспечивала бы функцию легкого запуска в условиях малого расхода воздуха. Также приветствуется контроллер, предназначенный для работы с аккумуляторами разного напряжения (12, 24, 48 вольт.

Наконец, при расчете (выборе) схемы контроллера рекомендуется не забывать о наличии такой функции, как управление инвертором.

Выбор аккумулятора для системы

На практике используются батареи разных типов и почти все они вполне пригодны для использования в составе ветряной электростанции. Но в любом случае необходимо будет сделать точный выбор. В зависимости от параметров ветряной системы выбирается аккумулятор по напряжению, емкости и условиям зарядки.

Традиционными компонентами бытовых ветряных турбин являются классические свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. В практическом плане они показали хорошие результаты. Также стоимость такого типа аккумуляторов более приемлема, чем у других типов.

Галерея изображенийФотографии из От правильного выбора аккумуляторов зависит не только реальная производительность мини-панели управления, но и ее срок службы: при неправильном подборе аккумуляторов их емкость в процессе работы будет постоянно уменьшаться. Из-за частой замены устройств возможность использования системы сводится к незначительным показателям – общая емкость аккумуляторов должна обеспечивать питание бытовой техники не менее двух суток. Учитывается возможность небольшой силы ветра на следующий день после активной зарядки Важной характеристикой при выборе аккумуляторов является количество разрядов и полных зарядов. Следует помнить, что глубокий разряд может значительно снизить ресурс устройства Аккумуляторы для мини-электростанций Оборудование для обработки заряда ветряных турбин Размещение аккумуляторов на стойках Рекомендации по выбору аккумуляторов

Свинцово-кислотные аккумуляторы особенно неприхотливы к условиям заряда / разряда, но включать их в систему без контроллера недопустимо.

При наличии профессионального контроллера заряда с полной системой автоматизации в составе ветрогенераторной установки рациональным представляется использование AGM или гелиевых батарей.

Аккумулятор для бытового ветрогенератора. Не лучший вариант, учитывая беспорядок с кабелями и требования к хранилищу. При таком состоянии накопителей энергии рассчитывать на их длительное действие не приходится

Оба типа накопителей энергии характеризуются более высокой эффективностью и длительным сроком службы, но требуют высоких условий зарядки.

То же самое и с так называемыми броневыми батареями гелиевого типа. Но выбор этих аккумуляторов для домашнего ветряка существенно ограничен ценой. Однако срок службы этих дорогих батарей самый большой по сравнению со всеми другими типами.

Эти аккумуляторы также отличаются более значительным циклом заряда / разряда, если к ним применяется качественное зарядное устройство.

Расчет инвертора для отечественной ветроустановки

Сразу следует оговориться – если в конструкции домашнего ветряка присутствует аккумулятор на 12 вольт, имеет смысл полностью поставить на такую ​​систему инвертор.

Галерея изображенийФотографии из В схеме частной мини-электростанции инвертор нужен для питания электрооборудования, рассчитанного на подключение к сети переменного тока 220 В. Ветрогенераторы вырабатывают постоянный ток напряжением 12 В. Без преобразования его в переменный не подходит для большинства домашних потребителей, чтобы в безветренные дни он не производил слишком много, лучше брать устройство с КПД более 90%. В идеале желательно найти инвертор с КПД 95-99%. Одним из достоинств инверторов считается принцип сборки модели. Если устройство не справляется с преобразованием заряда или панель управления интегрирована с полезной емкостью, можно подключить несколько устройств Инвертор для мини-панели управления Работа преобразователя постоянного тока Выбор инвертора для повышения эффективности Сборка системы по модульному принципу

В среднем энергопотребление бытовых систем составляет не менее 4 кВт при пиковых нагрузках. Отсюда вывод: количество аккумуляторов для такого питания должно быть не менее 10 штук и желательно на напряжение 24 вольта. На такое количество аккумуляторов уже имеет смысл устанавливать инвертор.

Однако для обеспечения полной энергией 10 аккумуляторов напряжением 24 Вт каждая и для стабильного поддержания их заряда требуется ветряная турбина мощностью не менее 2–3 кВт. Очевидно, для простых хозяйственных построек такую ​​мощность тянуть нельзя.

Инвертор малой мощности (600 Вт), который можно использовать для небольших бытовых электроустановок. Запитать от такого оборудования можно телевизор или небольшой холодильник напряжением 220 вольт. Не хватает тока для ламп в люстре

Однако мощность инвертора можно рассчитать следующим образом:

  1. Обобщите мощность всех потребителей.
  2. Определите время потребления.
  3. Определите пиковую нагрузку.

Для конкретного примера это будет выглядеть примерно так.

Пусть в нагрузку будет бытовая техника: осветительные лампы – 3 шт. По 40 Вт, ТВ-приемник – 120 Вт, компактный холодильник 200 Вт. Складываем мощность: 3 * 40 + 120 + 200 и получаем на выходе 440 Вт.

Определяем мощность потребителей на средний период времени 4 часа: 440 * 4 = 1760 Вт. Исходя из значения мощности, полученного с точки зрения времени потребления, представляется логичным выбрать среди таких устройств инвертор с выходной мощностью, равной или превышающей 2 кВт.

Исходя из этого значения рассчитывается вольт-амперная характеристика необходимого устройства: 2000 * 0,6 = 1200 В / А.

Классическая схема воспроизводства и распределения энергии, получаемой ветрогенератором бытового типа. Однако для обеспечения такого количества устройств длительной энергией требуется достаточно мощная установка (+)

В действительности нагрузка домохозяйства на семью из трех человек, где есть полная комплектация бытовой техникой, будет выше, чем рассчитанная в примере. Обычно и по времени подключения нагрузки этот параметр превышает затраченные 4 часа. Следовательно, потребуется более мощный ветроинвертор.

Предварительный расчет ветряка пригодится не только для его самостоятельной сборки. Также необходимо определить оптимальные параметры при выборе готового ветрогенератора.

Выводы и полезные видео по теме

На видео показано, как анализируются необработанные данные и как применяются формулы:

вы должны использовать рассчитанные данные в каждом случае. Будь то промышленная электростанция или построенная для бытовых условий, расчет каждого блока всегда предполагает максимальную эффективность устройства и, прежде всего, безопасность эксплуатации.

Предварительные расчеты определяют осуществимость проекта, помогают установить, насколько он дорог или дешев.

Есть ли у вас опыт решения подобных задач? Или у вас еще есть вопросы по теме? Поделитесь, пожалуйста, своими навыками расчета и проектирования ветряной турбины. Вы можете оставлять комментарии и задавать вопросы в форме ниже.

Источник – https://sovet-ingenera.com/eco-energy/generators/kak-proizvesti-raschet-vetrogeneratora.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: