Πώς να υπολογίσετε μια ανεμογεννήτρια: τύποι + πρακτικό παράδειγμα υπολογισμού

Η εναλλακτική ενέργεια που λαμβάνεται από αιολικούς σταθμούς παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον στην κοινωνία.Υπάρχουν πολλά στοιχεία για αυτό σε επίπεδο πραγματικής καθημερινής πρακτικής.

Οι ιδιοκτήτες εξοχικών ακινήτων κατασκευάζουν ανεμόμυλους με τα χέρια τους και είναι ικανοποιημένοι με το αποτέλεσμα, αν και το αποτέλεσμα μπορεί να είναι βραχύβιο. Ο λόγος είναι ότι η ανεμογεννήτρια δεν υπολογίστηκε σωστά κατά τη συναρμολόγηση.

Συμφωνώ, δεν θα ήθελα να ξοδέψω χρόνο και χρήμα για την υλοποίηση του έργου και να καταλήξω σε μια αναποτελεσματική εγκατάσταση. Επομένως, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς να υπολογίσουμε μια ανεμογεννήτρια και με ποιες παραμέτρους να επιλέξουμε τα κύρια εξαρτήματα λειτουργίας μιας ανεμογεννήτριας.

Το άρθρο είναι αφιερωμένο στην επίλυση αυτών των ερωτημάτων. Το θεωρητικό μέρος του υλικού συμπληρώνεται με ενδεικτικά παραδείγματα και πρακτικές συστάσεις για τη συναρμολόγηση μιας ανεμογεννήτριας.

Υπολογισμός ανεμογεννήτριας

Από πού να ξεκινήσετε τον υπολογισμό ενός συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από αιολική ενέργεια; Λαμβάνοντας υπόψη ότι μιλάμε για ανεμογεννήτρια, μια προκαταρκτική ανάλυση του ανεμογεννήτη σε μια συγκεκριμένη περιοχή φαίνεται λογική.

Οι παράμετροι υπολογισμού όπως η ταχύτητα του ανέμου και η χαρακτηριστική του διεύθυνση για μια δεδομένη περιοχή είναι σημαντικές παράμετροι σχεδιασμού. Σε κάποιο βαθμό, καθορίζουν το επίπεδο ισχύος της ανεμογεννήτριας που θα είναι πραγματικά εφικτό.

Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ανεμογεννήτριες τέτοιας ισχύος. Αλλά τέτοια σχέδια υπάρχουν και λειτουργούν αποτελεσματικά.Ωστόσο, οι υπολογισμοί τέτοιων κατασκευών δείχνουν σχετικά χαμηλή ισχύ σε σύγκριση με τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας

Αυτό που είναι αξιοσημείωτο είναι ότι αυτή η διαδικασία έχει μακροχρόνιο χαρακτήρα (τουλάχιστον 1 μήνα), κάτι που είναι αρκετά προφανές. Είναι αδύνατο να υπολογιστούν οι μέγιστες πιθανές παραμέτρους της ταχύτητας του ανέμου και της συχνότερης διεύθυνσης του με μία ή δύο μετρήσεις.

Θα απαιτηθούν δεκάδες μετρήσεις. Ωστόσο, αυτή η λειτουργία είναι πραγματικά απαραίτητη εάν υπάρχει η επιθυμία να οικοδομηθεί ένα αποτελεσματικό παραγωγικό σύστημα.

Πώς να υπολογίσετε την ισχύ ενός ανεμόμυλου

Οι ανεμογεννήτριες για οικιακή χρήση, ειδικά αυτές που κατασκευάζονται στο χέρι, δεν έχουν εκπλήξει ποτέ τους ανθρώπους με υψηλή ισχύ. Αυτό είναι κατανοητό. Αρκεί να φανταστεί κανείς έναν τεράστιο ιστό ύψους 8-10 μ., εξοπλισμένο με γεννήτρια με άνοιγμα λεπίδας προπέλας άνω των 3 μ. Και αυτή δεν είναι η πιο ισχυρή εγκατάσταση. Μόλις 2 kW περίπου.

Για την εξυπηρέτηση ανεμογεννητριών αυτής της ισχύος, χρησιμοποιούνται ελικόπτερα και ομάδες ειδικών που αριθμούν έως και δώδεκα άτομα. Για τον υπολογισμό ενός τέτοιου σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, εμπλέκεται ένας ακόμη μεγαλύτερος αριθμός ερμηνευτών

Γενικά, εάν βασίζεστε σε έναν τυπικό πίνακα που δείχνει τη σχέση μεταξύ της ισχύος μιας ανεμογεννήτριας και του απαιτούμενου ανοίγματος των πτερυγίων της προπέλας, υπάρχει κάτι που πρέπει να εκπλαγείτε. Σύμφωνα με τον πίνακα, ένας ανεμόμυλος 10 W απαιτεί έλικα δύο μέτρων.

Ένας σχεδιασμός 500 watt απαιτεί μια έλικα με διάμετρο 14 m. Επιπλέον, η παράμετρος ανοίγματος λεπίδας εξαρτάται από τον αριθμό τους. Όσο περισσότερες λεπίδες, τόσο μικρότερο είναι το άνοιγμα.

Αλλά αυτό είναι απλώς μια θεωρία, που εξαρτάται από ταχύτητες ανέμου που δεν υπερβαίνουν τα 4 m/sec.Στην πράξη, όλα είναι κάπως διαφορετικά και η ισχύς των οικιακών εγκαταστάσεων που λειτουργούν πραγματικά για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν έχει ξεπεράσει ποτέ τα 500 W.

Επομένως, η επιλογή ισχύος εδώ περιορίζεται συνήθως στο εύρος των 250-500 W με μέση ταχύτητα ανέμου 6-8 m/sec.

Πίνακας εξάρτησης της ισχύος ενός συστήματος αιολικής ενέργειας από τη διάμετρο του ρότορα και τον αριθμό των πτερυγίων. Αυτός ο πίνακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υπολογισμούς, αλλά λαμβάνοντας υπόψη τη σύνθεσή του για παραμέτρους ταχύτητας ανέμου έως 4 m/sec (+)

Από μια θεωρητική θέση, η ισχύς ενός σταθμού αιολικής ενέργειας υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

N=p*S*V³/2,

Οπου:

• Π – πυκνότητα αέριων μαζών.
• μικρό – συνολική επιφάνεια εμφύσησης των πτερυγίων της προπέλας.
• V — ταχύτητα ροής αέρα·
• Ν – ισχύς ροής αέρα.

Δεδομένου ότι το N είναι μια παράμετρος που επηρεάζει ριζικά την ισχύ μιας ανεμογεννήτριας, η πραγματική ισχύς της εγκατάστασης θα είναι κοντά στην υπολογιζόμενη τιμή του N.

Υπολογισμός ελίκων ανεμογεννητριών

Κατά την κατασκευή ενός ανεμόμυλου, χρησιμοποιούνται συνήθως δύο τύποι προπέλες:

• φτερωτός — περιστροφή στο οριζόντιο επίπεδο.
• Ρότορας Savonius, ρότορας Darrieus — περιστροφή σε κατακόρυφο επίπεδο.

Τα σχέδια βιδών με περιστροφή σε οποιοδήποτε επίπεδο μπορούν να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Z=L*W/60/V

Οπου:

• Ζ – βαθμός ταχύτητας (χαμηλή ταχύτητα) της προπέλας.
• μεγάλο – το μέγεθος του μήκους του κύκλου που περιγράφεται από τις λεπίδες.
• W – ταχύτητα (συχνότητα) περιστροφής της προπέλας.
• V – ταχύτητα ροής αέρα.

Με βάση αυτόν τον τύπο, μπορείτε εύκολα να υπολογίσετε τον αριθμό των περιστροφών W - ταχύτητα περιστροφής.

Έτσι μοιάζει το σχέδιο της βίδας που ονομάζεται "Darieu Rotor". Αυτή η έκδοση της προπέλας θεωρείται αποτελεσματική στην κατασκευή ανεμογεννητριών μικρής ισχύος και μεγέθους.Ο υπολογισμός της βίδας έχει κάποια χαρακτηριστικά

Και η σχέση εργασίας μεταξύ στροφών και ταχύτητας ανέμου μπορεί να βρεθεί σε πίνακες που είναι διαθέσιμοι στο Διαδίκτυο. Για παράδειγμα, για μια προπέλα με δύο πτερύγια και Z=5, ισχύει η ακόλουθη σχέση:

Επίσης, ένας από τους σημαντικούς δείκτες μιας προπέλας ανεμόμυλου είναι το βήμα.

Αυτή η παράμετρος μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

H=2πR* ταν α,

Οπου:

• 2π – σταθερά (2*3,14);
• R – ακτίνα που περιγράφεται από τη λεπίδα.
• ταν α – γωνία τομής.

Πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την επιλογή του σχήματος και του αριθμού των λεπίδων, καθώς και οδηγίες για την κατασκευή τους, παρέχονται στο αυτό το άρθρο.

Επιλογή γεννητριών για ανεμογεννήτριες

Έχοντας την υπολογισμένη τιμή του αριθμού των περιστροφών της βίδας (W), που λαμβάνεται με τη μέθοδο που περιγράφεται παραπάνω, μπορείτε ήδη να επιλέξετε (κατασκευή) την κατάλληλη γεννήτρια.

Για παράδειγμα, με βαθμό ταχύτητας Z=5, ο αριθμός των λεπίδων είναι ίσος με 2 και ταχύτητα 330 σ.α.λ. Με ταχύτητα ανέμου 8 m/s. Η ισχύς της γεννήτριας πρέπει να είναι περίπου 300 W.

Άποψη εγκάρσιας τομής γεννήτριας αιολικής ενέργειας. Ενδεικτικό παράδειγμα ενός από τα πιθανά σχέδια μιας γεννήτριας οικιακού συστήματος αιολικής ενέργειας, συναρμολογημένης ανεξάρτητα

Δεδομένων αυτών των παραμέτρων, μια κατάλληλη επιλογή ως γεννήτρια για μια οικιακή αιολική μονάδα παραγωγής ενέργειας μπορεί να είναι ο κινητήρας που χρησιμοποιείται στα σχέδια των σύγχρονων ηλεκτρικών ποδηλάτων. Η παραδοσιακή ονομασία του εξαρτήματος είναι μοτέρ ποδηλάτου (κατασκευασμένο στην Κίνα).

Έτσι μοιάζει ένας ηλεκτρικός κινητήρας ποδηλάτου, βάσει του οποίου προτείνεται να κατασκευαστεί μια γεννήτρια για έναν οικιακό ανεμόμυλο. Ο σχεδιασμός του μοτέρ ποδηλάτου είναι ιδανικός για εφαρμογή χωρίς ουσιαστικά υπολογισμούς ή τροποποιήσεις. Ωστόσο, η ισχύς τους είναι χαμηλή

Τα χαρακτηριστικά ενός ηλεκτροκινητήρα ποδηλάτου είναι περίπου τα εξής:

Ένα θετικό χαρακτηριστικό των μοτέρ ποδηλάτων είναι ότι πρακτικά δεν χρειάζεται να αλλοιωθούν. Σχεδιάστηκαν δομικά ως ηλεκτροκινητήρες χαμηλής ταχύτητας και μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία για ανεμογεννήτριες.

Για να φτιάξεις έναν ανεμόμυλο μπορείς χρησιμοποιήστε γεννήτρια αυτοκινήτου ή συλλέγουν μονάδα πλυντηρίου ρούχων.

Υπολογισμός και επιλογή ελεγκτή φόρτισης

Απαιτείται ελεγκτής φόρτισης μπαταρίας για κάθε τύπο αιολικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου οικιακού σχεδιασμού.

Ο υπολογισμός αυτής της συσκευής καταλήγει στην επιλογή του ηλεκτρικού κυκλώματος της συσκευής, το οποίο θα αντιστοιχεί στις παραμέτρους σχεδιασμού του αιολικού συστήματος.

Από αυτές τις παραμέτρους, οι κυριότερες είναι:

• ονομαστική και μέγιστη τάση της γεννήτριας.
• μέγιστη δυνατή ισχύς γεννήτριας.
• μέγιστο δυνατό ρεύμα φόρτισης μπαταρίας.
• τάση μπαταρίας;
• θερμοκρασία περιβάλλοντος;
• επίπεδο υγρασίας περιβάλλοντος.

Με βάση τις παραμέτρους που παρουσιάζονται, συγκρότημα ελεγκτή φόρτισης κάντε το μόνοι σας ή επιλέξτε μια έτοιμη συσκευή.

Ελεγκτής φόρτισης για μπαταρίες που χρησιμοποιούνται ως μέρος ενός σταθμού αιολικής ενέργειας. Μια συσκευή βιομηχανικής κατασκευής, κατά την επιλογή της οποίας χρειάζεται μόνο να μελετήσετε προσεκτικά τα τεχνικά χαρακτηριστικά για ακριβή συντονισμό με το υπάρχον σύστημα

Φυσικά, καλό είναι να επιλέξετε (ή να συναρμολογήσετε) μια συσκευή της οποίας το κύκλωμα θα παρέχει εύκολη λειτουργία εκκίνησης σε συνθήκες ασθενούς ροής αέρα. Ένας ελεγκτής σχεδιασμένος για λειτουργία με μπαταρίες διαφορετικών τάσεων (12, 24, 48 βολτ) είναι επίσης ευπρόσδεκτος.

Τέλος, κατά τον υπολογισμό (επιλογή) του κυκλώματος ελεγκτή, συνιστάται να μην ξεχνάτε την παρουσία μιας τέτοιας λειτουργίας όπως ο έλεγχος μετατροπέα.

Επιλογή μπαταρίας για το σύστημα

Στην πράξη, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι μπαταριών και σχεδόν όλες είναι αρκετά κατάλληλες για χρήση ως μέρος ενός συστήματος αιολικής ενέργειας. Αλλά σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να γίνει μια συγκεκριμένη επιλογή. Ανάλογα με τις παραμέτρους του συστήματος ανεμόμυλου, η μπαταρία επιλέγεται με βάση την τάση, τη χωρητικότητα και τις συνθήκες φόρτισης.

Τα παραδοσιακά εξαρτήματα για οικιακούς ανεμόμυλους είναι οι κλασικές μπαταρίες μολύβδου-οξέος. Έδειξαν καλά αποτελέσματα από πρακτική άποψη.Επιπλέον, το κόστος αυτού του τύπου μπαταρίας είναι πιο λογικό σε σύγκριση με άλλους τύπους.

Οι μπαταρίες μολύβδου-οξέος είναι ιδιαίτερα ανεπιτήδευτες στις συνθήκες φόρτισης/εκφόρτισης, αλλά είναι απαράδεκτο να συμπεριληφθούν σε ένα σύστημα χωρίς ελεγκτή.

Εάν η εγκατάσταση της ανεμογεννήτριας περιέχει έναν επαγγελματικά σχεδιασμένο ελεγκτή φόρτισης με ένα πλήρες σύστημα αυτοματισμού, φαίνεται λογικό να χρησιμοποιείτε μπαταρίες AGM ή ηλίου.

Πακέτο μπαταρίας οικιακής ανεμογεννήτριας. Δεν είναι η καλύτερη επιλογή για χρήση, δεδομένου του χάους των καλωδίων και των απαιτήσεων αποθήκευσης. Σε αυτήν την κατάσταση των συσκευών αποθήκευσης ενέργειας, δεν μπορεί κανείς να υπολογίζει στη μακροχρόνια λειτουργία τους.

Και οι δύο τύποι συσκευών αποθήκευσης ενέργειας χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη απόδοση και μεγάλη διάρκεια ζωής, αλλά δημιουργούν υψηλές απαιτήσεις στις συνθήκες φόρτισης.

Το ίδιο ισχύει και για τις λεγόμενες θωρακισμένες μπαταρίες τύπου ηλίου. Αλλά η επιλογή αυτών των μπαταριών για έναν οικιακό ανεμόμυλο περιορίζεται σημαντικά από την τιμή. Ωστόσο, η διάρκεια ζωής αυτών των ακριβών μπαταριών είναι η μεγαλύτερη σε σύγκριση με όλους τους άλλους τύπους.

Αυτές οι μπαταρίες έχουν επίσης μεγαλύτερο κύκλο φόρτισης/εκφόρτισης, αλλά μόνο εάν χρησιμοποιείται φορτιστής υψηλής ποιότητας.

Υπολογισμός μετατροπέα για οικιακό ανεμόμυλο

Θα πρέπει να σημειωθεί αμέσως: εάν ο σχεδιασμός μιας οικιακής ανεμογεννήτριας περιέχει μία μπαταρία 12 volt, δεν έχει νόημα να εγκαταστήσετε έναν μετατροπέα σε ένα τέτοιο σύστημα.

Κατά μέσο όρο, η οικιακή κατανάλωση ενέργειας είναι τουλάχιστον 4 kW σε φορτία αιχμής.Εξ ου και το συμπέρασμα: ο αριθμός των επαναφορτιζόμενων μπαταριών για τέτοια ισχύ πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 τεμάχια και κατά προτίμηση με τάση 24 βολτ. Για τέτοιο αριθμό μπαταριών είναι λογικό να εγκαταστήσετε έναν μετατροπέα.

Ωστόσο, για την πλήρη παροχή ενέργειας σε 10 μπαταρίες με τάση 24 W η καθεμία και τη σταθερή διατήρηση της φόρτισής τους, θα χρειαστεί ένας ανεμόμυλος με ισχύ τουλάχιστον 2-3 kW. Προφανώς, οι απλές οικιακές δομές δεν μπορούν να χειριστούν τέτοια ισχύ.

Μετατροπέας χαμηλής ισχύος (600 W), ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οικιακές εγκαταστάσεις μικρής ισχύος. Μπορείτε να τροφοδοτήσετε μια τηλεόραση ή ένα μικρό ψυγείο από τέτοιο εξοπλισμό με τάση 220 βολτ. Δεν υπάρχει πλέον αρκετό ρεύμα για τις λάμπες στον πολυέλαιο

Ωστόσο, μπορείτε να υπολογίσετε την ισχύ του μετατροπέα ως εξής:

1. Συνοψίστε τη δύναμη όλων των καταναλωτών.
2. Προσδιορίστε το χρόνο κατανάλωσης.
3. Προσδιορίστε το φορτίο αιχμής.

Σε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα θα μοιάζει με αυτό.

Αφήστε να υπάρχουν οικιακές ηλεκτρικές συσκευές ως φορτίο: λαμπτήρες φωτισμού - 3 τεμ. 40 W το καθένα, δέκτης τηλεόρασης - 120 W, συμπαγές ψυγείο 200 W. Αθροίζουμε την ισχύ: 3*40+120+200 και παίρνουμε 440 W στην έξοδο.

Ας προσδιορίσουμε την ισχύ των καταναλωτών για μια μέση περίοδο 4 ωρών: 440*4=1760 W. Με βάση την τιμή ισχύος που λαμβάνεται με την πάροδο του χρόνου κατανάλωσης, φαίνεται λογικό να επιλέξετε έναν μετατροπέα από τέτοιες συσκευές με ισχύ εξόδου 2 kW ή μεγαλύτερη.

Με βάση αυτή την τιμή υπολογίζεται το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης της απαιτούμενης συσκευής: 2000*0,6=1200 V/A.

Ένα κλασικό σχέδιο για την αναπαραγωγή και διανομή της ενέργειας που λαμβάνεται από μια οικιακή ανεμογεννήτρια. Ωστόσο, για την παροχή μακροπρόθεσμης ενέργειας σε έναν τέτοιο αριθμό συσκευών, απαιτείται μια αρκετά ισχυρή εγκατάσταση (+)

Στην πραγματικότητα, το οικιακό φορτίο σε μια οικογένεια τριών ατόμων, η οποία είναι πλήρως εξοπλισμένη με οικιακές συσκευές, θα είναι υψηλότερο από αυτό που υπολογίζεται στο παράδειγμα. Συνήθως, ο χρόνος σύνδεσης φορτίου υπερβαίνει επίσης τις απαιτούμενες 4 ώρες. Αντίστοιχα, ο μετατροπέας του συστήματος αιολικής ενέργειας θα χρειαστεί έναν πιο ισχυρό.

Ο προκαταρκτικός υπολογισμός ενός ανεμόμυλου είναι χρήσιμος όχι μόνο για την αυτοσυναρμολόγησή του. Είναι επίσης απαραίτητο να καθοριστούν οι βέλτιστες παράμετροι όταν επιλέγοντας μια έτοιμη ανεμογεννήτρια.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Πώς αναλύονται τα δεδομένα πηγής και πώς εφαρμόζονται οι τύποι παρουσιάζεται στο βίντεο:

Είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται υπολογισμένα δεδομένα σε κάθε περίπτωση. Είτε πρόκειται για βιομηχανική μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είτε για οικιακή χρήση, ο υπολογισμός κάθε μονάδας διασφαλίζει πάντα τη μέγιστη απόδοση της συσκευής και, κυρίως, τη λειτουργική ασφάλεια.

Οι προκαταρκτικοί υπολογισμοί καθορίζουν τη σκοπιμότητα της υλοποίησης του έργου και βοηθούν στον προσδιορισμό του πόσο δαπανηρό ή οικονομικό είναι το έργο.

Έχετε εμπειρία στην επίλυση παρόμοιων προβλημάτων; Ή έχετε ακόμα ερωτήσεις σχετικά με το θέμα; Μοιραστείτε τις δεξιότητες υπολογισμού και σχεδιασμού της ανεμογεννήτριας. Μπορείτε να αφήσετε σχόλια και να κάνετε ερωτήσεις στην παρακάτω φόρμα.