Jak vypočítat větrný generátor: vzorce + praktický příklad výpočtu

Alternativní energie získaná z větrných turbín má ve společnosti velký zájem. Existuje mnoho potvrzení na úrovni skutečné praxe v domácnosti.

Majitelé příměstských nemovitostí staví větrné mlýny vlastními silami a jsou s výsledkem spokojeni, i když účinek může být krátkodobý. Důvod - během montáže nebyl generátor větru vypočítán správně.

Souhlasím, nechtěl bych strávit čas a peníze na projektu, získat neefektivní instalaci. Proto je důležité pochopit, jak vypočítat větrný generátor a jakými parametry zvolit hlavní pracovní jednotky větrné turbíny.

Článek je věnován řešení těchto otázek. Teoretická část materiálu je doplněna ilustrativními příklady a praktickými doporučeními pro sestavení generátoru větru.

Výpočet generátoru větru

Kde začít počítat systém reprodukce elektřiny z větrné energie? Vzhledem k tomu, že mluvíme o generátoru větru, zdá se logická předběžná analýza větrná růžice v určité oblasti.

Konstrukční parametry, jako je rychlost větru a jeho charakteristický směr pro dané území, jsou důležitými konstrukčními parametry. Do jisté míry určují úroveň výkonu větrného mlýna, která bude dosažitelná.

Je těžké si představit větrné generátory takové energie. Ale podobné návrhy existují a fungují efektivně. Výpočty takových struktur však ukazují relativně malou sílu ve srovnání s tradičními zdroji energie.

Je pozoruhodné, že tento proces má dlouhodobý charakter (alespoň 1 měsíc), což je zcela zřejmé. Je nemožné vypočítat nejpravděpodobnější parametry rychlosti větru a jeho nejčastějšího směru jedním nebo dvěma měřeními.

Budou vyžadovány desítky měření. Tato operace je však skutečně nezbytná, pokud existuje potřeba vybudovat efektivní produktivní systém.

Jak vypočítat sílu větrného mlýna

Domácí větrné generátory, zejména ty, které byly vyrobeny z vlastních rukou, dosud nepřekvapovaly lidi s vysokou silou. Je to pochopitelné. Stačí si jen představit masivní stožár vysoký 8-10 m, vybavený generátorem s rozpětím lopatek vrtule více než 3 m. Toto není nejvýkonnější instalace. Pouze asi 2 kW.

K opravě větrných mlýnů takové síly se používají helikoptéry a týmy specialistů, čítající až tucet lidí. Pro výpočet takové elektrárny je zapojen ještě větší počet účinkujících

Obecně platí, že pokud se spoléháte na standardní tabulku ukazující poměr výkonu generátoru větru a požadované rozpětí lopatek rotoru, není nic překvapivého. Podle tabulky je pro 10 W větrný mlýn požadována 10metrová vrtule.

Pro konstrukci 500 W bude zapotřebí šroub s průměrem 14 m. Parametr rozpětí lopatky navíc závisí na jejich počtu. Čím více nožů, tím menší rozsah.

Ale to je jen teorie, protože rychlost větru nepřekračuje 4 m / s. V praxi je všechno poněkud odlišné a síla domácích instalací, které byly v platnosti po dlouhou dobu, nikdy nepřesáhla 500 wattů.

Volba výkonu je proto obvykle omezena na rozsah 250 - 500 W s průměrnou rychlostí větru 6 - 8 m / s.

Tabulka závislosti výkonu systému větrné energie na průměru rotoru a počtu lopatek. Tato tabulka může být použita pro výpočty, ale s ohledem na její kompilaci pro parametr rychlosti větru až 4 m / s (+)

Z teoretického hlediska se energie větrné elektrárny počítá podle vzorce:

N = p * S * V³/2,

kde:

• str - hustota vzdušných hmot;
• S - celková foukaná plocha lopatek vrtule;
• V - průtok vzduchu;
• N - průtok vzduchu.

Protože N je parametr, který dramaticky ovlivňuje výkon větrného generátoru, bude skutečný výkon zařízení blízko vypočítané hodnotě N.

Výpočet šroubů větrné turbíny

Při navrhování větrného mlýna se obvykle používají dva typy šroubů:

• okřídlený - rotace v horizontální rovině;
• Savoniusův rotor, Darioův rotor - rotace ve svislé rovině.

Návrh šroubů s rotací v kterékoli z rovin lze vypočítat pomocí vzorce:

Z = L * W / 60 / V

kde:

• Z - stupeň rychlosti (nízká rychlost) šroubu;
• L - velikost délky popsané lopatkami kruhu;
• W - rychlost (frekvence) otáčení šroubu;
• V - průtok vzduchu.

Na základě tohoto vzorce lze snadno spočítat počet otáček W - rychlost otáčení.

Toto je konstrukce šroubu s názvem "Daria Rotor". Tato verze vrtule je považována za účinnou při výrobě větrných generátorů malého výkonu a velikosti. Výpočet šroubu má některé vlastnosti

Pracovní poměr otáček a rychlosti větru najdete v tabulkách dostupných v síti. Například pro šroub se dvěma břity a Z = 5 platí následující vztah:

Krokem je také jeden z důležitých indikátorů vzpěry větrné turbíny.

Tento parametr lze určit pomocí vzorce:

H = 2πR * tan a,

kde:

• 2π - konstanta (2 * 3,14);
• R - poloměr popsaný čepelí;
• tg α - úhel řezu.

Další informace o výběru tvaru a počtu nožů a pokyny k jejich výrobě jsou uvedeny v tento článek.

Výběr generátorů pro větrné mlýny

Po vypočtené hodnotě rychlosti otáčení šroubu (W) získané výše uvedeným způsobem je již možné vybrat (vyrobit) odpovídající generátor.

Například, když stupeň rychlosti Z = 5, počet lopatek se rovná 2 a rychlost 330 ot / min. Při rychlosti větru 8 m / s. výkon generátoru by měl být přibližně 300 wattů.

Generátor větrné elektrárny "v sekci".Reprezentativní příklad jedné z možných konstrukcí generátoru domácího větrného energetického systému sestaveného nezávisle

S těmito parametry může být motor, který se používá při konstrukci moderních elektrických kol, vhodnou volbou jako generátor pro domácí větrnou farmu. Tradiční název dílu je motor s cyklem (vyráběný v Číně).

Vypadá to jako motor s elektrickým cyklem, na jehož základě se navrhuje vyrobit generátor pro domácí větrnou turbínu. Konstrukce cyklu motoru je ideální pro implementaci bez prakticky žádných výpočtů a vylepšení. Jejich síla je však malá

Charakteristiky motoru s elektrickým cyklem jsou přibližně následující:

Pozitivní vlastností cyklických motorů je to, že prakticky není třeba je přepracovávat. Byly konstrukčně vyvinuty jako nízkorychlostní elektrické motory a lze je úspěšně použít pro větrné generátory.

Chcete-li udělat větrný mlýn, můžete použít auto generátor nebo sbírat pračka.

Výpočet a výběr regulátoru náboje

Pro všechny typy větrných elektráren, včetně domácích staveb, je vyžadován regulátor nabíjení baterie.

Výpočet tohoto zařízení je omezen na výběr elektrického obvodu zařízení, který by odpovídal vypočteným parametrům větrného systému.

Mezi tyto parametry patří:

• jmenovité a maximální napětí generátoru;
• maximální možný výkon generátoru;
• maximální možný proud nabíjení baterie;
• napětí baterie;
• okolní teplota;
• úroveň vlhkosti prostředí.

Na základě předložených parametrů sestava řadiče náboje udělejte to sami nebo výběr hotového zařízení.

Řadič nabíjení baterie používaný jako součást větrné elektrárny. Průmyslové výrobní zařízení, které si vybíráte pouze k pečlivému prostudování technických specifikací pro přesnou koordinaci se stávajícím systémem

Samozřejmě je žádoucí vybrat (nebo sestavit) zařízení, jehož obvody by poskytovaly funkci snadného startu v proudu slabých proudů vzduchu. Vítán je také ovladač určený pro použití s ​​bateriemi různých napětí (12, 24, 48 V).

Nakonec se při výpočtu (výběru) řídicího obvodu nezapomíná na přítomnost takové funkce, jako je řízení střídače.

Výběr baterie pro systém

V praxi se používají různé typy baterií a téměř všechny jsou docela vhodné pro použití jako součást systému větrné energie. Konkrétní rozhodnutí však bude muset být stejně. V závislosti na parametrech větrného mlýna se výběr baterie provádí podle napětí, kapacity, podmínek nabíjení.

Klasické komponenty pro domácí větrné mlýny jsou považovány za klasické olověné baterie. V praktickém smyslu ukázali dobré výsledky. Náklady na tento typ baterie jsou navíc přijatelnější ve srovnání s jinými typy.

Olověné baterie jsou obzvláště nenáročné na podmínky nabíjení / vybíjení, je však nepřijatelné zahrnout je do systému bez ovladače.

Pokud je v generátoru větrných elektráren profesionálně vyrobený regulátor nabíjení, který má plnohodnotný automatizační systém, zdá se racionální používat AGM nebo heliové baterie.

Domácí větrný generátor bateriových zdrojů. Není to nejlepší volba, vzhledem k chaosu vodičů a požadavkům na skladování. S tímto stavem skladování energie nelze počítat s jejich dlouhodobým účinkem.

Oba typy zařízení pro ukládání energie se vyznačují vyšší účinností a dlouhou životností, ale mají vysoké požadavky na podmínky nabíjení.

Totéž platí pro tzv. Obrněné baterie heliového typu. Výběr těchto baterií pro domácí větrný mlýn je však značně omezen cenou. Životnost těchto drahých baterií je však ve srovnání se všemi ostatními typy nejdelší.

Tyto baterie se vyznačují také významnějším cyklem nabíjení / vybíjení, ale podléhají použití vysoce kvalitní nabíječky.

Výpočet střídače pro domácí větrnou turbínu

Je třeba si uvědomit, že pokud konstrukce větrné turbíny pro domácí energii obsahuje jednu 12 voltovou baterii, má smysl umístit střídač na takový systém úplně.

Průměrná spotřeba energie v domácnosti je při maximálním zatížení nejméně 4 kW. Závěr: počet baterií pro tuto energii by měl být nejméně 10 kusů a pokud možno pod napětím 24 voltů. U takového počtu baterií má smysl instalovat střídač.

K zajištění plné energie 10 baterií s napětím 24 W a ke stálému udržení jejich náboje bude však zapotřebí větrná turbína s výkonem nejméně 2–3 kW. Je zřejmé, že u jednoduchých vzorů pro domácnost nelze takovou sílu vytáhnout.

Malý výkonový měnič (600 W), který lze použít pro malou domácí elektrickou instalaci. Z tohoto zařízení můžete napájet TV nebo malou ledničku s napětím 220 voltů. V lustru není dostatek proudu pro lampy

Výkon měniče však lze vypočítat takto:

1. Shrňte sílu všech spotřebitelů.
2. Určete dobu spotřeby.
3. Určete maximální zatížení.

Pro konkrétní příklad to bude vypadat takto.

Jako spotřebič nechte být domácí spotřebiče: osvětlovací lampy - 3 ks. Každý 40 W, televizní přijímač - 120 W, kompaktní lednička 200 W. Shrneme výkon: 3 * 40 + 120 + 200 a získáme výstup 440 wattů.

Výkon spotřebitelů určujeme na průměrnou dobu 4 hodiny: 440 * 4 = 1760 wattů. Na základě získané hodnoty výkonu podle doby spotřeby se zdá logické vybrat střídač z těchto zařízení s výstupním výkonem 2 kW.

Na základě této hodnoty se vypočítá charakteristika proudového napětí požadovaného zařízení: 2000 * 0,6 = 1 200 V / A.

Klasické schéma reprodukce a distribuce energie přijímané z větrného generátoru pro domácnost. K zajištění dlouhodobé energie s takovým počtem zařízení je však zapotřebí dostatečně výkonná instalace (+)

Ve skutečnosti bude zatížení domácnosti pro tříčlennou rodinu, kde je k dispozici kompletní vybavení pro domácí spotřebiče, vyšší než vypočteno v příkladu. Obvykle, pokud jde o dobu připojení zátěže, parametr přesahuje 4 hodiny. V souladu s tím bude střídač větrné elektrárny vyžadovat silnější.

Předběžný výpočet větrného mlýna je užitečný nejen pro jeho nezávislou montáž. Je nutné určit optimální parametry výběr dokončeného větrného generátoru.

Závěry a užitečné video na toto téma

Jak je ve zdroji prezentována analýza zdrojových dat a způsob použití vzorců:

Vypočítané údaje je nutné v každém případě použít. Ať už se jedná o průmyslovou elektrárnu nebo vyrobenou pro životní podmínky, výpočet každého uzlu s sebou vždy nese maximální účinnost zařízení a co je nejdůležitější - bezpečnost provozu.

Pre-made výpočty určují proveditelnost projektu, pomáhají určit, jak nákladný nebo ekonomický je projekt.

Máte zkušenosti s řešením takových problémů? Nebo máte otázky k tématu? Prosím, podělte se o své dovednosti při výpočtu a navrhování větrného generátoru. Můžete zanechat komentáře a klást otázky ve formuláři níže.