Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay

Самодельный ветрогенератор 1,5 кВт

Подписаться Бесплатная новостная рассылка Подписчиков 2 RSS
←   Февраль 2012   →
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29


За последние 60 дней ни разу не выходила


Сайт рассылки: http://svoy-vetrogenerator.ru/
Открыта: 19-12-2011

Автор
Юрий Колесник

Статистика

2 подписчиков
0 за неделю
←   Все выпуски   →

Самодельный ветрогенератор 1,5 кВт


   Здравствуйте уважаемые читатели с Вами Юрий Колесник и моя рассылка "Самодельный ветрогенератор 1,5 кВт"

Основы построения небольших ветровых турбин.

Автор: Дэн Финк

Как работают небольшие турбины

Ветровая турбина извлекает энергию из потока воздуха, замедляя силу ветра и превращая отобранную у него энергию в энергию вращения, которая затем позволяет электро-генератору вырабатывать электрический ток. Количество доступной ветровой энергии зависит от двух причин: от скорости ветра и от площади лопастей турбины.

Вот некоторые расчеты.

Доступная энергия ветра (Вт)
=
1/2 * плотность воздуха * площадь лопастей * скорость ветра3
где
плотность воздуха = 1.23 кг/м3 на уровне моря
площадь лопастей в м2, сила ветра в м/c.

Применяя формулу для расчета мощности турбины с лопастями длиной 1.5 м при скорости ветра 4 м/c получим:
Площадь лопастей: 1.5 м => pi*r2 = 1.76 м2
Доступная энергия (Вт): 1/2 * 1.23 * 1.76 * 43
=
69.2 Вт

Первое, что показывает эта формула, то, что при увеличении скорости ветра вдвое, энергия, доступная для турбины, возрастает в 8 раз. И это также значит, что при слабом ветре доступно совсем немного энергии. Удвоим скорость ветра и посчитаем снова:

Доступная энергия (Вт): 1/2 * 1.23 * 1.76 * 83
=
554.1 Вт

Единственный способ увеличить мощность турбины -- большая площадь лопастей. И здесь второй ключевой момент: при увеличении площади лопастей в два раза доступная энергия увеличивается вчетверо. Считаем для лопастей длиной 3м и скорости ветра 4 м/c:

Площадь лопастей: 3 м => pi*r2 = 7 м2
Доступная энергия (Вт): 1/2 * 1.23 * 7 * 43
=
275.5 Вт

И, наконец, расчет для скорости в 8 м/c:

Доступная энергия (Вт): 1/2 * 1.23 * 7 * 83
=
2204 Вт

Однако, невозможно использовать ВСЮ эту энергию и преобразовать ее в электричество. В 1919 году Бец расчитал, что существует ограничение на то, сколько энергии лопасти турбины могут извлечь из ветра. При вращении лопастей некоторая часть воздуха также приходит во вращение -- вращается вокруг турбины, а не проходит сквозь нее -- и вот Предел Беца: 59.26%. Это максимальное количество энергии, которое может быть извлечено.

Кроме этого ограничения есть еще и другие потери. Лопасти турбины никогда не будут 100% эффективными, даже если будут вращаться с самой приемлемой для них скоростью. Ни один генератор не будет 100% эффективным при преобразовании энергии вращения в электрический ток. Будут потери частоты вращения, например, из-за порывов ветра, будут электрические потери в генераторе.

Если принять, что мощность "идеальной" турбины будет на уровне Предела Беца (59%), то мощность "хорошей" турбины будет находиться в пределах 35% (коэффициент выведен по практическим расчетам коммерческих установок Майком Клеменом и это достаточно оптимистический взгляд.

[a] Если сделать последний расчет "хорошей" турбины c лопастями длиной 3м при скорости ветра 8 м/c:


35% от 2204 Вт = 771 Вт
и всего 96 Вт для скорости ветра 4 м/c

 

Ветряной электрический генератор.

 

 

Итак, самым популярным вариантом является использование ветряков для выработки электроэнергии.

 

Казалось бы - чего проще, сделал ветряк, насадил на его ось электрогенератор и вауля! Получай электричество!

 

Но не все так просто. Давайте рассмотрим, почему.

 

Все ветряки или ветровые установки приводятся в действие (вращение) силой ветра. О мощности ветрового потока мы уже говорили. И понятно, что большей энергии от генератора мы не сможем получить принципиально.

 

Другой важнейшей характеристикой ветряка является т.н. КИЭВ - коэффициент использования энергии ветра. У самых лучших образцов ветряков он составляет всего 40-45%! (Хотя можно встретить утверждения о чуть ли не о 60-80% КИЭВ. Это, мягко сказать, преувеличение продавцов этих ветряков. Поэтому рассчитывайте, что ветряк будет использовать ветер едва ли на 25-30% и не забудьте поделить расчетную мощность ветряка на 3-4. Вот что вы реально сможете получить с ветроустановки в случае использования идеального электрогенератора.

 

Кстати, о мощности ветряка. Вы можете не поверить, и это действительно парадоксально выглядит, но единственно, от чего зависит мощность ветряка (кроме скорости ветра) - это его площадь. Иногда ее называют «площадь ометания». Можно привести много формул математических доказательств и практических подтверждений, но мощность ветряка с одной лопастью (которая ометает - описывает круг диаметром D), и ветряка с 6-ю лопастями такого диаметра - одинакова! Вот хотите верьте, хотите нет, но это – так!

 

Дело в том, что ветер воспринимает лопасти не как отдельные «дощечки» и давит на каждую по очереди, а как круг, диск. Поэтому важна только площадь, а не количество лопастей. Ветер, раскручивая лопасти ветряка, придает ей скорость. Кроме угловой скорости вращения, лопасть еще имеет и линейную скорость. А следовательно, поскольку крутится не в вакууме, начинает встречать сопротивление воздуха, которое растет пропорционально кубу скорости. Тем более, что лопасть представляет собой не плоскую дощечку, а определенный аэродинамический профиль, имеющий и конкретную толщину, и угол поворота. И этот профиль при вращении «натыкается» на воздух «межлопастного» пространства. И получается, что чем большую мощность потока мы собираемся собрать увеличивая число лопастей, тем большее сопротивление воздуха они испытывают во время вращения. Как результат - то, что написано выше - мощность ветряка зависит от площади ометания, а не от числа лопастей.

 

Таким образом, мы подошли к другой важной характеристикой ветряка - быстроходности. Быстроходность ветряка - величина, показывающая, насколько линейная скорость лопасти больше скорости ветра. Если вы узнаете, например, что у ветряка быстроходность 7, то это значит, что кончик его лопасти имеет линейную скорость в 7 раз больше скорости ветра. И при ветре в 10 м/с, кончик лопасти летит по воздуху со скоростью 70 м/сек, т.е 250 км/час! Так что очень не рекомендую пытаться останавливать лопасть руками. Их просто срежет как бритвой.

 

К быстроходности и ее расчету мы еще вернемся, а сейчас давайте посмотрим, чем она важна именно для процесса выработки электроэнергии.

 

Так уж исстари повелось на Руси, что электроэнергию тут добывают с помощью специальных устройств - генераторов. Конструкций генераторов много, но в плане стыковки с ветряком, нас интересуют электрогенераторы, выдающие электроэнергию в результате вращения. В самом деле, зачем нам от добра добра искать. Ветряк нам поставляет вращение, его надо и использовать.

 

Так вот, при строительстве ветряка вы обязательно столкнетесь с тем, что генераторов-то пригодных для ветряка вобщем-то НЕТ. Ну вообще то в природе они есть, их даже выпускают серийно. Но купить их достаточно проблематично и по цене, и по возможности. Слишком это специфическая вещь, оттого и дороги и их мало. Поэтому придется либо приспосабливать то, что есть, либо делать генератор самому.

 

А что у нас есть, что б электричества поесть? Из готового. Выбор блюд, вобщем небогатый. Это двигатели с постоянными магнитами, шаговые двигатели, автомобильные генераторы, асинхронные двигатели, генераторы от умерших бензогенераторов. Вобщем, практически любые электро двигатели. Их подробный анализ мы проведем позже. Согласно всем теориям, всякая электрическая машина является обратимой. Т.е. любой электродвигатель при соответствующих условиях может работать и как генератор. С той или иной эффективностью. С той или иной серьезностью, степенью и ценой переделки.

 

Почему нельзя просто использовать то что есть? Да потому что оно все - быстроходное! Можете воспринимать это восклицательный знак как знак траура. Ну разве что кроме шаговых двигателей. Они по определению тихоходы. Остальные все двигатели – генераторы рассчитаны на 1000 оборотов в минуту и выше ( т.е. 15-20 оборотов в секунду). Соответствующие обороты им надо придать и для получения обратного эффекта - генерации электротока. Например, казалось бы самый доступный и дешевый вариант приличного генератора в 0,5 КВт - автомобильного, натыкается на цифру в 2-3 тыс. об/мин. Двигатель машины даже на холостых оборотах держит вращение со скоростью 800 об/мин. Плюс мультипликация шкивов мотора и генератора 1:2 как минимум. Генератор крутится уже 1500 об/мин. А если газу поддать и мотор «открутить» до 3-4 тыс (рядовой случай) – генератор тогда выдает свои полкиловатта. При 5-8 тыс. оборотов/мин.

 

То же и с другими моторами. За что ни схватись - меньше 1000 об/минуту и не найти ничего.

 

Вернувшись к параметру быстроходности ветряка и пересчитав ее с учетом скорости ветра, размеров ветряка, вы с удивлением обнаружите, что обороты вала ветряка не так велики. 200-400 об/минуту у самых быстроходных ветряков и при хорошем крепком ветре!

До свидания с Вами был Юрий Колесник и рассылка "Самодельный ветрогенератор 1,5 кВт"

 

Пишите мне по адресу: ura33@inbox.ru
В избранное