Ветрогенераторы. Как выбрать ветряной генератор

В настоящее время, по мере того, как растут тарифы на электроэнергию, и люди стремятся построить дачи и загородные дома подальше от цивилизации, всё чаще обращаются к поискам альтернативных источников энергии. Самый дешёвый из них — сила ветра. Поговорим о ветрогенераторах, их видах и особенностях применения ветряных генераторов.

Надо заметить, что ветровую энергию люди начали использовать с незапамятных времён. Возьмём парус — простейшее устройство для преобразования энергии ветра в движение. За 200 лет до н.э. уже строились ветряные мельницы. С открытием электричества начались попытки приспособить ветер к его получению...

Ветрогенераторы были широко распространены и в Советском Союзе вплоть до пятидесятых годов прошлого века. Я своими глазами видел мощные мачты с пропеллерами (правда, уже не действующими) в эти годы возле деревень, например, Чувашской республики. И вот снова жизнь заставляет нас «вспомнить хорошо забытое старое». В принципе, ветродвигатели преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую. Ветер вращает колесо с лопастями, с которого крутящий момент через передачу снимается с вала и передаётся на другие устройства в зависимости от предназначения установки.

Области применения ветряных генераторов

Диапазон применения ветрогенераторов довольно широк. Конечно, можно использовать ветряной генератор в чисто декоративных целях. Сделали пропеллер, поставили куда нравится, да ещё и трещотку к нему приделали — интересно, занятно. Выше говорилось, что с помощью ветряков мололи зерно. Вряд ли сейчас такая необходимость имеется, но вот воду качать данный агрегат вполне способен. Небольшой ветряк при слабом ветре может поднять из колодца или скважины 30-50 литров воды за час.

Последние 100 с лишним лет ветряки используются для получения электроэнергии. Это самый оптимальный вариант применения ветряных генераторов.

Виды ветрогенераторов

Теперь, прежде чем выбрать ветряной генератор, посмотрим какие же они бывают.

• Карусельные — с вертикальной осью вращения.
• Крыльчатые — с горизонтальной осью вращения.

Карусельные ветряные генераторы, конечно, имеют свои преимущества. Они быстро набирают силу тяги при увеличении силы ветра, а затем скорость вращения остаётся почти неизменной. Установка сама следит «откуда ветер дует», следовательно, ей не нужны никакие дополнительные устройства. Карусельные ветроустановки тихоходны, что позволяет применять простые электросхемы для съёма энергии, в частности асинхронные генераторы.

В то же время тихоходность и ограничивает применение карусельных ветрогенераторов, так как вынуждает применять повышающие редукторы — мультипликаторы, имеющие очень низкий КПД. Без мультипликатора такую установку эксплуатировать проблемно многополюсные тихоходные генераторы мало распространены, во всяком случае, в широкой продаже их нет.

Крыльчатые ветрогенераторы имеют большую скорость вращения. Благодаря этому обстоятельству они могут непосредственно соединяться с генератором, без мультипликаторов

Лопасти крыльчатого ветряного генератора должны располагаться вертикально — перпендикулярно потоку воздуха. Для достижения этого применяется специальное устройство — стабилизатор. У крыльчатых ветрогенераторов намного выше коэффициент использования энергии ветра. В то же время скорость вращения у них обратно пропорциональна количеству крыльев. Вследствие этого установки с количеством лопастей больше трех практически не используются.

Скорость вращения и простота изготовления обусловили широкое применение крыльчатых ветрогенераторов.

Выбираем ветряной генератор: расчет ветрогенератора

Для выбора агрегата необходимо точно определить преимущественное направление и среднюю скорость ветров в том месте, где предполагается установить ветрогенератор. Следует помнить, что начальная скорость вращения лопастей ветрогенераторов равна 2 м/с, а скорость, при которой генератор работает с максимальной эффективностью, — 9-12 м/с. Ещё одно замечание. Мощность ветрогенератора зависит только от скорости ветра и диаметра винта.

В специальной литературе имеется множество формул расчёта мощности ветроустановок. Приведу две, самые простые. Обе они дают примерно одинаковый результат.

Р = D2V3/7000, кВт, где
P — мощность,
D — диаметр винта в метрах,
V — скорость ветра в м\сек.
и
P = 0,6хSxV^3
P — это мощность, в Вт
S — площадь (М2) на которую перпендикулярно дует ветер.
V — скорость ветра, в метрах в секунду (в формуле — в кубе).

Получается, при известной средней скорости ветра, выбор заключается в диаметре винта установки. Ну и ещё, сравним расчёты с потребной мощностью. Если она нас устраивает, слава Богу, если нет, то либо надо искать другой источник энергии, либо строить несколько ветряков.