Вітровий генератор призначення, пристрій, конструкція, принцип роботи, плюси та мінуси, порядок
Нафтові кризи, постійно зростаюча ціна на паливо і криза, що стрімко наближає, нестачі невідтворюваних джерел енергії змушують людство шукати все нових альтернативних джерел енергії. Одним із таких джерел служить вітрова енергія, яка є екологічно чистим, безкоштовним та невичерпним джерелом отримання електрики. Так виникла вітроенергетика, суть якої полягає у перетворенні кінетичної енергії вітру на електроенергію. Основу нової галузі енергетики становлять вітрові генератори різних видів.
Що таке вітровий генератор, пристрій та принцип роботи
На сьогоднішній день вітрові генератори вважаються однією з найперспективніших систем, здатних в автономному режимі виробляти безкоштовну електроенергію в будь-яких кількостях.
Вітровий генератор є агрегатом, що перетворює силу вітру в електроенергію.
- щогли. Вона необхідна для кріплення на ній генератора та вітрового колеса. Чим щогла вище, тим сильніше дме вітер і, тим більше електроенергії виробляє генератор;
- генератора, встановленого на щоглі. З його допомогою виробляється змінний струм, сила та напруга якого залежать від швидкості та стабільності вітру;
- вітрового колеса з лопатями. Воно служить для руху вала генератора завдяки використанню кінетичної енергії вітру;
- контролер. Перетворює змінний струм генератора на постійний для зарядки АКБ, а також використовується для керування параметрами вітроустановки: поворот лопатей, зарядка АКБ, захисні функції тощо.
- акумуляторні батареї (АКБ). Призначені для накопичення електроенергії вбезвітряні періоди і для стабілізації напруги, що виходить з генератора, яке залежить від сили вітру. Завдяки АКБ напруга для електроживлення об'єктів виходить стабільною і не залежить від вітру;
- інвертора. Призначений для перетворення постійного струму з АКБ на змінний, що використовується для електроживлення більшості електроприладів.
Принцип його роботи заснований на перетворенні кінетичної енергії вітру на електричну. У класичних вітрових генераторів вітрове колесо має три лопаті. Воно укріплено на маточині, яка жорстко пов'язана з ротором генератора. Обертаючись, ротор генератора виробляєтрифазний змінний струм, який контролер перетворює на постійну напругу, що йде на зарядку АКБ. Проходячи через АКБ, струм одночасно заряджає її і далі надходить на інвертор, де перетворюється на змінний однофазний струм 220 В, 50 Гц. Якщо струму з вітрового генератора надходить мало, його недолік поповнюється з допомогою АКБ і, навпаки, якщо багато — надлишок накопичується в АКБ.
За своєю конструктивною особливістю розрізняють вітряні генератори з горизонтальною або вертикальною осями обертання. Найбільшого поширення набув перший вид генераторів, хоча для його роботи необхідний вітер, що постійно дме.
По вироблюваної потужності вітрові генератори діляться напобутові (потужність від 300 Вт до 10 кВт) іпромислові (потужністю кілька мВт).
Переваги та недоліки вітряних генераторів
Незалежно від конструкції вітрові генератори мають свої переваги та недоліки.
- екологічність;
- невичерпність джерела електроенергії;
- надійність;
- конкурентність вітрової енергії порівняно з невідновлюваними джереламиелектроенергії;
- можливість забезпечення електроенергією у важкодоступних місцях, куди її подання утруднено;
- вони займають мало місця, що дозволяє розміщувати їх разом із іншими об'єктами.
- залежність від сили та напрямки вітру;
- висока вартість;
- низька окупність вкладених коштів (понад 10 років);
- створення під час роботи шумів, шкідливих для живих організмів;
- створення перешкод телебаченню та деяким системам зв'язку;
- заподіяння шкоди птахам при розміщенні вітрових генераторів у місцях їх гніздування та на шляхах міграції.
Залежно від конструкції вітрові генератори мають властиві даному виду конструкції переваги і недоліки. Наприклад, для генераторів з вертикальною віссю обертання характерна низька ефективність (ККД дорівнює 0.2 ), але в той же час вони можуть виробляти електроенергію при дуже слабкому вітрі.
Інструменти та матеріали, необхідні для створення вітрового генератора
Для створення вітрового генератора необхідний наступний мінімальний набір інструментів та матеріалів:
- дриль;
- болгарка;
- зварювання;
- набір ключів та свердел;
- ножівка або лобзик;
- тонкий листовий метал чи міцний пластик;
- фанера;
- труби;
- куточки;
- болти та гайки;
- АКБ;
- матеріали виготовлення генератора (двигун, редуктор).
Технологія будівництва вітрового генератора
Спочатку необхідно визначитися з необхідними характеристиками вітровогогенератора і під них шукатисхему його устройства. На сьогоднішній день існує безліч варіантів побудови вітрового генератора своїми руками. При виборі варіанта необхідно пам'ятати, що вітровий генератор повинен задовольняти наступним основним вимогам :
- простота;
- технологічність виготовлення;
- ремонтнопридатність;
- захищеність від шквального вітру.
Технологія виготовлення найпростішого вітрового генератора полягає у послідовному виконанні кількох основних операцій.
На втулку велосипедного колеса кріпляться лопаті (від трьох до шести штук), виготовлені з дюралюмінію або жорсткого пластику. Лопаті необхідно відшліфувати так, щоб передня частина була напівкруглою, а задня — загостреною. Чим довше лопаті, тим більша потужність, що виробляється.
По краях хвостової балки, виготовленої з труби, закріплюються хвіст і генератор, які мають бути урівноважені. Хвіст виготовляється із листового металу або жорсткого пластику розміром 300×300 мм будь-якої форми. Для захисту від зовнішніх дій генератор накривають захисним кожухом.
Вся ця конструкція збирається на поличці, звареній із куточків. Потім ця поличка встановлюється на торець щогли таким чином, щоб вся конструкція могла легко повертатися в залежності від напрямку вітру (для цих цілей найчастіше використовуються шарикопідшипники).
Щогла являє собою трубу,укріплену за допомогоюрозтяжок. Усередині неї проходять електричні дроти, що з'єднують генератор з АКБ та інвертором.
Потужності, що виробляється таким вітровим генератором, цілком достатньо для автономного електропостачання приватного будинку.