Выбираем и монтируем ветрогенератор для частного дома

Аккумуляторы для ветрогенератора: еще одна проблема для владельца дома

Одна из затратных задач ветряной или солнечной электростанции — вопрос хранения электрической энергии, которую решают только аккумуляторы. Их придется покупать и обновлять, а стоимость — довольно высокая.

Для их выбора необходимо знать рабочие характеристики: напряжение и емкость. Обычно применяются составные батареи из АКБ на 12 V, а количество ампер-часов в каждом конкретном случае стоит определить опытным путем, исходя из мощности потребителей, времени их работы.

Выбирать аккумуляторы для ветрогенератора придется из довольно широкого ассортимента. Ограничусь не полным обзором, а только четырьмя популярными типами кислотных АКБ:

1. обычные стартерный автомобильные;
2. AGM типа;
3. гелевые;
4. панцирные.

Продавцы не рекомендуют приобретать для ветростанций стартерные аккумуляторы потому, что они созданы для работы в критических условиях эксплуатации автомобиля:

• при хранении на морозе должны выдерживать огромные токи стартера, которые создаются при раскрутке холодного двигателя;
• во время езды подвергаются вибрациям и тряске;
• подзарядка происходит в буферном режиме от генератора при движении авто с различными оборотами двигателя.

При этом:

• обслуживаемые АКБ, требующие периодического уровня электролита и доливки дистиллированной воды, созданы для выдерживания 100 циклов разряд/заряд;
• не обслуживаемые — имеют более сложную конструкцию и количество циклов 200.

Однако АКБ ветрогенератора при эксплуатации внутри дома:

• обычно помещаются в подвальном помещении, где температура, круглогодично поддерживаемая на уровне +5÷+10 градусов, является оптимальной;
• не подвергаются тряскам и вибрациям, стационарно установлены в неподвижном состоянии;
• не получают экстремальные нагрузки при стартерном запуске, а при включении бытовых приборов через инвертор работают в щадящем режиме;
• заряжаются от генератора небольшими токами, которые благоприятно действуют на режим десульфатации пластин.

Все это является самыми выгодными условиями для их эксплуатации. Поэтому этот вариант предлагаю взять на заметку тем, кому не лень периодически контролировать напряжение на банках и следить за уровнем электролита в них.

AGM аккумуляторы более сложные по устройству. У них такие же пластины, но кислотой пропитаны стеклянные маты, работающие одновременно диэлектрическим слоем. Их цикл разряда/заряда — 250÷400. Перезаряд опасен.

Голевые АКБ тоже создаются необслуживаемой конструкцией с герметичным корпусом и загущенным до состояния геля электролитом. Они очень не любят перезаряд, но более стойки к глубокому разряду. Число расчетных циклов —350.

Панцирные аккумуляторы относятся к самым современным разработкам. Их электродные пластины защищены полимерами от воздействия кислоты. Диапазон циклов эксплуатации: 900÷1500.

Однако я вам рекомендую предварительно послушать полезные советы, которые дает в своем видеоролике «Как выбрать аккумуляторы для ВЭС и солнечной станции» все тот же владелец «Солнечные батареи».

У него на этот счет свое, противоположное мнение. Как вы отнесетесь к нему — ваше личное дело. Однако, знать информацию из противоположных источников и выбрать из нее наиболее подходящий вариант: оптимальное решение для думающего человека.

Как море или океан влияют на количество добываемого тока из ветрогенератора

Для эффективной работы ветряка важна не только сила ветра, но и его постоянный поток. Все мы знаем, что ветер — это поток воздуха у поверхности земли. Образуются эти потоки, из-за движения воздуха из области более низкого давления в более высокое. Так как земля нагревается быстрее, чем поверхность воды, то нахождение ветряков вблизи морей и океанов создает подходящую ветрогенерацию — здесь всегда образуются потоки ветра. Кроме обычных, есть и штормовые ветра, которые достигают скорости от 20 м/с.

Проведенные исследования подтверждают, построив ветряные парки в морях и океанов, вырабатываемая ветряками энергия могла бы обеспечить все нужды человечества. Кроме того, скорость ветра в океане больше примерно на 70%, чем на суше. Несмотря на то, что идея интересная, реализация ее сложная и требует больших инвестиций.

Преимущества и недостатки ветряных электростанций

К числу основных достоинств конструкций, применяющих в качестве энергии скорость ветра, относят:

• Экологичность. Сооружения применяют возобновляемый источник электроэнергии, который можно использовать многократно, не воздействуя никаким образом на экологию. Электроэнергия, вырабатываемая ветродвигателями, заменяет энергию традиционных электростанций, тем самым снижая вероятность возникновения глобального потепления.
• Многофункциональность. Ветроэлектростанции можно возводить на всех территориях. Такие установки важны в тех местах, где невозможно протянуть электричество традиционным путем.
• Эффективность применения. Современные конструкции преобразуют энергию даже малых по скорости ветров, но не менее 3,5 м/с.
• Альтернатива традиционным источникам получения электричества. Стационарные ветроэлектростанции способны обеспечить электрической энергией целый дом или маленькое производство. В таком случае велотурбина будет накапливать в АКБ необходимый запас электричества, который будет применяться в безветренную погоду.
• Экономичность. По сравнению с традиционными электрическими станциями, велотурбины позволяют существенно уменьшить затраты. Как правило, на строительство ветровой электростанции уходит меньше денежных средств, чем на подсоединение к уже имеющимся системам.

Ветряные электрические станции имеют также и недостатки:

• Узнать заранее скорость ветра практические невозможно, поскольку она все время изменяется. По этой причине лучше подстраховать себя и сделать вспомогательный источник энергии. Это могут быть, например, солнечные панели, подсоединенные к электрической сети.
• Вертикальные конструкции в наибольшей степени подвержены опасности, поскольку такие установки могут разрушиться из-за влияния силы инерции при вращении лопастей вокруг оси. В результате, важные компоненты сооружения по истечении определенного времени подвергаются изменениям и потом разрушаются, а само устройство становится непригодным для работы.
• Ветроэлектростанции лучше размещать на расстоянии от других построек, так как расположенные рядом дома будут уменьшать скорость ветра, а из-за этого величина выработки электричества будет меньше.
• Для сохранения электроэнергии ветровых турбин нужно чтобы в сооружении применялась аккумуляторная батарея и прочие вспомогательные элементы, служащие для выработки электричества.
• Во время работы ветрогенераторы издают сильный шум, который может доставлять неудобства людям. Кроме того, лопасти конструкции могут стать причиной смерти подлетевших к ним птиц.
• Некоторые эксперты утверждают, ветродвигатели могут снижать качество приема телевизионных сигналов.

К минусам ветряных установок можно также отнести маленький КПД и их значительную цену, однако подобные агрегаты со временем окупают свою стоимость.

Кроме того, использование маленьких электростанций способно вырабатывать электричество только для определенного числа потребителей, поэтому для крупных городов потребуется строительство больших ВЭС. При этом большие установки требуют сильного и равномерного потока ветра, что обеспечить в нашей стране довольно проблематично. Поэтому, распространение ветряков в России, намного меньше, чем в европейских странах.

Стоимость ветрогенераторов

Цены на ветрогенераторы достаточно высокие. Это громоздкие конструкции, которые производятся из дорогостоящего материала. Имеют в комплекте аккумуляторы, контроллер, инвертор и мачту.

Комплект может состоять из: 1 — самого ветрогенератора, 2 — Мачты, 3 — Фундамента, 4 — Комплекта аккумуляторных батарей, 5 — Инвертора, 6 — Контроллера, а также проводов, коннекторов, стеллажа, дизель-генератора и прочих расходных материалов необходимых для монтажа

Технические характеристики ветрогенераторов также влияют на стоимость.

1. Самый простой − это генератор с малой мощностью до 300 ватт. Производит энергию при силе ветра в 10-12 м /сек. Комплект самого простого ветряка только с контроллером стоит от 15 000 рублей. В комплектации с инвертором, аккумулятором и мачтой цена доходит до 50 000 рублей.
2. Генераторы с заявленной мощностью 1 кВт. При слабом ветре в среднем производят энергии от 30-100 кВт в месяц. Для большого дома с высоким потреблением электроэнергии рекомендуется использовать в дополнение дизельный и бензиновый агрегаты. Они также будут заряжать аккумуляторы в дни полного безветрия. Стоит такой ветрогенератор от 150 000 рублей. Доходит и до 300-400 тысяч рублей с более полной комплектацией.
3. Электрический расход в большом доме с приусадебным хозяйством потребует ветряк мощностью 3-5 кВт. Достаточное количество аккумуляторов, более мощный инвертор, контроллер, высокая мачта. Один комплект стоит от 300 000 рублей до миллиона.

Если дом еще и отапливался за счет ветра, то установку надо выбирать мощностью 10 кВт. И позаботиться о дополнительных источниках, таких как солнечные батареи. Возможно, понадобится и бензогенератор. Все зависит от того, сколько энергии придется держать в запасе на случай безветренных и пасмурных дней.

Альтернативная ветроэнергетика СНГ

Естественно, ветроэнергетика стран СНГ отстает от передовых государств. Это объясняется многими причинами, в первую очередь экономическими. Правительственные ведомства разрабатывают программы, вводятся «зеленые тарифы», способствующие развивать отрасль.

Для этого есть огромный потенциал, но препятствий к реализации достаточно много. Например, Беларусь совсем недавно начала развиваться в этом направлении, но главной проблемой республики, является отсутствие собственного производства, приходиться заказывать оборудование в странах – партнерах. Говоря о России, данное производство находится в «замороженном» состоянии, поскольку базовыми источниками являются: вода, уголь и атом. Как следствие, 64 место в рейтинге производства электричества. Для Казахстана благоприятное географическое расположение должно способствовать, однако техническая база очень устарела и требует капитальной модернизации.

Компас выбора

В первую очередь, надо чётко знать, что тебе надо, какую желаемую мощность ожидаешь получить от своей установки, какие погодные условия местности и после всего переходить к детальному знакомству с тем или иным типом ветряка. А различные виды ветрогенераторов выдают совершенно разные результаты своей работы. В данной публикации вы узнаете, какие типы ветрогенераторов существуют на сегодняшний день, и вам нетрудно после знакомства с ними сделать правильный выбор.

Для скромных аппетитов подходящим выбором будет так называемый ортогональный ветрогенератор, который может подойти к применению в той местности, где бывают очень слабые дуновения ветерка. Он имеет несколько параллельных к оси лопастей, расположенных на некотором расстоянии от неё. (см. фото).

Итак, ветрогенераторы по своему виду различаются по:

• количеству лопастей,
• материалам, из которых изготовлены лопасти,
• расположению оси вращения к поверхности земли,
• шаговому признаку винта.

По числу лопастей они бывают одно-двух-трёх и многолопастные. Последние начинают своё вращение при малейшем движении воздуха, но применимы лишь для таких целей, где сам факт вращения важен, а не вырабатываемая электроэнергия. То есть, они незаменимы, скажем, при перекачке воды из глубоких колодцев.

По материалам, из чего сделаны лопасти, различают жёсткие и парусные ветрогенераторы. Парусные намного дешевле жёстких, сделанных из стеклопластика, или из металла, но в ходе эксплуатации можно замучиться ремонтировать их.

По расположению оси вращения к поверхности почвы различают горизонтальные ветрогенераторы и вертикальные. Их отличия настолько деликатны, что при разных условиях они меняются местами в своём превосходстве. С вертикальной осью ветряки сразу схватывают малейшие дуновения ветерка, не требуют флюгера, но они менее мощные, чем горизонтальные.

По шаговому признаку винта ветрогенераторы бывают с изменяемым и фиксированным шагом. Изменяемый шаг, бесспорно, даёт возможность увеличить скорость вращения, но какова конструкция! Она сложна, увеличивает вес ветряка, то есть, потребует неисчислимых лишних затрат. Куда более прост и надёжен фиксированный шаг.
Таков, вкратце, ваш компас, чтобы не заблудиться в выборе.

Нужно еще привести список некоторых терминов и сокращений, которые будут использованы в дальнейшемю

• КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. В случае применения для расчета механистической модели плоского ветра (см. далее) он равен КПД ротора ветросиловой установки (ВСУ).
• КПД – сквозной КПД ВСУ, от набегающего ветра до клемм электрогенератора, или до количества накачанной в бак воды.
• Минимальная рабочая скорость ветра (МРС) – скорость его, при которой ветряк начинает давать ток в нагрузку.
• Максимально допустимая скорость ветра (МДС) – его скорость, при которой выработка энергии прекращается: автоматика или отключает генератор, или ставит ротор во флюгер, или складывает его и прячет, или ротор сам останавливается, или ВСУ просто разрушается.
• Стартовая скорость ветра (ССВ) – при такой его скорости ротор способен провернуться без нагрузки, раскрутиться и войти в рабочий режим, после чего можно включать генератор.
• Отрицательная стартовая скорость (ОСС) – это значит, что ВСУ (или ВЭУ – ветроэнергетическая установка, или ВЭА, ветроэнергетический агрегат) для запуска при любой скорости ветра требует обязательной раскрутки от постороннего источника энергии.
• Стартовый (начальный) момент – способность ротора, принудительно заторможенного в потоке воздуха, создавать вращающий момент на валу.
• Ветродвигатель (ВД) – часть ВСУ от ротора до вала генератора или насоса, или другого потребителя энергии.
• Роторный ветрогенератор – ВСУ, в которой энергия ветра преобразуется во вращательный момент на валу отбора мощности посредством вращения ротора в потоке воздуха.
• Диапазон рабочих скоростей ротора – разность между МДС и МРС при работе на номинальную нагрузку.
• Тихоходный ветряк – в нем линейная скорость частей ротора в потоке существенно не превосходит скорость ветра или ниже ее. Динамический напор потока непосредственно преобразуется в тягу лопасти.
• Быстроходный ветряк – линейная скорость лопастей существенно (до 20 и более раз) выше скорости ветра, и ротор образует свою собственную циркуляцию воздуха. Цикл преобразования энергии потока в тягу сложный.

Определение требуемой мощности

Для вычисления необходимой мощности станции, нужно выписать все потребители электричества в доме: начиная с обычных ламп и заканчивая кондиционером, телевизором и холодильником. Все прибору суммируются, чтобы получить полный расходуемый объем электричества.

Расчет выполняется с запасом, поскольку реальны траты энергии даже в интенсивные периоды получатся меньше – мало кто включает все устройства в доме одновременно.

Дальше требуется примерно вычислить время работы всех устройств, чтобы определить месячную потребность системы. Например:

• для покрытия нужд коттеджа обычно хватает ВЭУ мощностью 5-6 кВт;
• для малого поселка из домов достаточно станции в 10-25 кВт.

Также выделяется подкласс систем, именуемый микрогенераторами. Они обладают малой мощностью – менее 1 кВт и используются для снабжения энергией сельхоз ферм, поддержания автономной системы откачки воды и др.

При недостатке ветряной активности генератор хорошо сочетается с солнечными панелями. Подобные системы называют гибридными.

Смотрите видео, ветрогенератор и солнечные батареи, установка и эксплуатация:

Также ветряк можно дополнить дизельным генератором. Такие комплексные станции надежны благодаря факторам:

• они позволяют собирать значительные объемы электрической энергии при достаточном ветре и тогда, когда потребление снижается;
• могут поддерживать кратковременное питание системы мощностями, превышающими таковые от ветреного генератора;
• поддерживают питание потребителя при недостатке активности ветра благодаря накоплению электричества.

Узнайте из видео, как сделать самостоятельно мощный ветрогенератор для дома:

Ветряной генератор для дома при правильном подходе позволит владельцу значительно сэкономить на счетах за электричество. К тому же, альтернативная энергия считается чистой и не вредит окружающей среде.

Конструкция и принцип работы ветротурбин

Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую.

Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.

Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:

1. Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
2. Генератор для продуцирования переменного тока.
3. Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
4. Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
5. Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
6. Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.

Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.

Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка

В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.

В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.

Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.

В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%

Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.

Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.

В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности.

В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.

Расчёт и эффективность ветрогенератора

Ветер – это штука непостоянная и сильно зависит от окружающей среды. Один день может быть ураган, а в другой затишье. Так, что перед покупкой ветрогенератора для дачи или дома нужно тщательно изучить среднегодовую скорость ветра в своём регионе. Примерно эту величину можно посмотреть на карте ниже.

Среднегодовая скорость ветра в России

Если значение среднегодовой скорости ветра в вашей местности менее 4 метров в секунду, то не имеет смысла приобретать ветряную установку.

Если ветряк мощный, то потребуется монтаж с использованием крана. Поэтому, когда планируется ветрогенератор для дома, возведения мачты стараются избегать. При ограниченном бюджете выбор делается в пользу устройство с вертикальным расположением оси ротора. Такие модели работают на небольшой высоте без мачты при небольшой скорости ветра. В настоящее время специалисты ещё не делают однозначных выводов об их эффективности, поскольку они появились не так давно. С уверенностью можно сказать только о том, что вертикальные ветрогенераторы стоят дешевле, издают меньше шума, но вырабатывают меньше электричества.

Вертикальный ветрогенератор

Как можно оценить электроэнергию, которую вырабатывает ветрогенератор в течение года. Есть эмпирическая формула для устройств с горизонтальным ротором:

E = 1.64 * D2 * V3

В этой формуле:

E — это годовая выработка электроэнергии в кВт;

D — диаметр лопастей ротора, метры;

V — среднегодовая скорость ветра, метров в секунду.

Примерный срок службы ветрогенератора равен 25─30 лет. Подставляя в эту формулу требуемую для вашего дома выработку электроэнергии и среднегодовую скорость ветра в вашем регионе, вы сможете вычислить диаметр лопастей ротора.

В принципе мачту для ветряка можно изготовить своими руками. А вот электрооборудование лучше приобретать фабричного производства. Но многие умельцы самостоятельно собирают ветряные установки их отработавшей техники. Для этого в ход идут автомобильные генераторы, различные промышленные электродвигатели и т. п. Также своими руками изготавливают оперение «хвостовика» и лопасти для ротора. Сейчас на эту тему в интернете можно найти большое количество инструкций и схем. В результате можно сэкономить на сборке ветрогенератора. Однако нужно понимать, что самодельная установка всегда будет менее надёжна, чем фабричная. И КПД также будет меньше заводской.

Горизонтальный ветрогенератор

Стоит также отметить, что при увеличении диаметра лопастей и мощности генератора растёт выработка электроэнергии.

В некоторых промышленных ветрогенераторах большой мощности вырабатываемое электричество стоит дешевле, чем на ТЭС. Если ветрогенератор небольшой мощности, то себестоимость киловатта электроэнергии на нём выше, чем в случае традиционных источников энергии.