Jak vypočítat větrný generátor: vzorce + praktický příklad výpočtu

O alternativní energii získanou z větrných elektráren je ve společnosti velký zájem.Existuje o tom mnoho důkazů na úrovni skutečné každodenní praxe.

Majitelé venkovských nemovitostí staví větrné mlýny vlastníma rukama a jsou s výsledkem spokojeni, i když efekt může být krátkodobý. Důvodem je, že větrný generátor nebyl při montáži správně vypočítán.

Souhlasím, nechtěl bych utrácet čas a peníze na realizaci projektu a skončit s neúčinnou instalací. Proto je důležité pochopit, jak vypočítat větrný generátor a podle jakých parametrů vybrat hlavní provozní součásti větrné turbíny.

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

Výpočet větrné turbíny

Kde začít s výpočtem systému pro výrobu elektřiny z větrné energie? Vzhledem k tomu, že mluvíme o větrném generátoru, zdá se logická předběžná analýza větrné růžice v konkrétní oblasti.

Výpočtové parametry, jako je rychlost větru a jeho charakteristický směr pro dané území, jsou důležitými návrhovými parametry. Do jisté míry určují úroveň výkonu větrné turbíny, která bude skutečně dosažitelná.

Je těžké si vůbec představit větrné generátory takové síly. Ale takové návrhy existují a fungují efektivně.Výpočty takových konstrukcí však ukazují relativně nízký výkon ve srovnání s tradičními zdroji energie

Pozoruhodné je, že tento proces má dlouhodobý charakter (nejméně 1 měsíc), což je zcela zřejmé. Jedním nebo dvěma měřeními nelze vypočítat maximální pravděpodobné parametry rychlosti větru a jeho nejčastějšího směru.

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

Jak vypočítat výkon větrného mlýna

Větrné generátory pro domácí použití, zejména ty ručně vyráběné, nikdy nepřekvapily lidi s vysokým výkonem. To je pochopitelné. Stačí si představit masivní stožár vysoký 8-10 m, vybavený generátorem s rozpětím listů vrtule více než 3 m. A to není nejvýkonnější instalace. Jen asi 2 kW.

K servisu větrných turbín tohoto výkonu se používají vrtulníky a týmy specialistů v počtu až desítek lidí. Pro výpočet takové elektrárny je zapojen ještě větší počet účinkujících

Obecně platí, že pokud se spoléháte na standardní tabulku ukazující vztah mezi výkonem větrného generátoru a požadovaným rozpětím listů vrtule, je se čemu divit. Podle tabulky vyžaduje větrný mlýn 10 W dvoumetrovou vrtuli.

500wattová konstrukce bude vyžadovat vrtuli o průměru 14 m. Na jejich počtu navíc závisí parametr rozpětí listů. Čím více lopatek, tím menší rozpětí.

Ale to je jen teorie, podmíněná rychlostí větru nepřesahující 4 m/sec.V praxi je vše poněkud jiné a výkon domácích instalací, které skutečně fungují po dlouhou dobu, nikdy nepřesáhl 500 W.

Proto je zde výběr výkonu obvykle omezen na rozsah 250-500 W při průměrné rychlosti větru 6-8 m/sec.

Tabulka závislosti výkonu větrné energetické soustavy na průměru rotoru a počtu lopatek. Tuto tabulku lze použít pro výpočty, ale s přihlédnutím k její kompilaci pro parametry rychlosti větru do 4 m/s (+)

Z teoretické pozice se výkon větrné elektrárny vypočítá pomocí vzorce:

N=p*S*V³/2,

Kde:

• p – hustota vzduchových hmot;
• S – celková ofukovaná plocha listů vrtule;
• PROTI — rychlost proudění vzduchu;
• N – výkon proudění vzduchu.

Protože N je parametr, který radikálně ovlivňuje výkon větrného generátoru, skutečný výkon instalace se bude blížit vypočítané hodnotě N.

Výpočet vrtulí větrných turbín

Při stavbě větrného mlýna se obvykle používají dva typy vrtulí:

• okřídlený — rotace ve vodorovné rovině;
• Savonius rotor, Darrieus rotor — rotace ve svislé rovině.

Návrhy šroubů s rotací v libovolné rovině lze vypočítat pomocí vzorce:

Z=D*Š/60/V

Kde:

• Z – stupeň rychlosti (nízká rychlost) vrtule;
• L – velikost délky kruhu popsaného lopatkami;
• W – rychlost (frekvence) otáčení vrtule;
• PROTI – rychlost proudění vzduchu.

Na základě tohoto vzorce si snadno spočítáte počet otáček W - rychlost otáčení.

Takto vypadá konstrukce šroubu zvaného „Darieu Rotor“. Tato verze vrtule je považována za účinnou při výrobě větrných generátorů malého výkonu a velikosti.Výpočet šroubu má některé funkce

A pracovní vztah mezi otáčkami a rychlostí větru lze nalézt v tabulkách, které jsou dostupné na internetu. Například pro vrtuli se dvěma listy a Z=5 platí následující vztah:

Jedním z důležitých ukazatelů vrtule větrného mlýna je také stoupání.

Tento parametr lze určit pomocí vzorce:

H=2πR* tan α,

Kde:

• 2π – konstanta (2*3,14);
• R – poloměr popsaný ostřím;
• opálení α – úhel řezu.

Další informace o volbě tvaru a počtu čepelí, stejně jako pokyny pro jejich výrobu, jsou uvedeny v tento článek.

Výběr generátorů pro větrné turbíny

S vypočtenou hodnotou počtu otáček šroubu (W), získanou výše popsanou metodou, již můžete vybrat (vyrobit) vhodný generátor.

Například při stupni rychlosti Z=5 je počet lopatek rovný 2 a rychlost 330 ot./min. Při rychlosti větru 8 m/s. Výkon generátoru by měl být přibližně 300 W.

Pohled v řezu na generátor větrné elektrárny. Demonstrativní příklad jednoho z možných návrhů generátoru domácí větrné elektrárny, sestaveného samostatně

Vzhledem k těmto parametrům může být vhodnou volbou jako generátor pro domácí větrnou elektrárnu motor používaný v návrzích moderních elektrokol. Tradiční název dílu je motor na kolo (vyrobeno v Číně).

Takto vypadá elektromotor na kolo, na jehož základě se navrhuje vyrobit generátor pro domácí větrný mlýn. Konstrukce motoru jízdního kola je ideální pro realizaci prakticky bez výpočtů a úprav. Jejich síla je však nízká

Vlastnosti elektromotoru jízdního kola jsou přibližně následující:

Pozitivní vlastností motorů pro jízdní kola je, že je prakticky není nutné měnit. Konstrukčně byly navrženy jako pomaloběžné elektromotory a lze je s úspěchem použít pro větrné generátory.

Můžete udělat větrný mlýn použít generátor auta nebo sbírat pračka jednotka.

Výpočet a výběr regulátoru nabíjení

Regulátor nabíjení baterie je vyžadován pro jakýkoli typ větrné elektrárny, včetně domácího provedení.

Výpočet tohoto zařízení spočívá ve výběru elektrického obvodu zařízení, který by odpovídal konstrukčním parametrům větrného systému.

Z těchto parametrů jsou hlavní:

• jmenovité a maximální napětí generátoru;
• maximální možný výkon generátoru;
• maximální možný nabíjecí proud baterie;
• napeti baterky;
• teplota okolí;
• úroveň okolní vlhkosti.

Na základě prezentovaných parametrů sestava regulátoru nabíjení udělejte to sami nebo vyberte hotové zařízení.

Regulátor nabíjení pro baterie používané jako součást větrné elektrárny. Průmyslově vyráběné zařízení, při jehož výběru stačí pečlivě prostudovat technické vlastnosti pro přesnou koordinaci se stávajícím systémem

Samozřejmě je vhodné vybrat (nebo sestavit) zařízení, jehož obvod by poskytoval funkci snadného startu v podmínkách slabého proudění vzduchu. Vítán je také ovladač určený pro provoz s bateriemi různého napětí (12, 24, 48 voltů).

Nakonec se při výpočtu (výběru) obvodu regulátoru doporučuje nezapomenout na přítomnost takové funkce, jako je řízení měniče.

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 výběr však bude muset být učiněn v každém případě. V závislosti na parametrech systému větrného mlýna se baterie vybírá na základě napětí, kapacity a podmínek nabíjení.

Tradiční komponenty pro domácí větrníky jsou klasické olověné baterie. Vykázali dobré výsledky v praktickém smyslu.Navíc cena tohoto typu baterie je ve srovnání s jinými typy rozumnější.

Olověné baterie jsou obzvláště nenáročné na podmínky nabíjení/vybíjení, ale je nepřijatelné, aby byly součástí systému bez ovladače.

Pokud instalace větrné turbíny obsahuje profesionálně navržený regulátor nabíjení s plnohodnotným automatizačním systémem, zdá se racionální použít AGM nebo héliové baterie.

Baterie domácího větrného generátoru. Není to nejlepší možnost použití, vzhledem k chaosu drátů a požadavků na skladování. V tomto stavu energetických zásobníků nelze počítat s jejich dlouhodobým provozem.

Oba typy zásobníků energie se vyznačují vyšší účinností a dlouhou životností, kladou však vysoké nároky na podmínky nabíjení.

Totéž platí pro tzv. pancéřové baterie heliového typu. Ale výběr těchto baterií pro domácí větrný mlýn je výrazně omezen cenou. Životnost těchto drahých baterií je však ve srovnání se všemi ostatními typy nejdelší.

Tyto baterie mají také delší cyklus nabíjení/vybíjení, ale pouze při použití kvalitní nabíječky.

Výpočet střídače pro domácí větrný mlýn

Je třeba hned poznamenat: pokud konstrukce domácí větrné turbíny obsahuje jednu 12voltovou baterii, nemá smysl instalovat střídač na takový systém.

Průměrná spotřeba energie v domácnosti je při špičkovém zatížení minimálně 4 kW.Z toho plyne závěr: počet dobíjecích baterií pro takový výkon by měl být alespoň 10 kusů a nejlépe s napětím 24 voltů. Pro takový počet baterií má smysl instalovat střídač.

K plnému poskytnutí energie 10 bateriím o napětí 24 W každé a stabilnímu udržení jejich nabití však bude zapotřebí větrný mlýn o výkonu alespoň 2-3 kW. Je zřejmé, že jednoduché struktury domácností takovou sílu nezvládnou.

Nízkoenergetický invertor (600 W), který lze použít pro domácí malé instalace. Z takového zařízení můžete napájet televizi nebo malou ledničku s napětím 220 voltů. Pro lampy v lustru již není dostatečný proud

Výkon měniče však můžete vypočítat následovně:

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

V konkrétním příkladu to bude vypadat takto.

Nechť jsou domácí elektrické spotřebiče jako zátěž: osvětlovací lampy - 3 ks. 40 W každý, televizní přijímač - 120 W, kompaktní chladnička 200 W. Výkon sečteme: 3*40+120+200 a dostaneme 440 W na výstupu.

Stanovme výkon spotřebičů na průměrnou dobu 4 hodin: 440*4=1760 W. Na základě získané hodnoty výkonu v čase spotřeby se zdá logické vybrat z takových zařízení střídač s výstupním výkonem 2 kW a více.

Na základě této hodnoty se vypočítá proudově-napěťová charakteristika požadovaného zařízení: 2000*0,6=1200 V/A.

Klasické schéma reprodukce a distribuce energie získané z domácího větrného generátoru. Pro zajištění dlouhodobé energie takového počtu zařízení je však potřeba dostatečně výkonná instalace (+)

Ve skutečnosti bude zatížení domácnosti tříčlenné rodiny, která je plně vybavena domácími spotřebiči, vyšší, než je vypočteno v příkladu. Obvykle také doba připojení zátěže přesahuje požadované 4 hodiny. V souladu s tím bude střídač systému větrné energie potřebovat výkonnější.

Předběžný výpočet větrného mlýna je užitečný nejen pro jeho vlastní montáž. Je také nutné určit optimální parametry kdy výběr hotového větrného generátoru.

Závěry a užitečné video k tématu

Jak se analyzují zdrojová data a jak se používají vzorce, je uvedeno ve videu:

V každém případě je nutné použít vypočítaná data. Ať už se jedná o elektrárnu průmyslovou nebo vyrobenou pro domácí použití, výpočet každé jednotky vždy zajistí maximální účinnost zařízení a hlavně bezpečnost provozu.

Předběžné výpočty určují proveditelnost realizace projektu a pomáhají určit, jak nákladný nebo ekonomický je projekt.

Máte zkušenosti s řešením podobných problémů? Nebo máte ještě otázky k tématu? Podělte se o své dovednosti v oblasti výpočtu a návrhu větrných turbín. Ve formuláři níže můžete zanechat komentáře a klást otázky.