Ветряные электростанции для дома и схема ветрогенератора

Самым актуальным и дешевым источником альтернативной энергии можно считать ветряные электростанции, ведь, как известно, ветер не зависит от расположения залежей природных ресурсов и является абсолютно бесплатным.

В связи с серьезностью положения, крупнейшие страны мира даже заключили Киотское соглашение, которое предписывает стимулировать выработку электроэнергии при помощи альтернативных источников, а также обязывает государство выкупать выработанную таким образом энергию у производителей по высоким тарифам. К альтернативным источникам энергии можно отнести и солнечную энергию, переработку бытовых отходов, использование гидротермальных вод и ряд других, однако наиболее привлекательной является именно энергия ветра. Это обусловлено в первую очередь сравнительно небольшим  объемом вложения начального капитала для запуска ветряной электростанции и крайне незначительной зависимостью от необходимого сырья, потому что ветрогенератор может работать в любом месте, где есть ветер, а количество вырабатываемой электрической энергии без труда можно рассчитать с помощью научных методов.

Ветрогенератор для дома

Ветрогенератор для дома

На сегодняшний день ветряные электростанции для дома уже получили достаточно широкое применение в рядовой жизни. Их можно встретить на загородных участках и других объектах, которые удалены от основных электрических сетей. Ведь для подключения электричества приходится прокладывать дополнительные линии электропередач или использовать автономные электростанции, что дорого и не всегда целесообразно.

По расчетам специалистов, для полного обеспечения одного дома электрической энергией достаточно одного ветрогенератора мощностью 5 кВт, при условии, что скорость ветра 1,8-4,5 метра в секунду. Но, к сожалению, ветер весьма непостоянное погодное явление, поэтому желательно приобретать вместе с ветряной электростанцией резервный генератор, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, или устраивать большую аккумуляторную батарею для запасания выработанной электроэнергии «впрок».

Именно поэтому, прежде чем начинать выбирать модель ветряной электростанции для дома, необходимо проконсультироваться со специалистом, который сможет ответить на ваши вопросы и подобрать оптимальный вариант ветряка под конкретные требования.

Вертикальный ветрогенератор для дома

Вертикальный ветрогенератор для дома

Виды  ветрогенераторов

Ветряные электростанции можно разделить по направлению оси вращения лопастей, их количеству и материалу, из которого они изготовлены, а также по способу управления лопастями.

  1. По количеству лопастей ветряки делятся на двух-, трех-, а также многолопастные. При этом следует помнить, что большое количество лопастей абсолютно не является залогом хорошей работы ветрогенератора. Многолопастные ветряки начинают вращение при меньшей скорости ветра, но, набрав определенное количество оборотов, начинают представлять собой преграду для воздушного потока, и их эффективность падает, в то время как двух- и трехлопастные ветрогенераторы немного медленнее раскручиваются до номинальных оборотов, но не имеют такого большого коэффициента сопротивления воздушному потоку. Поэтому их КПД значительно выше. Многолопастный ветряк лучше всего применять, если он, кроме выработки электроэнергии, выполняет еще какую-то работу, например, приводит в действие водяной насос.
  2. По материалам лопастей можно выделить ветрогенераторы с жесткими и парусными лопастями. Первое и для некоторых решающее различие заключается в том, что парусные лопасти проще в изготовлении и значительно дешевле, чем жесткие (которые обычно бывают из металла или стеклопластика). Но это далеко не всегда является преимуществом! С учетом того, что стандартные рабочие обороты генератора составляют примерно 400-600 об/мин, конец лопасти движется со скоростью примерно 500 км/ч. Учитывая, что ветер несет с собой пыль и другой мусор, то даже для жестких лопастей это является серьезным испытанием, и они требуют постоянного обслуживания. А парусная лопасть может полностью износиться уже через год и потребовать полной замены. Поэтому в районах, где ветер достаточно сильный, их использование нецелесообразно.
  3. По направлению оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные ветряки более защищены от природных условий, но и количество выработанной электроэнергии у них значительно меньше, чем у горизонтальных. Также преимуществом вертикальных ветрогенераторов является то, что они не требуют ориентирования по ветру, рабочая площадь лопастей у них в два раза меньше, чем у горизонтального ветрогенератора с равноценной площадью ветроколеса. Это значит, что для получения одинакового количества электроэнергии нужен ветряк в два раза мощнее.
  4. Также существует разделение по управлению шагом лопастей. Бывают ветряки с фиксированным и изменяемым шагом лопастей. Изменяемый шаг винта можно назвать более выгодным решением только с очень большой натяжкой. С одной стороны, он позволяет расширить диапазон рабочих скоростей для ветряных электростанций, но в то же время усложняет конструкцию лопасти и требует более тяжелого ветроколеса, что обязательно приводит к утяжелению общей конструкции и, соответственно, делает всю систему дороже и при покупке, и в эксплуатации. Поэтому фиксированный шаг лопастей имеет явные преимущества! Есть одна тонкость – даже у ветряка с фиксированным шагом лопастей должен быть предусмотрен «предохранитель», ставящий лопасти в положение «флюгера» при штормовом порыве ветра. Иначе вся конструкция мачты может элементарно рухнуть.

Ветрогенератор, помимо лопастей, которые непосредственно улавливают ветер, и генератора, который преобразует энергию ветра в электрическую, как правило, включает в себя аккумуляторную батарею и инверторную установку. Аккумуляторная батарея необходима для накопления электроэнергии, которая в связи с непостоянством погодных условий просто не может вырабатываться равномерно, а также компенсировать разницу выработки при разной скорости ветра.

Инвертор, в свою очередь, преобразует постоянный ток, подающийся из аккумулятора, в переменный ток, необходимый для работы бытовых электроприборов. Таким образом, каждый элемент ветряной электростанции необходим для выполнения конкретной задачи, и его выбор должен быть обусловлен потребностями в энергии, а по техническим характеристикам подходить для остальных компонентов системы. Все же параметры должны быть предварительно рассчитаны с учетом конкретных условий энергопотребления.

Схема ветрогенератора

Схема ветрогенератора

Основные преимущества ветрогенераторов:

  1. Топливо для работы не требуется, основные затраты идут на установку и проведение систематических профилактических работ для стабильной работы ветрогенератора. В итоге затраты на приобретение оборудования могут окупиться уже в течение года.
  2. Не требует вмешательства в работу, так как выработка электроэнергии происходит в любой момент, когда дует ветер, и благодаря аккумуляторам накапливается впрок.
  3. В отличие от других видов генераторов ветряки абсолютно бесшумны. Качественно сделанные и установленные ветрогенераторы производят не больше шума, чем тот, который создает ветер, крутящий их лопасти.
  4. Не уменьшается производительность в зимнее время, поскольку в отличие от солнечных панелей у ветрогенераторов в зимнее время производительность не падает, а, наоборот, вырастает за счет того, что скорость ветра в зимний период обычно выше, чем летом, что является значительным преимуществом, потому что как раз в зимний период сильно возрастает потребность в электроэнергии.
  5. Ветрогенераторы можно устанавливать в любых климатических условиях, и для них подходит практически любой рельеф, но следует учитывать, что любая преграда на пути ветра, как то деревья или дома, может снизить производительность работы ветряка до 30%, но все равно она окажется выше, чем у солнечных батарей.
  6. Профилактическое обслуживание генератора следует проводить регулярно, но оно значительно облегчается тем, что при регулярном обслуживании конструкции износ, как правило, незначительный и даже в случае замены определенных компонентов не является дорогим и трудоемким занятием.

Таким образом, комплексная ветро-солнечная система для стабильной работы должна включать в себя: ветрогенератор (средний срок службы 15-20 лет), солнечные панели (30-40 лет), контроллер заряда, инвертор (работают примерно по 5-10 лет) и аккумуляторные батареи, которые в зависимости от типа прослужат от 4 до 10 лет.

Такие системы обычно предназначаются для обеспечения электричеством отдельно стоящих объектов, доступ централизованной энергоподачи к которым затруднен или отсутствует. Их мощность может колебаться от 0,8 до 26 кВт и зависит только от  потребления электроэнергии объектом и мощности установленного оборудования.