Вітряна електростанція для будинку – види і як зробити своїми руками

Вітрогенератор – пристрій для перетворення кінетичної енергії вітру в механічну, а потім в електричну. За кількістю вироблюваної електроенергії такі пристрої діляться на великі, потужністю понад 100 кВт, і малі, потужністю менше 100 кВт.

Великі, потужністю до декількох мегават, використовуються в якості одиничних елементів вітрових електростанцій, які передають енергію в магістральні електромережі для великого числа споживачів. Розміщуються вітрові електростанції на берегах морів, великих водойм і в пустельних місцевостях. Обов’язковим атрибутом при їх розгортанні є інфраструктура для передачі енергії в лінії електропередач.

Окремі малі вітрогенератори, про які піде мова в цій статті, знайшли застосування для електропостачання приватних будинків і автономних об’єктів різного призначення – телекомунікаційних вишок, вуличного освітлення, елементів систем управління дорожнім рухом. Встановлюються вони поруч з об’єктом і нерідко доповнюються сонячною батареєю або дизель-генератором.

Принцип роботи

Вітрогенератор являє собою комплекс з декількох пристроїв:

  • Вітроколесо (ротор). Призначений для прийому повітряного потоку у горизонтальних конструкцій або тиску вітру у вертикальних. Виконує функцію перетворення кінетичної енергії вітру в механічну роботу, яка передається генератору.

  • Редуктор. Цим пристроєм комплектуються деякі моделі вітряків. Служить для підвищення числа обертів, що передаються від ротора генератора.
  • Генератор. Трифазна електрична машина з ротором і статором. Обмотки статора, в яких обертається ротором збуджується змінний струм, підключені до контролера. Для вертикальних вітрогенераторів генератор може комплектуватися мультиплікатором, що підвищує число оборотів, що дозволяє підвищити потужність генератора або зменшити його розміри.
  • Контролер. У найпростішому випадку являє собою випрямний діодний міст. Служить для перетворення, що надійшов від генератора змінного струму в постійний і передачі його для зарядки акумуляторних батарей. Крім того, контролер регулює швидкість обертання вітроколеса, гальмуючи його в разі потреби – при сильному вітрі або коли акумулятори повністю заряджені.
  • Інвертор. Необхідний для перетворення постійної напруги 12 вольт від акумуляторної батареї в змінну 220 вольт, що використовується споживачами.
  • Щогла. Пристрій для розміщення ротора над землею на певній висоті. Існують різні конструкції – з труб на стяжках, секційні конічні, гідравлічні.
  • Комплект сполучних кабелів. Можлива комплектація пристрою електроустаткуванням для підключення споживачів (вступні щитки), пристроєм автоматичного введення резерву для перемикання між вітрогенератором і централізованим електропостачанням.

Принцип роботи пристрою полягає в тому, що напір (тиск) вітру обертає вітроколесо, яке передає обертання на ротор генератора. Ротор генератора збуджує змінний струм в обмотках статора генератора, який надходить на контролер. Контролер цей струм перетворює в постійний і їм заряджає акумулятор.

Всі споживачі отримують енергію від акумулятора через інвертор (220 В) або безпосередньо (12, 24, 48 В – в залежності від числа батарей). Безпосередньо енергія вітряка не передається споживачам, що пов’язано з нестабільністю параметрів одержуваного їм струму.

Типи вітряних електростанцій

Існують наступні критерії для класифікації вітряних електростанцій:

  1. Кількість лопатей. Вітродвигуни з числом лопатей до 4 іменуються малолопастнимі і швидкохідними. З кількістю лопатей від 4 і більше багатолопатеву і тихохідними. Розподіл за цим критерієм обумовлено тим, що чим менше число лопатей, тим, за інших рівних умов, вітродвигун має більше число обертів.
  2. Номінальна потужність. Критерій досить умовний, але застосовується така градація: до 15 кВт побутові (для приватних будинків, портативні), 15-100 кВт напівпромислові (для невеликих ферм, магазинів, насосних станцій), 100 КВт- одиниці МВт промислові – призначені для генерації енергії, використовуваної великою кількістю споживачів.
  3. Напрямок осі обертання. Цей критерій є найголовнішим, так як впливає на основні характеристики вітряка:
    • З горизонтальною віссю обертання. Найчастіше двох або трилопатеві, швидкохідні. До переваг таких пристроїв відносяться: швидкохідні, а значить більш простий генератор; високий коефіцієнт використання енергії вітру і, як наслідок, більш високий ККД; простота конструкції. До недоліків відносять: високий рівень шуму, необхідність високої щогли для установки.
    • З вертикальною віссю обертання. Відомо багато різновидів за конструктивним виконанням – вітрогенератори Савоніуса, ротори Дарині, гелікоїдний ротор, багатолопатеву вітрогенератори. На думку автора статті гідності всіх таких конструкцій, вельми сумнівні. Ці пристрої мають складну конструкцію, вимагають складного генератора, мають низький коефіцієнт використання енергії вітру (0,18-0,2 проти 0,42 у горизонтальних). До переваг відносять малий рівень шуму, можливість установки на невеликій висоті.

питання вибору

При виборі пристрою необхідно відповісти на наступні питання:

  • Необхідна потужність в кВт. Потрібно оцінити сумарне споживання в місяць і за цим критерієм вибирати електростанцію;
  • Виробник устаткування. Необхідно щоб продукція була сертифікована для використання на території РФ, тоді можна бути впевненим, що характеристики приладу відповідають національним нормам за рівнем шуму і електромагнітних завад. Зверніть увагу на термін гарантії і термін служби приладу, він повинен бути не менше 15 років. Дізнайтеся про сервісне обслуговування та гарантійному ремонті. Не буде зайвим дізнатися відгуки про виробника і продавця від інших користувачів.
  • Необхідну місце для установки вітряка. Виходите з ваших реальних можливостей. Якщо є можливість для установки високої щогли з горизонтальним типом пристрою, то віддайте йому перевагу. В іншому випадку розгляньте варіант конструкції з вертикальною віссю обертання.
  • Ціна. Не завжди краще те, що дорожче. Тут, як і всюди, можна переплачувати за бренд або за можливості, абсолютно вам непотрібні. Чітко визначте свої вимоги до пристрою, не замовляйте непотрібних компонентів.

установка

При установці слід пам’ятати, що в РФ немає заборони на установку вітрових електростанцій потужністю нижче 75 кВт і податками вони не обкладаються. Але все ж не зайвим буде ознайомитися з нормативними актами щодо встановлення та використання таких пристроїв для кожної конкретної місцевості.

На що варто звернути увагу:

  • Допустима висота установки щогли;
  • Наявність ліній електропередач поблизу передбачуваного місця установки;
  • Допустимий рівень шуму в децибелах;
  • Наявність ефірних перешкод від працюючої електростанції.

Допустима висота регламентується місцевими нормативними актами, а ось розміщувати щоглу поблизу ліній електропередач не можна.

Для двох останніх пунктів необхідно взяти дані з технічних характеристик електростанції. У сертифікованих в РФ постачальників і виробників, дані характеристики відповідають місцевим законодавством.

Непоганим кроком буде отримання згоди на установку від сусідів і обслуговуючої територію організації, при її наявності. Згода необхідно отримати в письмовому вигляді.

Коли всі формальності дотримано необхідно визначити конкретне місце установки щогли. Слід врахувати, що ефективність буде вище, якщо поблизу немає дерев, високих будинків і щогла стоїть на узвишші. Вибирати місце установки слід так, щоб сусідні будівлі та дерева не перебували перед вітряком. Неправильним буде і розташовувати щоглу на пагорбі, перед обривом.

Встановлювати щоглу необхідно в суворій відповідності з інструкціями виробника. При необхідності слід залучити кваліфікованих фахівців і спецтехніку.

вартість

На ринку доступні вітрові електростанції для будинку потужністю від 0,4 кВт до 75 кВт різних виробників. Розкид цін на пристрої однієї і тієї ж потужності достатньо великий.

Розглянемо таблицю:

Модель Потужність, кВт Ціна, руб
EDS Group Condor Home 0,5 89600
EDS Group Condor Home 3 195400
EDS Group Condor Home 5 285000
EDS Group Condor Air 10 770000
EDS Group Condor Air 30 1790000
EDS Group Condor Air 50 2850000
ТОВ «Енергоспецсервіс» 1 94000
BEKAR 1 171800
HY 400-L 0,4 66430
Енергосток 3 98000
Енергосток 5 220000
Енергосток 10 414000
Енергосток 30 961000
Енергосток 50 3107000

У чому ж справа? А справа в тому, що виробники часто вказують ціну тільки за частину необхідного комплекту обладнання. Розглянемо для прикладу продається компанією Енергосток вітряк на 2 кВт. На сайті значиться ціна 57600 руб., Але зайдемо в детальний опис товару.

А там є ціна повного комплекту обладнання: вітрогенератор, контролер, інвертор, АКБ, щогла. І ціна повного комплекту складе 176 800 гривень. Звідси висновок – обов’язково уточнюйте ціну за весь комплект!

Середні ціни на генератори російського і китайського виробництва наступні: 1 кВт 100-120 т.р., 3 кВт – 200 т.р., 5кВт – 300 т.р., 10 кВт від півмільйона, а потужні пристрої 20 і більше кВт будуть коштувати більше мільйона гривень. Якщо купувати обладнання західного виробника або США, то ціни будуть вищими на 20-30%.

Вітряні електростанції своїми руками

Якщо ви зібралися виготовити вітрогенератор, то варто звернути увагу на ресурси Мережі, які припускають 2 підходи: перший полягає в тому, щоб збирати всі елементи своїми руками, а другий передбачає покупку готових комплектуючих.

При складанні найбільшу складність викликає виготовлення вітроколеса. Виготовити лопаті для конструкції з горизонтальною віссю обертання з необхідними аеродинамічними характеристиками непросто. Тут два виходи: або платити за виготовлення майстерні з необхідними інструментами та досвідом, або дивитися в бік конструкції з вертикальною віссю обертання, для якої лопаті можна виготовити зі звичайної бочки.

Генератор можна придбати старий, використовувати двигун пральної машини або промислового асинхронного двигуна. Існує великий вибір готових генераторів і комплектуючих для їх складання на основі ніодімовий магнітів.

Виготовлення щогли – це дуже відповідальний етап, адже від нього залежить безпека експлуатації всієї конструкції. Поставитися до нього треба ретельно, довіривши розрахунки міцності конструкції фахівця.

Контролери, інвертори та акумуляторні батареї краще придбати готові.

Встановлювати чи ні

При вирішенні питання доцільності установки вітряної електростанції потрібно отримати наступні вихідні дані:

  • Середню швидкість вітру в місці установки в метрах в секунду. У першому наближенні картину дає карта вітрів на території України.

    Але в конкретному місці установки можуть бути різні фактори, що впливають на швидкість вітру, наприклад, пагорби, русла річок. Для точного визначення річної карти вітрів можна скористатися флюгером Вільда, анемометром або вести щоденні спостереження за навколишньою природою.

  • Наявність централізованого електропостачання, вартість кіловат-години і можливість прокладки лінії електропередач.

Алгоритм оцінки окупності вітряка наступний:

  • По карті вітрів і технічними характеристиками пристрою визначити яку вироблено потужність для літнього та зимового періодів або помісячно. Наприклад, для розглянутого вище пристрою номіналом 2 кВт, потужності, що виробляється при швидкості 5 м / с складе 400 Вт;
  • За отриманими даними визначити річну генерується потужність;
  • За вартістю кіловата визначити ціну згенерованої електроенергії;
  • Поділити вартість комплекту вітрогенератора на отриману цифру і вийде окупність в роках.

Для внесення поправок до уваги слід враховувати:

  • Акумуляторні батареї доведеться міняти не рідше одного разу на три роки;
  • Термін служби сучасного вітрогенератора 20 років;
  • Необхідно обслуговувати пристрій. Вартість і терміни обслуговування необхідно уточнити у продавця обладнання;
  • Вартість кіловат-години зростає щороку, за попередні 10 років вона збільшилася більш ніж в 3 рази. На 2017 заплановано зростання тарифів мінімум на 4%, так що можна виходити з цієї цифри подорожчання електроенергії.

Якщо отримані цифри окупності не влаштовують, але отримати альтернативне джерело енергії хочеться чи ні можливості підключення до централізованого електропостачання, то слід розглянути варіанти підвищення ефективності вітряка і зниження витрат на його монтаж і обслуговування.

Можливі наступні варіанти:

  • Установка декількох пристроїв меншої потужності замість одного великого. Це знизить ціну основного обладнання, зменшить витрати на установку і обслуговування, а також підвищить продуктивність за рахунок того, що малі вітряки мають більший ККД при низьких швидкостях вітру;
  • Установка спеціальної мережевої системи управління електроенергією, суміщеної з центральною системою електропостачання. Такі пристрої сьогодні можна знайти в продажу.

Бліц-поради

  • для електропостачання навіть великого приватного будинку досить потужності 10 кВт;
  • оціните можливості електростанції по генерації електроенергії у вашій місцевості;
  • обирайте правильне місце установки вітрогенератора;
  • контролюйте комплектність купується обладнання;
  • використовуйте шляху підвищення швидкості окупності обладнання;
  • якщо дорого купувати – зроби сам, це не так складно.
Ссылка на основную публикацию