Сравнение вертикального и горизонтального ветрогенератора

Для примера я хочу сравнить два вида самых простых и распространенных видов ветрогенераторов. Первый вертикальный типа Савониус, и обыкновенный пропеллерный. Почему-же мощность этих типов и их обороты существенно отличаются. А дело в том что вертикальный ветрогенератор использует силу напора ветра, а пропеллер так называемую подъемную силу, которая возникает в силу возрастания давления в точке где проходит прямой поток воздуха сквозь лопасти, и тот, что отражается от лопасти.

Принцип работы вертикального ветрогенератора типа Савониус

Но обо всем по порядку, и так как-же работает вертикальный ветрогенератор самого простого типа. Его можно назвать по разному, но это по сути будет Савониус. Вращение ротора основано на разности давлений ветра на лопасти. Можно себе представить ротор подобного ветрогенератора. Ветер налегает на лопасти и давит, вогнутая лопасть задерживает поток воздуха и его кинетическая энергия давит на эту лопасть, а та лопасть что возвращается имеет выпуклую форму по отношению к ветру и поток ветра просто с нее сваливается. Поэтому возникает разность давления.

Чем сильнее ветер тем больше разность давления и следовательно мощность ротора растет и обороты тоже. Но обороты не могут превысить скорость ветра, так-как толкать тогда ветер не сможет лопасть. Самые большие обороты могут только приблизится к скорости ветра, но не могут достигнуть ее так-как возвращающиеся лопасти тоже испытывают давление. И при максимальных оборотах ротор имеет КПД 0% , так-как вся энергия уходит на раскрутку ротора. Но при нагрузке обороты ротора падают и пропорционально падению оборотов растет и мощность на валу. Максимальная мощность достигается при скорости вращения в два раза меньшей скорости ветра. Например если скорость ветра 10м/с то максимальная мощность будет на валу при скорости движения конца лопасти 5м/с. Если-же обороты увеличиваются, то мощность падает, а если обороты под нагрузкой падают, то ветер просто не успевает проваливаться и набегает как ком на лопасть, этот ком ветра быстро увеличивается, и новые порции ветра натыкаясь на ком расходятся в стороны, так отражается большая часть энергии ветра и в итоге на роторе существенно падает крутящий момент.

Ветер действующий на ротор ветрогенератора

Линиями показано направление ветра действующее на лопасти

Принцип работы горизонтального ветряка («пропеллера»)

Принцип работы классического винта в корне отличается от работы вертикального ротора. Можно так-же представить себе вращающийся винт и набегающий поток ветра на лопасти. Когда ветер набегает на лопасть, то этот ветер отражается от нее и под углом выбрасывается в сторону позади лопасти. Но в это -же время сквозь лопасти так-же идет и прямой поток воздуха. При столкновении двух потоков образуется давление, которое и выталкивает лопасть. Чем больше образуется давление тем сильнее оно выталкивает лопасть. Таким образом обороты лопасти не привязаны к силе ветра, а зависят от давления созданного на стыке двух потоков ветра.

Таким образом скорость вращения кончика лопасти может превышать в разы скорость ветра. И так-же здесь кроется ответ «Почему маленькие лопасти работают лучше чем огромные». А все потому что в создании давления участвует весь поток ветра попадающий в плоскость вращения винта. И через узкие лопасти может проваливаться больше воздуха не задерживаясь а лишь отработав доли секунды. Так-же аэродинамически тонкие лопасти дают меньшее лобовое сопротивление потоку в плоскости вращения.

Здесь получается наоборот, мощность винта растет с ростом оборотов, чем быстрее лопасть вращается тем больше ветра она отражает за единицу времени. Давление растет еще больше и сильнее выталкивает лопасть. Теоретически этот рост оборотов давления и мощности бесконечен если бы не другие факторы, которые все ограничивают. Так например когда ветровой поток не успевает проваливаться то спереди винта нарастает воздушная подушка, с которой сваливается основной поток ветра в стороны, следовательно мощность ветра просто сваливается с подушки в стороны и винту перепадает очень мало энергии.

Например у много-лопастных винтов предел давления наступает очень быстро, поэтому они менее оборотистые. Так-же кроме превышения давления лопасть вращаясь попадает в зону повышенного давления созданного впереди идущей лопастью и это давление тормозит лопасть, поэтому чем больше лопастей тем сильнее происходит торможение.

Самые эффективные одно-лопастные винты, так-как лопасти при вращении не мешает повышенное давление от впереди идущих лопастей, а только сопротивление потока, но конечно до того момента пока лопасть не упирается в давление созданное ей самой. Поэтому обороты у этих винтов самые большие, но тоже имеют свой придел. Так-же этот придел наступает когда давление достигает большой величины и поток воздуха не успевает проваливаться через винт и нарастает воздушной шапкой на винте, в следствие чего новые порции воздуха натыкаясь на эту подушку расходятся в стороны.

Ветер действующий лопасть

На рисунке показано как дует ветер и где образовывается зона давления на лопасть

Подгонка ветроколеса к генератору

По вышеописанным принципам и причинам вертикальный и горизонтальный винты работают по совершенно разным принципам. Но самое главное это когда винт хорошо подогнан к генератору. Например если в случае вертикального ветрогенератора поставить слишком мощный генератор, то ротор не выйдет на обороты с максимальным КПД и будет большой недобор мощности из-за того что сильно заторможенный ротор не будет успевать переваривать поток ветра и спереди винта образуется ветровая шапка, которая будет отражать основной поток ветра.

Если-же поставить слабый генератор, то ротор будет набирать большие обороты и в следствии чего мощность будет падать, так-как чем быстрее лопасть вращается тем меньше на нее давит напор ветра, она же уходит от него. В итоге небольшой прирост оборотов, но дальше мощность падает и даже под небольшой нагрузкой обороты все равно не растут.

Так-же, но наоборот с горизонтальным винтом. Если генератор слишком мощный, то винт не сможет выйти на максимальные обороты и следовательно не сможет от ветра получить всю возможную мощность. Обороты даже при усилении ветра не будут дальше расти, а набегающий поток будет просто срываться с медленно вращающейся лопасти. А если генератор слабый, то обороты винта будут всегда на пределе, а значит точка максимального давления будет превышена и лобовое сопротивление вращающихся лопастей не позволят оборотам расти и мощность винта упадет, в итоге из-за предела по оборотам мощности не будет расти.

Поэтому в обоих случаях нужно чтобы мощность генератора четко соответствовала мощности и о оборотам винта при разной скорости ветра. Например если пропеллер диаметром 1,2м при 5м/с имеет 500 об/м, и мощность на валу около 40 ватт, то генератор нужен чтобы на 500 об/м нагружал винт не более 35ватт, и не менее 30 чтобы впустую не тратить энергию винта. Так-же при больших оборотах, к примеру тот-же винт при 10м/с выдаст около 400 ватт энергии на валу при оборотах где-то 1200об/м, значит и генератор должен на этих оборотах нагружать не более 350 ватт. Если учесть что КПД генератора где-то 0,8 то реально электрическую мощность можно ожидать около 300 ватт на 10 м/с.

Чем лучше и чем хуже вертикальный ветрогенератор в плане эксплуатации

---

---

Использование энергии ветра для выработки электричества – одна из перспективных форм развития альтернативной энергетики. Вертикальный ветрогенератор является перспективным направлением развития отрасли, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с горизонтальными аналогами.

Принцип работы

Вертикальный ветряк представляет собой цилиндр, устанавливаемый на основание. Благодаря своей форме, работает вне зависимости от направления ветра. Вне зависимости от вида вертикального ветрогенератора,  он устроен таким образом, чтобы давление потока воздуха на одну из его сторон было выше, чем на другую.

Благодаря такой разнице в давлении происходит вращение оси генератора и выработка электричества. Из-за того, что сила ветра направлена на обе стороны ветрогенератора, показатель стартовой скорости ветра немного больше, чем у горизонтальных ветряков, но при должном качестве деталей, существует самораскрутка – т.е. значительное увеличение оборотов генератора даже при небольшом (от 3,5 м/с) ветре.

Какая конструкция лучше

---

---

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

1. Ветряк Савониуса — полукруглые лопасти

   Ротор Савониуса. Модель такого вертикального ветряка включает в себя две или более лопасти, выполненные в форме полукруга. При этом давление, оказываемое на «открытую» часть круга значительно превышает то, которое воздействует на противоположную сторону. Конструкция достаточно проста в изготовлении, поэтому пользуется наибольшей популярностью среди самодельных вертикальных ветрогенераторов. Недостатки:
   • Большая «парусность». Воздействие ветра кренит всю конструкцию, создавая напряжение в оси и выводя из строя подшипник, на котором вращается весь ротор.
   • Конструкция не способна начать вращаться самостоятельно при наличии двух или трех лопастей, поэтому два таких ротора необходимо закреплять на одной оси одну под другой под углом в 90°

2. На ортогональный ротор устанавливают дополнительные статические экраны для увеличения производительности

   Ротор Дарье или ортогональный. Существует множество модификаций такого вертикального ветрогенератора, но принцип работы остается неизменным. Вращение происходит за счет крылообразной формы лопасти генератора. При воздействии потока воздуха создается подъемная сила, за счет которой и вращается ось. Недостатки:
   • Низкая, даже по меркам ветрогенераторов, эффективность.
   • Скорость ветра для полной раскрутки такого генератора должна быть не менее 4 м/с. При этом до набора полной скорости вращения такого ротора, нагрузку к ветряку подключать нельзя – остановится.
   • Шумность. Если в остальных моделях шум издают только подвижные части (подшипники), то вертикальный ветрогенератор такого типа шумит лопастями. Очень сильно.
   • Из-за вибрации быстро выводит из строя подшипники и все несущие элементы конструкции.

3. Геликоидный ротор имеет сложную конструкцию

   Геликоидный ротор. Этот вертикальный ветрогенератор имеет замысловатую форму, но по — сути это ортогональный ветрогенератор с вертикальной осью, только лопасти у него закручены вдоль несущей оси, что значительно повышает срок службы всей конструкции, т.к. обеспечивает равномерную нагрузку на подшипник и мачту со всех сторон. Недостатки:
   • Сложность в изготовлении, отсюда высокая стоимость вертикального ветряка.

4. Многолопастной ветряк

   Многолопастной вертикальный ветрогенератор. Если рассматривать только коммерческие образцы – этот тип ротора является наиболее производительным и дает наименьшую нагрузку на несущие детали. Внутри такого вертикального ветряка содержится дополнительный ряд статичных лопастей, которые направляют поток воздуха таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность ротора. Недостатки:
   • Высокая стоимость устройства из-за большого количества деталей.

Плюсы вертикальной оси

Положительные качества всех вертикальных ветрогенераторов:

1. Не направляются по ветру, работают при любой его направленности.
2. В отличие от ветрогенераторов с горизонтальной осью, имеет только одну ось вращения, следовательно бо́льший срок службы.
3. Возможна установка на небольшой высоте — от 1,5м, в зависимости от модели.
4. Все важные подвижные элементы находятся в нижней части генератора, что позволяет удобно его обслуживать.
   

   Важно. При необходимости вал ротора увеличивается до необходимой длины для удобства доступа к статору, без существенной потери КПД.

5. Возможность собрать действующий ветрогенератор своими руками из подручных материалов.
6. Благодаря возможности создания жесткой конструкции с несколькими точками опоры, вертикальные ветрогенераторы работают при бо́льшей максимальной скорости ветра.
7. Более высокая устойчивость к разрушающему воздействию ветра.
8. В этих ветряках возможно создание собственной циркуляции воздуха, за счет чего образуется быстроходный эффект, когда линейная скорость лопастей в 20 и более раз превышает скорость ветра.

Минусы

1. Громоздкость конструкции. Самые легкие вертикальные ветряки весят не менее 300 кг вместе со стойкой.
2. Низкая эффективность по сравнению с горизонтальным.
3. Шумность. Ветряк издает шум от лопастей во время работы.

Видео. Геликоидный ветрогенератор

В ролике наглядно показана работа геликоидного ветряка, установленного на специальной мачте

---

---

Окупаются ли солнечные батареи для частного дома Как выбрать солнечную панель — обзор важных параметров Ветряк для частного дома — игрушка или реальная альтернатива Реальное применение тонкопленочных солнечных батарей

Горизонтальный ветрогенератор

Ветрогенераторы горизонтального типа

Большая часть выпускаемых ныне ветрогенераторов это установки с горизонтальной осью вращения. Условно говоря, горизонтальный ветрогенератор похож на вентилятор. При этом разработчики с давних пор ищут наиболее оптимальный вариант такого ветрогенератора.

Ведь, как известно, выигрывая в чём-то одном, проигрываешь в другом. Чем меньше лопастей, тем быстрее вращается винт, тем большую мощность можно получить от генератора. Но чем быстрее, тем шумнее, тем позднее момент страгивания винта при слабом ветре, тем сильнее опасность дисбаланса ветряка. Всё это берут в расчёт при размышлениях какой ветрогенератор горизонтальный купить?

Наша практика свидетельствует – наиболее сколь комфортными, столь и надёжными являются трёхлопастные. Эти ветряки, показывая приемлемую производительность, с успехом могут работать в местах дачной и коттеджной застройки. Например, ветрогенератор горизонтальный 3 кВт вполне способен обеспечить электроэнергией семью, проживающую в собственном доме.

Какой горизонтальный ветрогенератор купить Вам поможет наш каталог. Там представлены ветряки различных типов и мощностей.

Вертикальный или горизонтальный ветрогенератор

В последнее время всё больший интерес проявляется к вертикальноосевым ветрогенераторам. Им посвящён отдельный раздел, там рассматриваются их особенности. Отмечается, что они имеют множество преимуществ. Однако сбрасывать со счетов горизонталки ни к чему. Проведём небольшое сравнение ветрогенераторов вертикального и горизонтального.

Какие аргументы относительно выработки и прочего в отношении вертикалок не приводи, цена их гораздо выше горизонтальных. Горизонтальный ветрогенератор стоит в полтора-два раза дешевле. Вес вертикального вместе с ротором выше, следовательно, тяжелее поднять его на высоту, где ветер сильнее. Поэтому, какой ветрогенератор лучше вертикальный или горизонтальный определить в силах только сам заказчик. Мы этому лишь способствуем.

Ветрогенератор — как выбрать ветряк

С целью экономии расходов на электроснабжение на производствах и в частных домах устанавливают ветрогенераторы. В данной статье рассмотрим основные характеристики, разновидности и принцип работы ветрогенераторов.

Оглавление:

1. Устройство и принцип работы ветрогенератора
2. Разновидности ветряков
3. Рекомендации по выбору ветрогенератора
4. Обзор производителей ветрогенераторов

Устройство и принцип работы ветрогенератора

Основные составляющие ветрогенератора:

1. Генератор — преобразователь механической энергии в электрическую. Генератор заряжает аккумуляторные батареи. Чем выше скорость ветра, тем быстрее заряжаются батареи.

2. Лопасти ветрогенератора — часть ветрогенератора, которая подвергается силе ветра, а затем воздействует на генераторный вал.

3. Мачта — устройство на котором крепится генератор и лопасти. От высоты мачты зависит скорость и устойчивость работы ветрогенератора.

Дополнительные компоненты ветрогенератора:

1. Контроллеры — устройство управления ветрогенератором, отвечающее за направление лопастей, особенности заряда аккумулятора, защиту ветрогенератора. Основной функцией контроллера является преобразование переменной энергии в электрическую постоянную.

2. Батареи аккумулятора — приборы для накапливания энергии, которую используют в то время когда отсутствует ветер. Еще одной функцией аккумулятора выступает выравнивание и стабилизация энергии, вырабатываемой генератором. Аккумуляторные батареи обеспечивают электропитание.

3. Анемоскопы или устройства измерения направления ветра — собирают и обрабатывают данные о скорости, направлении и порывах ветра. Анемоскопы устанавливают на более мощных ветрогенераторах, предназначенных для переработки большого количества энергии.

4. Автоматические регуляторы питания предназначены для объединения ветрогенератора, электросети, дизельного генератора или других источников энергии.

5. Инверторы — устройства для переработки постоянного тока в переменный, предназначенный для работы бытовой и электротехники.

При попадании ветра на лопасти ветрогенератора происходит вращение устройства. Во время работы ветрогенератора вырабатывается переменный ток, который попадает в контроллер и перерабатывается в постоянный. Постоянный ток заряжает аккумуляторы, которые обеспечивают электричеством частный дом или большое предприятие. Но, для работы большинства электроприборов необходим переменный однофазный или трехфазный ток, который образуется в инверторе.

Варианты использования ветрогенератора в системе электроснабжения:

• работа ветряка с аккумулятором в автономном режиме;
• параллельная работа ветрогенератора на аккумуляторах и солнечных батареях;
• работа ветрогенератора с параллельным использованием резервного (дизельного, бензинового или газового) генератора;
• параллельная работа ветрогенератора и обычной электросети.

Преимущества использования ветрогенератора:

• получение экологически чистой, безопасной и надежной электроэнергии,
• снижение расходов оплаты за электричество;
• бесшумность работы устройства;

• наибольшее количество энергии ветрогенератор производит осенью или зимой, во время большей востребованности электричества для обогрева помещений;
• цена на ветрогенераторы намного ниже, чем стоимость альтернативных источников получения электроэнергии;
• возможность ветрогенератора параллельно работать с другими источниками электроэнергии;
• возможность выбора мощности ветроустановки, в зависимости от типа местности и количества необходимой электроэнергии;
• возможность использования ветрогенераторов на яхтах или кораблях;
• потратившись один раз на ветроустановку, обеспечивается электроснабжение минимум на 20 лет.

Разновидности ветряков

В зависимости от размещения турбин выделяют ветрогенераторы:

• вертикального типа,
• горизонтального типа.

Ветрогенератор вертикального типа имеет вертикально размещенную турбину, по отношению к поверхности земли, а горизонтальный наоборот. Вертикальный ветрогенератор легко улавливает самые малейшие дуновения ветерка, а горизонтальный — более мощный, по преобразованию энергии.

Разновидности вертикальных ветрогенераторов:

1. Изобретение вертикального ветрогенератора принадлежит шведскому изобретателю Савониусу. Вертикальный ветряк состоит из двух цилиндров, которые имеют вертикальную ось вращения. Независимости от силы и направления ветра вертикальный ветряк постоянно вращается вокруг своей оси. Основным недостатком вертикального ветрогенератора является неполное использование ветровой энергии. Во время исследований было выявлено, что вертикальный ветряк использует только третью часть ветровой энергии.

2. Вертикальный ветряк с наличием ротора Дарье был изобретен на несколько десятков лет позже обычного. Роторный ветрогенератор имеет две или три лопасти и ротор. Ветрогенераторы с ротором просты в изготовлении и легки в монтаже. Главным недостатком такого ветрогенератора является то, что ротор нужно запускать вручную.

3. Ветрогенератор с вертикальной осью вращения и с наличием геликоидного ротора — имеет закрученные лопасти. которые обеспечивают равномерное вращение ветрогенератора. Преимущество: уменьшение нагрузки на подшипники, тем самым увеличение срока службы устройства. Недостатки: высокая стоимость, сложность монтажа.

4. Вертикальный ветрогенератор с наличием многопластного ротора — самое эффективное устройство по переработке ветровой энергии. Имеет сложный ротор, который состоит из большого количества лопастей.

5. Ортогональные ветрогенераторы не требуют большой скорости ветра. Для работы такого устройства подойдет скорость ветра от 0,7 м/с. Ортогональные вертикальные ветроустановки имеют высокие технические характеристики, бесшумное вращение мотора и интересный дизайн. Устройство ортогонального ветрогенератора основывается на вертикальной оси вращения и на нескольких лопастях, которые удалены от оси на определенном расстоянии. Несмотря на большое количество преимуществ, ортогональная ветроустановка имеет недостатки:

• небольшой строк службы опорных узлов;
• лопасти более массивные, чем у обычных ветрогенераторов;
• большой вес установки затрудняет монтаж устройства.

Горизонтальные ветрогенераторы имеют более высокий коэффициент полезного действия. Главным недостатком горизонтальных ветрогенераторов является необходимость в постоянном поиске ветра при помощи флюгеля, который устанавливается отдельно от устройства.

Горизонтальные ветрогенераторы разделяют на:

• устройства однолопастного типа — характеризуются высокими оборотами вращения, имеют небольшой вес и легкую конструкцию;
• ветрогенераторы двухлопастного типа — по устройству схожи с однолопастными, только отличаются количеством лопастей;
• ветряки трехлопастного типа имеют наибольшую мощность около 7 мВт, считаются одними из самых популярных среди ветрогенераторов, предназначенных для дома;
• многолопастные ветрогенераторы имеют от четырех до пятидесяти лопастей, данные устройства используют для обеспечения работы водяных установок.

В соотношении с количеством лопастей все ветрогенераторы подразделяются на:

• однолопастные,
• двухлопастные,
• трехлопастные,
• многолопастные.

По материалам, из которых состоит ветрогенераторная установка выделяют:

• ветрогенераторы парусного типа,
• ветрогенераторы жесткого типа, изготовлены из стекловолокна или металла.

В зависимости от шагового признака винта ветрогенераторы разделяют на:

• устройства измеряемого шага,
• устройства фиксированного шага.

Ветрогенератор на основе изменяемого шага имеет довольно сложную конструкцию, но в то же время увеличенную скорость вращения. Ветрогенератор с фиксированный шагом отличается надежностью и простотой.

Все ветрогенераторы условно разделяют на два вида:

• ветрогенераторы промышленного типа;
• домашние ветрогенераторы.

Промышленные ветряки используют для получения большого количества электроэнергии. Для устройства ветрового парка, состоящего из нескольких десятков или сотен ветрогенераторов требуется тщательное обследование местности, которое проводят на протяжении года или двух. Промышленные ветрогенераторы позволяют получать электроэнергию для обеспечения электричеством нескольких десятков домов или определенного производства.

Ветрогенератор для дома — позволяет значительно снизить расходы на электроснабжение и обеспечивает независимость от работы общей электросети.

Рекомендации по выбору ветрогенератора

1. Перед выбором ветрогенератора следует определиться с мощностью и функциональным назначением данного устройства.

2. Внимательно изучите разновидности ветряков и ознакомьтесь с климатическими условиями данного региона, в котором планируется установка ветрогенератора.

3. Определите выходную мощность ветряка, которая напрямую зависит от мощности преобразователя (инвертора). Второе название выходной мощности — пиковая нагрузка — совокупность количества приборов, которые одновременно будут работать с ветрогенератором. То есть, выходная мощность определяется как общая мощность ветряка. Даже при редком, но большом потреблении электроэнергии следует выбирать ветрогенератор с большой мощностью. Чтобы увеличить выходную мощность, следует установить несколько инверторов.

4. Время на непрерывную работу устройства — определяют мощностью аккумулятором, которые устанавливаются на ветряк. При безветренной погоде аккумуляторы обеспечивают помещение электричеством.

5. Темпы заряда аккумулятора определяются мощностью устройства, скоростью ветра, высотой установки и рельефом территории, на которой установлен ветрогенератор. Чем выше мощность ветрогенератора, тем быстрее происходит заряд батарей. При постоянном потреблении электроэнергии или при слабом ветре выбирайте более мощные модели ветряков. Чтобы увеличить скорость заряда батарей, следует подключить несколько генераторов к ветроустановке.

6. Не следует покупать много аккумуляторных батарей, при слабой силе ветра, так как ветрогенератор не успеет заряжать все батареи. Если батареи не до конца заряжаются это приводит к быстрому выходу их строя, поэтому количество батарей следует рассчитывать из потребляемой мощности всех электроприборов в доме.

7. Чтобы ветряк купить, следует обратить внимание на главный фактор — вырабатываемую энергию устройства. Этот критерий указан в технических характеристиках ветрогенератора.

8. Чтобы определить потребляемую мощность дома, в котором будет производиться установка ветряка, следует просмотреть счета за электричество за последние 12 месяцев, и вывести минимальный, средний и максимальный коэффициент потребления энергии.

9. С помощью исследований ближайшей метеорологической станции, узнайте о среднегодовой скорости ветра на предполагаемом участке установки ветряка. Оптимальная работа ветрогенератора обеспечивается при ветре 5 м/с.

10. Лучше устанавливать ветрогенератор как дополнительный источник питания в паре с дизельным или бензиновым генератором.

11. Испытайте ветрогенератор в работе, обратите внимание на уровень шума и необходимость в техническом обслуживании ветряка. Некоторые мощные ветрогенераторы имеют достаточно высокий уровень шума, что приводит к дискомфорту и проблемам с соседями.

12. Средний срок эксплуатации ветрогенератора составляет шесть-семь лет.

13. Лучше отдать предпочтение ветрогенератору, лопасти которого изготовлены из твердых материалов: стекловолокна или металла.

14. Обратите внимание на оптимальную работу ветрогенератора при средней скорости ветра, которая характерна для данного региона.

15. Безредукторные ветрогенераторы намного проще в установке, легко собираются и не требуют дополнительного техобслуживания, в то время как редукторные несмотря на сложность монтажа обеспечивает большую мощность и лучшее качество работы ветряка.

16. Не следует обращать внимание на такие рекламные лозунги о том, что ветрогенератор имеет улучшенную конструкцию, магнитную левитацию или большой контроллер, в большинстве случаи такая реклама, направлена на то, чтобы за обычный ветрогенератор получить больше денег.

17. При покупке ветрогенератора, потребуйте гарантию и выполнение всех обязательств производителя ветрогенераторов перед покупателем. Например, наличие креплений — комплект ветрогенератора, который включает все комплектующие: инверторы, генераторы, аккумуляторы. При покупке данных устройств у разных производителей, риск неправильной работы ветрогенератора увеличивается.

18. Формула расчета мощности ветрогенератора: Р = 0,5 * rho * S * Ср * V3 * ng * nb. Р — мощность ветрогенератора, rho — величина обозначения плотности воздуха, S — величина площади метания ротора, Ср — коэффициент аэродинамического действия, V — величина скорости ветра, ng — радиаторный коэффициент полезного действия, nb — при наличии редуктора. КПД редуктора.

19. Стоимость ветрогенератора напрямую зависит от таких факторов:

• количество лопастей,
• мощность аккумуляторов,
• мощность генератора,
• количество инверторов,
• материал изготовления лопастей,
• наличие редуктора,
• номинальная мощность ветряка,
• тип ветрогенератора: горизонтальный, вертикальный,
• материал, из которого изготовлена установка,
• наличие дополнительных комплектующих.

Обзор производителей ветрогенераторов

Чтобы ветрогенератор купить, нужно предварительно рассчитать мощность ветрогенератора и потребляемое электричество. После проведения расчетов обратите внимание на стоимость ветряка.

Первые позиции по производству ветрогенераторов занимает Германия, Дания и Франция. Несколько десятков лет назад началось изготовление российских ветрогенераторов, которые, по сравнению с зарубежными моделями, требуют усовершенствования.

Рассмотрим основных популярных производителей ветрогенератовор для дома:

1. AEOLOS (Дания)

Особенности ветрогенераторов AEOLOS:

• компания занимается разработкой ветрогенераторов более 35 лет;
• мощность вертикальных ветрогенераторов составляет от 500 Вт до 500 кВт;
• мощность горизонтальных ветряков — 300-10000 Вт;
• сфера применения ветрогенераторов: частный сектор, фермерское хозяйство, обеспечение электричеством поселков и школ;
• высокий уровень выработки электроэнергии;
• использование генератора без редуктора обеспечивает высокий уровень надежности ветроустановки;
• небольшая стоимость технического обслуживания;
• высокий уровень безопасности обеспечивает функция контроля положения устройства ветрогенератора;
• наличие электронной системы торможения.

Технические характеристики AEOLOS Н 1кВт:

• величина номинальной мощности: 1 кВт;
• величина максимальной мощности: 1,5 кВт;
• выходное напряжение: 48 В;
• характеристика лопастей: 3 штуки, материал — стекловолокно;
• особенности генератора: генератор трехфазного магнитноэлектрического типа, который обеспечивает постоянный ток;
• коэффициент полезного действия: менее 0,95;
• гарантийный строк: 5лет;
• максимальный строк эксплуатации: 20 лет.

2. ENERCON (Германия)

Особенности:

• мощность ветрогенераторов компании ENERCON от 330 Вт до 7,58 мВт;
• наличие кольцевого генератора;
• отсутствие трансмиссии;
• выполнение мировых стандартов качества: надежность и долговечность.

Технические особенности ENERCON Е80:

• величина номинальной мощности: 80 кВт;
• величина высоты башни: 53 м;
• величина номинальной скорости ветра: 12 м/с;
• минимальная скорость ветра: 3 м/с;
• максимальная скорость ветра: 30 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки;
• величина диаметра ротора: 18 м.

3. AMPAIR (Великобритания)

Характеристика сферы использования:

• катера;
• лодки;
• удаленные автономные системы питания.

Особенности:

• небольшой размер;
• легкий монтаж;
• возможность установки на ограниченном пространстве;
• высокое качество и надежность.

Технические особенности Ampair 100:

• величина номинальной мощности: 100 Вт;
• величина напряжения генератора: 12 Вт;
• характеристика лопастей: 6 штук;
• необходимая скорость ветра: от 3 м/с;
• стоимость: 2700 $.

4. Fair Wind (Бельгия)

Особенности:

• возможность использования в частном доме, отеле, АЗС, на ферме;
• высокий уровень европейского качества;
• изготовление лопастей — бельгийское;
• происхождение генераторов — финское;
• производством инверторов и контроллеров занимается немецкая компания;
• произведение тестирования и проверки каждой ветроустановки;
• максимальные порывы ветра 55 м/с;
• система безопасности имеет полную автоматизацию;
• присутствует пассивное аэродинамическое торможение;
• ветроустановки Fair Wind используют вместе с установками солнечных батарей;
• большая вариация мощностей поможет подобрать ветроустановку для каждого участка индивидуально.

Технические особенности Fair Wind F16:

• величина номинальной мощности: 10 кВт;
• величина диаметра ветроколеса: 4 м;
• величина номинальной скорости ветра: 15 м/с;
• минимальная скорость ветра: 3 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки, выполнены из авиационного алюминия;
• величина диаметра ротора: 18 м;
• стоимость: 20000 $.

5. Fuller Wind (США)

Особенности:

• полное отсутствие лопастей;
• компактность использования;
• небольшая стоимость, по сравнению с классическими ветрогенераторами;
• основа ветрогенератора — Турбина Теслы, которая состоит из большого количества металлических дисков, которые разделены кольчатыми прокладками;
• высокий уровень производительности электроэнергии.

6. Fortiss (Нидерланды)

Особенности:

• использование: электроснабжение домов, снабжение телекоммуникационного оборудования, водоочистительные системы;
• обеспечение полной независимости от промышленных источников электроэнергии;
• возможно совместное использование ветроустановок и традиционных источников электропитания;
• стабильное электроснабжение и понижение расходов на электричество;
• простота конструкции и легкость монтажа ветрогенераторов;
• возможность использования солнечных батарей или дизельных генераторов;
• низкий уровень шума;
• высокий уровень безопасности.

Технические особенности Fortiss Montana 5,8:

• характеристика генератора: генератор синхронного магнитного типа;
• максимальная скорость ветра: 55 м/с;
• количество лопастей: 3 штуки;
• необходимая скорость ветра: от 2,5 м/с;
• варианты системы торможения: механический, электрический;
• стоимость: 20000 $.

Вертикальный ветрогенератор — плюсы и минусы

22.04.2015

Вертикальная ветровая электроустановка не так давно появилась у нас на рынке. Этот ветряк больше используется для бытовых нужд чем для промышленных. Это обусловлено его конструктивными особенностями, позволяющими достичь бесшумности работы, надежности системы и простоте в эксплуатации.

Конструкция:

Для работы ротора вертикального ветрогенератора используется эффект магнитной левитации, что позволяет осуществлять старт работы системы при минимальном ветре. Также отсутствие большого количества механических частей позволяет работать такому ветряку практически бесшумно (уровень шума до 20 дБ) и значительно повышает надежность и срок службы всей конструкции.

Особенности лопастей (в виде паруса) позволяет ветроустановке работать при любом направлении ветра.

Особенности:

При приобретении ветрогенератора часто покупателей волнует вопрос недостаточной ветровой активности в регионе и, как следствие, остановка устройств на длительные промежутки времени. К примеру горизонтальный ветряк стартует при скорости ветра от 6 м\с. В этом аспекте вертикальные станции выигрывают за счет старта работы при ветре от 0,17 м\с и достижения номинальной мощности при 3 м\с. Также за счет конструкции лопастей им не важно направление ветра, в то время как горизонтальным ветрогенераторам это условие весьма значимо.

Существуют вертикальные электростанции которые имеют модульную конструкцию, что позволяет добавлять мощность уже существующей установке, без дополнительных изменений в схеме.

Также стоит отметить, что за счет строения генератора на магнитах (без щеток) вертикальные ветрогенераторы практически не требуют технического обслуживания, в то время как горизонтальные необходимо обслуживать один раз в полгода.

Преимущества вертикальной ветровой установки:

• Возможность работать при совсем небольших порывах ветра от 0,17 м\с
• Бесшумность работы и отсутствие вибрации, позволяет устанавливать ветряк в непосредственной близости от дома, или даже на крышу;
• Работа системы не зависит от направления ветра
• Возможность дорастить мощность не разбирая полностью систему
• устойчивость даже к сильным, ураганным порывам ветра
• надежность и долговечность установки

Недостатки:

• низкий КПД 15-25% по сравнению с горизонтальными ВЭУ 35-45%
• большой вес конструкции

Выводы:

Применение вертикальных ВЭУ актуально для частных домов, в стесненных условиях где ограничено место для установки, на яхтах, и других местах где не возможно установить более громоздкую и шумную конструкцию.

В остальных случаях при грамотном выборе и установке горизонтальной системы с комплексом мер по шумоизоляции, возможно достижение лучших показателей по КПД и соответственно цене электроэнергии.

Ветрогенераторы

Вертикальные ветрогенераторы (с вертикальной осью вращения) бесшумные, инерционные, оптимально адаптированные к погодным условиям Украины. На сегодняшний день вертикальные ветрогенераторы являются одной из самых эффективных разработок.

Основными преимуществами вертикальных ветрогенераторов является простота монтажа, доступность во время эксплуатации и круглогодичная работа без снижения производительности в осенне — зимний период. Они не зависят от направления ветра и их можно устанавливать прямо на уровне земли, что значительно сокращает расходы.

Преимущество ветроэлектростанций в том, что они занимают меньшую площадь, чем солнечные электростанции. Так, для ВЭС мощностью 1 МВт понадобится всего 30-50 соток земли, тогда как для СЭС аналогичной мощности – около двух гектаров. ВЭС могут быть максимально приближены к точкам подключения: ВЭС более 20 МВт может находиться в 700 м от населенных пунктов, бытовая 150 кВт – всего в 40 метрах (согласно ДСТУ). Ветрогенераторы, в отличие от СЭС, разрешено размещать на землях сельскохозяйственного назначения (имеется процедура выделения участка). Поэтому рождается новая группа производителей энергии из возобновляемых источников – фермеры, аграрии.

Эти новации делают проекты по строительству и вводу в эксплуатацию ВЭС  до 5 МВт, для продаж по «зеленому» тарифу, привлекательными для инвесторов.

Энергия ветра

Ветер образуется в результате гигантских конвекционных потоков в атмосфере Земли, движущихся тепловой энергией от Солнца. Это означает, что кинетическая энергия ветра является возобновляемым энергетическим ресурсом — пока Солнце существует, ветер тоже будет существовать.

Ветровые турбины используют ветер для непосредственного управления турбинами. Они имеют огромные лопасти, установленные на высокой мачте. Лопасти соединены с «гондолой», или корпусом, который содержит шестерни, связанные с генератором. Когда ветер дует, он передает часть своей кинетической энергии лопастям, которые вращаются и двигают генератор. Несколько ветрогенераторов могут быть сгруппированы в ветреных местах для формирования ветровых электростанций.

Преимущества

• Ветер — это возобновляемый энергетический ресурс, и расходы на топливо отсутствуют.
• Вредных загрязняющих газов не производится.
• Возможность размещения в труднодоступных местах.
• Требуют малой площади и вписываются в любой ландшафт.
• Получение бесплатной электроэнергии в долгосрочной перспективе, отсутствие затрат на топливо и его доставку.
• Автономность — независимость от состояния и работы внешних электрических сетей.

Недостатки

• Количество произведенной электроэнергии зависит от силы ветра.

Типовой состав системы энергообеспечения на базе ветрогенератора

• Ветроэлектрическая установка (ветрогенератор, ВЭУ) — вырабатывает «грубую» электроэнергию с нестабильными параметрами, зависящими от скорости ветра.
• Мачта — служит для установки ВЭУ на такой высоте, где ветровой поток не затеняется препятствиями и имеет достаточную скорость.
• Аккумуляторная батарея (АКБ) — является буфером, согласующим графики выработки и потребления энергии.
• Контроллер заряда АКБ — защищает АКБ от перезаряда, ограничивая зарядный ток и напряжение.
• Инвертор — преобразует постоянное напряжение в переменное ~220В.
• Зарядное устройство — при необходимости заряжает АКБ от внешней сети ~220В.
• Сетевая автоматика — следит за состоянием сети и, по заданному алгоритму, подключает нагрузку к сети либо к инвертору.

Комбинация солнечной и ветровой генерации

Комбинировать солнечные и ветровые электростанции полезно. Уже просто по той причине, что ветровые электростанции, в отличие от солнечных, работают ночью. Да и сезонные колебания снижаются. Во многих регионах солнечные электростанции зимой вырабатывают гораздо меньше, чем летом, а ветровые, наоборот, более продуктивно функционируют зимой. То есть комбинация позволяет сглаживать суточные и сезонные колебания, повысить надёжность системы и снизить потребность в системах накопления энергии и балансировочных мощностях для интеграции переменных ВИЭ.

Наша компания предоставляет полный спектр услуг по проектированию, установке и сервисной поддержке систем с альтернативными источниками энергии — ветрогенераторами, солнечными модулями, гелиосистемами, тепловыми насосами.

        

Многополюсность генератора говорит о его тихоходности, позволяя получить номинал на малых оборотах ветрогенератора и полностью отказаться от редукторов, коллекторных щеток и использовать метод магнитной левитации при его вращении. Наше крыло успешно прошло испытание по аэродинамике и показало лучший результат по страгиванию, а именно — уже при скорости ветра в 0,17 м/с происходит старт нашего ветрогенератора и устойчивая зарядка АКБ с 2м/с (в отличие от аналогов, которые стартуют при скорости ветра от 5 м/с). Благодаря новой форме крыла и снижению его веса мы добились снижения скорости ветра для достижения номинальной мощности ветрогенератора с 5 м/с до 3 м/с. Собираются ветрогенераторы различной мощности от 250 Вт до 32 кВт

Характеристики вертикальных ветрогенераторов

Ветрогенератор/Спецификация	VE-micro	VE-mini	VE-1	VE-1.5	VE-2	VE-3
Номинальная мощность, кВт	0.25	0.5	1	1,5	2	3
Максимальная мощность, кВт	0.75	1.5	3	4,5	5	9
Пусковая скорость ветра, м/с	0.3	0.3	0,4	0,7	0,8	0,9
Скорость ветра для устойчивой зарядки АКБ, м/с	2	2	2	2,5	2,5	2,5
Скорость ветра для номинальной мощности, м/с	8	8	8	8	8	8
Диаметр ветроколеса, м	1	1.3	2	3	4	4,8
Высота крыла, м	2	3	4	4	4	5
Вес ветроколеса, кг	20	45	80	170	250	360
Кол-во крыльев, шт	3	3	5	5	5	5
Стоимость, $	735	1365	2730	4095	5250	7875

Номинальная количество вырабатываемой электроэнергии следующая:

Продукция	Кол-во энергии за час, кВт	Количество энергии за месяц, кВт	Кол-во энергии за год, кВт
VE-3	3	2160	25920
VE-2	2	1440	17280
VE-1.5	1.5	1080	12960
VE-1	1	720	8640
VE-mini	0.5	360	4320
VE-micro	0.25	180	2160

Преимущества вертикальных ветрогенераторов над традиционными

• • Применение инновационных бесшумных и безвибрационных технологий
  • Применения высокоэффективных методов получения и преобразования энергии ветра в электрическую
  • Оптимальный профиль лопасти ветроколеса позволяет достичь КПД крыла близкий к идеальному, независимо от направления ветра (независимое «наведение» на направление ветра)
  • Ветрогенератор вертикального исполнения не требует регламентного обслуживания и ремонта. Конструкция не содержит деталей с трущимися поверхностями за исключением упорного подшипника ветрокрыла, имеющего трехсоткратный запас прочности
  • Высоко устойчивый к сильному ветру, достаточно устойчив, чтобы выдержать ураганный ветер
  • Контроллерно-преобразующая система позволяет заряжать аккумуляторную батарею при самых малых оборотах генератора. Это обеспечивает возможность потребления ранее выработанной энергии в период безветрия
  • Требует минимум пространства для размещения, абсолютно безвреден ввиду отсутствия излучения, вибрации и шумовой нагрузки
  • Возможность установки без ущерба ландшафтным видам, безопасный для птиц дизайн
  • Быстрая установка и обслуживание
  • Главным преимуществом ВЭУ является ее независимость от магистральных энергетических сетей, автономность производства и потребления электроэнергии. Относительная простота устройства, универсальность оборудования, доступность транспортировки и монтажа позволяют возводить ветроэнергетические станции в самых недоступных, отдаленных от энергоснабжения районах.

Купить ветрогенератор в Днепре

Горизонтальные ветрогенераторы

Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения, имеет две или три лопасти, установленные на вершине мачты — наиболее распространенный тип ветроустановок ВЭУ. Современные горизонтальные ветрогенераторы представляют собой установку, которая служит для переработки кинетической энергии ветра в механическую энергию с помощью лопастей, а потом в электрическую при помощи электрического генератора. Ветрогенераторы могут использоваться как для промышленного производства электроэнергии, так и для бытового. Ветрогенераторы промышленного назначения имеют достаточно большую мощность, а в одном таком ветропарке могут устанавливаться до нескольких сотен ветряков. Для бытового использования, как правило, устанавливается один ветрогенератор, подключенный к системе домашнего электроснабжения, которая включает в себя также накопительные аккумуляторы.

Основные характеристики ветрогенератора

Ветрогенератор СВ-4.4/400	Ветрогенератор СВ-6.7/1000
Диаметр ветротурбины: 4,4 м Ометаемая площадь: 15.2 м2 Выработка энергии за месяц: 250-500 кВт·Ч Стартовая скорость ветра: 2-3 м/с Расчетная скорость ветра: 8 м/с Макс. скорость ветра: 40-50 м/с Номинальная частота вращения: 230 об/мин Напряжение генератора: 48 В Номинальная мощность (при 8 м/с): 1600 Вт Рекомендуемая высота мачты: 17-23 м	Диаметр ветротурбины: 6.7 м Ометаемая площадь: 35.3 м2 Выработка энергии за месяц: 600-1200 кВт·Ч Стартовая скорость ветра: 2-3 м/с Расчетная скорость ветра: 8 м/с Макс. скорость ветра: 40-50 м/с Номинальная частота вращения: 145 об/мин Напряжение генератора: 48 В Номинальная мощность (при 8 м/с): 4000 Вт Рекомендуемая высота мачты: 21-27 м
3 800 у.е.	7 600 у.е.

 

Наши специалисты помогут Вам выбрать ветрогенератор, максимально соответствующий по своим техническим характеристикам Вашим потребностям, поставят и соберут его на Вашем объекте, а также предоставят Вам все необходимые консультации по работе ветряной установки. Монтаж оборудования может осуществляться как специалистами нашей компании, так и самостоятельно.

В случае монтажа Вашими специалистами наша компания готова предоставить услугу шефмонтажа и обеспечивает Вас техническим и информационным сопровождением.

Скорость ветра в Днепре по месяцам

Карта распределения ветра на территории Украины

Делаем для дачи вертикальный ветрогенератор своими руками

Пожалуй, ни один дачник не будет спорить с тем, что сегодня необходимо иметь какой-либо альтернативный источник электроэнергии, ведь свет могут отключить в любую минуту. Большую популярность, как источник бесплатной энергии, сегодня получили самодельные ветрогенераторы. Разнообразные модели таких устройств предлагаются на рынке, а в интернете можно увидеть схемы, чертежи и видео, позволяющие собрать их своими руками.

Стоит отметить, что самодельный ветрогенератор будет очень полезен даже при его небольшой мощности. Уже одно то, что среди кромешной тьмы дача будет освещена, и можно будет без проблем посмотреть телевизор или зарядить мобильное устройство, подстрахует от неприятностей и поднимет престиж перед соседями.

к содержанию ↑

Три маленьких секрета

Первый секрет заключается в том, на какую высоту будет установлен самодельный ветрогенератор. Понятно, что проще смонтировать его на высоте нескольких метров от земли, но и толку от него тогда будет не особенно много. Следует учитывать, что чем выше ветрогенератор, тем сильнее ветер, быстрее крутятся его лопасти, и тем больше энергии можно получить от сделанной своими руками электростанции.

Второй секрет заключается в выборе АКБ. В интернете советуют не мудрить и ставить автомобильный аккумулятор. Да, это проще и, на первый взгляд, дешевле. Но, необходимо знать, что автомобильные аккумуляторы следует устанавливать в хорошо проветриваемом помещении, они требуют ухода, а их срок службы не превышает 3-х лет. Будет лучше приобрести специальный аккумулятор. Хотя он и стоит дороже, но это себя оправдает.

Третий секрет, какой ветрогенератор лучше подходит для изготовления своими руками — горизонтальный или вертикальный? У каждого варианта свои достоинства и недостатки. Мы рассмотрим ветрогенераторы вертикального типа, принцип работы которых показан на рис.2.

Сначала о недостатках: вертикальный ветрогенератор имеет низкий КПД по сравнению с горизонтальными моделями, на его сборку уходит больше материалов, что, соответственно, ведёт к удорожанию конструкции. С другой стороны, вертикальные ветряки могут работать при более слабом ветре, чем их горизонтальные аналоги, что компенсирует их невысокий КПД. Их не требуется поднимать на слишком большую высоту, они проще и дешевле при монтаже и установке, что сводит на нет разницу в стоимости материалов.

Немаловажным фактором является и то, что вертикальный ветрогенератор надёжнее при резких порывах ветра и ураганах, так как его устойчивость растёт с повышением скорости вращения. Кроме того, вертикальные конструкции практически бесшумны, что позволяет устанавливать их в любом месте, вплоть до крыши жилого дома. Всё вышеперечисленное ведёт к тому, что эти установки пользуются растущим спросом и выпускаются в различных модификациях, применительно к требуемой мощности и ветрам, преобладающим в определённых регионах, с чем, кстати, можно ознакомиться на видео ниже.

к содержанию ↑

Простейшая конструкция

Маломощный вертикальный ветрогенератор нетрудно собрать своими руками из, без преувеличения, бросовых материалов: большой пластиковой бутылки или жестяной банки, стальной оси и старого электромотора. Достаточно пополам разрезать банку или бутылку и закрепить эти половины на связанной с генератором оси вращения (рис.3). Такой вертикальный ветряк несложно сделать разборным и брать его с собой на рыбалку или в поход, где он не только осветит место ночлега, но и позволит подзарядить телефон или другое мобильное устройство.

к содержанию ↑

Собственная электростанция для дачи

А вот изготовление более мощного ветрогенератора придётся начать с покупки ведра и это не розыгрыш. Да, для начала, придётся купить обычное оцинкованное ведро. Это, конечно, в том случае, если такое прохудившееся ведро не завалялось где-либо в сарае. Размечаем его на четыре части и делаем ножницами по металлу прорези, так, как это показано на рис.4.

Ведро крепится за днище к шкиву генератора. Крепить следует четырьмя болтами, расположив их строго симметрично и на одном расстоянии от оси вращения, что позволит избежать дисбаланса.

Итак, практически всё готово, осталось выполнить следующие действия:

1. Отогнуть металл на прорезях, чтобы получить лопасти. Если чаще всего господствует сильный ветер, достаточно слегка отогнуть бока. Если ветер слабый, отогнуть можно и посильнее. В любом случае, величину изгиба можно отрегулировать позднее;
2. Соединить все необходимые приборы (кроме генератора) так, как это показано на рис.5;
3. Закрепить генератор с идущими от него проводами на мачте;
4. Укрепить мачту;
5. Подсоединить провода, идущие от генератора, к контроллеру.

Всё. Изготовленный своими руками ветрогенератор готов к работе.

к содержанию ↑

Электрическая схема

Рассмотрим подробнее электрическую схему. Понятно, что ветер может в любую минуту прекратиться. Поэтому ветрогенераторы не подключают напрямую к бытовым приборам, а вначале заряжают от них аккумуляторные батареи, для обеспечения сохранности которых, применяется контроллер заряда. Далее, учитывая то, что АКБ дают постоянный ток малого напряжения, в то время как практически все бытовые приборы потребляют переменный ток напряжением 220 вольт, устанавливается преобразователь напряжения или, как его ещё называют, инвертор и только потом подключают всех потребителей.

Для того чтобы ветрогенератор обеспечивал работу персонального компьютера, телевизора, сигнализации и нескольких энергосберегающих ламп достаточно установить аккумулятор ёмкостью 75 ампер/час, преобразователь напряжения (инвертор) мощностью 1,0 кВт, плюс генератор соответствующей мощности. А что ещё нужно, когда отдыхаешь на даче?

к содержанию ↑

Подведём итоги

Вертикальный ветрогенератор, который можно сделать по приведённым выше инструкциям, может работать при довольно слабом ветре и независимо от его направления. Его конструкция упрощается за счёт того, что в ней отсутствует флюгер, разворачивающий по ветру винт горизонтального ветрогенератора.

Основным недостатком вертикально-осевых ветряных турбин является небольшой КПД, но это искупается рядом других преимуществ:

• Скорость и простота сборки;
• Отсутствие ультразвуковой вибрации, характерной для горизонтальных ветрогенераторов;
• Нетребовательность к техническому обслуживанию;
• Достаточно тихая работа, позволяющая установить вертикальный ветряк практически в любом месте.

Конечно, сделанный своими руками ветряк может не выдержать излишне сильного ветра, который окажется способным сорвать ведро. Но это не проблема, просто придётся купить новое или приберечь где-либо в сарае отслужившее свой срок старое.

На видео ниже можно посмотреть как запитываются бытовые приборы на даче. Правда, ветрогенератор здесь сделан не из ведра, но тоже своими руками.

по горизонтали Vs. Вертикальные ветряные турбины | Education

Ветровые турбины имеют две основные проектные категории: горизонтальную и вертикальную ось. Турбина с горизонтальной осью обычно имеет трехлопастной вертикальный винт, который встречает ветер лицом к лицу. Вертикальная турбина имеет набор лопастей, которые вращаются вокруг вертикальной оси. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки и подходит для различных сред.

Направление и скорость ветра

Для правильной работы горизонтально-осевой турбине необходимо, чтобы ветер шел под прямым углом к ​​лопастям.Если он дует с направления, отличного от направления лопастей, турбина получает гораздо меньше энергии от ветра. Чтобы приспособиться к изменениям направления ветра, турбина оснащена приводом рыскания, который поворачивает направление агрегата. Однако привод медленно адаптируется к изменению направления, потому что он должен вращать всю турбину и гребной винт в сборе. В отличие от этого, вертикальная турбина работает хорошо независимо от направления ветра, что делает ее более подходящей для городских районов с высокими зданиями, где присутствует ветровая турбулентность.Конструкция с вертикальной осью позволяет ему работать при более низких скоростях ветра, чем это возможно с горизонтальной турбиной.

Эффективность использования энергии ветра

Горизонтально-осевые турбины преобразуют большую часть энергии ветра в полезное механическое движение, поскольку лопасти перпендикулярны направлению ветра, и лопасти улавливают энергию во всем диапазоне их движения. Для сравнения, лопасти турбины с вертикальной осью имеют недостаток эффективности, улавливая энергию ветра только с передней стороны; в задней части своего вращения они тянут за систему.

Механическая сложность и напряжение

Поскольку для регулирования изменения направления ветра требуется механизм рыскания, горизонтально-осевая турбина механически более сложна, чем вертикальная. Гироскопическое действие вращающихся лопастей турбины с горизонтальной осью создает напряжение, когда механизм рыскания поворачивается, чтобы поймать ветер. Со временем под действием напряжения лопатки и ступица турбины могут треснуть. Турбина с вертикальной осью не испытывает этого напряжения.

Подходящее место

Высокая башня и длинные лопасти горизонтальной турбины хорошо работают только на открытых пространствах.Вертикальные турбины, как правило, намного компактнее и могут быть размещены на крышах зданий и в других городских районах с меньшими ограничениями. Небольшая высота вертикального блока также делает его подходящим для мест, где ветер усиливается между зданиями или над вершинами холмов.

Предпочтение рынка

Хотя турбина с вертикальной осью имеет некоторые преимущества по сравнению с горизонтальной конструкцией, более крупные разработчики энергетики выбрали расположение с горизонтальной осью, оставив производство с вертикальной осью для мелких коммерческих операторов или частных лиц.Горизонтальная ось проще для понимания и отвечает ожиданиям того, как должна выглядеть ветряная турбина. Генераторы с вертикальной осью исторически были объектом преувеличенных заявлений, вызывающих скептицизм у потенциальных инвесторов технологии.

Ссылки

Ресурсы

Биография писателя

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет ученую степень по физике и пишет с 1991 года. Он участвовал в выпуске информационного бюллетеня по нанотехнологиям от Foresight Institute «Foresight Update».Он также внес свой вклад в книгу «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».

Ветровые турбины с вертикальной осью Преимущества и недостатки

Когда люди думают о ветряных турбинах, они часто представляют себе широкие роторы системы с горизонтальной осью. Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT) имеет лопасти, установленные на верхней части конструкции главного вала, а не спереди, как у ротора самолета. Генератор обычно размещается у основания башни.

Применяемые реже, чем их горизонтальные аналоги, VAWT более практичны в жилых районах.Две распространенные конструкции включают турбину, которая напоминает две половинки барабана емкостью 55 галлонов, каждая из которых установлена ​​на вращающемся элементе (ротор Савониуса), и меньшую модель, которая чем-то похожа на взбиватель для яиц (модель Дарье). Чаще используются модели Савониуса, которые пропускают воздух через ступицу для вращения генератора; турбина вращается за счет момента вращения, когда воздух проходит через лопасти.

Устройство имеет два или три ножа и может быть короче и ближе к земле, чем горизонтальная система.Giromill также имеет конструкцию взбивания яиц, но имеет два или три прямых лезвия на вертикальной оси. Спиральные лопасти составляют еще одну конструкцию, напоминающую структуру, подобную ДНК. В общем, ветряные турбины с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными конфигурациями.

Преимущества VAWT

Эти турбины имеют меньше деталей, чем те, которые ориентируют поворотный механизм и лопасти по горизонтали. Это означает, что меньше компонентов изнашиваются и ломаются.Кроме того, опорная сила башни не должна быть такой большой, потому что редуктор и генератор находятся рядом с землей. Детали для управления тангажом и рысканием также не нужны.

Турбина также не должна быть направлена ​​против ветра. В вертикальной системе воздух, текущий с любого направления или скорости, может вращать лопасти. Таким образом, систему можно использовать для выработки электроэнергии при порывистых ветрах и когда они дуют постоянно.

К другим преимуществам относятся:

• Безопасность рабочих: работникам по обслуживанию не нужно подниматься так высоко, чтобы добраться до частей башни.Мало того, что VAWT короче. У них также есть основные компоненты, расположенные ближе к земле. Обслуживание генераторов, редукторов и большинства механических и электрических частей конструкции не требует масштабирования башни, поскольку они не установлены сверху. Подъемное оборудование и альпинистское снаряжение тоже не нужны.

• Масштабируемость: конструкция может быть уменьшена до небольших размеров, даже таких, как та, которая уместится на городской крыше. В городах может не хватить места для всех технологий возобновляемой энергии, но вертикальные турбины представляют собой жизнеспособную альтернативу углеводородным источникам энергии.

Кроме того, VAWT:

• Дешевле в производстве, чем турбины с горизонтальной осью.

• Более простой в установке по сравнению с другими типами ветряных турбин.

• Можно переносить из одного места в другое.

• Оснащен тихоходными ножами, снижающими риск для людей и птиц.

• Работает в экстремальных погодных условиях, с переменным ветром и даже в горных условиях.

• Разрешено там, где запрещены более высокие конструкции.

• Работают тише, поэтому они не беспокоят людей в жилых районах.

Согласно Институту инженеров-механиков, ветряные турбины с вертикальной осью больше подходят для установки в более плотных массивах. Они в 10 раз короче горизонтальных моделей, их можно группировать в массивы, которые даже создают турбулентность от одной турбины к другой, что помогает увеличить поток вокруг них.Следовательно, ветер ускоряется вокруг каждого из них, увеличивая вырабатываемую энергию. Низкий центр тяжести также делает эти модели более устойчивыми для плавания в морских установках.

Основные преимущества перед горизонтальными турбинами

Вертикальная конструкция позволяет инженерам размещать турбины ближе друг к другу. Их группы не должны быть расположены далеко друг от друга, поэтому ветряная электростанция не должна занимать столько земли. Близость горизонтальных ветряных турбин друг к другу может создавать турбулентность и снижение скорости ветра, что влияет на мощность соседних установок.

В отчете за 2017 год в журнале Journal of Renewable and Sustainable Energy , цитируемом Phys.org, отмечалось, что, хотя ветровые турбины с вертикальной осью производят меньше энергии на одну башню, они могут генерировать в 10 раз больше энергии по сравнению с сравнительная площадь земли при размещении массивами.

Недостатки VAWT

Не все лопасти создают крутящий момент одновременно, что ограничивает эффективность вертикальных систем по выработке энергии.Остальные лезвия просто проталкиваются. Кроме того, при вращении лезвия испытывают большее сопротивление. Хотя турбина может работать при порывах ветра, это не всегда так; низкий пусковой момент и проблемы с динамической стабильностью могут ограничивать функциональность в условиях, для которых турбина не была специально разработана.

Поскольку ветряные турбины расположены ниже земли, они не используют более высокие скорости ветра, которые часто встречаются на более высоких уровнях. Если установщики предпочитают возводить конструкцию на башне, их сложнее установить таким способом.Однако практичнее установить вертикальную систему на ровном основании, например на земле или на крыше здания.

Вибрация может быть проблемой и даже увеличивать шум, производимый турбиной. Воздушный поток на уровне земли может увеличить турбулентность, тем самым увеличивая вибрацию. Это может привести к износу подшипника. Иногда это может привести к большему объему обслуживания и, следовательно, к большим расходам, связанным с ним. В более ранних моделях лопасти были склонны к изгибу и растрескиванию, что приводило к выходу из строя турбины.Небольшие блоки на зданиях или других сооружениях могут подвергаться толкающим силам, которые добавляют поперечное напряжение, что требует постоянного обслуживания и использования более прочных и прочных материалов.

Вертикально или нет

Хотя они производят меньше энергии, чем горизонтальные турбины, ветровые турбины с вертикальной осью по-прежнему вырабатывают энергию и могут быть лучшим вариантом в зависимости от области применения. Они больше подходят для мест с ограниченным пространством и требуют меньшего количества проблем и рисков в обслуживании.Эта конструкция остается популярной, поскольку инженеры решают проблемы и находят применение в небольших установках, особенно в городских районах. Со временем у инженерных инноваций появится потенциал для повышения эффективности производства энергии VAWT и увеличения преимуществ, которые они могут предложить в различных приложениях.

Присоединяйтесь к революции чистой энергии! Узнайте о том, как ваш дом может получить выгоду от энергии ветра.

Сравнение ветряных турбин с горизонтальной и вертикальной осью

Ветряные турбины различаются по размеру и конструкции, где ориентация оси — горизонтальная или вертикальная — имеет решающее значение.Очевидно, что в ветряной турбине с горизонтальной осью вертикальный пропеллер вращается, обращенный к ветру, горизонтально, в то время как лопасти ветряной турбины с вертикальной осью вращаются вокруг вертикальной оси, обращенной к ветру вертикально.

За годы эксплуатации стало ясно, что ветряные турбины с горизонтальной осью, или HAWT, хорошо работают на открытых площадках, в то время как VAWT имеют гораздо меньше ограничений и, следовательно, могут быть установлены на вершинах холмов и крыш в городских районах.

Общий обзор VAWT и HAWT

Для HAWT важно направление ветра, поскольку лопасти более производительны, когда ветер дует под прямым углом.Кроме того, у них обычно есть привод вращения для регулировки лопастей по направлению ветра.

Напротив, ветряная турбина с вертикальной осью не так сильно зависит от угла ветра и может работать при более низкой скорости ветра, чем средняя HAWT. Тем не менее, существует несколько конструкций ветряных турбин с горизонтальной осью, таких как ветряные турбины производства TBHAWT Manufacturing, которым удается избежать потери эффективности, поскольку они остаются эффективными даже при скорости ветра 8 м / с или менее.

Ветровые турбины с вертикальной осью стоят вертикально или перпендикулярно земле, конвертируя ветер со всех 360 градусов вокруг.Поскольку VAWT идеально подходят для городских районов, их можно использовать в местах с непостоянными ветрами или в сложных сельских районах.

Несмотря на эти факты, VAWT кажутся менее производительными, чем HAWT из-за более низкой скорости работы и последующей производительности, но они определенно являются идеальным выбором для индивидуального домашнего хозяйства с сильными турбулентными ветрами.

HAWT и VAWT, производящие электроэнергию менее 100 кВт, считаются небольшими и в основном используются на местном уровне для бытовых нужд. Однако есть некоторые конструкции HAWT с производительностью более 50 кВт, которые оказались прибыльными благодаря удачному сочетанию экономической эффективности и охвата клиентов.

Маленькие ветряные турбины, как правило, более популярны, так как они требуют меньше земли и инвестиций, чем большие. Малые БП особенно подходят для удаленных и внесетевых областей и могут быть подключены или отключены от национальных линий электропередач.

Ветряная турбина с горизонтальной осью

Ветровые турбины с горизонтальной осью используют энергию ветра за счет лопастей, направленных на горизонтальную ось, параллельную земле. HAWT обращен к ветру перпендикулярно, так что лопасти ветряной турбины вращаются вслед за аэродинамическим подъемом.

WT с горизонтальной осью преобладают на рынке ветроэнергетики, поскольку их конструкция позволяет получать больше энергии за счет полного вращения лопастей с точки зрения равномерного ветрового потока. Более того, ветряные турбины с горизонтальной осью устойчивы к возврату, что также полезно при этом типе выработки электроэнергии.

Для достижения максимальной эффективности ветровые турбины с горизонтальной осью должны располагаться по направлению ветра. Если направление ветра разное, эффективность выработки энергии может время от времени значительно снизиться.

Однако этот недостаток устраняется, когда ветряная электростанция с горизонтальной осью расположена в правильно выбранном районе с постоянным однонаправленным ветровым потоком.

Небольшая ветряная турбина часто имеет ветряную лопасть для выравнивания с направлением ветра, в то время как большие ветряные турбины включают измеритель рыскания для корректировки положения ветряной турбины для выравнивания с потоком ветра. Постоянный, стабильный поток ветра важен, когда оператор ищет экономичное решение.

Ветряная турбина с вертикальной осью

Лопасти ветряной турбины с вертикальной осью вращаются перпендикулярно земле и вокруг вертикальной оси за счет использования при работе эффектов сопротивления и подъемной силы.Несмотря на отсутствие популярности по сравнению с HAWT, VAWT могут принимать и обрабатывать ветер с любого направления, поэтому они идеально подходят для городских и пригородных районов с бурными, непостоянными ветрами.

Редуктор ветряной турбины и часть ее оборудования могут быть установлены ближе к земле. Таким образом, пользователь ветряной турбины может значительно сократить расходы на техническое обслуживание, что, наряду с менее шумной конструкцией, создает более благоприятные условия для совместного проживания.

Ветровые турбины с вертикальной осью довольно чувствительны к обратному ходу из-за того, что лопасти вращаются вдоль направления ветра, в то время как им необходимо вернуться в поток ветра, прежде чем их толкнет обратно.

В конце концов, новые исследования показывают, что ветровые турбины с вертикальной осью не так сильно отличаются от ветряных турбин с горизонтальной осью — эффективность ветряных турбин сильно зависит от ветровых условий местности и требуемого объема выработки электроэнергии.

Вращение

При вращении лопасти HAWT получают эффекты изменяющейся силы инерции и постоянно стабильной силы тяжести. Из-за этих влияний лезвия HAWT испытывают переменную нагрузку, которая снижает усталостную прочность лезвия.

Во время вращения получаемые эффекты ветряной турбины с вертикальной осью более стабильны из-за силы инерции и стабилизации силы тяжести. В этом отношении нагрузка фиксирована, поэтому усталостная долговечность VAWT больше, чем у HAWT.

Скорость ветра

Стало общеизвестным, что ветровые турбины с горизонтальной осью показывают отличные характеристики благодаря достаточной начальной скорости и постоянным ветровым потокам. Однако следует отметить, что эффективность ветряных турбин во многом зависит от конструкции конструкции.

Чтобы поддержать эту идею, Китайский центр исследований и разработок в области аэродинамики провел эксперимент с небольшой ветряной турбиной с горизонтальной осью, начальной скоростью около 5 м / с и максимальной принимаемой скоростью 5,9 м / с.

Эксперимент показал, что эта начальная скорость недостаточна для того, чтобы превзойти энергопотребление ветряной турбины, и поэтому является неудовлетворительной. В то же время другие ветряные турбины с большим диапазоном скорости ветра, такие как упомянутый выше WTW-55 от TBHAWT Manufacturing, являются более перспективными с точки зрения коммерческого использования.

Ветровые турбины с вертикальной осью запускаются при более низкой скорости ветра, что снижает производительность. Для обеспечения разумной производительности следует выбирать ветряные турбины с вертикальной осью H-образной конструкции — в этом случае оператор должен убедиться, что аэродинамический профиль и оптимальный угол установки точно соблюдаются. Таким образом, ветряная турбина с Н-образной структурой будет запускаться со скоростью 2 м / с.

КПД

Ветровые турбины с горизонтальной осью преобладают на рынке энергии ветра из-за их гораздо более высокого КПД по сравнению с VAWT.В свою очередь, HAWT делятся на большие и маленькие ветряные турбины, где большие WT нуждаются в просторных открытых площадках, в идеале с выходом к морю, чтобы получать больше ветра.

Небольшие ветряные турбины имеют меньше ограничений и могут использоваться как для небольших домашних хозяйств, так и для снабжения общиной или городом. Конечно, все это сильно зависит от размера ветряной электростанции — чем она больше, тем больше домохозяйств она может обслужить.

Когда дело доходит до коммерческого использования, ветряные турбины с горизонтальной осью значительно уступают VAWT с точки зрения масштабирования и производительности.Будучи больше по размеру, обслуживание HAWT обходится дороже, но в то же время они производят в десять раз больше электроэнергии, чем средняя ветряная турбина с вертикальной осью.

Следует напомнить, что ветровые турбины с вертикальной осью вращения заметно неэффективны в высокоскоростных ветровых потоках из-за их крайне низких пусковых моментов и проблем с динамической стабильностью.

Ветровые турбины как с горизонтальной, так и с вертикальной осью имеют свои преимущества и недостатки. Чтобы получить максимальную отдачу, разработчик сначала должен решить, хотят ли они, чтобы ветряная турбина закупалась самостоятельно, или же монетизировать ветровую энергию, превращая ветряные турбины в стабильный долгосрочный доход.

Ветровая турбина с горизонтальной осью VS Ветряная турбина с вертикальной осью

Ветряная турбина с горизонтальной осью VS Вертикальная ветровая турбина

Особенности строения:

Что касается ветряной турбины с горизонтальной осью, то в процессе одного круга вращения лопастей лопасти получают комбинированное воздействие силы инерции и силы тяжести, направление силы инерции может изменяться, в то время как направление силы тяжести изменяется. когда-либо стабильно, так что лезвия испытывают переменную нагрузку, что очень пагубно сказывается на усталостной прочности лезвий.Кроме того, генератор горизонтальной ветряной турбины находится на расстоянии десятков метров от земли, что доставляет немало хлопот по ремонту и обслуживанию генератора.

Что касается ветряной турбины с вертикальной осью, то в процессе вращения лопастей условия получения эффектов лучше, чем у ветряной турбины с горизонтальной осью, потому что направления силы инерции и силы тяжести всегда остаются стабильными. Следовательно, на лопасти действует фиксированная нагрузка, и, соответственно, усталостная долговечность больше, чем у ветряной турбины с горизонтальной осью.В то же время генератор ветряной турбины с вертикальной осью часто размещается под ротором или на земле, поэтому его легко ремонтировать и обслуживать.

Начальная скорость ветра:

Принято считать, что ветряная турбина с горизонтальной осью имеет хорошие пусковые характеристики. Но согласно эксперименту с газовой скважиной, проведенному Китайским центром исследований и разработок аэродинамики (CARDC) на малогабаритной ветряной турбине с горизонтальной осью, начальная скорость ветра обычно находится в диапазоне 4 ~ 5 м / с, а максимальная скорость ветра составляет было до 5.9 м / с. очевидно, что такие стартовые характеристики не могут быть удовлетворительными.

В области ветряных турбин также часто говорят, что ветряная турбина с вертикальной осью имеет плохие пусковые характеристики, особенно конструкция Ф ветряной турбины Дарье, которая не имеет первоначальной пусковой способности. Это также является препятствием на пути развития ветряной турбины с вертикальной осью. Тем не менее, что касается H-структуры ветряка Дарье, то можно сделать противоположный вывод. Пока аэродинамический профиль и угол установки выбраны надлежащим образом, ветряная турбина может получить вполне удовлетворительные пусковые характеристики.Принимая во внимание испытание воздушным отверстием, H-образная конструкция ветряной турбины Дарье может запускаться при скорости ветра 2 м / с, что, несомненно, предпочтительнее, чем ветряная турбина с горизонтальной осью.

Экологические проблемы:

Хотя ветер называют чистой энергией и он может быть дружественным для окружающей среды, при строительстве все большего числа крупных ветряных электростанций, некоторые экологические проблемы, вызванные ветряными турбинами, также были заметны. Эти проблемы в основном отражаются в двух аспектах: во-первых, проблема шума; во-вторых, негативное воздействие на местную экологическую среду.

Передаточное отношение конечной скорости ветряной турбины с горизонтальной осью обычно составляет примерно 5: 7, и на такой высокой скорости лопасти, разрезающие воздушный поток, будут производить громкий аэродинамический шум, а между тем многих птиц через такие высокоскоростные лопасти трудно поймать. побег.

Передаточное отношение конечной скорости ветряной турбины с вертикальной осью обычно составляет 1,5: 2, что намного ниже, чем у горизонтальной модели. Такая низкая скорость вращения в принципе не может создавать аэродинамический шум и полностью приглушать шум.Преимущества немоты очевидны, потому что она решила ту трудность, что в прошлом ветряная турбина не могла быть установлена ​​в некоторых обстоятельствах, таких как городские общественные объекты, жилые районы и т. Д. В этом отношении можно понять, что вертикальный Модель будет иметь более широкую область применения, чем модель Horizontal.

Выгоды от низкого передаточного числа конечных скоростей являются не только экологическими, но и полезными для общей производительности ветряных турбин.Согласно аэродинамическому анализу, чем быстрее объект, тем сильнее влияние формы взгляда на поле течения. Когда ветряная турбина работает на открытом воздухе, лопасти неизбежно загрязняются загрязнениями, и загрязнение может фактически изменить форму лопастей. С точки зрения горизонтальной модели, даже если такое изменение лопастей является тривиальным, оно также может снизить потребление энергии. Но что касается модели Vertical, ее скорость вращения довольно низкая, поэтому она не так чувствительна к изменению формы, а это означает, что загрязнение лопастей не влияет на аэродинамические характеристики ветряной турбины.

Сравнительные параметры:

типов ветряных турбин, их преимущества и недостатки — KOHILO Wind Turbines

Ветряные турбины с горизонтальной осью, также сокращенно HAWT, являются обычным стилем, о котором большинство из нас думает, когда думает о ветряной турбине. HAWT имеет конструкцию, аналогичную ветряной мельнице, у него есть лопасти, похожие на пропеллер, вращающиеся на горизонтальной оси.

Горизонтальные ветряные турбины имеют вал главного ротора и электрический генератор наверху башни, и они должны быть направлены против ветра.Маленькие турбины указываются простой ветровой лопастью, расположенной под углом к ​​ротору (лопастям), в то время как большие турбины обычно используют датчик ветра, соединенный с серводвигателем, чтобы повернуть турбину против ветра. Большинство больших ветряных турбин имеют редуктор, который превращает медленное вращение ротора в более быстрое вращение, которое больше подходит для привода электрического генератора.

Так как башня создает турбулентность позади нее, турбина обычно направлена ​​против ветра от башни. Лопасти ветряных турбин сделаны жесткими, чтобы они не вдавливались в башню сильным ветром.Кроме того, лопасти размещаются на значительном расстоянии перед башней и иногда немного наклоняются вверх.

Машины Downwind были созданы, несмотря на проблему турбулентности, потому что им не нужен дополнительный механизм для поддержания их в соответствии с ветром. Кроме того, при сильном ветре лопасти могут изгибаться, что уменьшает их площадь движения и, следовательно, их сопротивление ветру. Поскольку турбулентность приводит к усталостным отказам, а надежность очень важна, большинство HAWT работают с наветренной стороны.

Преимущества HAWT

• Высокое основание башни обеспечивает доступ к более сильному ветру на участках со сдвигом ветра. На некоторых участках сдвига ветра каждые десять метров скорость ветра может увеличиваться на 20%, а выходная мощность — на 34%.
• Высокая эффективность, поскольку лопасти всегда движутся перпендикулярно ветру, получая мощность на протяжении всего вращения. Напротив, все ветряные турбины с вертикальной осью и большинство предлагаемых конструкций воздушных ветряных турбин включают в себя различные типы возвратно-поступательных движений, требующие, чтобы поверхности аэродинамического профиля отклонялись против ветра в течение части цикла.Обратный ход против ветра ведет к снижению эффективности.

HAWT Недостатки

• Для поддержки тяжелых лопастей, редуктора и генератора требуется массивная конструкция башни.
• Компоненты ветряной турбины с горизонтальной осью (коробка передач, вал ротора и тормозной механизм) поднимаются на место.
• Их высота делает их заметными на больших территориях, нарушая внешний вид ландшафта и иногда создавая сопротивление местным жителям.
Варианты
• с подветренной развязкой страдают от усталости и структурных повреждений, вызванных турбулентностью, когда лопасть проходит сквозь ветровую тень башни (по этой причине большинство HAWT используют конструкцию против ветра, при этом ротор обращен к ветру перед башней).
• HAWT требуют дополнительного механизма управления рысканием для поворота лопастей навстречу ветру.
• HAWT обычно требуют устройства торможения или рыскания при сильном ветре, чтобы турбина не вращалась и не разрушалась или не повреждала себя.
• Циклические напряжения и вибрация — Когда турбина поворачивается навстречу ветру, вращающиеся лопасти действуют как гироскоп. Когда он вращается, гироскопическая прецессия пытается повернуть турбину в сальто вперед или назад. Для каждой лопасти турбины ветрогенератора сила минимальна, когда лопасть расположена горизонтально, и максимальна, когда лопасть находится в вертикальном положении. Это циклическое скручивание может быстро привести к усталости и растрескиванию оснований лопаток, ступицы и оси турбин.

Ветровые турбины с вертикальной осью, сокращенно VAWT, имеют вал главного ротора, расположенный вертикально.Основное преимущество такой схемы заключается в том, что ветряную турбину не нужно направлять против ветра. Это преимущество на участках, где направление ветра сильно меняется или имеет турбулентный ветер.

Благодаря вертикальной оси генератор и другие основные компоненты могут быть размещены рядом с землей, поэтому башня не должна поддерживать его, а также упрощает обслуживание. Основным недостатком VAWT является то, что он обычно создает сопротивление при вращении против ветра.

Трудно установить турбины с вертикальной осью на башни, это означает, что они часто устанавливаются ближе к основанию, на котором они опираются, например, к земле или крыше здания.Скорость ветра ниже на меньшей высоте, поэтому для турбины данного размера доступно меньше энергии ветра. Воздушный поток вблизи земли и других объектов может создавать турбулентный поток, который может вызвать проблемы с вибрацией, включая шум и износ подшипников, что может увеличить объем технического обслуживания или сократить срок их службы. Однако, когда турбина установлена ​​на крыше, здание обычно перенаправляет ветер через крышу, таким образом удваивая скорость ветра на турбине. Если высота турбинной башни, установленной на крыше, составляет примерно 50% от высоты здания, это близко к оптимуму для максимальной энергии ветра и минимальной турбулентности ветра.

Традиционные преимущества VAWT

• Они могут производить электричество при любом направлении ветра.
• Прочная опорная опора не нужна, поскольку генератор, редуктор и другие компоненты находятся на земле.
• Низкая стоимость производства по сравнению с ветряками с горизонтальной осью.
• Поскольку для повышения эффективности нет необходимости направлять турбину в направлении ветра, нет необходимости в механизме рыскания и тангажа.
• Простая установка по сравнению с другими ветряными турбинами.
• Легко транспортировать из одного места в другое.
• Низкие затраты на обслуживание.
• Могут быть установлены в городских условиях.
• Низкий риск для людей и птиц, поскольку лезвия движутся с относительно низкой скоростью.
• Они особенно подходят для районов с экстремальными погодными условиями, например, в горах, где они могут снабжать электричеством горные хижины.

Традиционный VAWT Недостатки

• Поскольку одновременно работает только одна лопасть ветряной турбины, эффективность очень низкая по сравнению с HAWTS.
• Им нужен первоначальный толчок для запуска; этот начальный толчок, который заставит лопасти начать вращаться самостоятельно, должен быть запущен небольшим двигателем.
• По сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью, они очень менее эффективны из-за дополнительного сопротивления, создаваемого при вращении их лопастей.
• Они обладают относительно высокой вибрацией, потому что воздушный поток у земли создает турбулентный поток.
• Из-за вибрации увеличивается износ подшипников, что приводит к увеличению затрат на техническое обслуживание.
• Они могут создавать шумовое загрязнение.
• VAWT могут нуждаться в растяжках, чтобы удерживать их (растяжки непрактичны и тяжелы на фермах).

---

Разница между горизонтальной и вертикальной осью ветряных турбин

Термин «ветряная мельница» используется для обозначения ветряной машины, которая измельчает зерно. Но современные машинные приложения правильнее называть «ветряными турбинами», потому что они могут использоваться для множества приложений. Ветровые турбины — наиболее эффективный способ преобразования энергии ветра в электрическую или механическую энергию.Ветровые турбины в основном можно разделить на две категории в зависимости от конфигурации оси вращения лопастей ротора: ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT) и ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT). Когда ось вращения лопастей параллельна ветровому потоку, турбина называется HAWT, а когда ось вращения перпендикулярна ветровому потоку, это называется VAWT. Типы с горизонтальной осью являются наиболее популярными и часто используемыми коммерческими ветряными турбинами. Давайте посмотрим на технические различия между двумя конфигурациями.

Ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT)

HAWT, сокращение от Horizontal Axis Wind Turbine, является наиболее часто используемой конструктивной конфигурацией в ветровых турбинах с роторами, аналогичными роторам самолетов. Когда ось вращения лопастей параллельна ветровому потоку, турбина называется ветровой турбиной с горизонтальной осью (HAWT). HAWT улавливает кинетическую энергию ветра с помощью ротора пропеллерного типа, ось вращения которого параллельна направлению ветра.HAWT доступны во многих размерах от нескольких сотен ватт до сотен киловатт. Эти типы ветряных турбин обычно используются в условиях обтекаемого ветра, когда доступен постоянный поток и направление ветра для получения максимальной энергии ветра. HAWT не эффективны при турбулентном ветре, поэтому они обычно располагаются там, где есть постоянный направленный воздушный поток.

Ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT)

Vertical Axis Wind Turbine, или VAWT, вероятно, является самым старым типом ветряных мельниц, в которых ось приводного вала перпендикулярна земле.Это тип ветряной мельницы, в которой вал главного ротора вращается вертикально, в отличие от ветряной турбины с горизонтальной осью. Лопасти VAWT вращаются относительно своих вертикальных осей, перпендикулярных земле. Конструкции VAWT иногда условно классифицируются как конструкции, основанные на подъеме или сопротивлении. Они могут улавливать ветер с любого направления, а их тяжелая техника находится на уровне земли. Поскольку оборудование устанавливается на земле, это упрощает конструкцию и конструкцию ветряной башни и, следовательно, снижает стоимость турбины.В отличие от HAWT, VAWT обычно используются в областях с турбулентным ветровым потоком, таких как береговые линии, крыши домов, городские пейзажи и т. Д.

Разница между ветряными турбинами с горизонтальной и вертикальной осью

Дизайн

— Ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT) — это наиболее часто используемая конструктивная конфигурация ветряных турбин с роторами, аналогичными роторам самолетов. В HAWT ось вращения лопастей параллельна направлению ветра. С другой стороны, ветряк с вертикальной осью (VAWT), вероятно, является самым старым типом ветряных мельниц, в которых ось приводного вала перпендикулярна земле.Это тип ветряной мельницы, в которой вал главного ротора вращается вертикально, в отличие от ветряной турбины с горизонтальной осью.

Машины

— Ветряные турбины с горизонтальной осью имеют весь ротор, редуктор и генератор, установленные в верхней части башни, которые должны быть повернуты в направлении ветра. Существенным преимуществом ветряной турбины с вертикальной осью по сравнению с горизонтальной осью является то, что она может принимать ветер с любого направления и, следовательно, не требуется управление по рысканию. В VAWT ветрогенератор, редуктор и другие основные компоненты турбины могут быть установлены на земле, что упрощает конструкцию и конструкцию ветряной башни и, следовательно, снижает стоимость турбины.

Ветровые условия

— HAWT обычно используются в условиях обтекаемого ветра, когда доступны постоянный поток и направление ветра для захвата максимальной энергии ветра. HAWT не эффективны при турбулентном ветре, поэтому они обычно располагаются там, где есть постоянный направленный воздушный поток. VAWT, с другой стороны, в основном полезны в областях с турбулентным ветровым потоком, таких как крыши, береговые линии и т. Д. В отличие от HAWT, VAWT могут работать даже при низких скоростях ветра, и они могут быть построены в местах, где высокие конструкции запрещены.

Горизонтальная и вертикальная ветряная турбина: сравнительная таблица

Сводка

Ветровые турбины с горизонтальной и вертикальной осью имеют примерно одинаковый идеальный КПД, но HAWT более распространены. У HAWT весь ротор, редуктор и генератор находятся наверху башни и должны быть повернуты по направлению ветра. VAWT, с другой стороны, являются всенаправленными, что означает, что ротор может принимать поток ветра с любого направления. Следовательно, никакого механизма рыскания не требуется.К тому же они не требуют постоянной регулировки или обтекаемой скорости ветра. Кроме того, VAWT имеют более низкую скорость ветра при запуске, чем HAWT. Кроме того, они имеют сравнительно меньшую шумовую сигнатуру, чем HAWT, а массивные башни используются реже.

Сагар Хиллар — плодовитый автор контента / статей / блогов, работающий старшим разработчиком / писателем контента в известной фирме по обслуживанию клиентов, базирующейся в Индии. У него есть желание исследовать разноплановые темы и разрабатывать высококачественный контент, чтобы его можно было лучше всего читать.Благодаря его страсти к писательству, он имеет более 7 лет профессионального опыта в написании и редактировании услуг на самых разных печатных и электронных платформах.

Вне своей профессиональной жизни Сагар любит общаться с людьми из разных культур и происхождения. Можно сказать, что он любопытен по натуре. Он считает, что каждый — это опыт обучения, и это приносит определенное волнение, своего рода любопытство, позволяющее продолжать работу. Поначалу это может показаться глупым, но через некоторое время это расслабляет и облегчает начало разговора с совершенно незнакомыми людьми — вот что он сказал.»

Последние сообщения Sagar Khillar (посмотреть все)

: Если вам понравилась эта статья или наш сайт. Пожалуйста, расскажите об этом. Поделитесь им с друзьями / семьей.

Ссылка
Сагар Хиллар. «Разница между ветряными турбинами с горизонтальной и вертикальной осью». DifferenceBetween.net. 18 октября 2019.

5 Недостатки ветряной турбины с вертикальной осью (VAWT)

На снимке: крупный план нашей ветряной турбины с вертикальной осью LS Helix 3.0 Savonius.

Ветровые турбины с вертикальной осью имеют 7 основных преимуществ, которые делают их идеальными для маломасштабной выработки электроэнергии в нестабильных ветреных регионах и городских районах.Однако у них есть и ряд недостатков. Фактически, конструкция турбины этого типа остается популярной, поскольку инженеры приходят к решению сложных задач.

За 5 лет исследований и разработок мы также столкнулись с некоторыми проблемами и усовершенствовали ветряные турбины с вертикальной осью.

Проблемы, связанные с недостатками ветряных турбин с вертикальной осью

1. Меньшая эффективность вращения

Ветровые турбины с вертикальной осью часто имеют меньшую эффективность вращения.Это отчасти является причиной того, что ветровые турбины с вертикальной осью имеют более низкий КПД.

Из-за конструкции ротора не все лопасти ротора с вертикальной осью одновременно принимают входящий ветер. Фактически, только обращенные к ветру лопасти приводятся в движение ветром, в то время как другие просто следуют за ним. Во время вращения роторы с вертикальной осью также сталкиваются с большим сопротивлением или аэродинамическим сопротивлением лопастям.

Это особенно заметно на ветряных турбинах Savonius, поскольку они имеют более широкую поверхность лопастей.

2. Нижняя доступная скорость ветра

Поскольку ветряные турбины с вертикальной осью обычно устанавливаются на уровне земли, они не используют более высокие скорости ветра, которые часто встречаются на более высоких уровнях. Следовательно, для наземных ветряных турбин с вертикальной осью доступно меньше энергии ветра. Распространенным решением этой проблемы является установка турбины на крыше здания.

Чтобы решить эту проблему, мы улучшили конструкцию ротора, чтобы его можно было установить наверху мачты.Ротор и мачта объединяли нашу ветряную турбину с вертикальной осью на 10-метровую высоту, с генератором и силовой электроникой, расположенными на 4-метровой высоте.

По сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью, ветровые турбины с вертикальной осью работают с меньшей скоростью ветра. Иконки ветряных турбин, созданные Луизой Иборра из Noun Project.

3. Износ компонентов

Ветровые турбины с вертикальной осью, часто размещаемые на уровне земли и в населенных пунктах, сталкиваются с повышенной турбулентностью и проблемами вибрации.При работе лопасти не только должны выдерживать большее усилие, но и подшипник между ротором и мачтой также должен выдерживать более высокое давление. В более ранних моделях лезвия чаще гнулись или треснули. Для других это может привести к большему объему обслуживания и, следовательно, к увеличению затрат.

Чтобы усилить наши собственные турбины, мы приняли во внимание расчеты износа при проектировании и производстве. Ветряные турбины с вертикальной осью LuvSide теперь достаточно надежны, чтобы выдерживать скорость ветра, эквивалентную сильному тропическому шторму.

4. Меньшая эффективность

Известно, что ветровые турбины с вертикальной осью имеют меньший КПД по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью. В основном это связано с их конструктивными и эксплуатационными характеристиками.

В среднем КПД ветряной турбины с горизонтальной осью составляет от 40 до 50%, что означает, что турбина способна преобразовывать от 40% до 50% кинетической энергии, которую она получает, в фактическую электрическую мощность. С другой стороны, ветряная турбина с вертикальной осью Савониуса имеет средний КПД от 10 до 17%, а ветряная турбина с вертикальной осью Дарье — от 30 до 40%.

Даже в этом случае, учитывая подходящие условия, ветряная турбина Savonius может производить достаточно энергии, чтобы поддерживать годовое потребление нормального домохозяйства из двух человек.

5. Механизм самозапуска

В то время как ветряные турбины с горизонтальной осью и ветровые турбины Савониуса начинают автоматически вращаться при получении ветра, ветровые турбины Дарье часто полагаются на пусковой механизм. Это связано с тем, что конструкция крыльев ветряных турбин Дарье не всегда направляет ветер для создания достаточного крутящего момента для вращения.На данный момент это все еще проблема, которую многие, в том числе и мы, пытаемся решить.

Раскрытие потенциала альтернативной энергетики

Несмотря на эти недостатки, мы считаем, что ветряные турбины с вертикальной осью по-прежнему заслуживают инвестиций и развития. Несомненно, что этот тип ветряных турбин может не только занять свою нишу на рынке, но также предоставить альтернативу моделям с горизонтальной осью, где они не подходят.

.