Мощные ветрогенераторы: сравнительная характеристика

Ветрогенератор Онипко

Продолжая обговаривать необычные варианты винтов, невозможно не упомянуть ветряк Онипко, который отличается конусообразными лопастями. Главным плюсом этих установок, является способность получения и преобразование в кВт при скорости потока 0,1 м/с. Лопастные, в отличии, начинают обороты на скорости 3 м/с. Онипко бесшумный и полностью безопасен для внешней среды. Он не нашёл массового распространения, но как говорят результаты исследований, он станет отличным вариантом для больших производственных объектов, что ищут альтернативные источники, так как обладает большой мощностью.

В виде панциря улитки. Инновационным прорывом считают изобретение компании Archimedes, которая находиться в Нидерландах. Она предложила вниманию общественности конструкцию бесшумного типа, который можно устанавливать прямо на крыше многоэтажного здания. Согласно исследованиям, агрегат может работать в комплексе с солнечными батареями и свести к нулю зависимость здания от внешней энергосети. Новые генераторы носят название Liam F1. Оборудование имеет вид небольшой турбины диаметр которой 1,5 метра, и вес 100 килограмм.

По своей форме установка напоминает панцирь улитки. Турбина разворачивается по направлению захватывая воздушный поток. Агустин Отегу изобретатель всемирно известной спиралевидной турбины Nano Skin, видит будущее человечества не в громадных солнечных батареях и турбинах с большим размахом винтов. Он рекомендует монтировать их в наружных частях зданий. Турбины начнут вращаться ветром и создадут энергию, которая будет передаваться непосредственно в электросеть здания.

Наиболее частые ошибки при покупке

Бывает встречаются среди владельцев ветроустановок недовольные. Это потому что к вопросу о приобретении ветрогенератора следует подходить грамотно. Для начала стоит внимательно изучить предлагаемые виды, сравнить их технические характеристики, особенности работы.

Недовольные отзывы потребителей также можно объяснить желанием получить высококачественный продукт практически задаром, сэкономить на услугах, работах по монтажу. Поэтому многие приобретают сравнительно дешевое оборудование, не особо занимаясь изучением технических характеристик и других нюансов.

Так как все виды альтернативной энергетики имеют довольно высокую стоимость, и ветрогенератор не исключение, продавцы всеми силами пытаются всучить этот товар покупателю. Когда менеджер компании объясняет своему клиенту, что при диаметре лопастей 4 метра он сможет получить мощность 7 кВт, почему-то не уточняет при каком ветре. Мощность ветрогенератора будет пропорциональна кубу скорости ветра и диаметру ветроколеса. То есть для регионов со средней скоростью ветра 6 м/с мощность получится W6=4*(6*6*6)= 864 Вт. Довольный клиент не подозревает, что мощность его системы в действительности будет в 8 раз меньше обещанной.

Выгодно ли это?

Прежде чем потратить значительные финансовые средства на приобретение ветровой установки, любой человек хочет убедиться, выгодно ли это.

Для начала необходимо:

Определиться, в качестве какого источника электроснабжения будет выступать ветровой генератор.

Это может быть:

1. Основной источник электрической энергии.В этом случае, все потребители подключаются к устанавливаемому устройству и их электроснабжение полностью зависит от работы ветрового генератора.
2. Дополнительный источник.

В этом случае, может быть два варианта:

1. При электроснабжении потребителей от традиционных сетей электроснабжения, к ветровой установке подключена часть мощностей или она включается на определенное время. При использовании подобным образом, достигается снижение затрат на оплату счетов, за потребленную электрическую энергию, от энергоснабжающих организаций;
2. При использовании прочих альтернативных источников электрической энергии (солнечные панели, гидравлические турбины и т.д.), ветровые установки являются частью системы электроснабжения.

Изучить достоинства и недостатки ветровых генераторов, которыми являются:

К плюсам использования подобных устройств относятся:

1. Энергия ветра – это неисчерпаемый и возобновляемый источник энергии;
2. Экономичность установок. После первоначальных затрат на приобретение и монтаж, в последующем не приходится платить за потребляемую электрическую энергию;
3. Энергия ветра — экологически «чистый» источник энергии;
4. Несложная конструкция установок, позволяет самостоятельно выполнить монтаж и осуществлять техническое обслуживание в дальнейшем.

К минусам использования относятся:

1. Зависимость производительности установок от погодных условий и наличия ветровых поток в регионе расположения агрегатов;
2. Создание шума и различных помех (радио, связь, телевидение) в процессе работы установок;
3. Вывод земельных участков, на которых монтируются генераторы, из активного пользования.

• Изучить ветровой потенциал региона, где планируется сооружение ветрового генератора.
  Для этого можно обратиться в метеослужбу региона или воспользоваться информацией в сети интернет.
• Выбрать тип, марку и производителя оборудования.

При выборе устройств основными критериями будут:

1. КПД установок;
2. Стоимость комплекта оборудования.

Когда сделаны необходимые подсчеты, выбран вариант электроснабжения, изучен ветровой потенциал и ассортимент предлагаемого оборудования, каждый делает вывод индивидуально, выгодно использовать ветряк, или нет.

Типовые примеры самодельных ветрогенераторов

Устройство ветрогенератора одинаковое, вне зависимости от выбранной схемы.

• Пропеллер, который может быть установлен как непосредственно на вал генератора, так и с помощью ременной (цепной, шестеренной передачи).
• Собственно генератор. Это может быть готовое устройство (например, с автомобиля), либо обычный электродвигатель, который при вращении вырабатывает электроток.
• Инвертор, регулятор напряжения, стабилизатор — в зависимости от выбранного напряжения.
• Буферный элемент — аккумуляторные батареи, обеспечивающие непрерывность генерации, вне зависимости от наличия ветра.
• Установочная конструкция: мачта, кронштейн для монтажа на крыше.

Пропеллер

Можно изготовить из любого материала: хоть из пластиковых бутылок. Правда гибкие лопасти существенно ограничивают мощность.

Достаточно вырезать в них полости, для забора ветра.

Неплохой вариант — ветряк бытового из кулера. Вы получаете готовую конструкцию с профессионально выполненными лопастями и сбалансированным электродвигателем.

Аналогичная конструкция изготавливается из охладителя компьютерных блоков питания. Правда мощность такого генератора мизерная — разве что зажечь лампу на светодиодах, или зарядить мобильный телефон.

Тем не менее, система вполне работоспособна.

Неплохие лопасти получаются из алюминиевых листов. Материал доступен, его несложно отформовать, пропеллер получается достаточно легким.

Если вы создаете роторный пропеллер для вертикального генератора, можно воспользоваться жестяными банкам, разрезанными вдоль. Для мощных систем применяются половинки стальных бочек (вплоть до объема 200 литров).

Разумеется, придется с особой тщательностью подойти к вопросу надежности. Мощный каркас, вал на подшипниках.

Генератор

Как говорилось выше, можно использовать готовый автомобильный, или электродвигатель от промышленных электроустановок (бытовой техники). В качестве примера: ветрогенератор из шуруповерта. Используется вся конструкция: двигатель, редуктор, патрон для крепления лопастей.

Компактный генератор получается из шагового двигателя принтера. Опять же, мощности хватает лишь на питание светодиодного светильника или зарядного устройства смартфона. На природе — незаменимая вещь.

Если вы с паяльником «на ты», и неплохо разбираетесь в радиотехнике — генератор можно собрать самостоятельно. Популярная схема: ветрогенератор на неодимовых магнитах. Преимущества конструкции — можно самостоятельно рассчитать мощность под ветровую нагрузку в вашей местности. Почему неодимовые магниты? Компактность при высокой мощности.

Можно переделать ротор имеющегося генератора.

Либо создать собственную конструкцию, с изготовлением обмоток.

Эффективность такого ветряка на порядок выше, чем при использовании схемы с электродвигателем. Еще одно неоспоримое преимущество — компактность. Неодимовый генератор плоский, и его можно разместить непосредственно в центральной муфте пропеллера.

Мачта

Изготовление этого элемента не требует познаний в электронике, но от его прочности зависит жизнеспособность всего ветрогенератора.

Например, мачта высотой 10–15 метров требует грамотно рассчитанных растяжек и противовесов. Иначе сильный порыв ветра может завалить конструкцию.

Если мощность генератора не превышает 1 кВт, вес конструкции не такой большой, и вопросы прочности мачты отходят на второй план.

Производители

Сегодня производство ветрогенераторов налажено во многих странах мира. На рынке можно встретить модели российского производства и агрегаты из Китая. Из отечественных производителей самыми востребованными считаются такие фирмы:

• «Ветро-Свет»;
• Rkraft;
• «СКБ Искра»;
• «Сапсан-Энергия»;
• «Ветроэнергетика».

Большой популярностью также пользуются зарубежные фирмы-производители генераторов электроэнергии:

• Goldwind – Китай;
• Vestas – Дания;
• Gamesa – Испания;
• Suzion – Индия;
• GE Energy – США;
• Siemens, Enercon – Германия.

Однако стоит помнить, что применение таких ветрогенераторов подразумевает использование дорогого ремонта, а также запасных частей, найти которые в отечественных магазинах практически невозможно. Стоимость агрегатов для производства электроэнергии обычно зависит от особенностей конструкции, мощности и фирмы-производителя.

Топ-5 лучших ветрогенераторов для частного дома (цены)

Чтобы получить максимально возможную мощность, необходимо размещать ветряк вдоль потока ветра. Этот момент реализуется по принципу флюгера. Нужно закрепить вертикальную лопасть на противоположном конце генератора – это делается для того, чтобы она разворачивала его навстречу воздушным потокам. Если применена более мощная установка, на ней устанавливается поворотный электромотор.

Устройство ветряного генератора

Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.

На приведенной схеме представлено внутреннее устройство классического горизонтального ветряного генератора. Такие модели наиболее часто используются как в промышленности, так и в быту

Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).

Типовая установка включает в себя следующие составные части:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора

Изготовление ветряка своими руками

Основные работы, которые предстоит сделать, это — изготовление и установка вращающегося ротора. Прежде всего следует выбрать тип конструкции и ее размеры. Определиться в этом поможет знание требуемой мощности устройства и производственные возможности.

Большинство узлов (если не все целиком) придется изготовить самостоятельно, поэтому на выбор повлияет, какие познания имеются у создателя конструкции, с какими приборами и устройствами он знаком наилучшим образом. Обычно сначала делается пробный ветряк, с помощью которого проверяется работоспособность и уточняются параметры сооружения, после чего приступают к изготовлению рабочего ветрогенератора.

Генератор для ветровой турбины

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Ротор генератора для ветротурбины изготовляется на неодимовых магнитах: в подобных конструкциях нецелесообразно использовать электровозбуждение, поскольку катушка потребляет много энергии

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.

Российские вертикальные ветровые генераторы

Российские компании выпускают вертикальные ветровые генераторы различной мощности и типов ротора.

OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., г. Миасс) выпускает ветрогенераторы вертикального типа мощностью от 1,5 до 30 кВт, рассмотрим некоторые из них:

1. Ветроустановка ВЭУ-1.5 мощностью 1,5 кВт.

Портативная установка, может транспортироваться любым видом транспорта, проста в монтаже и эксплуатации.

Технические характеристики:

Номинальная мощность – 1,5 кВт;

Выходное напряжение — 48 В;

Рабочий диапазон скоростей ветра — от 2,5 до 25 м/с;

Номинальная скорость ветра 10,0 м/с;

Диаметр ротора 2,8 м;

Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;

Срок эксплуатации — 20 лет;

Межремонтный цикл — 5 лет;

Масса установки — 75,0 кг;

Стоимость установки – от 100000,00 рублей.

1. Ветроустановка ВЭУ-3(6), 6-и лопастная, мощностью 3,0 кВт.

Предназначена для автономного электроснабжения потребителей малой мощности (жилой дом, коттедж). Преимущества – удобство и простота монтажа, при установке дополнительного оборудования (аккумуляторов и инвертора), возможно увеличение мощности установки до 6,0 кВт.

Технические характеристики:

• Номинальная мощность – 3,0 кВт;
• Выходное напряжение — 48 В;
• Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 30 м/с;
• Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
• Диаметр ротора 3,4 м;
• Высота ротора 4,2 м;
• Число лопастей — 6 шт.;
• Частота вращения ротора – от 60 до 180 об/мин;
• Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;
• Срок эксплуатации — 20 лет;
• Межремонтный цикл — 5 лет;
• Масса установки — 620 кг;
• Стоимость установки – от 300000,00 рублей.

1. Ветроустановка ВЭУ-30 мощностью 30 кВт.

Предназначена для электроснабжения большого дома, либо группы домов.

Технические характеристики:

• Номинальная мощность – 30,0 кВт;
• Выходное напряжение – 96 — 400 В;
• Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 60 м/с;
• Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
• Диаметр ротора 9,2 м;
• Высота ротора 12,0 м;
• Число лопастей — 6 шт.;
• Частота вращения ротора – от 25 до 65 об/мин;
• Температура при эксплуатации — от -50 до +40ºС;
• Срок эксплуатации — 20 лет;
• Межремонтный цикл — 5 лет;
• Масса установки — 5100 кг;
• Стоимость установки – от 1250000,00 рублей.

Чем отличается генератор Онипко от предшествующих ветроустановок?

1. Учитывая, что ротор чувствителен к небольшим ветрам, он позволяет при малых оборотах получать значительные количества электроэнергии. Поэтому работа его не сопровождается заметным шумом. Лопастные и инфразвуковые аналоги действует разрушительно на фауну.

2. Скорость ветра, при которой начинают вырабатываться и достигает стабильных мощностей электричество, находится в небольшом диапазоне от 0,3 до 20 м в секунду. Предшествующие установки реагируют на ветер только при скорости 3-5 м. Реальная выработка электротока начинается от 10 м/сек.
3. Коэффициент полезного действия установки Онипко выше, чем у аналогов. Этому благоприятствует особая форма лопастей, который эффективно использует всю поверхность. Преодолевается момент аэродинамического торможения. Эффективность использования ветра приближается к значению 0,9. В тоже время у других ветроустановок этот показатель равен 0,3 – 0,45.
4. Нет необходимости строить конструкции для подъема ветроустановки на значительные высоты. Используются ветра, находящиеся близко к поверхности Земли. Кроме того, эффект усиливается за счет использования восходящих ветровых потоков, формирующихся от разности температур.

Сравнение цен на ветрогенераторы мировых и российских производителей

Цены на ветрогенераторы российских производителей значительно ниже, чем на немецкую и индийскую продукцию. Самое дешевое оборудование можно приобрести китайского производства. Однако, в данной ситуации спорным становится вопрос качества по причине массового серийного выпуска ветрогенераторов Китая.

Выбор ветрогенератора. Средние цены

Определив вид устройства, критерии по которым следует выбрать агрегат, можно продолжить осуществлять выбор ветряного генератора.

Следует определиться с ценовым диапазоном, в котором должен находиться подбираемый агрегат и соответственно со страной и фирмой производителем.

В настоящее время ветровые генераторы выпускаются как в нашей стране, так и за ее пределами.

В России подобные агрегаты выпускают:

• ООО «СКБ Искра», г. Москва;
• ООО «ГРЦ-Вертикаль», г. Миасс, Челябинская область;
• ЗАО «Ветроэнергетическая компания» г. Санкт-Петербург;
• ЛМВ «Ветроэнергетика», г. Хабаровск;
• ЗАО «Агрегат-Привод», г. Москва и еще ряд компаний, зарегистрированных в нашей стране.

Наиболее известными зарубежными производителями ветровых генераторов являются:

• Датская «Vestas»;
• Бельгийская «Blue Planet Wind»;
• Испанская «Gemesa»;
• Компании из Китая: «Guangzhou Sunning Windpower Generator Co., Ltd.», «Hefei Wind Wing Energy Technology Co., Ltd.», «Foshan Tanfon Energy Technology Co., Ltd.», «Hangzhou Lectstyle Trade Co., Ltd.», и другие;
• Компания «GE Energy» из США.

Наиболее востребованы и надежны в эксплуатации ветровые генераторы, выпускаемые фирмой «Blue Planet Wind» (Бельгия), поэтому для определения средней цены изучим оборудование именно этой компании.

В зависимости от мощности генераторы выпускаются:

1. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 1,0 кВт – 68000,00 рублей;
2. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 2,0 кВт – 80000,00 рублей;
3. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 5,0 кВт – 250000,00 рублей;
4. Ветрогенератор EnergyWind мощностью 10,0 кВт – 650000,00 рублей.

Систематизация нестандартных проектов

Очень условно можно допустить такую систематизацию ветряков, которые обходят типовые представления о генераторах на альтернативных источниках энергии:

• Горизонтальные турбины;
• Вертикальные турбины;
• Безлопастные ветрогенераторы;
• Воздушные ветрогенераторы (летающие);

Такая приближённость вызвана чрезвычайно широким разбросом идей у изобретателей ветряков. Некоторые системы кажутся настолько футуристическими, что поверить в их реализацию на практике невозможно. Но реальность 21-го века показывает что если рациональный и разумный мир может сойти с ума от коронавирусной паники, так и безумные проекты могут успешно реализовываться в работающие прототипы. И некоторые из них даже готовы к коммерческому выпуску.