Jak vypočítat výkon větrného generátoru pro dům?

Jak vypočítat větrnou turbínu: vzorce + praktický příklad výpočtu

Alternativní energie z větrných elektráren je ve společnosti velmi zajímavá. Existuje o tom mnoho důkazů na úrovni skutečné každodenní praxe.

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

Souhlasím, nechtěl bych utrácet čas a peníze na realizaci projektu, abych získal neefektivní instalaci. Proto je důležité pochopit, jak vypočítat větrný generátor a podle jakých parametrů vybrat hlavní pracovní jednotky větrného mlýna.

Článek je věnován řešení těchto problémů. Teoretická část materiálu je doplněna názornými příklady a praktickými doporučeními pro sestavení větrné turbíny.

Výpočet větrné turbíny

Jak začít s výpočtem systému pro reprodukci elektřiny z větrné energie? Vzhledem k tomu, že mluvíme o větrném generátoru, zdá se logické provést předběžnou analýzu větrné růžice v určité oblasti.

Návrhové parametry jako rychlost větru a jeho charakteristický směr pro danou oblast jsou důležitými návrhovými parametry. Do jisté míry určují úroveň výkonu větrného mlýna, která bude reálně dosažitelná.

Výpočet výkonu větrné turbíny

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

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

Zabere to desítky měření. Nicméně tato operace je skutečně nezbytná, pokud existuje přání vybudovat efektivní produktivní systém.

Jak vypočítat výkon větrného mlýna

Domácí větrné turbíny, zejména ty ručně vyráběné, ještě nemusely lidi překvapovat vysokým výkonem. Je to pochopitelné. Stačí si představit masivní stožár vysoký 8-10 m, vybavený generátorem s rozpětím listů vrtule více než 3 m. A to není nejvýkonnější instalace. Jen asi 2 kW.

Výkonný průmyslový větrný generátor

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

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

500wattová konstrukce bude vyžadovat vrtuli o průměru 14 m. V tomto případě závisí parametr rozpětí listů na jejich počtu. Čím více lopatek, tím menší rozpětí.

Ale to je jen teorie, vzhledem k rychlosti větru nepřesahující 4 m/s. V praxi je vše poněkud jiné a výkon domácích instalací, které skutečně fungují po dlouhou dobu, nikdy nepřesáhl 500 wattů.

READ
Jak zasadit sladkou papriku v otevřeném terénu?

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

Tabulka pro výpočet větrného mlýna

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

Z teoretické pozice se výkon větrné elektrárny vypočítá podle vzorce:

N u3d p * S * V 2/XNUMX,

  • p je hustota vzduchových hmot;
  • S je celková foukaná plocha listů vrtule;
  • V — rychlost proudění vzduchu;
  • N – výkon proudění vzduchu.

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

Výpočet vrtulí větrných turbín

Při stavbě větrného mlýna se obvykle používají dva typy vrtulí:

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

Návrhy šroubů s rotací v kterékoli z rovin lze vypočítat pomocí vzorce:

Z=D*Š/60/V

  • Z – stupeň rychlosti (nízká rychlost) vrtule;
  • L – velikost délky kružnice popsané lopatkami;
  • W – rychlost (frekvence) otáčení vrtule;
  • V – rychlost proudění vzduchu.

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

Klasický rotor Darier

Toto je konstrukce šroubu s názvem “Rotor Darier”. Tato verze vrtule je považována za účinnou při výrobě větrných turbín malého výkonu a velikosti. Výpočet šroubu má některé funkce

A pracovní poměr otáček a rychlosti větru najdete v tabulkách, které jsou k dispozici na síti. Například pro vrtuli se dvěma listy a Z=5 platí následující vztah:

Počet lopatek Stupeň rychlosti Rychlost větru m/s
2 5 330

Jedním z důležitých ukazatelů vrtule větrného mlýna je také stoupání.

Tento parametr lze určit pomocí vzorce:

H=2πR* tan α,

Více informací o volbě tvaru a počtu čepelí a také návod na jejich výrobu naleznete v tomto článku.

Výběr generátorů pro větrné turbíny

S vypočtenou hodnotou počtu otáček šneku (W), získanou výše popsanou metodou, je již možné vybrat (vyrobit) příslušný generátor.

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

Generátor větrné turbíny

Pohled v řezu na generátor větrné elektrárny. Vzorová kopie jednoho z možných návrhů generátoru pro domácí větrnou elektrárnu, kterou jsem sestavil sám

S těmito parametry může být vhodnou volbou jako generátor pro domácí větrnou elektrárnu motor, který se používá v návrzích moderních elektrokol. Tradiční název dílu je motor na kolo (vyrobeno v Číně).

Motor na kolo pro větrný generátor

Takto vypadá elektromotor na kolo, na jehož základě se navrhuje vyrobit generátor pro domácí větrný mlýn. Konstrukce motoru jízdního kola je ideální pro realizaci s malými nebo žádnými výpočty a úpravami. Jejich síla je však nízká.

Vlastnosti elektromotoru jízdního kola jsou přibližně následující:

Parametr Hodnoty
Napětí 24
Napájení, W 250-300
Rychlost otáčení, ot./min. 200-250
Točivý moment, Nm 25

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

Výpočet a výběr regulátoru nabíjení

Regulátor nabíjení baterie je vyžadován pro jakýkoli typ větrné turbíny, včetně domácí výstavby.

READ
Kolik stojí obří africká stonožka?

Regulátor je kompaktní, ale velmi užitečné elektronické zařízení odpovědné za racionální rozdělení náboje přijatého větrným mlýnem. Jednoduše řečeno, jedná se o předřadný regulátor

Regulátor při překročení povoleného napětí vypne nabíjení baterií a přesměruje energii přímo ke spotřebiteli. Jako spotřebitel lze použít zařízení, které bez problémů snáší změny výživy

V případě poklesu nabití baterií je to regulátor, který přepne dodávku energie „do rezervy“. Je nutné zabránit úplnému vybití a přebití baterií.

Pokud je energie pro zařízení generována solárními panely a větrnými turbínami společně, může být dodávka nabíjení vyvážena jedním regulátorem společným pro všechny instalace

Výpočet výkonu větrného kola

Například, pokud vezmeme plochu šroubu 3 m10. a vypočítejte výkon ve větru 0,6 m / s, získáte 3 * 10 * 10 * 10 * 1800 u57d 35 wattů. Ale to je síla proudění větru a šroub odebere část výkonu, která teoreticky může dosáhnout 45 %, ale v praxi u horizontálních třílistých větrných generátorů je tento parametr 15–25 %. A pro vertikální typ Savonius XNUMX-XNUMX%.

Pak v průměru pro horizontální třílistou vrtuli nastavíme faktor využití větrné energie na 40 % a vypočítáme 1800 * 0,4 = 720 wattů. Vrtule si z větru vezme 720 wattů, ale stále existuje účinnost generátoru, která je přibližně 0,8 pro generátory s permanentními magnety a 0,6 pro elektricky buzené. Pak 720 * 0,8 = 576 wattů.

Ale v praxi může být všechno mnohem horší, protože generátor nemá vysokou účinnost ve všech provozních režimech, dochází také ke ztrátám ve vodičích, na diodovém můstku, v regulátoru a v baterii. Můžete tedy klidně upustit dalších 20 % výkonu a zbude přibližně 576-20 % = 640,8 wattů.

U vertikálního větrného generátoru bude tento parametr ještě menší, protože za prvé, KIEV je pouze 20%, stejně jako multiplikátor, jehož účinnost je 70-90%. Pak počáteční lopatky z 1800 wattů větrné energie odeberou 1800 * 0,2 = 360 wattů. Mínus účinnost generátoru 0,8 a násobiče 0,8 je 360 ​​* 0,8 * 0,8 = 230,4 wattů. A dalších mínus 20 % za ztráty ve vodičích, diodovém můstku, ovladači a baterii a 230,4-20 % = 183,6 wattů zůstane.

Z reálného života, praktický výpočet výkonu větrných generátorů.

Tento vzorec lze nalézt na mnoha fórech a stránkách o větrných turbínách. Pro kontrolu vzorce chci porovnat skutečné údaje dvou malokapacitních větrných turbín se šrouby, které jsou téměř stejně velké, ale jeden je horizontální a druhý vertikální.

Na fotografii jsou dvě skutečné podomácku vyrobené větrné turbíny, první horizontální třílistá s průměrem vrtule 1,5 m., druhá vertikální 1 m široká a 1,8 m vysoká. Nepočítám-li data, okamžitě napíšu, že horizontální výkon ve větru 10 m / s je asi 90 wattů a vertikální je 60 wattů. KYJEV první, protože lopatky jsou vyrobeny okem, pravděpodobně 0,3, a druhé vertikální, jako dobře vyrobené 0,2.

Nyní vypočítáme plochu šroubu smeteného větrem, pro první je to 1,76 m, pro druhou vertikální 1,8 m.

значит для горизонтального 0,6*1,76*10*10*10=1056*0,3*0,8-20%=202ватт.

значит для вертикального 0,6*1,8*10*10*10=1080*0,2*0,8-20%=138ватт.

Získali jsme taková teoretická data, ale když známe ty skutečné, je jasné, že KIEV obou větrných turbín a účinnost jejich generátorů jsou daleko od dobrých ukazatelů. V tomto případě u většiny podomácku vyrobených generátorů, které jsou vyrobeny od oka bez výpočtů, můžete klidně shodit dalších 50% a nakonec získat skutečný očekávaný výkon z větrné turbíny s větrným kolem určité oblasti.

READ
Kolik stojí železná garážová vrata?

Skutečná síla domácího větrného generátoru.

Horizontální větrný generátor o výkonu 202 wattů – 50 % = 101 wattů a reálných 90 wattů.

Vertikální větrný generátor o výkonu 138 wattů.-50 % = 69 wattů a reálných 60 wattů.

Vzhledem k tomu, že jsem se o větrné generátory zajímal již delší dobu, dospěl jsem k (možná chybnému) závěru, že většina podomácku vyrobených větrných turbín má daleko k jejich továrním protějškům. Jen s použitím přesných výpočtů lze dosáhnout vysoké účinnosti celé větrné turbíny a to se málokomu podaří.

A u většiny domácích větrných generátorů můžete při výpočtu výkonu bezpečně slevit z poloviny očekávaného výkonu a okamžitě vyrobit větrný generátor dvakrát tak výkonný, než je potřeba, abyste vyrovnali všechny nedostatky domácí sestavy a použitých materiálů.

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Rostoucí ceny energií nutí mnoho majitelů domů přemýšlet o možnosti využití alternativních zdrojů energie. Jednou z možností je použití větrných turbín. Zdroj je zcela legální, protože neexistují žádná významná omezení jeho použití. A zatím zůstává zcela zdarma – výroba elektřiny tímto způsobem pro vlastní potřebu nepodléhá žádným daním.

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Hotové větrné elektrárny jsou poměrně drahé, takže domácí řemeslníci začínají spřádat plány na jejich vlastní výrobu. Než se ale pustíme do realizace takového, přiznáváme, velmi obtížného a do značné míry kontroverzního projektu, má smysl alespoň zhruba odhadnout, jaký se očekává výstup vyrobené energie. Jinými slovy, bude nějaká skutečná návratnost výměnou za vynaložené peníze, úsilí a čas. V této věci může pomoci navrhovaný kalkulátor pro výpočet předpokládaného výkonu větrného generátoru.

Níže bude uvedena řada vysvětlení pro výpočet. Udělejme hned rezervaci – výše uvedený algoritmus je určen pro vyhodnocování pouze axiálních horizontálních větrných generátorů.

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Vysvětlení výpočtů

Je třeba tomu správně rozumět – žádný generátor, ani ten nejpokročilejší a napěchovaný moderní elektronikou, nebere energii odkudkoli a není schopen vydat víc, než je ukazatel, který je určen rychlostí větru a velikostí větrného mlýna. Jinými slovy, i za ideálních podmínek můžete získat energii, která je přenášena prouděním větru přes určitou oblast. Je zřejmé, že oblast je v tomto případě oblast kruhu tvořeného rotací lopatek horizontálního větrného mlýna.

Ale velmi podstatná část této energie je vynaložena takříkajíc zbytečně – jde o vytváření vzduchových turbulencí, nedokonalost oběžného kola, ztráty třecími silami v mechanice samotného větrného mlýna, systému přenosu točivého momentu a v generátor. Jedná se o banální ohřev mechanismů, ztráty za účelem přeměny a přenosu proudu a mnoho dalšího. A za velmi dobrý ukazatel se považuje, pokud výstup zůstane asi 30 ÷ 40 % původního energetického potenciálu. V praxi se to ale ukazuje ještě méně.

Při úvahách o vytvoření větrné elektrárny by se tedy mělo vyhodnotit, jaký druh elektrické energie se od ní očekává. Závisí na rychlosti větru (kubický) a průměru větrného mlýna (kvadratický).

READ
Kolik krevet by mělo být v akváriu?

Rychlost větru je samozřejmě proměnná hodnota. Ale pro každou lokalitu se počítají průměrné roční ukazatele, které lze použít jako vodítko, pokud se dělá předpověď pro určitou perspektivu (měsíc, rok atd.). Tyto ukazatele jsou vidět na mapě níže, ale je lepší se informovat u místní meteorologické služby.

Mapové schéma průměrných ročních rychlostí větru podle regionů Ruska

Mapové schéma průměrných ročních rychlostí větru podle regionů Ruska

Pokud tedy existují pokyny pro velikost lopatek vytvářeného generátoru, můžete také vypočítat výkon. Vzorec je již začleněn do algoritmu kalkulačky.

  • Uživatel je nejprve vyzván k zadání rychlosti větru. Nějaké vysvětlení k tomu. Předpovědi výroby elektřiny na určité období jsou prováděny přesně podle průměrné roční rychlosti. Ale jmenovitý výkon větrných turbín se obvykle počítá podle tzv. návrhové rychlosti větru, která může být 1,5÷2krát vyšší.
  • Druhý bod udává poloměr rotoru větrného generátoru, tedy vzdálenost od jeho osy k okraji lopatky.

(Zajímavé je, že v tomto případě nic nezávisí na počtu lopatek. Přesněji i poněkud opačný obrázek – pokud jsou lopatky více než tři, pak se to může jen zhoršit, protože se ztrácí rychlost otáčení).

  • Pokud jsou známy ukazatele účinnosti samotného generátoru a systému přenosu rotace (převodovky), jsou uvedeny v příslušných polích. Pokud žádná taková data neexistují, můžete je ve výchozím nastavení ponechat beze změny.

Zbývá kliknout na tlačítko výpočtu a získat výsledek. Při výpočtu z průměrné roční rychlosti větru si lze představit, kolik energie lze získat za určité období.

K velkému zklamání mnohých mohou být čísla více než skromná. Před jakýmkoli rozhodnutím je tedy třeba hodně přemýšlet.

2018 11 11 205040

Větrný generátor – jak realistické jsou do něj vkládány naděje?

Běda, mluvit o jednoduchosti realizace takového projektu a nalezení volného zdroje energie, který vyřeší všechny problémy, by bylo velkou nadsázkou. Nejprve byste měli realisticky zhodnotit výhody, které chcete získat, nevyhnutelné značné náklady a své vlastní schopnosti. Doufáme, že zveřejnění našeho portálu k tomu pomůže. „Větrný generátor udělej si sám“ .

Publikováno: Jevgenij Afanasjev
Aktualizováno: 11.11.2018

Rostoucí ceny energií nutí mnoho majitelů domů přemýšlet o možnosti využití alternativních zdrojů energie. Jednou z možností je použití větrných turbín. Zdroj je zcela legální, protože neexistují žádná významná omezení jeho použití. A zatím zůstává zcela zdarma – výroba elektřiny tímto způsobem pro vlastní potřebu nepodléhá žádným daním.

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Hotové větrné elektrárny jsou poměrně drahé, takže domácí řemeslníci začínají spřádat plány na jejich vlastní výrobu. Než se ale pustíme do realizace takového, přiznáváme, velmi obtížného a do značné míry kontroverzního projektu, má smysl alespoň zhruba odhadnout, jaký se očekává výstup vyrobené energie. Jinými slovy, bude nějaká skutečná návratnost výměnou za vynaložené peníze, úsilí a čas. V této věci může pomoci navrhovaný kalkulátor pro výpočet předpokládaného výkonu větrného generátoru.

Níže bude uvedena řada vysvětlení pro výpočet. Udělejme hned rezervaci – výše uvedený algoritmus je určen pro vyhodnocování pouze axiálních horizontálních větrných generátorů.

Kalkulačka pro výpočet předpokládaného výkonu větrné turbíny

Vysvětlení výpočtů

Je třeba tomu správně rozumět – žádný generátor, ani ten nejpokročilejší a napěchovaný moderní elektronikou, nebere energii odkudkoli a není schopen vydat víc, než je ukazatel, který je určen rychlostí větru a velikostí větrného mlýna. Jinými slovy, i za ideálních podmínek můžete získat energii, která je přenášena prouděním větru přes určitou oblast. Je zřejmé, že oblast je v tomto případě oblast kruhu tvořeného rotací lopatek horizontálního větrného mlýna.

READ
Jaký druh odšťavňovače je potřeba pro hrozny?

Ale velmi podstatná část této energie je vynaložena takříkajíc zbytečně – jde o vytváření vzduchových turbulencí, nedokonalost oběžného kola, ztráty třecími silami v mechanice samotného větrného mlýna, systému přenosu točivého momentu a v generátor. Jedná se o banální ohřev mechanismů, ztráty za účelem přeměny a přenosu proudu a mnoho dalšího. A za velmi dobrý ukazatel se považuje, pokud výstup zůstane asi 30 ÷ 40 % původního energetického potenciálu. V praxi se to ale ukazuje ještě méně.

Při úvahách o vytvoření větrné elektrárny by se tedy mělo vyhodnotit, jaký druh elektrické energie se od ní očekává. Závisí na rychlosti větru (kubický) a průměru větrného mlýna (kvadratický).

Rychlost větru je samozřejmě proměnná hodnota. Ale pro každou lokalitu se počítají průměrné roční ukazatele, které lze použít jako vodítko, pokud se dělá předpověď pro určitou perspektivu (měsíc, rok atd.). Tyto ukazatele jsou vidět na mapě níže, ale je lepší se informovat u místní meteorologické služby.

Mapové schéma průměrných ročních rychlostí větru podle regionů Ruska

Mapové schéma průměrných ročních rychlostí větru podle regionů Ruska

Pokud tedy existují pokyny pro velikost lopatek vytvářeného generátoru, můžete také vypočítat výkon. Vzorec je již začleněn do algoritmu kalkulačky.

  • Uživatel je nejprve vyzván k zadání rychlosti větru. Nějaké vysvětlení k tomu. Předpovědi výroby elektřiny na určité období jsou prováděny přesně podle průměrné roční rychlosti. Ale jmenovitý výkon větrných turbín se obvykle počítá podle tzv. návrhové rychlosti větru, která může být 1,5÷2krát vyšší.
  • Druhý bod udává poloměr rotoru větrného generátoru, tedy vzdálenost od jeho osy k okraji lopatky.

(Zajímavé je, že v tomto případě nic nezávisí na počtu lopatek. Přesněji i poněkud opačný obrázek – pokud jsou lopatky více než tři, pak se to může jen zhoršit, protože se ztrácí rychlost otáčení).

  • Pokud jsou známy ukazatele účinnosti samotného generátoru a systému přenosu rotace (převodovky), jsou uvedeny v příslušných polích. Pokud žádná taková data neexistují, můžete je ve výchozím nastavení ponechat beze změny.

Zbývá kliknout na tlačítko výpočtu a získat výsledek. Při výpočtu z průměrné roční rychlosti větru si lze představit, kolik energie lze získat za určité období.

K velkému zklamání mnohých mohou být čísla více než skromná. Před jakýmkoli rozhodnutím je tedy třeba hodně přemýšlet.

Větrný generátor – jak realistické jsou do něj vkládány naděje?

Běda, mluvit o jednoduchosti realizace takového projektu a nalezení volného zdroje energie, který vyřeší všechny problémy, by bylo velkou nadsázkou. Nejprve byste měli realisticky zhodnotit výhody, které chcete získat, nevyhnutelné značné náklady a své vlastní schopnosti. Doufáme, že zveřejnění našeho portálu k tomu pomůže. „Větrný generátor udělej si sám“ .

Rate article
Add a comment

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: