Вітрогенератори для приватного використання вже не позиціонуються як технічні новинки на ринку альтернативної енергетики. Сьогодні вітряки швидше розглядаються як один з можливих варіантів економії.
Повітряні потоки над земною поверхнею несуть в собі величезну кількість енергії, яку в даний час успішно застосовують в промислових ветротурбинах і малих вітрових установках для домашнього використання.
І оскільки ключовими показниками для побутових споживачів залишаються надійність, а також стабільність електропостачання, багато власників земельних ділянок вирішують придбати і встановити вітрогенератор для приватного будинку.
Зміст статті:
- Конструкція і принцип роботи вітротурбін
- Види вітряних електростанцій
- Доцільність встановлення вітрогенератора
- Правила вибору обладнання
- Приблизні ціни і окупність вітрогенераторів
- Огляд кращих брендів і установок
- №1 — вітрогенератори Condor Home (Росія)
- №2 — міні-електростанції Falcon Euro (Росія)
- №3 — вітряні агрегати Sokol Air Vertical (Росія)
- №4 — вітрогенератори Energy Wind (Росія)
- №5 — вітряки Altek EW (Китай)
- Корисне відео по темі
Конструкція і принцип роботи вітротурбін
Вітрові генератори являють собою спецпристрої, які трансформують кінетичну енергію вітру в електричну.
Це незалежні джерела електроенергії, які відмінно підходять для установки в приватних житлових будинках, на невеликих і середніх фермерських господарствах, виробничих базах.
Конструкція стандартної міні-електростанції для побутового використання включає такі функціональні елементи:
Щогли бувають різними: вільностоячі без розтяжок, жорстко зафіксовані і поворотні на розтяжках. Останні можуть підніматися і опускатися для обслуговування, а також проведення ремонтно-відновлювальних робіт.
Під впливом вітру лопаті, насаджені на генераторний вал, починають обертатися, сприяючи запуску ротора. В результаті відбувається перетворення кінетичної енергії повітряних потоків в механічну, а потім в електричну енергію. Так виглядає сильно спрощена схема роботи вітряка
Насправді енергія від вітряної електростанції безпосередньо до споживача не надходить. У системі обов’язково повинні бути підключені спеціальні прилади для перетворення електроструму.
У ланцюзі після генератора розміщується контролер. Він перетворює змінний струм в постійний. У такому вигляді електрика акумулюється і зберігається у батареях, а потім від них через інвертор, який перетворює постійний струм у змінний, енергія подається в приватну електромережу.
Така схема дає можливість згладити нестабільність напруги, а також накопичувати енергію в періоди повної відсутності споживання. А це, в свою чергу, дозволяє задіяти вітряні генератори меншої потужності, ніж сумарна потужність побутових електроприладів.
В ході конвертації електроструму за схемою змінний-постійний, змінний відбуваються певні втрати енергії, які складають приблизно 20%
Разом з автономної вітряної станцією можна встановлювати і сонячні модулі, і паливні генератори.
Якщо задіяно відразу кілька пристроїв для отримання електрики, схему доповнюють ще одним елементом – автоматичним вимикачем (ABP). Він необхідний, щоб при відключенні одного джерела альтернативної енергії запускався інший – резервний.
У складі сучасних вітряків використовуються різні конструкції роторів – обертових частин. Вони мають свої переваги і недоліки, різну ефективність і функціональні можливості.
В даний час існує багато розробок автономних систем, здатних взаємодіяти з вітрами різної швидкості і сили.
Види вітряних електростанцій
За типом споживачів розрізняють автономні вітрогенератори та встановлення мережевого призначення. Перші здійснюють енергопостачання віддалених від центральних електричних мереж споживачів.
Другі – можуть нараховувати кілька десятків/сотень вітряків, які утворюють єдину систему і віддають енергію в загальну мережу.
Потужність автономних агрегатів рідко перевищує 75 кВт, у той час як потужність мережних установок стартує з позначки 100 кВт.
В залежності від типу конструкції розрізняють вітряні генератори:
- з вертикальною віссю обертання;
- з горизонтальною віссю обертання.
Ці пристрої використовуються для різних умов експлуатації, але найчастіше зустрічаються моделі з горизонтальною віссю. Вони працюють як звичайні флюгери і мають схожу будову. Вісь ротора обертається паралельно земної поверхні.
Такі агрегати відрізняються високими показниками ККД (близько 40%), простий регулюванням потужності і більш доступною ціною, але також характеризуються високим рівнем створюваного шуму і вібрацій. Крім цього, їх необхідно орієнтувати на напрямок вітру.
Для монтажу вітряка з горизонтальним розташуванням ротора потрібно приблизно 120 м вільного простору і щогла висотою не менше 8 м
Вітряні генератори з вертикальною віссю обертання мають більш компактну конструкцію, вони менш сприйнятливі до впливу факторів навколишнього середовища.
В пристроях цього типу турбіна розташована перпендикулярно по відношенню до площини Землі. Подібні конструкції запускаються навіть від слабкого вітру і не залежать від напряму руху повітряних потоків.
Низький рівень створюваного шуму до 30 дБ) дає можливість встановлювати вертикальні вітротурбіни на дахах будівель
Однак є й істотний мінус – ККД таких генераторів становить всього 15%. Крім того, вони коштують дорожче, ніж моделі з горизонтальною віссю обертання.
Моделі вітрогенераторів розрізняються між собою не тільки розташуванням обертальної осі, але й:
- кількістю лопатей – бувають вітряки з двома і трьома лопатями, зустрічаються і багатолопатеву модифікації;
- матеріалами виготовлення функціональних деталей – з вітрильними і жорсткими лопастями;
- кроком гвинта – регульований або фіксований.
Слід зазначити, що обертання багатолопатеве стаціонарних вітряків починається навіть при слабкому вітрі, а от для роботи двох – і трилопатевих пристроїв потрібен більш сильний вітер.
У той же час кожна додаткова лопать в конструкції створює більший опір колеса, в результаті чого стає складніше досягти стандартних робочих обертів генератора.
Залежно від матеріалу виготовлення лопатей для вітроустановки, можуть виникнути певні складнощі у роботі. Вітрильні елементи простіше у виготовленні, тому і коштують дешевше.
Але якщо необхідно забезпечити надійне функціонування вітротурбіни для автономного електропостачання, варто віддавати перевагу конструкціям з жорсткими лопастями, виготовленими з металу або армованого склопластику.
Що стосується кроку гвинта, то тут також не все так просто. Змінний крок дає змогу помітно розширити діапазон ефективних швидкостей для роботи вітряної станції і це великий плюс.
Але в той же час такий механізм знижує загальну надійність стаціонарної установки і значно ускладнює вітроколесо, ускладнюючи експлуатацію агрегату.
Доцільність встановлення вітрогенератора
Малі вітряні електростанції сьогодні широко застосовуються в якості альтернативних джерел електроенергії, які дозволяють досягти реальної економії.
Подібні пристрої, як правило, встановлюють на дачних ділянках, в зонах, віддалених від основних електромереж. Але це не єдина причина, чому люди все частіше віддають перевагу конструкцій такого типу.
Власники земельних ділянок успішно використовують вітряні генератори, щоб домогтися повної автономності та істотної економії електроенергії
Проте не кожна зона підходить для установки вітротурбіни. Щоб міні-електростанція повноцінно функціонувала протягом заявленого виробником терміну експлуатації, кліматичні умови місцевості повинні відповідати вимогам спецобладнання.
Середня швидкість вітру не повинна бути менше позначки 4,5-5 м/с. Лише в цьому випадку монтаж конструкції з вітряком буде економічно виправданий.
Щоб дізнатися приблизні дані про середньорічній швидкості вітру по регіонах, необхідно переглянути спеціальну карту вітрів. Більш точну інформацію можна отримати, використовуючи анемометр і пристрій для зчитування сигналів.
Вимірювальну систему потрібно встановити на великій висоті, щоб близько розташовані будівлі і дерева не спотворювали результатів.
Якщо ви вирішили встановити вітряну міні-електростанцію для дому, також слід подумати про наявність вільного простору. При цьому потрібно врахувати, що вітер повинен абсолютно вільно «гуляти» по лопат, ну і без перешкод на своєму шляху досягати їх з різних сторін.
Саме тому ідеальним місцем для установки вітротурбіни вважаються вершини пагорбів, де повітряні маси ущільнюються з відповідним збільшенням тиску і швидкості вітру. Також придатними вважаються морські регіони і степова зона.
Щоб отримати повну віддачу від вітряка, його потрібно встановити в місці, де немає дерев і високих будівель
Будь-які перешкоди в радіусі 250 м будуть впливати на роботу вітрогенератора. Для отримання максимальних показників ККД необхідно встановити вісь турбіни вище рівня перешкод як мінімум на 4-5 м.
Правила вибору обладнання
До підбору вітряного генератора для будинку слід підійти відповідально. Заздалегідь потрібно зібрати базову інформацію:
Підбір комплектуючих функціональних елементів для вітроенергетичної установки виробляють за номінальним значенням потужності.
При цьому відіграє роль і номінальна швидкість вітру – значення, при яких вітрогенератор виробляє розрахункова кількість електричної енергії.
Якщо максимальну потужність установка видає при швидкості вітру 11 м/с, а у вашій місцевості середній показник досягає позначки 4,5 м/с, вітряк не буде виробляти заявлене виробником кількість енергії
Акцентувати увагу потрібно і на те, що потужність вітряного генератора залежить від діаметра колеса, сформованого лопатями. При збільшенні розмірів в 2 рази вітряк при тій же швидкості вітру буде виробляти 4 рази більше електрики.
Також важлива ємність акумуляторних батарей. На випадок безвітря в них повинно бути достатньо енергії, щоб забезпечити будинок.
Монтаж приватної вітряної міні-електростанції краще довірити компанії, яка спеціалізується на виконанні такого роду робіт. Головна мета – забезпечити максимальну безпеку. Габаритна конструкція вітряка повинна гарантовано зберігати стійкість навіть у випадку екстремальних погодних умов
Малопотужні моделі вітрогенераторів з легкими невисокими щоглами можна встановити самостійно. Центральну опору обов’язково монтують укріпленому на залізобетонному фундаменті. Для бічної стійкості конструкції використовують 3-4 розтяжки.
Приблизні ціни і окупність вітрогенераторів
Популярність вітряних агрегатів зростає з кожним днем. Ними вигідно обладнати великі і дорогі котеджі, на утримання яких потрібно багато електричної енергії.
Доцільно встановлювати вітряки і в населених пунктах, де відсутнє централізоване електропостачання або подача електроенергії виробляється з постійними перебоями.
Саме в таких випадках на допомогу прийдуть вітрогенератори, використання яких має ряд переваг:
- трансформація енергії повітряних потоків в безкоштовне електрику;
- екологічна безпека вітротурбін;
- відсутність сировини та відходів при виробництві електроенергії;
- мінімальний знос функціональних деталей;
- тривалий термін експлуатації – 25-30 років;
- немає необхідності постійно контролювати роботу вітростанції.
До недоліків відносять мінливість і непередбачуваність сили вітру. Щоб мінімізувати втрати, потрібно дублювання джерела або ж монтаж додаткового буфера для накопичення енергії. Також обертається вітроколесо представляє потенційну загрозу для летять птахів.
Вітряні електростанції створюють шум, який можна порівняти з шумом автотранспорту при русі зі швидкістю близько 70 км/год. Підвищений рівень шуму не тільки відлякує тварин, але і доставляє дискомфорт людям
Ще один істотний мінус вітроустановок для побутового використання – висока вартість. Ці громіздкі конструкції виготовляються з дорогих матеріалів, в комплекті мають контролер, акумулятори, інверторне установку і щоглу.
Слід зазначити, що побутові вітрогенератори від російських виробників, а також якісні вітряні установки, що випускаються в Китаї, коштують набагато дешевше, ніж європейські аналоги.
Вартість вітчизняних вітряків з вертикальною віссю номінальною потужністю до 2 кВт варіюється в діапазоні 1300-2500$.
Але при такій ціні комплектація включає лише генератор з лопатями. Інше обладнання доведеться придбати окремо. Повнокомплектні установки коштують дорожче приблизно на 40-50%.
Ціна вітряних станцій для домашнього використання потужністю від 3 кВт до 7 кВт набагато вище. Такі генератори з супутнім обладнанням обійдуться покупцеві в 5000-12000$.
В даний час застосування вітряних установок в якості альтернативи централізованого електропостачання нерентабельно з-за високої вартості обладнання
І навіть коли присутні перебої в подачі мережного електрики, встановлювати вітрогенератор доцільно не завжди. Простіше і дешевше обійдеться змонтувати систему безперебійного живлення на базі промислових акумуляторів в поєднанні з ДБЖ.
Є сенс монтувати вітроенергетичну установку в місцях, де доступ до централізованої энергоподаче повністю відсутня. Період окупності в цьому випадку становить 25 років.
Огляд кращих брендів і установок
На російському ринку вітряних генераторів представлені як надійні та відносно недорогі пристрої вітчизняних брендів, так і різні по функціональності моделі вітряків від зарубіжних виробників.
Щоб визначитися з вибором установки для дому, потрібно порівняти характеристики різних агрегатів.
№1 — вітрогенератори Condor Home (Росія)
Серія вітряків для домашнього використання включає пристрої потужністю 0,5-5 кВт. Вони можуть служити основним джерелом електрики або додатковим.
Станції Condor Home адаптовані для експлуатації в умовах низьких температур, що здатні продукувати енергію навіть при слабкому вітрі.
Залежно від моделі, корпус генератора виготовлений з пластику або литого алюмінію, лопаті – з склопластика. Присутній ефективна подвійна система гальмування. Щогла складова, на розтяжках, має висоту 8-12 м.
Для установки цих агрегатів потрібен пальовий або бетонний фундамент.
Домашні вітряні генератори Condor Home – повністю готові продукти, для роботи з якими не потрібні спеціальні знання або технічні навички. Пристрої призначені для електрифікації як окремо розташованих будівель, так і маленьких населених пунктів у складі вітряних електростанцій
Базова комплектація включає щоглу і розтяжки, генератор, ротор і лопаті, контролер заряду, кріпильні елементи.
№2 — міні-електростанції Falcon Euro (Росія)
Являють собою високотехнологічні вертикально-осьові вітряні генератори потужністю 1-15 кВт. Застосовуються для основного/резервного живлення споживачів, віддалених від ліній електропередач.
Можуть бути використані в складі комплексу з сонячними панелями і паливним генератором.
Вітряки оснащені потужними неодимовими магнітами. Стартова швидкість вітру для запуску установки становить 1,5 м/с, номінальна швидкість – 11 м/с.
Встановлений аеродинамічний гальма сприяє обмеженню обертів колеса. Заявлений термін експлуатації від виробника – 20 років, заводська гарантія на міні-електростанції – 36 місяців.
Вітрогенератори Falcon Euro відрізняються надійністю в експлуатації і невибагливістю в обслуговуванні. З допомогою пристроїв цієї серії легко вирішити проблеми електропостачання локальних, а також острівних об’єктів
У базовий комплект установки Falcon Euro включені кілька функціональних елементів: вітроколесо, генератор і контролер, щогла, закладні деталі. Інверторна встановлення та акумуляторні батареї підбираються окремо.
№3 — вітряні агрегати Sokol Air Vertical (Росія)
Малі вітроенергетичні установки даного бренду можуть забезпечити електрикою і невеликі котеджі, і середні підприємства. Для побутового використання випускаються пристрої SAV потужністю 0,5-15 кВт.
Вони характеризуються високою ефективністю при слабких вітрах, безперебійно функціонують при низьких і високих температурах в діапазоні від -50 °C до +50 °C, відрізняються низьким рівнем створюваного шуму і стійкістю до зовнішніх впливів.
Генерація електроенергії агрегатами Sokol Air Vertical не залежить від напрямку вітру. Вертикально-осьові установки працюють в автоматичному режимі без обслуговуючого персоналу.
В конструкції передбачена електромагнітна і аеродинамічна система гальмування для обмеження обертів вітроколеса.
Лопаті виготовлені з армованого поліефіру або авіаційного алюмінію (залежно від моделі), мають самораскручивающийся профіль. Генератор – многополюсный трифазний з збудженням від постійних магнітів.
Вітряки Sokol Air Vertical видають номінальну потужність при показниках 7-8 м/c, що дозволяє використовувати їх у регіонах з низькою середньорічною швидкістю вітру
У базову комплектацію вітряної електростанції входять: вітроустановка з контролером заряду акумуляторів, щогла з розтяжками, монтажний набір. Інвертор і акумулятори підбираються за технічним завданням окремо.
№4 — вітрогенератори Energy Wind (Росія)
Покупцям доступні одно – і трилопатеві моделі продуктів універсального застосування потужністю 1-10 кВт. Ці вітряки чудово підходять для створення проектів забезпечення електрикою приватних житлових будинків і котеджів.
Основу установок Energy Wind складають міцні лопаті з армованого скловолокна, пофарбовані автоэмалью, і надійна система виведення з повітряного потоку. Ці агрегати з горизонтальною віссю обертання стабільно працюють при температурах від -40 до +40 градусів за шкалою Цельсія.
Мінімальна робоча швидкість вітру – 2 м/с, при деяких положеннях лопаті – 3 м/с, висота щогли – 8-20 м. Середній термін експлуатації установок російського бренду становить 25 років, офіційна гарантія від виробника – 3 роки.
Вітрогенератори Energy Wind не вимагають постійного догляду або техобслуговування, що сприяє швидкому реінвестування вкладених фінансових коштів
Базова комплектація установок включає електрогенератор на постійних магнітах з вузлом кріплення до щогли і поворотним механізмом, лопаті, комплект кріпильних елементів для складання вітроустановки.
Щоглу, а також контролер, інвертор і батареї для накопичення електроенергії потрібно придбати окремо.
№5 — вітряки Altek EW (Китай)
Вид вітротурбін – з горизонтальною віссю обертання. Пристрої номінальною потужністю від 1 кВт до 10 кВт відмінно підходять для вирішення завдань електрозабезпечення заміських житлових будинків і дач.
Захисний кожух вітряків Altek EW виготовлений з алюмінієвого сплаву, що істотно полегшує конструкцію. Функціональні металеві частини генератора покриті кремнієм для термостійкості.
Лопаті виготовлені з фиброармированного пластику. Стартова швидкість вітру для запуску побутових агрегатів китайського бренду становить 2,5 м/с, номінальна швидкість – 12 м/с.
Вітрогенератори Altek EW – одні з найбільш доступних пристроїв для вироблення електрики, які представлені на сучасному ринку альтернативної енергетики
До складу базової комплектації включені лопаті, генератор і контролер. Інші функціональні елементи для вітряка необхідно докупити.
Корисне відео по темі
Перспективи використання вітроенергетичних установок:
Принцип функціонування сучасних вітрових турбін. Як енергія вітру перетворюється в електрику:
Навіть сьогодні використання вітрогенераторів вимагає постійного розвитку. Можливості та довгострокові перспективи цього альтернативного способу вироблення електроенергії багатообіцяючі.
Однак потрібні певні заходи як з боку виробників обладнання, так і від адміністрацій населених пунктів.
Установка малих вітрових генераторів для приватних домогосподарств проблему енергопостачання в регіонах повністю не вирішить. Але для окремих власників ділянок даний варіант може стати виходом з положення.
