A szélgenerátor kiszámítása: képletek + gyakorlati példa a számításra

A szélerőművekből nyert alternatív energia nagy érdeklődésre tart számot a társadalomban.Ennek számos bizonyítéka van a valódi mindennapi gyakorlat szintjén.

A vidéki ingatlantulajdonosok saját kezűleg építenek szélmalmokat, és elégedettek az eredménnyel, bár a hatás rövid életű lehet. Ennek az az oka, hogy a szélgenerátort nem megfelelően számolták ki az összeszerelés során.

Egyetértek, nem szeretnék időt és pénzt költeni a projekt megvalósítására, és a telepítés eredménytelenné válna. Ezért fontos megérteni, hogyan kell kiszámítani a szélgenerátort, és milyen paraméterekkel kell kiválasztani a szélturbina fő működési alkatrészeit.

A cikk ezeknek a problémáknak a megoldására szolgál. Az anyag elméleti részét szemléltető példák és gyakorlati ajánlások egészítik ki a szélgenerátor összeszereléséhez.

Szélturbina számítás

Hol kezdjem a szélenergiából villamosenergia-termelő rendszer számítását? Tekintettel arra, hogy szélgenerátorról beszélünk, logikusnak tűnik a szélrózsa előzetes elemzése egy adott területen.

A számítási paraméterek, mint például a szélsebesség és annak jellemző iránya egy adott területre, fontos tervezési paraméterek. Bizonyos mértékig ezek határozzák meg a szélturbinák ténylegesen elérhető teljesítményének szintjét.

Ilyen teljesítményű szélgenerátorokat még elképzelni is nehéz. De ilyen tervek léteznek és hatékonyan működnek.Az ilyen szerkezetekre vonatkozó számítások azonban viszonylag alacsony teljesítményt mutatnak a hagyományos energiaforrásokhoz képest

Ami figyelemre méltó, hogy ez a folyamat hosszú távú jellegű (legalább 1 hónap), ami teljesen nyilvánvaló. Egy-két méréssel lehetetlen kiszámítani a szélsebesség legnagyobb valószínű paramétereit és annak leggyakoribb irányát.

Több tucat mérésre lesz szükség. Erre a műveletre azonban valóban szükség van, ha van vágy egy hatékony termelő rendszer kiépítésére.

Hogyan számítsuk ki a szélmalom teljesítményét

A háztartási szélgenerátorok, különösen a kézzel készített szélgenerátorok soha nem lepték meg az embereket nagy teljesítménnyel. Ez érthető. Csak elképzelni kell egy hatalmas, 8-10 m magas árbocot, amely generátorral van felszerelve, 3 m-nél nagyobb propellerlapát-fesztávolsággal, és ez nem a legerősebb telepítés. Csak kb 2 kW.

Az ilyen teljesítményű szélturbinák kiszolgálására helikoptereket és akár egy tucat fős szakembercsoportokat használnak. Egy ilyen erőmű kiszámításához még nagyobb számú előadót kell bevonni

Általánosságban elmondható, hogy ha egy szabványos táblázatra támaszkodik, amely a szélgenerátor teljesítménye és a propellerlapátok szükséges fesztávolsága közötti összefüggést mutatja, van valami meglepő. A táblázat szerint egy 10 W-os szélmalomhoz kétméteres légcsavar szükséges.

Az 500 wattos konstrukcióhoz 14 m átmérőjű légcsavarra van szükség. Ezen túlmenően a lapátfesztáv paraméter a számuktól függ. Minél több penge van, annál kisebb a fesztáv.

De ez csak egy elmélet, amelynek feltétele a 4 m/sec-et meg nem haladó szélsebesség.A gyakorlatban minden némileg más, és a ténylegesen hosszú ideig működő háztartási berendezések teljesítménye soha nem haladta meg az 500 W-ot.

Ezért a teljesítményválasztás itt általában 250-500 W tartományra korlátozódik 6-8 m/sec átlagos szélsebesség mellett.

A szélenergia-rendszer teljesítményének a forgórész átmérőjétől és a lapátok számától való függésének táblázata. Ez a táblázat használható számításokhoz, de figyelembe véve a szélsebesség-paraméterek összeállítását 4 m/sec-ig (+)

Elméletileg a szélerőmű teljesítményét a következő képlettel számítják ki:

N=p*S*V³/2,

Ahol:

• p – a légtömegek sűrűsége;
• S – a légcsavar lapátok teljes fújt területe;
• V - levegő áramlási sebessége;
• N - légáramlási teljesítmény.

Mivel az N olyan paraméter, amely radikálisan befolyásolja a szélgenerátor teljesítményét, a berendezés tényleges teljesítménye közel lesz az N számított értékéhez.

A szélturbinák légcsavarainak számítása

Szélmalom építésekor általában kétféle légcsavart használnak:

• szárnyas — elforgatás vízszintes síkban;
• Savonius rotor, Darrieus rotor — forgás függőleges síkban.

A tetszőleges síkban forgó csavarok a következő képlettel számíthatók ki:

Z=L*Sz/60/V

Ahol:

• Z – a légcsavar sebességfoka (alacsony fordulatszáma);
• L – a lapátok által leírt kör hosszának mérete;
• W – a légcsavar forgási sebessége (frekvenciája);
• V - légáramlási sebesség.

E képlet alapján könnyen kiszámíthatja a fordulatok számát W - forgási sebesség.

Így néz ki a „Darieu Rotor” nevű csavar kialakítása. A propeller ezen változata hatékonynak tekinthető kis teljesítményű és méretű szélgenerátorok gyártásában.A csavar számításának van néhány jellemzője

A fordulatszám és a szélsebesség közötti munkakapcsolat pedig megtalálható az interneten elérhető táblázatokban. Például egy kétlapátú és Z=5 légcsavar esetén a következő összefüggés érvényes:

Ezenkívül a szélmalom propellerének egyik fontos mutatója a menetemelkedés.

Ez a paraméter a következő képlettel határozható meg:

H=2πR* tan α,

Ahol:

• 2π – állandó (2*3,14);
• R – a penge által leírt sugár;
• tan α – metszetszög.

A pengék alakjának és számának kiválasztásával kapcsolatos további információk, valamint a gyártási utasítások megtalálhatók ez a cikk.

Generátorok kiválasztása szélturbinákhoz

A fent leírt módszerrel kapott csavarfordulatszám (W) számított értékével már kiválaszthatja (gyárthatja) a megfelelő generátort.

Például Z=5 fordulatszámnál a lapátok száma 2, és a fordulatszám 330 ford./perc. 8 m/s szélsebességgel. A generátor teljesítményének körülbelül 300 W-nak kell lennie.

Egy szélerőmű generátor keresztmetszete. Szemléltető példa az otthoni szélenergia-rendszer generátorának egyik lehetséges kialakítására, önállóan összeszerelve

Ezen paraméterek ismeretében egy hazai szélerőmű generátoraként megfelelő választás lehet a modern elektromos kerékpárok tervezésénél használt motor. Az alkatrész hagyományos neve kerékpármotor (kínai gyártású).

Így néz ki egy elektromos kerékpármotor, amely alapján javasolt generátort készíteni egy otthoni szélmalomhoz. A kerékpármotor kialakítása ideális a gyakorlatilag számítások és módosítások nélküli kivitelezéshez. Az erejük azonban csekély

Az elektromos kerékpármotor jellemzői körülbelül a következők:

A kerékpármotorok pozitív tulajdonsága, hogy gyakorlatilag nem kell cserélni. Szerkezetileg alacsony fordulatszámú villanymotornak készültek, és sikeresen használhatók szélgenerátorokhoz.

Szélmalmot készíteni tudsz használj autógenerátort vagy gyűjtsük össze mosógép egység.

Töltésvezérlő számítása és kiválasztása

Akkumulátor töltésvezérlő minden típusú szélerőműhöz szükséges, beleértve a hazai kivitelt is.

Ennek az eszköznek a számítása az eszköz elektromos áramkörének kiválasztásához vezet, amely megfelel a szélrendszer tervezési paramétereinek.

Ezen paraméterek közül a főbbek a következők:

• a generátor névleges és maximális feszültsége;
• a generátor maximális lehetséges teljesítménye;
• maximális lehetséges akkumulátor töltőáram;
• akkumulátor feszültség;
• környezeti hőmérséklet;
• környezeti páratartalom.

A bemutatott paraméterek alapján töltésvezérlő szerelvény csináld magad, vagy válassz egy kész eszközt.

Töltésvezérlő a szélerőmű részeként használt akkumulátorokhoz. Iparilag gyártott készülék, amelynek kiválasztásakor csak alaposan tanulmányoznia kell a műszaki jellemzőket a meglévő rendszerrel való pontos összehangoláshoz

Természetesen célszerű olyan készüléket választani (vagy összeszerelni), amelynek áramköre gyenge légáramlás esetén is könnyű indítási funkciót biztosítana. Különböző feszültségű (12, 24, 48 voltos) akkumulátorokkal való működésre tervezett vezérlőt is szívesen fogadunk.

Végül a vezérlőáramkör kiszámításakor (kiválasztásakor) nem szabad megfeledkezni egy olyan funkcióról, mint az inverter vezérlés.

Akkumulátor kiválasztása a rendszerhez

A gyakorlatban különböző típusú akkumulátorokat használnak, és szinte mindegyik alkalmas a szélenergia-rendszer részeként való használatra. De minden esetben konkrét döntést kell hozni. A szélmalom rendszer paramétereitől függően az akkumulátort a feszültség, a kapacitás és a töltési feltételek alapján választják ki.

Az otthoni szélmalmok hagyományos alkatrészei a klasszikus ólom-savas akkumulátorok. Gyakorlati értelemben jó eredményeket mutattak fel.Ezenkívül az ilyen típusú akkumulátorok ára ésszerűbb a többi típushoz képest.

A savas ólomakkumulátorok különösen szerények a töltési/kisütési feltételekhez, de elfogadhatatlan, hogy vezérlő nélküli rendszerbe építsék be őket.

Ha a szélturbina-telepítés professzionális tervezésű töltésvezérlőt tartalmaz teljes értékű automatizálási rendszerrel, akkor ésszerűnek tűnik AGM vagy hélium akkumulátorok alkalmazása.

Otthoni szélgenerátor akkumulátorcsomag. Nem a legjobb megoldás a vezetékek káoszára és a tárolási követelményekre tekintettel. Az energiatároló eszközök ilyen állapotában nem lehet hosszú távú működésükre számítani.

Mindkét típusú energiatárolót nagyobb hatásfok és hosszú élettartam jellemzi, de a töltési feltételekkel szemben magas követelményeket támasztanak.

Ugyanez vonatkozik az úgynevezett páncélozott hélium típusú akkumulátorokra is. De ezeknek az akkumulátoroknak a választását a háztartási szélmalomhoz jelentősen korlátozza az ár. Azonban ezeknek a drága akkumulátoroknak az élettartama a leghosszabb az összes többi típushoz képest.

Ezeknek az akkumulátoroknak is hosszabb a töltési/kisütési ciklusuk, de csak akkor, ha jó minőségű töltőt használnak.

Inverter számítása otthoni szélmalomhoz

Azonnal meg kell jegyezni: ha egy otthoni szélturbina kialakítása egy 12 voltos akkumulátort tartalmaz, akkor nincs értelme invertert telepíteni egy ilyen rendszerre.

A háztartási energiafogyasztás átlagosan legalább 4 kW csúcsterhelés mellett.Ebből következik a következtetés: az ilyen teljesítményhez szükséges újratölthető akkumulátorok számának legalább 10 darabnak kell lennie, és lehetőleg 24 voltos feszültséggel. Ilyen számú akkumulátor esetén célszerű invertert telepíteni.

Ahhoz azonban, hogy 10, egyenként 24 W-os feszültségű akkumulátort teljes mértékben biztosítsanak energiával, és stabilan fenntartsák a töltöttséget, legalább 2-3 kW teljesítményű szélmalomra lesz szükség. Nyilvánvaló, hogy az egyszerű háztartási szerkezetek nem képesek kezelni ezt a teljesítményt.

Kis teljesítményű inverter (600 W), amely otthoni kis teljesítményű berendezésekhez használható. Az ilyen berendezésekből 220 voltos feszültségű TV-t vagy kis hűtőszekrényt táplálhat. Már nincs elég áram a csillár lámpáihoz

Az inverter teljesítményét azonban a következőképpen számíthatja ki:

1. Foglalja össze az összes fogyasztó erejét.
2. Határozza meg a fogyasztás idejét.
3. Határozza meg a csúcsterhelést.

Egy konkrét példában így fog kinézni.

Legyenek terhelésként háztartási elektromos készülékek: világító lámpák - 3 db. Mindegyik 40 W, televízió vevő - 120 W, kompakt hűtőszekrény 200 W. A teljesítményt összesítjük: 3*40+120+200 és 440 W-ot kapunk a kimeneten.

Határozzuk meg a fogyasztók teljesítményét átlagosan 4 óra időtartamra: 440*4=1760 W. A fogyasztási idő függvényében kapott teljesítményérték alapján logikusnak tűnik, hogy az ilyen eszközök közül 2 kW vagy annál nagyobb kimeneti teljesítményű invertert válasszunk.

Ezen érték alapján számítjuk ki a szükséges készülék áram-feszültség karakterisztikáját: 2000*0,6=1200 V/A.

Klasszikus séma a háztartási szélgenerátorból nyert energia reprodukálására és elosztására. Ahhoz azonban, hogy ilyen számú eszköz hosszú távú energiát biztosítson, kellően erős telepítésre van szükség (+)

A valóságban egy háromtagú, háztartási gépekkel teljesen felszerelt család háztartási terhelése nagyobb lesz, mint a példában számított. Jellemzően a terhelési csatlakozási idő is meghaladja az előírt 4 órát. Ennek megfelelően a szélenergia-rendszer inverterének erősebbre lesz szüksége.

A szélmalom előzetes számítása nemcsak az önszereléshez hasznos. Meg kell határozni az optimális paramétereket is, mikor kész szélgenerátor kiválasztása.

Következtetések és hasznos videó a témában

A videó a forrásadatok elemzésének és a képletek alkalmazásának módját mutatja be:

Számított adatok használata minden esetben szükséges. Legyen szó ipari erőműről vagy háztartási felhasználásra gyártottról, az egyes blokkok számítása mindig biztosítja a készülék maximális hatásfokát és ami a legfontosabb az üzembiztonságot.

Az előzetes számítások meghatározzák a projekt megvalósításának megvalósíthatóságát, és segítenek meghatározni, hogy a projekt mennyire költséges vagy gazdaságos.

Van tapasztalatod hasonló problémák megoldásában? Vagy van még kérdése a témával kapcsolatban? Kérjük, ossza meg szélturbina számítási és tervezési ismereteit. Az alábbi űrlapon megjegyzéseket írhat és kérdéseket tehet fel.