Sådan beregnes en vindgenerator: formler + praktisk eksempel på beregning

Alternativ energi fra vindkraftværker er af stor interesse i samfundet.Der er mange beviser for dette på niveau med den rigtige hverdagspraksis.

Ejere af landejendomme bygger vindmøller med egne hænder og er tilfredse med resultatet, selvom effekten kan være kortvarig. Årsagen er, at vindgeneratoren ikke blev beregnet korrekt under montagen.

Enig, jeg vil ikke bruge tid og penge på at implementere projektet og ende med en ineffektiv installation. Derfor er det vigtigt at forstå, hvordan man beregner en vindgenerator, og med hvilke parametre man skal vælge de vigtigste driftskomponenter i en vindmølle.

Artiklen er viet til at løse disse problemer. Den teoretiske del af materialet er suppleret med illustrative eksempler og praktiske anbefalinger til montering af en vindgenerator.

Vindmølleberegning

Hvor skal man begynde at beregne et system til at generere elektricitet fra vindenergi? I betragtning af at vi taler om en vindgenerator, virker en foreløbig analyse af vindrosen i et specifikt område logisk.

Beregningsparametre såsom vindhastighed og dens karakteristiske retning for et givet territorium er vigtige designparametre. Til en vis grad bestemmer de det niveau for vindmøllekraft, der rent faktisk vil være opnåeligt.

Det er svært overhovedet at forestille sig vindgeneratorer med sådan kraft. Men sådanne designs eksisterer og fungerer effektivt.Imidlertid viser beregninger af sådanne strukturer relativt lav effekt sammenlignet med traditionelle energikilder

Det, der er bemærkelsesværdigt, er, at denne proces er langsigtet (mindst 1 måned), hvilket er ret indlysende. Det er umuligt at beregne de maksimalt sandsynlige parametre for vindhastighed og dens hyppigste retning med en eller to målinger.

Dusinvis af målinger vil være påkrævet. Denne operation er dog virkelig nødvendig, hvis der er et ønske om at opbygge et effektivt produktivt system.

Hvordan man beregner en vindmølles effekt

Vindgeneratorer til husholdningsbrug, især dem, der er fremstillet i hånden, har aldrig overrasket folk med høj effekt. Det er forståeligt. Man skal kun forestille sig en massiv mast 8-10 m høj, udstyret med en generator med et propelbladspænd på mere end 3 m. Og dette er ikke den mest kraftfulde installation. Kun omkring 2 kW.

Til at servicere vindmøller af denne kraft bruges helikoptere og teams af specialister på op til et dusin personer. For at beregne et sådant kraftværk er et endnu større antal udøvere involveret

Generelt, hvis du stoler på en standardtabel, der viser forholdet mellem en vindgenerators effekt og den nødvendige spændvidde for propelbladene, er der noget at blive overrasket over. Ifølge tabellen kræver en 10 W vindmølle en to meter propel.

Et 500-watt design vil kræve en propel med en diameter på 14 m. Desuden afhænger bladspændingsparameteren af ​​deres antal. Jo flere blade, jo mindre spændvidde.

Men dette er kun en teori, betinget af vindhastigheder, der ikke overstiger 4 m/sek.I praksis er alt noget anderledes, og effekten af ​​husholdningsinstallationer, der faktisk fungerer i lang tid, har aldrig oversteget 500 W.

Derfor er valget af effekt her normalt begrænset til området 250-500 W med en gennemsnitlig vindhastighed på 6-8 m/sek.

Tabel over afhængigheden af ​​et vindenergisystems kraft af rotorens diameter og antallet af vinger. Denne tabel kan bruges til beregninger, men under hensyntagen til dens kompilering for vindhastighedsparametre op til 4 m/sek (+)

Ud fra en teoretisk position beregnes effekten af ​​et vindkraftværk ved hjælp af formlen:

N=p*S*V³/2,

Hvor:

• s – tæthed af luftmasser;
• S – det samlede blæste areal af propelbladene;
• V — luftstrømshastighed;
• N – luftstrømseffekt.

Da N er en parameter, der radikalt påvirker effekten af ​​en vindgenerator, vil den faktiske effekt af installationen være tæt på den beregnede værdi af N.

Beregning af vindmøllepropeller

Ved konstruktion af en vindmølle bruges normalt to typer propeller:

• bevinget — rotation i det vandrette plan;
• Savonius rotor, Darrieus rotor — rotation i et lodret plan.

Skruedesign med rotation i ethvert plan kan beregnes ved hjælp af formlen:

Z=L*B/60/V

Hvor:

• Z – graden af ​​hastighed (lav hastighed) af propellen;
• L – størrelsen af ​​længden af ​​cirklen beskrevet af knivene;
• W – hastighed (frekvens) af propellens rotation;
• V – luftstrømshastighed.

Ud fra denne formel kan du nemt beregne antallet af omdrejninger W - rotationshastighed.

Sådan ser designet af skruen kaldet "Darieu Rotor" ud. Denne version af propellen anses for at være effektiv til fremstilling af vindgeneratorer med lille kraft og størrelse.Beregningen af ​​skruen har nogle funktioner

Og arbejdsforholdet mellem omdrejninger og vindhastighed kan findes i tabeller, der er tilgængelige på internettet. For eksempel, for en propel med to blade og Z=5, gælder følgende forhold:

En af de vigtige indikatorer for en vindmøllepropel er også stigningen.

Denne parameter kan bestemmes ved hjælp af formlen:

H=2πR* tan α,

Hvor:

• 2π – konstant (2*3,14);
• R – radius beskrevet af klingen;
• tan α – snitvinkel.

Yderligere oplysninger om valg af form og antal blade samt instruktioner til deres fremstilling findes i denne artikel.

Udvalg af generatorer til vindmøller

Efter at have den beregnede værdi af antallet af skrueomdrejninger (W), opnået ved hjælp af metoden beskrevet ovenfor, kan du allerede vælge (fremstille) den passende generator.

For eksempel, med en hastighedsgrad Z=5, er antallet af blade lig med 2 og en hastighed på 330 rpm. Ved en vindhastighed på 8 m/s. Generatoreffekten skal være cirka 300 W.

Tværsnitsbillede af en vindkraftværksgenerator. Demonstrativt eksempel på et af de mulige designs af en hjemmevindkraftsystemgenerator, samlet uafhængigt

I betragtning af disse parametre kan et passende valg som generator til et indenlandsk vindkraftværk være den motor, der bruges i design af moderne elektriske cykler. Det traditionelle navn på delen er cykelmotor (fremstillet i Kina).

Sådan ser en elektrisk cykelmotor ud, på grundlag af hvilken det foreslås at lave en generator til en hjemmevindmølle. Designet af cykelmotoren er ideel til implementering med stort set ingen beregninger eller modifikationer. Deres magt er dog lav

Egenskaberne for en elektrisk cykelmotor er omtrent som følger:

En positiv egenskab ved cykelmotorer er, at de praktisk talt ikke behøver at blive ændret. De blev strukturelt designet som lavhastighedselektriske motorer og kan med succes bruges til vindgeneratorer.

At lave en vindmølle kan du brug bilgenerator eller samle vaskemaskine enhed.

Beregning og valg af laderegulator

En batteriopladningsregulator er påkrævet til enhver type vindkraftværk, inklusive et husdesign.

Beregningen af ​​denne enhed kommer ned til at vælge enhedens elektriske kredsløb, som ville svare til designparametrene for vindsystemet.

Af disse parametre er de vigtigste:

• nominel og maksimal spænding af generatoren;
• maksimal mulig generatoreffekt;
• maksimal mulig batteriladestrøm;
• batterispænding;
• omgivelsestemperatur;
• omgivende luftfugtighedsniveau.

Baseret på de præsenterede parametre, opladningsregulatorsamling gør det selv eller vælg en færdiglavet enhed.

Laderegulator til batterier, der bruges som en del af et vindkraftværk. En industrielt fremstillet enhed, når du vælger hvilken du kun behøver omhyggeligt at studere de tekniske egenskaber for præcis koordinering med det eksisterende system

Selvfølgelig er det tilrådeligt at vælge (eller samle) en enhed, hvis kredsløb ville give en let startfunktion under forhold med svage luftstrømme. En controller designet til drift med batterier med forskellige spændinger (12, 24, 48 volt) er også velkommen.

Endelig, når man beregner (vælger) controllerkredsløbet, anbefales det ikke at glemme tilstedeværelsen af ​​en sådan funktion som inverterstyring.

Valg af batteri til systemet

I praksis bruges forskellige typer batterier og næsten alle er ganske velegnede til brug som en del af et vindenergisystem. Men et specifikt valg skal under alle omstændigheder træffes. Afhængigt af vindmøllesystemets parametre vælges batteriet ud fra spænding, kapacitet og ladeforhold.

Traditionelle komponenter til hjemmevindmøller er klassiske bly-syre-batterier. De viste gode resultater i praktisk forstand.Derudover er prisen på denne type batteri mere rimelig sammenlignet med andre typer.

Bly-syre-batterier er særligt uhøjtidelige i forhold til opladning/afladning, men det er uacceptabelt at inkludere dem i et system uden en controller.

Hvis vindmølleinstallationen indeholder en professionelt designet laderegulator med et fuldgyldigt automatiseringssystem, virker det rationelt at bruge AGM- eller heliumbatterier.

Hjemme vindgenerator batteripakke. Ikke den bedste mulighed for brug i betragtning af kaoset af ledninger og opbevaringskrav. I denne tilstand af energilagringsenheder kan man ikke regne med deres langsigtede drift.

Begge typer energilagringsenheder er kendetegnet ved større effektivitet og lang levetid, men de stiller høje krav til ladeforholdene.

Det samme gælder de såkaldte pansrede heliumbatterier. Men valget af disse batterier til en husholdningsvindmølle er betydeligt begrænset af prisen. Levetiden på disse dyre batterier er dog den længste sammenlignet med alle andre typer.

Disse batterier har også en længere op-/afladningscyklus, men kun hvis der bruges en oplader af høj kvalitet.

Beregning af en inverter til en hjemmevindmølle

Det skal bemærkes med det samme: Hvis designet af en hjemmevindmølle indeholder et 12-volts batteri, er der ingen mening i at installere en inverter på et sådant system.

I gennemsnit er husholdningernes strømforbrug mindst 4 kW ved spidsbelastninger.Derfor konklusionen: antallet af genopladelige batterier til en sådan strøm bør være mindst 10 stykker og helst med en spænding på 24 volt. For et sådant antal batterier giver det mening at installere en inverter.

Men for fuldt ud at levere energi til 10 batterier med en spænding på 24 W hver og stabilt opretholde deres ladning, vil en vindmølle med en effekt på mindst 2-3 kW være påkrævet. Det er klart, at simple husholdningsstrukturer ikke kan håndtere sådan magt.

Laveffekt-inverter (600 W), som kan bruges til små strøminstallationer i hjemmet. Du kan drive et tv eller et lille køleskab fra sådant udstyr med en spænding på 220 volt. Der er ikke længere strøm nok til lamperne i lysekronen

Du kan dog beregne inverterens effekt på følgende måde:

1. Opsummer alle forbrugeres magt.
2. Bestem tidspunktet for forbrug.
3. Bestem spidsbelastning.

I et specifikt eksempel vil det se sådan ud.

Lad der være elektriske husholdningsapparater som belastning: belysningslamper - 3 stk. 40 W hver, tv-modtager - 120 W, kompakt køleskab 200 W. Vi opsummerer effekten: 3*40+120+200 og vi får 440 W ved udgangen.

Lad os bestemme forbrugernes effekt i en gennemsnitlig periode på 4 timer: 440*4=1760 W. Baseret på den opnåede effektværdi over forbrugstiden forekommer det logisk at vælge en inverter blandt sådanne enheder med en udgangseffekt på 2 kW eller mere.

Baseret på denne værdi beregnes strømspændingskarakteristikken for den nødvendige enhed: 2000*0,6=1200 V/A.

En klassisk ordning til reproduktion og distribution af energi opnået fra en husholdningsvindgenerator. Men for at levere langsigtet energi til et sådant antal enheder er det nødvendigt med en tilstrækkelig kraftig installation (+)

I virkeligheden vil husholdningsbelastningen på en familie på tre personer, som er fuldt udstyret med husholdningsapparater, være højere end beregnet i eksemplet. Typisk overstiger belastningstilslutningstiden også de nødvendige 4 timer. Derfor vil vindkraftsystemets inverter have brug for en mere kraftfuld.

Foreløbig beregning af en vindmølle er nyttig ikke kun til selvmontering. Det er også nødvendigt at bestemme de optimale parametre hvornår at vælge en færdiglavet vindgenerator.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Hvordan kildedataene analyseres, og hvordan formlerne anvendes, præsenteres i videoen:

Det er under alle omstændigheder nødvendigt at bruge beregnede data. Uanset om det er et industrielt kraftværk eller et fremstillet til husholdningsbrug, sikrer beregningen af ​​hver enhed altid enhedens maksimale effektivitet og, vigtigst af alt, driftssikkerhed.

Foreløbige beregninger bestemmer gennemførligheden af ​​at implementere projektet og hjælper med at bestemme, hvor dyrt eller økonomisk projektet er.

Har du erfaring med at løse lignende problemer? Eller har du stadig spørgsmål om emnet? Del venligst dine vindmølleberegninger og designfærdigheder. Du kan efterlade kommentarer og stille spørgsmål i formularen nedenfor.