Ветрогенератор для дома: характеристики, цена, плюсы и минусы
Воздушные потоки над поверхностью Земли несут огромное количество энергии. Эта энергия привлекает внимание человека с древних времён. Давно появились ветряные мельницы и корабли, бороздящие моря под парусами. В последнее время этой энергии было найдено применение в ветрогенераторах. В западных странах, да и в России тоже, всё чаще можно встретить ветрогенераторы рядом с частными дома. Никого уже не удивить подобными «вертушками», которые позволяют экономить на электроэнергии. Люди применяют их там, где участки не подключены к электрическим сетям. Но также причиной установки ветрогенераторов становится экономия и автономность. Ветер является возобновляемым, экологическим чистым источником альтернативной энергии. Правда, не во всех регионах планеты есть требуемая сила ветра для эффективной работы ветрогенератора. В этой статье мы расскажем об устройстве ветрогенераторов для дома, особенностях их эксплуатации и стоимости таких установок.
Содержание статьи
Что такое ветрогенератор и его составляющие?
Принцип работы ветрогенератора для частного дома несложный. Ветер поворачивает лопасти ротора, который закреплён на валу генератора. В обмотке последнего генерируется электрический ток. Электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а от них уже питаются бытовые приборы. Так выглядит схема использования энергии ветра в самом простом варианте. В составе реальных ветряных установок есть ещё ряд компонентов, о которых будет сказано ниже.
Устройство ветрогенератора
После генератора в ветряной установке следует контроллер, роль которого состоит в преобразовании трехфазного переменного тока в постоянный. Контроллер управляет током в цепи, переключает его на заряд аккумуляторов и отключает, когда они заряжены. Поскольку ток от генератора постоянный, а бытовые приборы работают от переменного, после аккумуляторов идёт инвертор. Этот прибор конвертирует постоянный ток в переменный 220 В. Такие трансформации создают определённые потери энергии. В зависимости от КПД используемых приборов они могут составлять около 15─20 процентов.
Часто бывают ситуации, когда ветрогенератор функционирует в связке с солнечной батареей или генератором на дизеле или бензине. В этих случаях схема имеет автоматический выключатель АВР. Когда основной источника ток отключается, тогда включается дополнительный. Для того, чтобы ветряной генератор работал максимально эффективно, он должен быть расположен вдоль направления ветра. Поэтому он делается по типу флюгера. На оси генератора крепится вертикальная лопасть, которая поворачивает лопасть к ветру. Если установка мощная, то дополнительно устанавливается электрический привод, который управляется в зависимости от показаний датчика направления ветра.
Итак, что же входит в состав ветряной установки для дома?
- Ротор с различным числом лопастей. Их может быть два (двухлопастные), три (трёхлопастные), больше трёх (многолопастные);
- Редуктор. Предназначен для регулировки скорости вращения ротора и вала генератора;
- Защитный кожух. Цель – защита деталей установки от воздействия окружающей среды;
- «Хвост». Эта деталь требуется для поворота ветрогенератора по ветру;
- Аккумулятор. Накопление энергии. Накапливает энергию в ветреную погоду и расходует, когда «вертушка» простаивает;
- Инвертор. Преобразует постоянный ток в переменный. Требуется для питания бытовой техники.
Следует также упомянуть основные виды ветрогенераторов.
- По направлению вращения ротора с лопастями. Бывают горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные обеспечивают большую выработку электроэнергии, но вертикальные менее восприимчивы к условиям окружающей среды;
- Материал. Бывают жёсткие и парусные лопасти. Парусные имеют меньшую прочность, но стоят дешевле;
- По числу лопастей. Как уже говорилось, есть двух, трёх, многолопастные ветрогенераторы;
- Управление. Изменяемый и фиксированный шагом лопастей. Рекомендуется фиксированный, поскольку с изменяемым шагом могут возникнуть сложности при эксплуатации.
Расчёт и эффективность ветрогенератора
Ветер – это штука непостоянная и сильно зависит от окружающей среды. Один день может быть ураган, а в другой затишье. Так, что перед покупкой ветрогенератора для дачи или дома нужно тщательно изучить среднегодовую скорость ветра в своём регионе. Примерно эту величину можно посмотреть на карте ниже.
Среднегодовая скорость ветра в России
Если значение среднегодовой скорости ветра в вашей местности менее 4 метров в секунду, то не имеет смысла приобретать ветряную установку. Она не окупится. Если ветер достаточен для развёртывания ветрогенератора, то далее нужно подобрать мощность генератора. Для начала нужно определить среднее потребление электричества на одну семью. Обычно это значение лежит в пределах 100─300 кВт за месяц. Если в вашем регионе среднегодовая скорость ветра 5─8 метров в секунду, то это потребление может компенсировать ветрогенератор мощностью до 3 киловатт. Зимой ветер сильнее, а значит, и выработка электричества в этот период будет выше. Цена ветряной установки изменяется в широких пределах и сильно зависит от конструкции ветрогенератора и используемых дополнительных компонентов системы.
Если рассматривать ветряные установки с горизонтальной осью, то для них оптимальное размещение на высоте 25─35 метра над поверхностью земли. Аппараты с вертикальной осью часто располагают прямо на земле. Горизонтальные установить сложнее. Ведь помимо генератора нужно также установить ротор с лопастями, «хвостовик», редуктор. Все это следует поместить в защитный кожух и установить на мачте. Часто под мачту ещё требуется сделать фундамент и закрепить её дополнительными растяжками.
Если ветряк мощный, то потребуется монтаж с использованием крана. Поэтому, когда планируется ветрогенератор для дома, возведения мачты стараются избегать. При ограниченном бюджете выбор делается в пользу устройство с вертикальным расположением оси ротора. Такие модели работают на небольшой высоте без мачты при небольшой скорости ветра. В настоящее время специалисты ещё не делают однозначных выводов об их эффективности, поскольку они появились не так давно. С уверенностью можно сказать только о том, что вертикальные ветрогенераторы стоят дешевле, издают меньше шума, но вырабатывают меньше электричества.
Вертикальный ветрогенератор
Инвертор может быть расположен в помещении. Там же ставятся аккумуляторы, автоматические переключатели и другое оборудование, необходимое для перераспределения электрической энергии от ветряного генератора.
Как можно оценить электроэнергию, которую вырабатывает ветрогенератор в течение года. Есть эмпирическая формула для устройств с горизонтальным ротором:
E = 1.64 * D2 * V3
В этой формуле:
E — это годовая выработка электроэнергии в кВт;
D — диаметр лопастей ротора, метры;
V — среднегодовая скорость ветра, метров в секунду.
Примерный срок службы ветрогенератора равен 25─30 лет. Подставляя в эту формулу требуемую для вашего дома выработку электроэнергии и среднегодовую скорость ветра в вашем регионе, вы сможете вычислить диаметр лопастей ротора.
В принципе мачту для ветряка можно изготовить своими руками. А вот электрооборудование лучше приобретать фабричного производства. Но многие умельцы самостоятельно собирают ветряные установки их отработавшей техники. Для этого в ход идут автомобильные генераторы, различные промышленные электродвигатели и т. п. Также своими руками изготавливают оперение «хвостовика» и лопасти для ротора. Сейчас на эту тему в интернете можно найти большое количество инструкций и схем. В результате можно сэкономить на сборке ветрогенератора. Однако нужно понимать, что самодельная установка всегда будет менее надёжна, чем фабричная. И КПД также будет меньше заводской.
Горизонтальный ветрогенератор
Стоит также отметить, что при увеличении диаметра лопастей и мощности генератора растёт выработка электроэнергии. Но при этом также возрастает стоимость оборудования. Поэтому нужно планировать установку под требуемую вам генерируемую мощность, чтобы не переплачивать. По различным оценкам цена ветрогенератора обходится примерно в 2─8 тысяч американских долларов за 1 киловатт электричества. В тех домах или на дачах, где не подключено электричество, такая ветряная установка выглядит оправданно. Она обойдётся дешевле, чем подключение энергоснабжения. По эксплуатационным расходам «ветряк» выглядит лучше, чем дизельный или бензиновый генератор.
В некоторых промышленных ветрогенераторах большой мощности вырабатываемое электричество стоит дешевле, чем на ТЭС. Если ветрогенератор небольшой мощности, то себестоимость киловатта электроэнергии на нём выше, чем в случае традиционных источников энергии.
Вернуться к содержанию
Размещение и эксплуатация
Перед тем как купить ветряную станцию для дома, следует продумать куда и как вы её будете устанавливать. Ниже приводятся основные моменты, которые следует учесть при установке ветрогенератора:
- В идеальном случае ветряной генератор должен устанавливаться на специальное сооружение. Его высота должна выше на несколько метров, чем преграды вокруг него;
- Рядом с ветряной установкой не должны расти деревья, стоять постройки. Не должно быть никаких объектов, которые могут снижать производительность ветрогенератора;
- Лучшее место для ветроэлектростанции – это удаление от жилых домов на 50 метров. Это объясняется тем, что при работе они издают шум, приносящий дискомфорт окружающим.
Стоит сразу понять, что одинаковую во времени выработку электроэнергии от «ветряка» получать не получиться. Условия внешней среды меняются, из-за чего объём вырабатываемой электроэнергии постоянно меняется. По этой причине нужно продумать, как использовать лишнюю энергию, которую вырабатывает ветрогенератор при сильном ветре. Это может быть нагрев воды в бойлере. Возможно, это будут электрические нагреватели в доме, дополняющие основное отопление. Причём эта нагрузка должна включаться автоматом в момент сильного ветра и небольшой нагрузке основных потребителей.
Установка ветрогенератора
В условиях нашей страны, где затяжная зима, больше подходит ветрогенератор с вертикальной осью вращения. Он устанавливается на уровне земли или на невысокой мачте (5─10 метров). Он может быть напрямую включён в сеть с бойлером и электронагревателем. При этом не потребуется аккумуляторов и инвертора. Подобная схема реализуется самостоятельно без строительных организаций. Ветрогенератор с вертикальной осью ротора может выступить в роли генератора тепла для дома. В этом случае на выработке энергии перепады силы ветра не отражаются критичным образом.
Теперь ещё несколько проблем, с которыми можно столкнуться при эксплуатации ветрогенератора:
- Шум. Уровень шума 40─60 Дб вряд ли будет приятным сюрпризом для вас и ваших соседей по дому. Кроме того, при определённых условия ветряк может издавать инфразвук, который очень некомфортен для слуха. Поэтому нужно ставить его как можно дальше от дома (в идеале на 200─300 метров);
- Мачта для ветрогенератора с горизонтальным расположением оси требует молниеотвода и заземления. Кроме того, должна быть сигнализация для малой авиаций в виде лампочки на вершине конструкции. При работе ротора генерируется вибрация. По этой причине мачта не должна соприкасаться с другими объектами;
- Генератор, аккумуляторы и другие части системы следует регулярно обслуживать и менять. К примеру, подшипники и лопасти ротора требуют замены раз в несколько лет в зависимости от интенсивности вращения. Мачта тоже требует осмотра, ухода, подкраски;
- Есть вероятность повреждения лопастей, мачты, генератора при обледенении и ураганном ветре.
Вернуться к содержанию
Сколько стоит ветрогенератор для дома
Ниже рассматриваются цены на ветряные генераторы для дома и дачи. Как правило, мощность таких установок находится в пределах 5─50 кВт.
- 3 кВт, 48 вольт. Используются как дополнительный, так и основной источник питания. Энергии, вырабатываемой такими моделями, хватит для обеспечения жизнедеятельности коттеджа. Цена около 90 тысяч рублей;
- 5 кВт, 120 вольт. Этот ветрогенератор без проблем запитает целый дом с большим количеством электроприборов. Цена 200─250 тысяч рублей;
- 10 кВт, 240 вольт. Такие ветряные генераторы могут обеспечить электричеством ферму или несколько жилых построек. Есть много примеров, когда подобные установки используются для выработки энергии в небольших супермаркетах, гаражах и т. п. Цена около 400 тысяч рублей;
- 20 кВт, 240 вольт. Этого вполне хватит для обеспечения электричеством какой-нибудь распределительной станции водоснабжения. Цена примерно 750 тысяч рублей;
- 30 кВт, 240 вольт. Такой ветрогенератор обеспечит электроэнергией многоквартирный дом 5─7 этажей. Цена установки около миллиона рублей;
- 50 кВт, 380 вольт. Такие установки используются в промышленности. Их нецелесообразно применять в быту. Цена больше 3 миллионов рублей.
Поля ветрогенераторов
Вернуться к содержанию
Плюсы и минусы ветрогенераторов для дома
Преимущества ветряных систем заключаются в следующем:
- Эксплуатационные затраты только на профилактические работы. За ветер, источник энергии, платить не нужно;
- Работа настроенной ветряной системы не требует вмешательства;
- Ветрогенератор может работать в большинстве климатических зон;
- Небольшой износ компонентов системы.
Не обошлось и без недостатков:
- Ветрогенератор издаёт существенный шум;
- Мачта установки с горизонтальной осью нужно обязательно заземлять;
- Периодически требуется профилактика;
- Возможно повреждение оборудования при урагане, обледенении.
Тенденции в современной энергетике показывают, что ветрогенераторы перспективны в плане частичного или полного энергоснабжения частного дома или дачи. Кроме того, подобные установки хорошо сочетаются с ветровыми генераторами, солнечными панелями и др. По мере совершенствования таких систем они станут важной составляющей альтернативной энергетики.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
(голосов: 3, в среднем: 4,33 из 5)
Загрузка...
