Устройство и принцип работы кинетического ветрогенератора

Содержание

Конструкция и технические характеристики ветроэнергетической установки

Технические исследования доказали, что атмосферные циклоны намного мощнее наземные, поэтому необходимо выше устанавливать генерирующее устройство. Чтобы получить энергию высотных ветров необходимо определенная технология.

принцип работы зелёного тарифа с ветрогенератором

Её можно получить с помощью совокупности турбин и воздушных змеев. Электростанции, находящиеся на поверхности земли или морском шельфе получают поверхностный поток. Изучая технологический процесс производства двух типов станций, эксперты пришли к колоссальной разнице в эффективности. Наземные турбины смогут произвести более 400 ТВт, а высотные – 1800 ТВт.

Ветроэлектростанция на 100 квт в час на целые сутки

В общем, ветрогенераторы разделяют на домашние и промышленные. Последние устанавливаться на больших корпоративных объектах, так как имеют большую мощность, иногда их даже объединяют в сеть, что в результате составляет целую электростанцию. Особенностью таких способов выработки электричества является полное отсутствие как самого сырья для переработки, так и отходов. Все что нужно для активного функционирования электростанции — мощные порывы ветра. Карта ветров по регионам и среднегодовая скорость.

Мощность можете достигать 7,5 мегаватт.

Роторные следует монтировать в местах где скорость ветра больше 4 м/с. Расстояние от мачты до ближайших построек или высоких деревьев, должно составлять не меньше 15 метров, а расстояние от нижнего края ветроколеса до ближайших веток деревьев и строений, должно быть, не меньше 2 метров. Требуется отметить, что конструкцию и высоту мачты каждый рассчитывает индивидуально, в зависимости от местных природных условий, наличия препятствий и скорости воздушного потока.

Установка и горизонтальных, и вертикальных ветрогенераторов производиться на фундамент. Мачту крепят на анкерные болты. Перед установкой мачты фундамент выдерживают месяц, это нужно, чтобы бетон уселся и набрал прочность. В обязательном порядке комплектуются системой грозовой защиты, поэтому могут надёжно обеспечить ваш дом электричеством, даже в дождливую погоду.

Новейшие технологии разработчиков компании NASA, направлены на генерирующие устройства воздушного змея. Это повысит коэффициент полезного действия до 90%. Так как, на земле будет расположен генератор, а в воздухе прибор, улавливающий атмосферные порывы. Сейчас тестируется система полета воздушного прибора, максимальная дальность 610 метров, а размах крыла приблизительно 3 метра. Вращательная фаза шара будет потреблять меньше ресурсов, а турбинные лопасти станут быстрее двигаться. Конструкторы предполагают, что такую инженерию можно внедрять в космосе, например на Марсе.

Змеи – электрогенераторы

Как видим, будущая перспектива достаточно оптимистична, осталось только дождаться, когда это все воплотится в жизнь. Не только космическое агентство предлагает инновационные методы, но уже множество компаний имеет планы на размещение таких конструкций на нужных географических участках Земли. Некоторые из них добились потрясающего прогресса и их детища уже эксплуатируются.

Чего только стоят башни – близнецы в Бахрейне, где два гигантских здания как одна электростанция. Высота достигает 240 метров. За год такой проект вырабатывает 1130 МВт. Примеров можно приводить очень много, суть в том, что с каждым годом растет количество заинтересованных компаний для участия в развитии индустрии.

Схема распределения энергии: 1 — ветрогенератор; 2 — контроллер заряда; 3 — аккумулятор; 4 — инвертор; 5 — распределительная система; 6 — сеть; 7 — потребитель.

Виды ветряных электростанций

По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.

Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть.

Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.

В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:

с вертикальной осью вращения;
с горизонтальной осью вращения.

Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.

Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.

Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м

Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.

В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.

Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий

Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.

Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:

количеством лопастей – бывают ветряки с двумя и тремя лопастями, встречаются и многолопастные модификации;
материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
шагом винта – регулируемый или фиксированный.

Следует отметить, что вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер.

В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.

В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.

Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.

Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс.

Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.

Мощности промышленных станций

Ветроэнергетика как отрасль основывается на применении мощных производственных ветровых турбин, которые могут обеспечить энергией в больших масштабах. Все ветрогенераторы имеют схожую конструкцию:

опорная башня или мачта;
гандола
генератор турбины.

Размеры таких станций могут достигать в высоту до 190 метров в и весят до 6000 тонн. Одна из самых габаритных установок в мире — Enercon E-126, имеет размах лопасти 128 метров.

Расчет лопастного ветрогенератора

Мощность устройства можно рассчитать по следующей формуле:

P=0,6·(¶r2)v3 где,

P – расчетная мощность, кВТ;

r – расстояние от центральной точки ротора до конца лопасти, м;

v – средняя скорость, м/с;

¶=3,14.

Большое значение в конструировании имеет размер лопасти, форма, материал из которого изготовлена.

Расчет мультипликатора

Самый мощный ротор может дать около 400 оборотов в минуту, но для эффективной работы, число оборотов должно быть в 2,5 раза больше. Для этого устанавливаются мультипликаторы — промежуточные звенья между ротором и генератором, которое повышает частоту вращения вала. Чтобы обеспечить эффективную работу генератора, нужен мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Мачта

Мачта — один из важнейших элементов конструкции ветрогенератора. Высота мачты зависит от места установки. Основные правила установки:

Мачта ветрогенератора должна находиться не ближе, чем на 150 метров от насаждений и жилых построек, а лучше на расстоянии от 2,5 километров.
Нижний край лопасти должен находится не ниже, чем 10 метров от верхушки деревьев.

Чтобы ветрогенераторы работали в полную мощность, минимальная высота их установки начинается от 25 метров. Чаще всего высота мачты 70-110 метров

По типу опоры различают:

на растяжках;
коническая;
сварная;
гидравлическая.

Мачта устанавливается на фундамент, от которого зависит надежность конструкции. Для начало выкапывают котлован и слоями укладывают щебень и песок. После утрамбовки устанавливают основу мачты и заливают бетоном. После заливки, фундаменту нужно время отстояться 4-5 недель. Только после этого продолжается работа по установки мачты.

Вертикальные ветрогенераторы имеет другую конструкцию. Для них не требуются высокие опоры, а мачта представляет собой разборную конструкцию высотой до 6 метров, которая монтируется на крыше зданий.

Расчет энергии ветра

Энергия ветра — это кинетическая энергия потока воздуха. Этот показатель измеряется в джоулях. Рассчитать можно по следующей формуле:

P = r · V3 · S/2, где r – показатель плотности воздуха (1,225 кг/м3), V – значение, отражающее с какой скоростью движется поток (м/с), S – площадь потока (м2).

При расчете важно учитывать потери и КПД генератора. Для получения точных результатов, нужно знать показатели местности

Где предполагается поставить ветрогенератор

Для получения точных результатов, нужно знать показатели местности. Где предполагается поставить ветрогенератор.

Ветрогенератор Онипко

Продолжая обговаривать необычные варианты винтов, невозможно не упомянуть ветряк Онипко, который отличается конусообразными лопастями. Главным плюсом этих установок, является способность получения и преобразование в кВт при скорости потока 0,1 м/с. Лопастные, в отличии, начинают обороты на скорости 3 м/с. Онипко бесшумный и полностью безопасен для внешней среды. Он не нашёл массового распространения, но как говорят результаты исследований, он станет отличным вариантом для больших производственных объектов, что ищут альтернативные источники, так как обладает большой мощностью.

В виде панциря улитки. Инновационным прорывом считают изобретение компании Archimedes, которая находиться в Нидерландах. Она предложила вниманию общественности конструкцию бесшумного типа, который можно устанавливать прямо на крыше многоэтажного здания. Согласно исследованиям, агрегат может работать в комплексе с солнечными батареями и свести к нулю зависимость здания от внешней энергосети. Новые генераторы носят название Liam F1. Оборудование имеет вид небольшой турбины диаметр которой 1,5 метра, и вес 100 килограмм.

По своей форме установка напоминает панцирь улитки. Турбина разворачивается по направлению захватывая воздушный поток. Агустин Отегу изобретатель всемирно известной спиралевидной турбины Nano Skin, видит будущее человечества не в громадных солнечных батареях и турбинах с большим размахом винтов. Он рекомендует монтировать их в наружных частях зданий. Турбины начнут вращаться ветром и создадут энергию, которая будет передаваться непосредственно в электросеть здания.

Генератор для ветровой турбины

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Ротор генератора для ветротурбины изготовляется на неодимовых магнитах: в подобных конструкциях нецелесообразно использовать электровозбуждение, поскольку катушка потребляет много энергии

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.

Ветряки с горизонтальной осью

Конструктивное исполнение установки зависит от мощности генерации. Простой ветрогенератор состоит из следующих узлов.

Более сложные установки оснащаются дополнительными узлами для управления скоростью вращения вала генератора и минимизации риска аварий:

тормозным механизмом для стабилизации скорости вращения вала, при переменной скорости ветра;
промежуточным редуктором, расположенном на мачте, между валом шкива и валом ротора;
промежуточным редуктором с конической передачей, в случае наземного расположения генератора – такая конструкция исключит поломку электрогенератора в случае урагана.

Для малых установок, доминирующим фактором обеспечивающим надёжность, является простота конструкции.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение

Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков

Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра

Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Ветрогенератор – источник электроэнергии

Тарифы на коммунальные услуги поднимаются как минимум один раз в год. А если присмотреться, то в некоторые годы та же электроэнергия поднимается в цене два раза – цифры в платежных документах растут как грибы после дождя. Естественно, все это ударяет по карману потребителя, доходы которого не показывают столь устойчивого роста. А реальные доходы, как показывает статистика, показывают тенденцию к падению.

Еще совсем недавно бороться с ростом тарифов на электроэнергию можно было одним простым, но незаконным способом – с помощью неодимового магнита. Это изделие прикладывалось к корпусу расходомера, в результате чего тот останавливался. Но пользоваться данной методикой мы настоятельно не рекомендуем – это небезопасно, незаконно, а штраф при поимке будет таким, что мало не покажется.

Схема была просто великолепная, но впоследствии она перестала работать по следующим причинам:

Участившиеся контрольные обходы стали массово выявлять недобросовестных хозяев.

Участились контрольные обходы – по домам ходят представители контролирующих органов;
На счетчики стали наклеиваться специальные стикеры – под действием магнитного поля они темнеют, разоблачая нарушителя;
Счетчики стали невосприимчивыми к магнитному полю – здесь устанавливаются электронные учетные узлы.

Поэтому люди стали уделять внимание альтернативным источникам электроэнергии, например, ветрогенераторам. Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.. Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.

Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.

Ветряки для дома становятся привычным явлением в районах, где часто дуют ветра. Ветровой электрогенератор использует для выработки электроэнергии энергию ветровых потоков воздуха. Для этого они оснащаются лопастями, которые приводят в движение роторы генераторов. Полученная электроэнергия преобразуется в постоянный ток, после чего передается потребителям или запасается в аккумуляторных батареях.

Ветрогенераторы для частного дома, как самодельные, так и заводской сборки, могут основными или вспомогательными источниками электроэнергии. Вот типичный пример работы вспомогательного источника – он греет воду в бойлере или питает низковольтные домашние светильники, в то время как остальная домашняя техника работает от основной электросети. Также возможна работа как основного источника электричества в домах, не подключенных к электрическим сетям. Здесь они питают:

Люстры и светильники;
Крупную бытовую технику;
Отопительные приборы и многое другое.

Соответственно, для того чтобы обогревать свое жилье, необходимо сделать или приобрести ветряную электростанцию на 10 кВт – этого должно хватить на все нужды.

Ветровая электростанция может питать как традиционные электроприборы, так и низковольтные – они работают от 12 или 24 вольт. Ветряной генератор на 220 В выполняется по схеме с применением инверторных преобразователей с накоплением электроэнергии в аккумуляторах. Ветрогенераторы на 12, 24 или 36 В устроены проще – здесь применяются более простые контроллеры заряда батарей со стабилизаторами.

Ветряки третьего поколения

Принцип турбины в конструкции ветряков считается наиболее эффективным. Такие устройства демонстрируют относительно высокий КПД, способны начинать вращение при малых скоростях ветра. Это направление считается ветроэнергетикой наивысшей перспективности, а ветрогенераторы, созданные по такому принципу относят к образцам нового, третьего поколения.

При этом, промышленных разработок пока очень мало. В основном, они представлены зарубежными моделями с низкой производительностью и высокими ценами, что ставит серьезный барьер между ними и потребителями. В то же время, такая ситуация стимулирует рост самостоятельных разработок, многие из которых способны в корне изменить ситуацию вокруг ветроэнергетики в целом.

Мало того, если на первых порах изготовлением таких устройств занимались случайные люди, то в настоящее время среди самодеятельных конструкторов наблюдается большой процент профессионалов, имеющих специальную подготовку и способных к точному расчету своих проектов. Поэтому качество подобных самоделок часто превышает промышленные образцы.

Схема самодельного ветрогенератора – основные узлы

Сделать самодельный ветрогенератор в домашних условиях сравнительно легко. Ниже вы можете увидеть простой чертеж, объясняющий расположение отдельных узлов. Согласно этому чертежу, нам необходимо сделать или подготовить следующие узлы:

Схема самодельного ветряка.

Лопасти – они могут быть изготовлены из самых разных материалов;
Генератор для ветрогенератора – можно приобрести готовый или сделать самостоятельно;
Хвостовая часть – направляет лопасти по направлению ветра, позволяя добиться максимального КПД;
Мультипликатор – повышает обороты вращения вала (ротора) генератора;
Крепежная мачта – на ней будут удерживаться все вышеперечисленные узлы;
Натяжные тросы – удерживают всю конструкцию и не дают упасть от порывов ветра;
Контроллер заряда, аккумуляторы и инвертор – обеспечивают преобразование, стабилизацию и накопление полученной электроэнергии.

Мы попробуем сделать с вами простой роторный ветрогенератор.

Виды ветрогенераторов с вертикальной осью вращения

Вертикальный ветрогенератор — это устройство, ось вращения которого расположена перпендикулярно направлению потока ветра и ориентирована в вертикальном направлении. Продольные оси лопастей параллельны оси вращения.

Если горизонтальные генераторы по внешнему виду напоминают пропеллер, то вертикальные ближе к барабану центробежного вентилятора, установленному вертикально и оборудованному малым числом лопаток (обычно их 2 штуки, но бывают и другие варианты). Такое расположение позволяет лопастям одинаково реагировать на потоки ветра с любой стороны без необходимости ориентирования оси вращения на встречном направлении к движению воздуха.

Существуют различные виды вертикальных ветрогенераторов. Разница между ними заключается лишь в типе вращающейся части — ротора, поскольку конструкция неподвижного статора принципиальных изменений не имеет. Известны такие виды, как:

ортогональный ротор. Его лопасти расположены по касательной к окружности вращения и имеют сечение как у крыла самолета. Способен начинать вращаться даже при относительно слабом ветре, увеличивая скорость за счет разрежения воздуха над поверхностью лопастей и уплотнения под ней (возникновения подъемной силы). Не имеет высокой парусности лопастей, что позволяет стабилизировать скорость вращения и исключить резкие изменения динамики, способные вывести из строя подшипники
ротор Савониуса. Представляет собой две изогнутые в виде половинок трубы лопасти. При большой площади уравновешивания сил, воздействующих на лопасти, не происходит, так как поток, действующий на внутреннюю часть лопасти, отражается от ее изгиба и частично попадает в изгиб второй лопасти, усиливая ее вращение. Обратная сторона разбивает поток на равные части, одна из которых обтекает изгиб и попадает на рабочую часть, увеличивая вращающий момент, а другая уходит в сторону. Эффективность такого ротора невелика, всего 15%, но по сочетанию характеристик он вполне достоин внимания
ротор Дарье. Это один из вариантов ортогональной конструкции. Имеет вантовый вид лопастей, концы которых присоединены к валу вращения, а центральные части, плавно изгибаясь, отходят от вала таким образом, что при взгляде со стороны лопасти образуют своими очертаниями овал или круг. Ротор имеет малую мощность, высокий уровень шума и вибраций, что делает его требовательным к постоянному наблюдению и обслуживанию.
геликоидный ротор. Конструкция имеет лопасти сложной формы, закрученной вокруг вертикальной оси. Это позволяет стабилизировать скорость вращения и устранить шум, создаваемый лопастями при вращении. Равномерность работы делает конструкцию более удобной, обеспечивающей ровный результат при разных режимах вращения. Для самостоятельного изготовления этот вариант конструкции наиболее сложен, но, в целом, доступен.
многолопастной ротор. Имеет несколько лопастей, что позволяет получить ровное и мощное вращение ротора при относительно слабом ветровом давлении. Обычно используется несколько узких полос на некотором расстоянии от вала вращения, передающих поток с возрастанием скорости и плотности на второй ряд лопастей, расположенный внутри первого. Также существуют варианты с двумя уровнями (пара лопаток, а под ней — другая с разворотом на 90°. Все варианты конструкции имеют неплохие эксплуатационные характеристики, что позволяет считать такую конструкцию одной из наиболее перспективных.

Существуют конструкции, которые предусматривают защиту от уравновешивающего давления потока на обратную сторону крыла. Делается щит по форме части окружности, закрывающий от ветра участок с обратной стороной лопастей таким образом, что ветер воздействует только на рабочую сторону. Для наведения ротора на ветер, т.е. поворота системы при изменении направления потока, делается устройство типа флюгера, поворачивающее защиту в нужную сторону по ветру.

Эффективность всех этих видов примерно одинакова. Принципиальной разницы в характеристиках также не имеется, основные различия лежат в области уменьшения шума, снижения нагрузок на вал, выравнивания режимов вращения.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

установка экологически чистая;
отсутствует потребность её заправки топливом;
не накапливаются какие-либо отходы;
устройство работает очень тихо;
имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Как работает вертикальный ветрогенератор

Данные установки преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию вращения приводного вала. Вертикальная ось ветровой турбины соединена с ротором, работающим также в вертикальном положении. Ротор и генератор расположены в нижней части башни.

Лопасти ветряка присоединены прямо к центральной оси, соединенной с ротором генератора. Генератор располагается в нижней части установки, иногда даже на уровне земли.

Таким образом, при вращении лопастей винта ротор генератора также приходит в движение и, следовательно, появляется возможность выработки электроэнергии.

Видео: работа генератора с вертикальной осью вращения

https://youtube.com/watch?v=tXV42X2ZObU

Рассматриваемые ветряки не нуждаются в дополнительном оборудовании, которое определяет направление ветра и корректирует положение ветряка в соответствие с ним. На ветрогенераторах с горизонтальной осью вращения в качестве подобного устройства выступает специальная хвостовая лопасть.

Кроме того, эти турбины более устойчивы к турбулентности, чем стандартные горизонтальные.

Перечислим некоторые из доступных на сегодняшний день моделей таких генераторов: Giromill, ротор Дарье, ветряные мельницы с вращающимися парусами и турбины Савониуса.

Преимущества

Основным достоинством является ортогональное расположение оси ротора, позволяющее размещать устройство вблизи поверхности земли. Соответственно, ветрогенератор и передаточный механизм расположены на этой же высоте и не требуют сооружения высоких конструкций для их установки.
Кроме того, турбина не обязательно должна быть ориентирована по направлению ветра, что делает её очень простой в эксплуатации.
Применение вертикальных ветрогенераторов даёт высокий эффект при их установке на верхней части холмов, столовых гор, по линии горных хребтов и в других местах, где вблизи поверхности земли присутствуют турбулентные потоки воздуха.
В местах, где запрещено размещение высотных ветровых турбин, могут быть расположены вертикальные. При этом, вы сэкономите денежные средства и время, которые потребовались бы вам для получения соответствующих согласований для разработки и монтажа высоких башенных установок ветряков с горизонтальным расположением вала.
Также, неоспоримым преимуществом устройств с вертикальным валом является их возможность поворота в любом направлении вместе с ветром.

Недостатки

Одним из недостатков вертикальных турбин является их низкая эффективность в зоне постоянных ветров. Это происходит из-за высокой силы сопротивления, действующей с противоположной стороны, при попытке захватить движущийся поток воздуха.

Поэтому, на равнинах и других местах с преобладающими постоянными ветровыми потоками наилучшим вариантом являются горизонтальные ветроустановки. Они позволяют наиболее полно использовать энергию ветра в данных районах.

При наличии же турбулентных потоков у поверхности земли рекомендуется применять ортогональные ветроустановки.
Другим минусом вертикальных ветроустановок является возможность разрушения лопастей винта. Это вызвано тем, что при вращении вокруг главной оси, на них постоянно воздействуют центробежные силы. То есть, со временем, лопасти сгибаются, трескаются и разрушаются. При их поломке вся машина выходит из строя.
Если разместить ветряк рядом со зданием, то он не будет работать, так как находится в мертвом воздушном пространстве.

Вывод

Вертикальные ветроустановки существуют в течение тысяч лет, но из-за плохой надежности и эффективности они не пользуются популярностью. Однако, их продолжают выпускать и по сей день.

Производители утверждают, что данные устройства могут уловить ветер любого направления, что, по сути, также верно и для горизонтальных турбин.

По сравнению с горизонтальными установками, рассматриваемые модели обладают меньшим коэффициентом полезного действия.