Устройство, принцип работы, преимущества и недостатки ветряных электростанций. Выработка электроэнергии для дома ветряными электростанциями Как называются ветряные электростанции

Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.

Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.

Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.

Что такое ветрогенератор?

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).

Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.

В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Существует две разновидности ветрогенераторов:

С горизонтальным расположением ротора.
С вертикальным ротором.

Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).

Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).

К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.

Роторные колеса вертикальных ветряков

Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.

Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?

Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.

Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.

Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.

Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.

Выбор ветрогенератора. Ориентировочные цены

Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.

Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).

Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?

Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.

Генератор

Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.

В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.

Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.

В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.

Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции

Винт

Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.

Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.

Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.

Энергия ветра - это экологически чистая, неисчерпаемая энергия. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).

Ветряные мельницы используемые для выработки электрической энергии бывают разных размеров. Большие ветрогенераторы, которые обычно используются на ветряных фермах (электростанциях), могут вырабатывать большое количество электричества - сотни мегаватт, которым можно обеспечивать сотни домов. Небольшие ветряки, которые вырабатывают не больше 100 кВт электроэнергии, используются в частных домах, фермах, подсобных хозяйствах и т.п., служат источником дополнительной электроэнергии, способствуют уменьшению оплаты за основной источник электроэнергии.
Очень маленькие ветряки, мощность которых составляет 20-500 Вт, используются для подзарядки аккумуляторов и др. сферах, где не требуется большое количество электроэнергии.

Небольшие ветроэлектростанции будут экономически эффективны, если будут соблюдены следующие условия:

ветер в вашем месторасположении дует стабильно и много дней в году;
есть достаточно места для установки ветряка;
местными властями разрешена установка ветряков;
ваши затраты на электроэнергию высоки;
вы не подключены к питающей сети или она находится далеко от вас;
вы готовы инвестировать деньги в ветрогенератор;
во избежание проблем с соседями, ветряк должен находится не ближе чем 250-300м к ним.

Требования к ветру

Будет ли ваш ветряк для дома экономически целесообразным - больше всего зависит от качества ветра. В большинстве случаев, среднегодовая скорость ветра в 4.0-4.5 м/с (14.4-16.2 км/ч) является тем минимумом, чтобы ветрогенератор был экономически выгоден. В анализе ветра вам помогут сайты, где представлены карты ветров России и других стран.
Также, вам может помочь местная метеорологическая станция, где вы можете посмотреть архив данных по силе ветра. Но следует обратить внимание на расположение станции, т.к. различные препятствия - деревья, строения, возвышенности могут стать причиной искаженных данных о ветре.

Для более точной оценки ветра в вашей местности вам необходимо приобрести устройства измеряющие скорость ветра. Особенно это актуально, если ваша местность холмистая или имеет необычный ландшафт.

Наиболее важной деталью в приборе для измерения скорости ветра является анемометр. Он состоит из чашечной (или лопастной) вертушки укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. Лопасти анемометра вращаются и вырабатывают сигнал, пропорциональный скорости ветра. При покупке анемометра не будет лишним приобрести устройство, записывающее показания с него, а также трипод, кронштейн и т.п., где он будет монтироваться.

Существуют более дорогие цифровые устройства для измерения скорости ветра. Там также используется анемометр, но данные поступают в компьютер, где они обрабатываются и запоминаются. В последнее время данные устройства становятся все более популярными и дешевыми. Пример данных о скорости ветра, снимаемых и отображаемых в реальном времени вы можете посмотреть на сайте gdeduet.ru

Неважно какой измерительный инструмент вы используете для оценки скорости ветра, но хотя бы минимум один раз в год вы должны сравнивать ваши данные с другими. Также важно измерительно оборудование размещать достаточно высоко, чтобы избежать турбулентности, которая создается деревьями, строениями и другими препятствиями. Наиболее оптимальным размещением измерительного прибора является его размещение на уровне центра ротора ветрогенератора.

Место для размещения ветрогенератора

Большое значение имеет место, где вы собираетесь разместить ваш ветряк. Помните, что не следует его размещать вблизи деревьев, домов и т.п., т.к. вы не получите полной отдачи от ветряка.

Также учитывайте что:

сила ветра всегда больше на вершине холмов, у береговой линии, в степях, в местах где нет деревьев и строений.
деревья могут расти, а ветряк - нет.
необходимо заранее информировать соседей о ваших планах, во избежании проблем с ними в будущем.
желательно поставить ветряк на достаточном расстоянии от соседей. Обычно достаточно 250-300м.

Не ожидайте, что ваша ветроэлектростанция будет все время вырабатывать достаточное количество электроэнергии. Скорость ветра в одном и том же месте может сильно различаться и как следствие будет и различаться количество вырабатываемой электроэнергии. И если сила ветра будет меняться в пределах 10%, то вырабатываемая электроэнергия будет изменяться в пределах 25%!

Типы ветрогенераторов

Существует 2 основных типа ветрогенераторов: с горизонтальной осью вращения и вертикальной. Горизонтальные ветряки должны быть направлены по ветру. Для этого, в их конструкции предусмотрен так называемый "хвост".
Вертикальные ветрогенераторы работают в любом направлении ветра, но требует больше наземного пространства, т.к. необходимо предусмотреть растяжки для устойчивости ветряка.

Основные компоненты типичной ветряной электростанции показаны на рисунке ниже.

Они включают в себя:

ротор с лопастями, которые имеют аэродинамическую форму.
редуктор или коробка передач, которые согласует скорость вращения между ротором и генератором. Маленькие ветряки (до 10 кВт) обычно не имеют редуктора.
защитный кожух , который защищает от внешних воздействий редуктор, генератор, электронику и другие компоненты ветрогенератора.
хвост ветряка - необходим для его поворота по ветру.

Для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения необходима мачта (вертикальные ветряки обычно устанавливаются прямо на земле).

Мачты бывают различных видов: на растяжках (которые жестко закреплены), поворотная мачта на растяжках (может подниматься и опускаться для обслуживания и ремонта), свободно-стоящая мачта без растяжек (они тяжелые, но зато занимают не так много места на земле).

Очень важным факторов является высота мачты. Энергия ветра пропорциональна скорости ветра в третей степени (в кубе). Т.о. если скорость ветра удвоилась, то энергия ветра возрастет в 8 раз (2х2х2=8) (Рисунок 6). Скорость ветра увеличивается с высотой, т.е. увеличивая высоту мачты можно сильно увеличить энергоэффективность ветряка.

На всякий случай просмотрите местное законодательство на предмет ограничений на высоту мачты для ветроэлектростанций. Используйте конструкцию мачты, одобренной производителем ветряка, иначе вы можете потерять гарантию на него. Обязательно заземлите мачту и предусмотрите молниеотвод.

Для электробезопасности необходимо использовать разъединители и автоматические выключатели. Они также обеспечат безопасный доступ к ветряку для его обслуживания и модернизации.

Также могут понадобиться другие компоненты ветроэлектростанции. Аккумуляторы - смогут накапливать излишки электроэнергии от ветряка. Но, поскольку аккумуляторы используют постоянный ток, то для преобразования его в переменный необходим инвертор .

Если дом, ферма или хозяйство подключены к общей системе энергообеспечения, то в ветренные дни излишек энергии можно продавать электросетям (неактуально для нашей страны). А когда ветер слабый и электроэнергии ветряка не хватает, то нужно будет покупать электроэнергию от общей электросети.

Стоимость ветрогенератора

Стоимость небольшого ветряка $2000-$8000 за 1 кВт. Однако, это только 12-48% от стоимость всех компонентов ветряной электростанции: инверторы, аккумуляторы, зарядные устройства, АВР и т.п.

Но большой плюс ветрогенератора в том, что однажды купив его, вам больше практически ни за что не прийдется платить, кроме планового техобслуживания.

Производительность ветрогенератора обычно описывается производителем как график зависимости выходной мощности к скорости ветра.

Одной из проблем при выборе и сравнении ветрогенераторов является отсутствие единного стандарта измерения выходной мощности.
Производители сами выбирают при какой скорости ветра указывать выходную мощность. Возьмем к примеру "Wind-o-matic" и "Mighty-wind" - у обоих заявленная мощность 1000 Ватт. Но у "Wind-o-matic" это мощность при скорости ветра 5 м/с, в то время как у "Mighty-wind" это мощность при 10 м/с. Вследствии того, что энергия ветра пропорциональна скорости ветра в кубе, то ветряк выдающий 1 кВт при при 10 м/с, даст только 1/8 от максимальной мощности при 5 м/с. Т.о. при скорости ветра 5 м/с "Wind-o-matic" будет выдавать честные 1000 кВт, в то время как "Mighty-wind" всего 125 Ватт!

Более правильным является сравнение ветрогенераторов по площади и размеру лопастей. Чем больше площадь, тем больше энергии может вырабатывать ветряк. При удвоении площади солнечных батарей - мощность увеличивается вдвое. Также и в ветрогенераторе - при увеличении площади лопастей возрастает выходная мощность.

Если вы не знаете площадь лопастей ветряка, то вы можете сравнивать по диаметру ротора. Незначительное увеличение диаметра ротора ведет к значительному увеличению отдаваемой электроэнергии от ветрогенератора (см. рисунок). Значения указанные на рисунке являются ориентировочными и на них опираться не следует, т.к. генерируемая мощность ветряка зависит от множества других факторов.

Выбор размера ветрогенератора

Для определения подходящего размера ветряка для начала посмотрите сколько электроэнергии вы потребляете в месяц. Затем полученное значение умножьте на 12 месяцев.
Примерное количество электроэнергии вырабатываемое ветряком вы можете получить по формуле:
AEO = 1.64 * D*D * V*V*V
Где: AEO - электроэнергия за год (кВт*ч/год), D - диаметр ротора (в метрах), V - среднегодичная скорость ветра (м/сек)
Т.о. вы можете выбрать оптимальный размер ветрогенератора, вырабатывающий необходимую мощность для вашего дома или хозяйства. И возможно сэкономить на покупке.

Отношения с соседями

Многие люди требуют бережного отношения к окружающим их вещам: ландшафту, виду, исторически местам, тишине, соседям и т.п. Обязательно переговорите с соседями о ваших планах установить ветроэлектростанцию. Также вы должны понимать, что людям свойственен страх перед чем-то новым и неизвестным.

Многие люди думают, что ветряки наносят вред птицам. Но на самом деле раздвижные двери более опасные для птиц, чем небольшие ветряки. Также ветрогенераторы оказывают ничтожное влияние на радио и телевизионное вещание. Лопасти всех современных ветряков сделаны из стекловолокна или дерева. Эти материалы прозрачны для электромагнитных волн.

Шум

Соседи не приемлят шум от ветрогенератора. Прежде чем установить ветроэлектростанцию, ознакомьте ваших соседей с теми шумами, которые она может производить:

аэродинамические шумы - возникают из-за потоков воздуха производимыми лопастями. Шумы увеличиваются со скоростью вращения ротора. Иногда из-за воздушных турбулентностей, некоторые виды лопастей могут издавать свистящий звук.
механические шумы - могут возникать в других компонентах ветряка (генератор, редуктор и т.п.)

Сколько шума может производить ветроэлектростанция?

В 250-ти метрах, от типичной ветроэлектростанции уровень звукового давления составляет приблизительно 45 дБ. Небольшие ветряки производят не больше шума, чем кондиционеры.

Лопасти небольшого ветряка вращаются со средней скоростью 175-500 оборотов в минуту, максимум 1150 об/мин. Большие ветряки вращаются с постоянной скоростю 50-15 об/мин

Обслуживание

Ветроэлектростанции требуется постоянное техническое обслуживание - регулярные осмотры, смазка трущихся частей и т.п. Ежегодно проверяйте болтовые соединения и электрические контакты, подтягивайте их, если необходимо. Также проверяйте ваш ветряк на наличие коррозии и натяженность растяжек мачты.

Если лопасти сделаны из дерева, то наносите краску для защиты. На кромки лопастей наклейте прочную ленту для защиты от абразивной пыли и летающих насекомых. Если краска растрескается, а пленка отклеится, то незащищенное дерево быстрее прийдет в негодность. Влажность, проникшая в дерево лопастей, может вызвать дисбаланс ротора. Ежегодно проверяйте лопасти ветряка.

После 10 лет эксплуатации лопасти и подшипники должны быть заменены. При правильной установке и эксплуатации ветроэлектростанция может прослужить 30 и более лет. Правильное обслуживание также минимизирует уровень шума от вашего ветряка.

Безопасность

Все ветрогенераторы имеют максимальную скорость вращения ветра, выше которой они не могут работать. Когда скорость ветра превышает это значение, то в ветрогенераторе должен сработать тормозной механизм не допускающий превышения критического значения.

При использовании ветряка в холодных районах, необходимо позаботиться о проблеме обледенения, а также размещать аккумуляторный блок в изолированном месте.

Установка ветряка на крышу здания не рекомендуется. Но если он маленькой мощности (до 1 кВт), то можно сделать и исключение. Дело в том, что ветрогенератор может давать вибрацию, которая может передаваться на поверхность, на которой он установлен.

Ветряные электростанции играют важнейшую роль в развитии экологически чистых эффективных источников энергии. Строительство таких электростанций тем не менее вызывает большие противоречия – от разрушения естественных сред обитания и опасностей для птиц и летучих мышей до разрушения береговых линий и естественной красоты мира. Предлагаем вам взглянуть на несколько фотографий самых известных ветряных электростанций, а вам решать, уродливо ли это или прекрасно!

В продолжение темы о экологически чистых способах добычи энергии, мы расскажем Вам о крупнейших ветряных электростанциях мира. Рекомендую также почитать о заводе по производству солнечной энергии в Севилье, мы же переходим непосредственно к ветрякам:

Ветряная ферма Сан Горгонио Пасс (San Gorgonio Pass) – одна из самых больших в Калифорнии, вырабатывает 615 МВ энергии и состоит из 3218 турбин

Первая в мире плавающая ветряная ферма начала вырабатывать электричество совсем недавно. Установлена она невдалеке от побережья Норвегии

Если ветряные электростанции Хайвинд в Норвегии успешно проработают в течение нескольких лет, то такая концепция будет применяться повсеместно

Ветряная ферма Уитли (Whitelee) тоже была построена совсем недавно и в настоящее время является наибольшей в Европе. Расположена она в Шотландии, состоит из 140 турбин и вырабатывает достаточно электричества для того, чтобы полностью обеспечивать им 180 000 домов

Ветряная электростанция Мэпл Ридж – самая большая в Нью Йорке, расположена в фермерском округе на окраине города. Запущенная в 2006, Мэпл Ридж вырабатывает 75% от всей ветряной энергии города

Разработанный студентами Аризонского государственного университета новый концепт турбин над автострадами способен обеспечивать электричеством целый дом, даже при низких скоростях ветра и не требует дополнительной площади для размещения. Таким образом удалось оригинально решить проблему выделения земли под ветряные электростанции

Ветряной парк Хорнс Рев у берегов Дании был самым большим на момент постройки (2002), сейчас строится 2 очередь ветряных генераторов, которая выведет Horns Rev на новый уровень

В настоящее время в устье Темзы строится ветряная ферма Greater Gabbard. Когда она будет введена (2011), то станет самой большой в мире

А в настоящее время лавры самой большой ветряной фермы принадлежат Lynn and Inner Dowsing, которая введена в эксплуатацию в 2008 в Линкольншире, Англия. Она вырабатывает электричество для 130 000 домов

Еще одна удивительная ветряная ферма - Tehachapi Pass в Калифорнии. Она была построена в 1980 году и до сих пор вырабатывает электричество. С тех пор ветряные электростанции в пустыне Мохави были многократно модернизированы и расширены

На сегодняшний день, цены на электроэнергию выросли в несколько раз. Ветряная электростанция для дома является примером альтернативной энергетики. Это оптимальное решение для объекта, на котором отсутствует централизованная подача электроэнергии, а провести линии электропередач к дому слишком дорого.

Станция повышенной мощности позволяет полностью удовлетворить все энергетические потребности. Установка данного устройства, в зависимости от мощности, позволяет значительно сэкономить расходы покупаемой электроэнергии - или полностью позволяет перейти на свою собственную, производимую ветрогенераторами.

Конечно, цена на такие устройства является немаленькой, но, в свою очередь, если установить даже ветряк небольшой мощности - то можно значительно сэкономить.

Следует изначально проанализировать весь рынок продукции, рассчитать все затраты, а также произвести примерный расчет производимой энергии и того количества денег, которые ветряная установка позволит сэкономить.

Что лучше: сделать ветряк для дома своими руками или купить?

Сейчас существует огромный выбор самых всевозможных производителей ветряных установок: да и самих видов таких ветряков достаточно. Так что же лучше - сделать ветряную установку самому, или воспользоваться уже готовыми заводскими генераторами?

Рассмотрим преимущества заводских ветрогенераторов:

уже готовые установки: можно даже заказать сам процесс монтажа;
довольно богатый выбор фирм производителей;
всевозможные типы генераторов ветра;
гарантия качества;
в некоторых случаях возможен выезд ремонтника при поломках.

На сегодняшний день на рынке представлен огромный ассортимент ветряных электростанций. Однако выделяют несколько наиболее популярных вариантов: американская станция «Windtronics» от компании «Honeywell Wind Turbine»; генератор «Eddy».

Теперь преимущества самодельных ветряных устройств:

Экономия бюджета.
Детали из подручного материала.
Конструктор самодельного ветряка будет знать его до последнего болтика.

Но следует отметить, что цены на заводские модели достаточно высоки, хотя качество их производства гораздо выше самодельных установок. К тому же, мощности заводских ветряков бывают самые разнообразные. Для самоделок характерны более частые поломки, меньшая стоимость, богатый выбор подручного материала для изготовления ветряков.

Специалисты не советуют устанавливать чисто ветряную систему, поэтому в большинстве случаев станция состоит из ветрогенератора с солнечными панелями, инвертора и контроллера заряда, а также аккумулятора.

Мачта для ветрогенератора — важнейшие нюансы при установке

При выборе типа мачты, следует ориентироваться на то, какой ветрогенератор будет установлен. Для каждого типа ветрогенератора характерна своя конструкция мачты. При этом также следует учитывать ландшафт местностей, где будет происходить монтирование ветряных генераторов, предусмотреть последующие ремонтные операции.

Мачта для ветрогенератора — важный элемент конструкции

Следует учитывать, что важным фактором для установки мачты является минимальная высота. Специалисты рекомендуют производить монтирование на высоте не менее десяти метров от крыш домов, деревьев - это оптимальная высота, на которой наблюдается ветер достаточной силы.

Бывает несколько типов мачт для ветрогенераторов:

растяжные;
конические;
сварные;
гидравлические.

Для вертикальных ветряных установок не требуются большие и длинные основы: для таких генераторов будет достаточно легкой и разборной металлоконструкции, высота которой не превышает шести метров.

Мачта для вертикального ветрогенератора представляет собой легкую разборную металлическую конструкцию высотой 3,5-6 м, которая может быть установлена на крыше любого здания.

Преимущества использования ветрогенератора

Основным преимущество ветрогенератора, как источника энергии, является бесплатное электричество (если не брать во внимание изначальные инвестиции). Заплатив однажды определенную сумму денег - решаете для себя проблему энергонезависимости на десятки лет.

Сами по себе установки ветрогенераторов надежны, экологически безопасны и практически не производят шума. Кроме того, в большинстве случаев, ветрогенератор позволяет получать дармовую энергию именно тогда, когда в ней есть повышенная потребность: а именно, в холодное время года. В конце осени и в начале зимы, наступают холода и расходуется электроэнергия на обогрев дома - и в это же время наиболее сильны ветра, поэтому ветрогенератор работает с полной отдачей.

Важно то, что ветрогенератор хорошо, в техническом смысле, сочетается с другими источниками энергии и может работают в паре с дизельными генераторами, солнечными батареями или другими источниками энергии: создавая единый замкнутый цикл.

В СНГ существует вторичный рынок генераторов: и есть возможность недорого приобрести ветряк, бывший в употреблении.

Высокая стоимость коммунальных услуг, в совокупности с постоянным ростом тарифов, приводит к тому, что потребители пытаются как-то изворачиваться, стремясь снизить расходы. Дело доходит даже до использования альтернативных источников электроэнергии. Такими источниками являются ветряные электростанции для дома – агрегаты, использующие для выработки электричества энергию ветра. В этом обзоре мы обсудим основные особенности ветроэлектростанций и расскажем об их эксплуатации.

Нехватка энергоресурсов и коммунальные услуги

Ветряные электростанции – это далеко не новое слово в области электротехники. Эти громоздкие, но не очень сложные агрегаты активно используются для выработки электроэнергии во многих странах мира. В России они применяются только в частном порядке, хотя интерес к этим экологически чистым аппаратам постоянно растет. Основная причина – беспощадный рост тарифов на коммунальные услуги.

И действительно, цены на электроэнергию постоянно растут, а поставщики вводят какие-то безумные нормативы, целью которых является взимание как можно большей ежемесячной платы с потребителей. Неудивительно, что люди стремятся найти какой-то разумный выход из ситуации. Таких выходов несколько:

Отказаться от потребления электроэнергии – интересный подход, но мы же с вами не пещерные люди. Поэтому данный вариант будет интересен крайне ограниченному кругу лиц;
Начать обманывать счетчики – это незаконно, да еще и грозит крупным штрафом, которого бы хватило на несколько мегаватт электричества;
Воспользоваться альтернативными источниками электричества – это солнечные и ветряные электростанции.

Солнечные электростанции требуют большого количества солнечных батарей и наличия большого количества солнечных дней в год для местности, в которой будет производиться их эксплуатация. Что касается ветряных электростанций, то они используют энергию ветра – они работают почти в любую погоду.

Ветровые электростанции для дома получают все большее распространение, несмотря на свою дороговизну. Их выбирают те, кто устал «кормить» государство ежемесячными платежами. Также они востребованы при электрификации загородного жилья – иногда проще купить ВЭС (ветряную электростанцию), чем оплатить гигантский счет за подключение к электрическим сетям.

Стоимость подключения загородных домов, удаленных от населенных пунктов, является зашкаливающей, что вынуждает людей использовать дизельные и бензиновые генераторы, а также солнечные и ветряные электростанции.

Производство и использование промышленной ветряной электростанции требует огромных затрат, однако, такие вложения легко окупаются в будущем, поскольку с их помощью поставщики энергии могут делать деньги по сути "из воздуха".

О ветряных электростанциях задумываются и поставщики электроэнергии. Атомные станции слишком опасны, гидроэлектростанции наносят вред руслам рек и окружающей биосфере, угольные станции извергают в воздух тонны углекислого газа и прочих продуктов сгорания. Кроме того, угля в земле все меньше и меньше – уголь и газ являются невозобновляемыми природными ресурсами.

Электроэнергия от ветряных электростанций

Ветряной генератор электричества не нуждается в угле, нефти, мазуте, солярке, дровах или ядерном топливе – он работает исключительно за счет энергии ветра. Для этого ветряки устанавливаются в местности, где практически непрерывно перемещаются гигантские количества воздушных масс, вызывая мощные ветра, вращающие лопасти. Их основой являются производительные генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Получаемое электричество стабилизируется, после чего сразу же направляется к потребителям или накапливается в аккумуляторах.

Ветряные электростанции требуют для своей работы мощных воздушных потоков. Эти потоки улавливаются с помощью лопастей той или иной конструкции. Соответственно, в местности, где стоит ветряк, должны дуть сильные ветра. Причем должны дуть регулярно, на протяжении долгого времени. При этом вокруг должна располагаться открытая местность, не снижающая энергию дующих ветров.

Именно этот фактор и накладывает ограничение на использование ветряных электростанций – мест, где постоянно дуют ветра, в России не так уж и много. Как показывают наблюдения метеорологов, то этим места располагаются в восточной части нашей страны – это Дальний Восток, Чукотка. Кстати, именно Чукотка бьет все рекорды по ветреной погоде. Причем местное население на них особо не реагирует – привыкли.

Принцип действия ветряных электростанций

Давайте рассмотрим, как работает ветряная электростанция. Мы уже говорили, что ее основой является генератор. Он вырабатывает электроэнергию, которая поступает на вспомогательное оборудование. Здесь она запасается в аккумуляторах. Постоянный ток с помощью инверторных преобразователей превращается в переменный, после чего поступает к потребителям. Дополнительное оборудование здесь крайне необходимо, так как ветер дует порывами, что сказывается на скорости вращения вала генератора.

Виды ветрогенераторов

Сам генератор приводится во вращение с помощью лопастей. За счет этих лопастей ветровые электростанции подразделяются на две большие категории:

C горизонтальной осью – генератор здесь располагается горизонтально, а лопасти направлены по основному направлению ветра. Для того чтобы получить от ветра максимум энергии, ветряки снабжаются килем, который заставляет генератор с лопастями поворачиваться по направлению самого мощного потока;
С вертикальной осью – таким ветряным электростанциям совершенно все равно, в какую сторону дует ветер.

Существует великое множество дизайнов ветряков самой причудливой формы. Это обусловлено в первую очередь большим количеством внешних факторов, значительно влиящих на КПД всей системы.

Ветровые генераторы с горизонтальной осью подходят для использования там, где ветер дует преимущественно в одну сторону. Они отличаются своей дешевизной, простотой конструкции и повышенной мощностью. Что касается моделей с вертикальной осью, то они могут работать в самых сложных условиях, например, при постоянно изменяющемся направлении ветра. Стоят они дороже, но КПД у них меньше, чем у горизонтальных моделей.

Подбирая ветряк для частного дома, необходимо ориентироваться на местную розу ветров. Если наблюдения показывают наличие ветровых потоков, постоянно дующих в одном и том же направлении, целесообразно приобрести ветряную электростанцию с горизонтальной осью. Если ветер каждый день дует в разных направлениях, следует потратиться и приобрести вертикальный ветряк.

Достоинства и недостатки

Для начала рассмотрим достоинства ветряных электростанций:

Дармовая электроэнергия практических из ниоткуда – ветер дует совершенно бесплатно, он является возобновляемым ресурсом, если его вообще можно назвать ресурсом;
Возможность обрести независимость от местных поставщиков электричества – отличный способ сэкономить на коммунальных платежах;
Экологическая чистота – ветряные электростанции не вредят окружающей среде;
Возможность полностью обеспечить дом электроэнергией – для этого достаточно купить мощный ветряк и установить его в подходящей местности.

Есть и недостатки:

Высокая стоимость электрогенератора – стоимость модели с генератором на 3 кВт и напряжением 48 Вольт составит около 190-200 тыс. рублей. За эти деньги потребители получат трехлопастный ветряк с контроллером. В продаже присутствуют и более дешевые образцы, но они отличаются пониженной надежностью, не самыми приличными характеристиками или бедной комплектацией;
Большой срок окупаемости – может пройти до 10-15 лет, прежде чем ветряная электростанция начнет работать в плюс. Но если поставщики электроэнергии «заламывают» больше, чем стоит сама станция, то она оправдает себя уже в первый день работы;
Шум – его интенсивность растет прямо пропорционально скорости вращения оси генератора;
Зависимость от скорости ветра – это требует дополнительного оборудования, отвечающего за стабилизацию напряжения и накопление электрической энергии.

Дополнительно оборудование хорошего качества, необходимое для работы всей системы, по стоимости вполне может сравниться с самим ветряком.

Первые два минуса являются довольно серьезными, ведь к затратам на приобретение ветряной электростанции необходимо прибавить расходы на покупку дополнительного оборудования – это аккумуляторы и инверторы, вспомогательные источники питания.

Где выгодно ставить ветряки

Ветрогенераторы для дома востребованы в местностях, где постоянно дуют ветра. То есть, если в месте, где стоит ваш дом, постоянно ветреная погода, вы можете задуматься над приобретением ветряка. Если ветра мало, следует присмотреться к солнечным батареям последнего поколения, которые могут вырабатывать большое количество электроэнергии.

Ветряные электростанции выгодно ставить в восточных районах России, для которых характерно большое количество ветров. При этом рядом с вышкой станции не должно быть построек и элементов ландшафта, перекрывающих воздушные потоки – это могут быть холмы, многоэтажные здания, кромки лесов, скалы, иные преграды. Оптимальная высота расположения лопастей варьируется в районе 10-15 метров. Можно и выше, но тогда под угрозой окажется целостность ветряка – он может разрушиться из-за слишком сильного ветра.

Также необходимо понимать, что чем выше ветряная электростанция, тем большую нагрузку она создает на грунт.

Даже если есть все условия для установки ветряной электростанции, следует призадуматься над дополнительными источниками электроэнергии. Например, рядом с ветряком можно поставить небольшую солнечную панель, которая будет давать электричество в безветренные дни. Нередко для этих целей используются вспомогательные бензиновые, дизельные или газовые генераторы, которые могут работать в любую погоду и в любое время дня и ночи.

Как выбрать ветряную электростанцию

Главным параметром ветряной электростанции является ее мощность. Необходимо помнить, что своего пикового значения она достигает только при максимальной скорости вращения. А для того чтобы добиться максимальной скорости, необходимо обеспечить подходящую высоту установки ветряка и выбрать модель с оптимальным количеством лопастей. В большинстве случаев потребители останавливаются на трехлопастных моделях. Если выбрать модель мощностью 3 кВт, то этого вполне хватит для большинства нужд.

Для семьи из четырех человек месячное потребление электроэнергии составляет около 350-400 кВт – ориентируйтесь на эту цифру и на потребление бытовых электроприборов.

Если энергия от ветряной электростанции будет тратиться не только на освещение и работу маломощной бытовой техники, потребуется более мощная модель. Это актуально при использовании микроволновых печей, множества морозильных камер, электропечей и прочих электроприборов. Впрочем, для приготовления еды лучше задействовать газовое оборудование, работающее на сжиженном газе.

Поговорим о производителях – наибольшим спросом пользуются ветрогенераторы из Европы, в частности – из Германии и Австрии. Отзывы владельцев говорят, что именно здесь изготавливаются самые надежные и долговечные агрегаты, способные прослужить до 30-40 лет. Востребованы и ветряки российского производства – они отличаются ценовой доступностью. Что касается китайской продукции, то она не только дешевая, но и не самая надежная.

Вспомогательное оборудование

Полный комплект необходимого оборудования для получения электроэнергии из энергии ветра включает в себя следующие наименования:

Генератор для ветрогенератора – он поставляется в комплекте, но может приобретаться отдельно (например, на замену вышедшему из строя узлу или для постройки самодельного агрегата);
Контроллер – обеспечивает стабилизацию выходного напряжения;
Аккумуляторы и контроллеры заряда – обеспечивают накопление электроэнергии;
Инверторы – необходимы для преобразования постоянного тока в переменный (ветряные электростанции выдают постоянный ток низкого вольтажа, что требует применения инверторных преобразователей для питания бытовой техники).

Также для домашней ветряной электростанции понадобятся вспомогательные источники электроэнергии, необходимые в периоды отсутствия ветра.

Да, ветрогенераторы для дома поражают своей баснословной стоимостью – один только ветряк с мощным генератором обойдется в целое состояние, не говоря уже о вспомогательных узлах. Поэтому многие люди задумываются о самостоятельной сборке данного оборудования. Для этого необходимо приобрести подходящий электрогенератор, собрать систему лопастей и разместить все это хозяйство на устойчивой мачте. Такой подход позволит сэкономить круглую сумму, которую можно потратить на приобретение контроллера, инвертора и аккумуляторов.