форум ОКАВОДЫ И ВСЕ ВСЕ ВСЕ

[Отшельник]

Рекомендации по самостийному изготовлению
ветровых электростанций.

А теперь по поводу ветряков. Они у меня значатся в категории «Бред» с пометкой – хилая и ненадёжная энергетика. Электроэнергия пока не так дорога, чтобы искать ей альтернативы в такой хилой среде как ветер. Но если тебе заняться более нечем, то дам несколько ценных советов:
Никогда не ставь ветряк на крыше дома или другого строения. Во первых неудобно снимать и ставить, во вторых его шум усиливает крыша и в помещении невозможно находиться от давящего на уши гула.
При выборе места установки, прочерти вокруг этого места круг радиусом с мачту и прикинь, разрушения в этом круге от падения ветроустановки. А то, что она будет падать, я тебе гарантирую.
Не усложняй конструкцию, сделай для начала безредукторный двухлопастной привод. Когда понравится, начинай экспериментировать дальше. Но всякие дефлекторы и вертикальнорешотчатые барабаны очень хорошо летают, если это НЛО окажется в соседнем огороде, на крыше соседского джипа или в окне его веранды, вряд ли тебе доставит удовольствие объяснить, что оно там делает.
Если ты определился с местом установки ветряка, для начала поставь там обычный флюгер с элементом определения силы ветра любой конструкции. Можно самой примитивной в виде стальной качающейся пластины. В течение месяца веди таблицу силы и направления ветра – пригодится для расчёта электростанции. По домашнему счётчику определи реальный расход электроэнергии за месяц и постарайся его снизить до минимума. Замени лампы накаливания на люминсценсные, выбрось ламповые приёмник и телевизор. Если есть газовая плита, избавься от электрочайника и прочих кипятильников. Посмотри, нет ли лишних потребителей электроэнергии, проверь не в самом ли тёплом месте помещения стоит холодильник, да и нужен ли он зимой. После всей этой работы, определи пиковую нагрузку потребителей и по ней купи готовый или собери сам преобразователь напряжения из низковольтной постоянки в стандартную сетевую. Если будешь собирать преобразователь сам, ищи схему на полевых транзисторах. Так как преобразователь работает постоянно, то КПД его должен быть максимальный и известный, обычно это от 60 до 95 процентов. У преобразователя должны быть функции аварийного отключения от разряженной батареи и автоматический запуск ДВС-электростанции или подключение к внешней сети. Следующий этап, это аккумуляторная батарея. Если не удастся найти стационарную, довольствуйся обычной стартёрной, для начала и её достаточно. Ёмкость батареи должна обеспечить суточную потребность энергии в автономном режиме. Не нужно забывать, что КПД батареи около 50 – 55 %.
Следующий этап, это определение мощности самого ветряка. Тут можно напороться на несоизмеримо большие его габариты и полностью отказаться от затеи, если не отказался от неё на этапе экономии электроэнергии. Дело в том, что КПД автомобильных генераторов настолько низкий, что для ветроэлектростанций они малопригодны. Выгоднее использовать в качестве генератора коллекторный движок на возможно большее напряжение, при этом можно убить двух зайцев – выиграть на КПД и на потере в проводах. Но для начала можно поиграть с автогенератором. Только надо учесть, что его полный КПД не более 65%.
И так. Со всем вышеперечисленным определились, начинаем расчёт автономной энергосистемы. Исходные данные: средний ветер за месяц 5 метров в секунду, расход электроэнергии 50 киловатт час за месяц. Пиковая нагрузка при включении стиральной машины в 2500 ватт игнорируется – ну её на хрен, пусть от сети работает. Пиковая нагрузка без стиральной машины составляет: три лампы по 75 ватт, телевизор 60 ватт и холодильник 100 ватт. Всего, грубо говоря, 400 ватт. Значит, понадобится полукиловаттный преобразователь напряжения. Стоит он порядка двух тысяч деревянными. Попробуем собрать самодельный на кремневых транзисторах, при этом в плече их будет штуки по четыре и КПД получим максимум 60%.
Определяем ёмкость батареи. Суточный расход энергии будет 50 квт.ч. делим на 30 дней месяца, получаем грубо 1,7 квт.ч. делим на 0,6 КПД преобразователя. Получаем 2,84 квт.ч. или 2840 ват.ч. так как батарея автомобильная стартёрная на 12 вольт, то ёмкость её будет 2840/12=237 А.ч. сгодятся либо две Кразовских, либо три Зиловских.
Определяем мощность ветряка, способного выработать за сутки вышеопределённые 2840 ват.ч. электроэнергии. Поделим эту энергия на 24 суточных часа, получим 119 ватт мощности. Так как генератор автомобильный, то его полная мощность с учётом КПД в 65% будет 183 ватта. Москвичёвский генератор Г250-Ж1 выдаёт 12 вольт 28 ампер при 2200 об/мин. Его мощности 12х28=336 ватт на этом хилом режиме вполне достаточно.
Попробуем определить, хватит ли мощности ветра в 5 м/с для безредукторного привода. Здесь главное – ограничение диаметра винта. При скорости вращения в 2200 об/мин, конец лопасти не должен двигаться быстрее скорости звука, то есть не быстрее 330 м/с. Для начала разделим 2200 об/мин на 60 секунд, получим 36,6 оборотов в секунду. Определяем длину критической окружности винта, для этого скорость звука делим на обороты винта, получаем 330/36,6=9 метров. Делим критическую окружность на пи и получаем критический диаметр винта 9/3,14=2,86 метра. Практический диаметр винта примем в 2,5 метра. Его ометаемая площадь будет 3,14х(2,5/2)х(2,5/2)=4,9 квдратных метра. ( Формулу эс равно пи эр квадрат мне по другому в ворде не записать.)
Эта площадь в идеальном варианте создаст для ветра в 5 м/с сопротивление мощностью в 0,1х4,9х5х5=12,25 килограммометров в секунду. Здесь 0,1 это коэффициент сопротивления плоской пластины перпендикулярно ветру. Так как КПД самодельного винта не превышает 70%, эта мощность будет 12,25х0,7=8,6 кг.м/с. Переведём её в киловатты, разделим на 101,9 получим 0.084 квт или 84 ватта. А это меньше половины требуемых 183 ватт. Значит либо ветер должен быть сильнее либо винт больше диаметром. Безредукторная конструкция ветряка способна выдать требуемую мощность только при ветре в (183 ватта, это 0,183 кватта или 18,6 кг.м/с. С учётом КПД 26,6 кг.м/с. Скорость ветра, это корень из выражения 26,6/0,1х4,9 будет 7,4 м/с) семь с половиной метра в секунду.
Если использовать редукторный привод, то для ветра в 5 м/с и мощности с учётом КПД винта в 26,6 кг.м/с. Понадобится ометаемая площадь в 26,6/0,1х5х5=11 метров квадратных. А это винт диаметром корень из 11/3,14х2=3,7метра. Критическую скорость считаем для диаметра 4 метра, она равна 330/4х3,14=26,3 об/сек или 1576 об/мин. При этом понадобится повышающий редуктор с передаточным числом 1576/2200=0,72.
Это всё теория, причём без учёта потерь в проводах, а они при низком напряжении могут составить более 20%. На практике может всё оказаться с точностью до наоборот. А именно, высокоскоростные винты, как правило, используются в промышленных установках, кустари их не применяют – их слишком сложно делать. Используются низкоскоростные многолопастные винты и редукторный привод. Ветряк, благополучно работающий при слабом ветре, начинает дурить при сильном, а при шквале падает или разрушается. Так как нагрузки на конструкцию возрастают в 10 -15 раз, а на лопасть в 100 – 250 раз. При этом существуют десятки конструкций защиты ветряка от шквала. Сводятся они к следующим принципам – изменить шаг винта, чтобы обороты не превышали критические. Повернуть плоскость вращения лопастей в вертикальной или горизонтальной плоскости, параллельно направлению ветра. Остановить вращение воздушного винта тормозом. Убрать ветряк в укрытие от ветра (При телескопической мачте или защитной купольной крыше.).
Что касается замены аккумуляторных батарей на альтернативный накопитель, то на сегодняшний момент до сих пор применяется накопление энергии методом поднятия груза на высоту. Но ты его вряд ли сможешь использовать. Дело в том, что ёмкость аккумулятора 12 вольт 60 ампер часов равнозначна энергии груза весом 26,5 тонны, поднятого на высоту 10 метров.
Ну как? На каком уровне находится твой оптимизм? Нет ли желания отложить идею ветряка в раздел «А ну его на…»? К стати, ветряк отлично дополняет его подруга – солнечная батарея. Только не пытайся её паять из харахирнутых транзисторов и стеклянных диодов. Не советую так же потрошить калькуляторы и прочую фототехнику. Батарею можно купить в Москве или Ульяновске. Но стоят они намного дороже стартёрных батарей, хотя схема включения в автономную сеть та же, что и у ветряка.
Это всё скептические отступления. На практике, в наших старых садах, в шестидесятых годах, когда не было подведено электричество и водопровод. Газоновский генератор с безредукторным приводом от крыльчатки того же газона, прибитый намертво к столбу выше крыши дома ( ветер в садах имел только два направления вдоль реки), заряжал за неделю половинку зиловского аккумулятора (3 ст 90). Которого хватало на одни вечерние посиделки – выходной в то время был один. Ветряк водокачка, состоящий полностью из деревянных деталей, за неделю накачивал из колодца три двухсотлитровые бочки воды. Что хватало для полива наших маленьких участков в три сотки. Вся эта техника просуществовала в лесных садах до восьмидесятых годов.
_________________
За попытку плавать на том, что ездит, иногда награждают смирительной рубашкой.