Ветряные генераторы – сила природы на службе человека

Комфорт жилого дома или дачи зависит от электричества. Однако в строящихся домах, дачных поселках говорить о бесперебойной подаче энергии не приходится. Но сегодня автономные электрогенераторы позволяют проложить в доме сеть независимую от местных энергетических линий.

Как устроена ветряная электростанция

Ветряные генераторы, в отличие от своих бензиновых и дизельных аналогов, только набирают популярность. Стоимость таких электростанций в несколько раз выше, чем привычных автономных источников энергии. Но, в отличие от них, ветряк использует бесплатную энергию ветра и самоокупается через 5–6 лет эксплуатации.

Ветряной электрогенератор – это устройство, преобразующее кинетическую энергию воздушных потоков (ветров), в механическую (с помощью ротора), а затем в электрическую. Второе название этого механизма «ветряная электрическая установка» (ВЭУ), он используется в коммерческих, бытовых и промышленных целях.

Ветровые электростанции для дома состоят из следующих элементов:

• Основной блок – подвижное ветряное колесо, приводящее в движение всю конструкцию;
• Редуктор, предназначенный для передачи энергии колеса генератору;
• Генератор, который вырабатывает переменный ток;
• Контролер – управляет колесом и преобразуют электричество, поступающее от генератора, в постоянный ток, заряжающий аккумуляторные батареи;
• Инвертор – трансформирует постоянный ток из АКБ в переменный, который используется в домашней электросети;
• Аккумуляторы высокой емкости, как правило, собираются в единый блок и служат для накопления и выравнивания электрической энергии;
• Мачта или ферма-основание – к ним крепится ветровое колесо.

Несмотря на похожее устройство и одинаковый принцип действия, ветряки для дома отличаются по нескольким параметрам. К примеру, по материалу, из которого изготовлены лопасти колеса, их количеству, направлению оси движения и шаг винта.

Различают ветряки с одной, двумя и тремя лопастями или совсем без них. Причем последние установки становятся все более востребованными. Роль ветряного колеса в них выполняет «парус» – конструкция в виде тарелки. Она приводит в действие поршни гидросистемы, которая вырабатывает энергию. Производители сознательно усложнили устройство ВЭУ, т. к. это позволило увеличить её КПД. Мощность лопастного ветрогенератора определяется просто – чем меньше лопастей, тем больше энергии он вырабатывает.

Какие ветряные электрические генераторы бывают?

Выбирая ветрогенератор для дома, обращают внимание на такие его конструктивные особенности, как направление оси относительно земной поверхности. Различают ветровые генераторы для дома с вертикальной и горизонтальной осью вращения.

ВЭУ с горизонтальной осью вращения ветряного колеса отличается высоким КПД, но не обошлось без недостатков. Эффективность таких электрогенераторов напрямую зависит от силы ветра. Поэтому такую установку целесообразно использовать на открытых участках. В местах, где ветряное колесо генератора заслонено от ветра зданиями, деревьями или складками местности лучше подобрать устройство другого типа.

Устройство генераторов с вертикальной осью вращения отличается между собой, что привело к появлению подкатегорий:

1. Генератор Савониуса. Его «парус» состоит из половинок пустых цилиндров, установленных на вертикальную ось. Основное достоинство – вращение в независимости от направления и силы воздушного потока. Недостаток – низкий КПД, энергия ветра используется всего на 1/3.
2. Генератор с ротором Дарье. Лопасти изготовлены в виде плоских пластин. Как и предыдущая модель, отличается невысоким КПД, простой конструкцией, но запускать его придется вручную.
3. Генератор с геликоидным ротором (с закрученными лопастями). Устройство долговечное, обладающие высоким коэффициентом полезного действия, но дорогое. Высокая цена – основной недостаток устройства.

Самым эффективным в этой группе считается ветряной генератор со многими лопастями (с ротором Дарье).

Ветряная электроэнергетика – плюсы и минусы

На первый взгляд, использование ВЭУ для снабжения частного дома электричеством не имеет недостатков. К сожалению, это не так. При работе установка издает громкие звуки, вызывающие дискомфорт у жильцов дома и соседей. В Европе допустимый уровень шума ветряных генераторов закреплен законодательством. Кроме того, европейцы останавливают работу ВЭУ во время сезонного перелета птиц (еще одно требование закона).

В России ветрогенераторы пока встречаются редко и их эксплуатация не ограничивается нормативно-правовыми актами. Правда, учитывая мнение соседей и комфорт близких, владельцы ВЭУ устанавливают их вдали от жилых домов. Однако большинство ограничений касаются устаревших моделей. Современный ветрогенератор для частного дома работает практически бесшумно.

Недостатки с лихвой перекрывают достоинства ветряных электрических установок. Для функционирования ВЭУ не требуется никакого топлива, а энергия ветра будет на планете до тех пор, пока есть атмосфера и светит солнце. Конечно, начать пользоваться бензиновым или дизельным генератором проще, чем ВЭУ. Но ветряк не придется регулярно подпитывать топливом.

Есть одно обстоятельство, накладывающее ограничение на использование ветрогенератора в качестве основного источника электроэнергии. Во многих регионах РФ гарантировать постоянное движение воздушных масс (ветров) невозможно. Поэтому ВЭУ, как правило, вступает в качестве дополнительного источника энергии.

Какая мощность вам необходима?

Как оказалось, под общим названием «ветряные электрические генераторы» скрывается немало устройств. Они отличаются по конструкции, цене, внешнему виду.

При выборе ветряка учитываются климатические условия региона. Изучите техническую документацию на заинтересовавшую вас ВЭУ – она определяет её назначение и расчетную мощность. Выходная мощность прибора зависит от инвертора (преобразователя). Отправная точка расчетов – количество домашних бытовых приборов, одновременно подключенных к генератору. Для простоты вычислений можно счета на электроэнергию и вывести средний коэффициент.

Существуют общепринятые усредненные параметры мощности генератора при силе ветра в 5 м/сек для дач и небольших домов:

• При мощности в 150-200 Вт ВЭУ обеспечит освещение, функционирование радиоприемника и телевизора. Для работы холодильника потребуется устройство мощностью не менее 1 кВт;
• Ветрогенератор мощностью от 1 до 5 кВт выбирают если необходимо обеспечить полноценное электроснабжение дома;
• Приборы, выходная мощность которых составляет не менее 20 кВт, используются для снабжения энергией бытовых приборов и систем отопления.

Следующий параметр – это емкость АКБ и скорость их заряда, которая зависит от мощности ветряка. Заряжать аккумуляторы можно быстрее, если подключить к установке несколько генераторов. А вот увеличивать количество самих батарей не стоит – много аккумуляторов ВЭУ не успеет зарядить, а частичная зарядка быстро выведет их из строя.

Планируя покупку ветрогенератора, посетите ближайшую  метеорологическую станцию – вам понадобятся информация о средней скорости движения воздушных потоков. За отчетный период берется один год. Для большинства ВЭУ оптимальная скорость ветра – 5 м/сек.

Конструктивно различаются генераторы по наличию и отсутствию редуктора. Первые из них отличаются простотой устройства и монтажа. Ветряки с редуктором установить сложнее, но при этом они обладают большой мощностью и считаются более надежными.

Как выбирать ветряной генератор?

При любой покупке акцент делается на цене, удобстве, эффективности и надежности. Электрические ветряные генераторы не исключение.  Купленный прибор должен обеспечивать дом электричеством в запланированном объеме.

Подбирая ветряк для дома, обратите внимание на местность вокруг площадки, предназначенной для его установки. На открытых участках рекомендуется использовать генераторы с горизонтальной осью вращения – они считаются более эффективными. Там, где движение воздушных потоков затруднено, воспользуйтесь устройствами с вертикальным расположением ветряных колес. Среди них пользуются спросом многолопастные установки с ротором Дарье.

Материал лопастей влияет на эффективность и долговечность ветрогенератора. Отдавайте предпочтение изделиям из металла или стекловолокна. Обратите внимание на гарантийные обязательства, заявленный срок эксплуатации и наличие сервисных центров в вашем регионе/области.

Проверяйте информацию из рекламных кампаний производителей. К примеру, такие конструктивные особенности прибора, как магнитная левитация и многофункциональный контроллер в большинстве случаев увеличивает стоимость прибора, не неся никакой полезной нагрузки.

Подводя итоги, можно сказать, что стоимость ветряной электрической станции складывается из следующих параметров:

• Количество, форма и материал лопастей;
• Заявленная мощность генераторов и аккумуляторов;
• Количество преобразователей электричества (инверторов);
• Наличие или отсутствие редукторов;
• Заявленная мощность ВЭУ и тип ветрогенератора: вертикальный или горизонтальный;
• Наличие или отсутствие дополнительных/запасных комплектующих.

Кстати, компании, реализующие ветряные электроустановки, как правило, имеют карту ветров, в соответствии с которой они дают рекомендации на покупку того или иного генератора. Её наличие свидетельствует о серьезности компании.