Вітрові генератори: конструкція, принцип роботи

Технології вироблення альтернативної енергії давно розвиваються найбільшими компаніями в усьому світі. Окремі європейські країни передбачають можливості економії за рахунок впровадження подібних розробок в енергетичні мережі вже в найближчі роки. Одним з найбільш перспективних напрямів цієї галузі є вітрова енергетика, яка не так популярна в порівнянні з сонячними батареями, але при цьому володіє своїми перевагами. Зокрема, вітрогенератори для дому відрізняються ефективністю вироблення енергії та абсолютної екологічної нешкідливістю в експлуатації.

Пристрій вітрогенераторів

До складу побутової вітроелектричної установки входить електрогенератор і турбіна, яка встановлюється на спеціальній щоглі з розтяжками і раскручиваемыми лопатями. Для обробки одержуваної енергії передбачається контролер заряду батарей, з'єднаний з акумуляторами. Як правило, в якості елементів живлення використовуються необслуговувані компоненти на 24 Ст. Також у конструкції передбачається інвертор, який підключається до електромережі. Більш складним пристроєм мають промислові вітрові генератори, що представляють цілий комплекс обладнання. Можна сказати, це повноцінні станції, що включають силовий шафу з елементами управління, комунікаційні розв'язки, електричні генератори, системи спостереження за параметрами вітру, пристрої контролю лопатей, засоби пожежогасіння, блискавкозахист і інші компоненти.

Принцип роботи

Будь вітрогенератор працює на принципах перетворення енергій. Обертання активних компонентів (лопатей або роторів) виробляє підйомну та імпульсну сили, за рахунок чого приходить в дію і маховик. У процесі розкручування маховика ротор формує магнітне поле на нерухомої частини установки. В результаті на дроти починає надходити електричний струм. Така модель є загальною і відноситься практично до всіх станцій цього типу. Інша справа, що на практиці експлуатації вітрові генератори можуть піддаватися коригувань з-за погодних умов. Хоча розробники конструкцій тих же лопатей прагнуть максимально передбачати різні показники і сили впливу вітру, все-таки це явище непередбачуване і може супроводжуватися безліччю інших чинників.

Потужність установок

На даному етапі розвитку області рано говорити про стандартизованих форматах випуску таких агрегатів, але певні закономірності в показниках основних характеристик простежуються. Наприклад, потужність вітрогенератора для побутових потреб зазвичай складає не більше 100 кВт. Як не дивно, затребувані і моделі, що забезпечують до 1 кВт, подібні установки відносять до микроветровой енергетиці. Їх застосовують при оснащенні яхт, сільськогосподарських ферм і т. д. Більш серйозне промислове і комерційне обладнання виробляють не так багато компаній, але потужність таких установок може досягати 5 МВт. Як правило, це масивні турбіни, маса яких сягає кілька тонн. У той же час виробники прагнуть робити обладнання мобільним або, принаймні, передбачати можливість транспортування. Якщо ж говорити про моделі для домашнього застосування, то в більшості випадків це вітрогенератори на 220В, загальна потужність яких може становити близько 4 кВт.

Особливості малих вітрогенераторів

Цей клас обладнання представляє найбільший інтерес з боку комерційних компаній і пересічних споживачів, зацікавлених у використанні вітрової енергії. Установки цього типу мають стандартною конструкцією, що включає лопаті, ротор, турбіни, засоби орієнтації, генератор з щоглою, інвертор і акумулятори. До особливостей ж таких пристроїв можна віднести незалежність від центральних електромереж – це означає, що малі вітрогенератори для будинку можуть працювати в автономному режимі. Такий формат експлуатації найбільш привабливий для власників заміської нерухомості, де відсутнє стабільне постачання від центральної електромережі. Крім цього творці таких установок у деяких моделях прагнуть поєднувати концепцію вітрогенератора і сонячної батареї. В результаті побутова міні-станція оснащується модулем постійного струму для зв'язку з сонячними панелями.

Різновиди генераторів

Принципова поділ таких установок зумовило класифікацію по осях обертання. Зокрема, існує вертикальний вітрогенератор і його горизонтальний аналог крильчатого типу. Агрегати першого першої групи відрізняються чутливістю до поривів і не потребують спеціальної орієнтації. Однак подібні моделі мають і серйозний недолік – порівняно з горизонтальними установками їх робоча поверхня в два рази менше площі. Тобто вертикальна роторна вісь обертання турбін краще орієнтується під характеристики вітру, але спочатку забезпечує менший обсяг енергії. У свою чергу, крильчасті моделі з горизонтально спрямованої віссю здатні взаємодіяти з потоками вітру більшою площею. Звичайно, є проблема з направленням робочих елементів, але ця задача вирішується за допомогою звичайного флюгера. Відповідно, за сукупністю переваг крильчасті установки на даний момент перспективніше, ніж вертикальний вітрогенератор карусельного типу. Втім, удосконалюються конструкції, і не виключено, що на перший план вийде щось середнє між цими варіантами.

Виробники вітрогенераторів

На ринку вітрогенераторів першість беруть європейські та китайські виробники. Зокрема, найбільші успіхи показує данська компанія Vestas, а також китайські виробники Goldwind і Sinovel. Що стосується вітчизняних підприємств, то їм теж є чим похвалитися. На ринку, наприклад, доступні моделі від компанії «Сапсан-Енергія». На сьогоднішній день користувачам доступні дві версії установок цієї марки – на 1000 і 5000 Вт. Челябінське підприємство «ГРЦ-Вертикаль» випускає якраз установки вертикального типу з номінальною потужністю від 1500 до 30000 Вт. Можна знайти і російські вітрогенератори для забезпечення невеликими обсягами енергії. Приміром, компанія «Стройинжсервис» пропонує вітровий генератор на 500 Вт. Важливо відзначити, що практично кожен російський виробник і забезпечує сервісне обслуговування обладнання, тому проблем у змісті техніки не повинно виникати.

Питання ціни

Кожен виробник, незважаючи на використання загальних принципів реалізації установок, все ж іде своїм шляхом. У підсумку виходять агрегати з унікальними характеристиками і, відповідно, цінниками. В початковому сегменті можна знайти вітровий генератор, ціна якого буде варіюватися від 40 до 70 тис. руб. Це побутова міні-станція з автономним режимом роботи, яка оптимально підійде для запитів невеликого будинку. Далі йдуть пропозиції вартістю 100-150 тис. руб. Як правило, це агрегати потужністю від 5000 Вт, які можуть використовуватися і для комерційних цілей.

Доцільність використання вітрогенераторів

За оцінками фахівців, такі установки не завжди вигідно використовувати для забезпечення приватних потреб. Це пов'язано з високими цінами на акумуляторні батареї, інвертори та монтаж. Крім цього іноді потрібно і встановлення дизель-генератора в якості доповнення, що також збільшує витрати на організацію такого способу постачання енергією. Тим не менш вітрові генератори можуть виправдати себе, якщо перетворення здійснюється безпосередньо в тепло. В цьому випадку реалізується функція генератора як системи опалення, можливості якої можна використовувати і для гарячого водопостачання, і для елементарного обігріву будинку.

Висновок

При всіх недоліках вітрові установки активно просуваються на ринку, залучаючи все нових користувачів. Це обумовлено перспективами сегмента і привабливістю тих можливостей, які забезпечують безкоштовні джерела енергії. Вже сьогодні вітрові генератори здатні брати на себе повне енергозабезпечення приватних будинків. Звичайно, не у всіх регіонах використання таких установок себе виправдовує в силу кліматичних особливостей. Але навіть у цих випадках фахівці рекомендують не відмовлятися від таких пропозицій, доповнюючи установки фотоелектричними елементами, паливними генераторами та іншими допоміжними джерелами енергії.