Вятърен генератор за частен дом: устройство, видове, преглед на най-добрите предижения

Ветродвигателите отдавна престанаха да бъдат екзотична новост, сега те се разглеждат като един от възможните варианти за икономия. Въздушните потоци над земната повърхност носят огромно количество енергия, която в момента се използва успешно в индустриални вятърни турбини и малки вятърни инсталации за частно използване.

Ще ви разкажем как правилно да изберете и технически грамотно да инсталирате ветрогенератор за частен дом. В предложената от нас статия са описани правилата за сглобяване и експлоатация на мини електроцентрали. На заинтересованите купувачи са дадени препоръки за избор, представен е рейтинг на популярни модели.

Конструкция и принцип на работа на вятърни турбини

Ветрогенераторите представляват специални устройства, които трансформират кинетичната енергия на вятъра в електрическа. Те са независими източници на електроенергия, които са отлично подходящи за инсталиране в частни жилищни къщи, в малки и средни фермерски стопанства, производствени бази.

Конструкцията на стандартна мини-електроцентрала за битово ползване включва следните функционални елементи:

1. Лопатки с аеродинамична форма за улавяне на вятъра.
2. Генератор за производство на променлив ток.
3. Контролер за автоматично управление на вятърната станция. Позволява регулиране на презареждането на акумулаторите, разпределя енергийните потоци между устройствата.
4. Акумулатор. Специални акумулаторни батерии за натрупване на генерираното електричество.
5. Инвертор за привеждане на параметрите на произвежданата енергия до мрежовите стандарти.
6. Мачта, която повдига лопатките на определена височина над земното ниво.

Мачтите биват различни: свободностоящи без обтегачи, твърдо фиксирани и въртящи се на обтегачи. Последните могат да се спускат и повдигат за обслужване, както и за извършване на ремонтно-възстановителни работи.

Под въздействието на вятъра лопатките, монтирани на генераторния вал, започват да се въртят, подпомагайки стартирането на ротора. В резултат на това кинетичната енергия на въздушните потоци се преобразува в механична, а след това и в електрическа енергия. Така изглежда силно опростената схема на работа на вятърната турбина.

В действителност енергията от вятърната електроцентрала не постъпва директно към потребителя. В системата задължително трябва да бъдат включени специални уреди за преобразуване на електрическия ток.

Във веригата след генератора се поставя контролер. Той преобразува променливия ток в постоянен. В този вид електричеството се акумулира и съхранява в батерии, а след това от тях чрез инвертор, който трансформира постоянния ток в променлив, енергията се подава в частната електропреносна мрежа.

Такава схема дава възможност да се изглади нестабилността на напрежението, както и да се натрупва енергия в периоди на пълно отсъствие на потребление. А това от своя страна позволява да се използват вятърни генератори с по-малка мощност от общата мощност на битовите електроуреди.

В хода на преобразуването на електрическия ток по схема променлив-постоянен-променлив настъпват определени загуби на енергия, които възлизат на около 20%.

Заедно с автономната вятърна станция могат да се инсталират и слънчеви модули, и горивни генератори.

Ако са задействани едновременно няколко устройства за получаване на електричество, схемата се допълва с още един елемент – автоматичен прекъсвач (АПВ). Той е необходим, така че при изключване на един източник на алтернативна енергия да се стартира друг – резервен.

В състава на съвременните вятърни станции се използват различни конструкции на ротори – въртящи се части. Те имат своите предимства и недостатъци, различна ефективност и функционални възможности. В момента съществуват много разработки на автономни системи, способни да взаимодействат с ветрове с различна скорост и сила.

Видове вятърни електроцентрали

По тип на потребителите се различават автономни вятърни генератори и инсталации за мрежово предназначение. Първите осъществяват енергоснабдяване на потребители, отдалечени от централните електрически мрежи.

Вторите – могат да наброяват няколко десетки/стотици вятърни турбини, които образуват единна система и подават енергия в общата мрежа. Мощността на автономните агрегати рядко надвишава 75 кВт, докато мощността на мрежовите инсталации започва от границата 100 кВт.

В зависимост от типа на конструкцията се различават вятърни генератори:

• с вертикална ос на въртене;
• с хоризонтална ос на въртене.

Тези устройства се използват за различни условия на експлоатация, но най-често се срещат модели с хоризонтална ос. Те работят като обикновени флюгери и имат сходно устройство. Осът на ротора се върти успоредно на земната повърхност.

Такива агрегати се отличават с високи показатели на КПД (около 40%), проста настройка на мощността и по-достъпна цена, но също така се характеризират с високо ниво на генериран шум и вибрации. Освен това, те трябва да се ориентират спрямо посоката на вятъра.

За монтаж на вятърния генератор с хоризонтално разположение на ротора са необходими около 120 м свободно пространство и мачта с височина не по-малка от 8 м

Ветрогенераторите с вертикална ос на въртене имат по-компактна конструкция, те са по-малко чувствителни към въздействието на факторите на околната среда.

В устройствата от този тип турбината е разположена перпендикулярно спрямо равнината на Земята. Подобни конструкции се задействат дори от слаб вятър и не зависят от посоката на движение на въздушните потоци.

Ниското ниво на генериран шум (до 30 dB) дава възможност за монтиране на вертикални ветротурбини на покривите на сгради

Въпреки това има и съществен минус – КПД на такива генератори е само 15%. Освен това, те струват повече от моделите с хоризонтална ос на въртене.

Моделите на ветрогенераторите се различават помежду си не само по разположението на оста на въртене, но и по:

• броя на лопатките – има ветрогенератори с две и три лопатки, срещат се и многолопаткови модификации;
• материалите за изработка на функционалните части – с платнени и твърди лопатки;
• стъпката на винта – регулируема или фиксирана.

Въртенето на многолопаткови стационарни ветрогенератори започва дори при слаб вятър, а за работа на дву- и трилопаткови устройства е необходим по-силен вятър. В същото време всяка допълнителна лопатка в конструкцията създава по-голямо съпротивление на колелото, в резултат на което става по-трудно да се постигнат стандартните работни обороти на генератора.

В зависимост от материала за изработка на лопатките за ветроустановка могат да възникнат определени трудности в работата. Платнените елементи са по-лесни за изработка, затова и струват по-евтино.

Но ако е необходимо да се осигури надеждно функциониране на ветротурбината за автономно електрозахранване, трябва да се предпочитат конструкции с твърди лопатки, изработени от метал или армиран стъклопласт.

Що се отнася до стъпката на винта, то тук също не е толкова просто. Променливата стъпка позволява значително да се разшири диапазонът на ефективните скорости за работа на вятърната станция и това е голям плюс. Но в същото време такъв механизъм намалява общата надеждност на стационарната инсталация и значително утежнява вятърното колело, усложнявайки експлоатацията на агрегата.

Целесъобразност на инсталиране на ветрогенератор

Малките ветрогенератори днес се използват широко като алтернативни източници на електроенергия, които позволяват да се постигне реална икономия.

Подобни устройства, като правило, се инсталират на вилни парцели, в зони, отдалечени от основните електропреносни мрежи. Но това не е единствената причина, поради която хората все по-често предпочитат конструкции от този тип.

Собствениците на земи успешно използват вятърни генератори, за да постигнат пълна автономност и съществена икономия на електроенергия.

Обаче не всяка зона е подходяща за инсталиране на ветротурбина. За да може мини-електроцентралата да функционира пълноценно в рамките на обявения от производителя срок на експлоатация, климатичните условия на местността трябва да отговарят на изискванията на специалното оборудване.

Средната скорост на вятъра не трябва да бъде по-малка от 4,5-5 m/s. Само в този случай монтажът на конструкция с вятърна турбина ще бъде икономически оправдан.

За да научите приблизителни данни за средногодишната скорост на вятъра по региони, е необходимо да разгледате специална карта на ветровете. По-точна информация можете да получите, като използвате анемометър и устройство за разчитане на сигнали.

Измервателната система трябва да бъде инсталирана на голяма височина, така че близко разположените сгради и дървета да не изкривяват резултатите.

Ако сте решили да инсталирате вятърна мини-електроцентрала за дома, също трябва да помислите за наличието на свободно пространство. При това трябва да се има предвид, че вятърът трябва абсолютно свободно да „ходи“ по лопатките, а също и без препятствия по пътя си да ги достига от различни страни.

Именно поради това за идеално място за инсталиране на ветротурбина се считат върховете на хълмовете, където въздушните маси се уплътняват със съответното увеличение на налягането и скоростта на вятъра. Също така за подходящи се считат морските региони и степната зона.

За да получите пълна отдача от вятърната турбина, тя трябва да бъде инсталирана на място, където няма дървета и високи сгради.

Всякакви препятствия в радиус от 250 m ще оказват влияние върху работата на ветрогенератора. За получаване на максимални показатели на КПД е необходимо да се инсталира оста на турбината над нивото на препятствията с поне 4-5 m.

Правила за избор на оборудване

Към подбора на вятърен генератор за дома трябва да се подходи отговорно.

Предварително трябва да се събере основна информация:

1. Да се изчислят номиналното и максималното количество електроенергия за осигуряване на нуждите на дома.
2. Да се разгледат данните за средногодишната скорост на вятъра в зоната на живеене, за да се определят периодите, когато вятърната турбина ще бъде бездействаща.
3. Да се вземат предвид климатичните особености на местността. Ако през зимния сезон се наблюдават силни студове, инсталирането на вятърна станция не се оправдава.
4. Да се установи интензивността на създавания шум при работа на ветрогенераторите.
5. Да се извърши сравнение на техническите характеристики на устройства от различни производители.

Подборът на компоненти на функционалните елементи за вятърна енергийна инсталация се извършва по номинална стойност на мощността. При това има значение и номиналната скорост на вятъра – стойностите, при които вятърният генератор произвежда изчисленото количество електрическа енергия.

Ако максималната мощност се постига при скорост на вятъра 11 м/с, а във вашия район средната стойност е 4,5 м/с, вятърният генератор няма да произвежда декларираното от производителя количество енергия

Внимание трябва да се обърне и на факта, че мощността на вятърния генератор зависи от диаметъра на колелото, образувано от лопатките. При удвояване на размера, при същата скорост на вятъра, генераторът ще произвежда 4 пъти повече електричество.

Също така е важен капацитетът на акумулаторните батерии. В случай на безветрие, в тях трябва да има достатъчно енергия, за да се осигури дома.

Монтажът на частна мини-вятърна електроцентрала е по-добре да се повери на фирма, специализирана в подобни работи. Основната цел е да се осигури максимална безопасност. Габаритната конструкция на вятърния генератор трябва гарантирано да запазва устойчивост дори при екстремни метеорологични условия.

Маломощни модели вятърни генератори с леки ниски мачти могат да се инсталират самостоятелно. Централната опора задължително се монтира върху укрепена стоманобетонна основа. За странична устойчивост на конструкцията се използват 3-4 обтегача.

Приблизителни цени и изплащане на ветрогенератори

Популярността на вятърните агрегати расте с всеки ден. Изгодно е да се оборудват големи и скъпи къщи, за чието поддържане е необходимо много електрическа енергия.

Целесъобразно е да се инсталират вятърни генератори и в населени места, където няма централизирано електрозахранване или то се осъществява с постоянни прекъсвания.

Именно в такива случаи на помощ идват вятърните генератори, чието използване има редица предимства:

• трансформация на енергията от въздушните потоци в безплатно електричество;
• екологична безопасност на вятърните турбини;
• липса на суровини и отпадъци при производството на електроенергия;
• минимално износване на функционалните части;
• дълъг експлоатационен срок – 25-30 години;
• няма необходимост от постоянен контрол на работата на вятърната станция.

Към недостатъците се отнасят променливостта и непредсказуемостта на силата на вятъра. За да се минимизират загубите, е необходимо дублиране на източника или инсталиране на допълнителен буфер за натрупване на енергия. Също така, въртящото се вятърно колело представлява потенциална заплаха за летящите птици.

Ветроенергийните централи създават шум, сравним с шума от автомобилния транспорт при движение със скорост около 70 км/ч. Повишеното ниво на шум не само отблъсква животните, но и причинява дискомфорт на хората.

Още един съществен минус на ветроенергийните инсталации за битово ползване е високата цена. Тези обемисти конструкции се изработват от скъпоструващи материали, като в комплекта включват контролер, акумулатори, инвертор и мачта.

Следва да се отбележи, че битовите ветрогенератори от руски производители, както и качествените ветроенергийни инсталации, произвеждани в Китай, струват значително по-евтино от европейските аналози. Цената на местните ветроенергийни централи с вертикална ос и номинална мощност до 2 kW варира в диапазона 1300-2500$.

Но при тази цена комплектацията включва само генератор с лопатки. Останалото оборудване ще трябва да закупите отделно или да го направите сами. Пълнокомплектните инсталации струват с около 40-50% повече.

Цената на ветроенергийните централи за домашна употреба с мощност от 3 kW до 7 kW е значително по-висока. Такива генератори с придружаващото оборудване ще струват на купувача от 5000 до 12000$.

В момента използването на ветроенергийни инсталации като алтернатива на централизираното електрозахранване е нерентабилно поради високата цена на оборудването.

И дори когато има прекъсвания в подаването на мрежово електричество, не винаги е целесъобразно да се инсталира ветрогенератор. По-лесно и евтино ще бъде да се монтира система за непрекъсваемо захранване на базата на промишлени акумулатори в комбинация с ИБП.

Има смисъл да се монтира ветроенергийна инсталация на места, където достъпът до централизирано електрозахранване напълно липсва. Периодът на изплащане в този случай е 25 години.

Преди закупуването на компоненти за сглобяване и инсталиране на ветрогенератор е желателно да се направят изчисления по формулите, посочени в препоръчваната от нас статия. Тук ще намерите реда и правилата за извършване на изчисленията.

Преглед на най-добрите марки и инсталации

На руския пазар на ветрогенератори са представени както надеждни и сравнително евтини устройства на местни марки, така и различни по функционалност модели на ветроенергийни централи от чуждестранни производители. За да изберете подходяща инсталация за дома, е необходимо да сравните характеристиките на различните агрегати.

№1 — ветрогенератори Condor Home (Русия)

Серията ветрогенератори за домашна употреба включва устройства с мощност 0,5-5 kW. Те могат да служат като основен или допълнителен източник на електричество. Станциите Condor Home са адаптирани за експлоатация при ниски температури и са способни да произвеждат енергия дори при слаб вятър.

В зависимост от модела, корпусът на генератора е изработен от пластмаса или лят алуминий, лопатките – от фибростъкло. Налице е ефективна двойна спирачна система. Мачтата е съставна, на обтегачи, с височина 8-12 м. За монтажа на тези агрегати е необходим пилотен или бетонов фундамент.

Домашните ветрогенератори Condor Home са напълно готови продукти, за чиято работа не са необходими специални знания или технически умения. Устройствата са предназначени за електрификация както на самостоятелно стоящи постройки, така и на малки населени места в състава на ветроенергийни централи.

Базовата комплектация включва мачта и обтегачи, генератор, ротор и лопатки, контролер на заряда, крепежни елементи.

№2 — мини-електроцентрали Falcon Euro (Русия)

Представляват високотехнологични вертикално-осеви ветрогенератори с мощност 1-15 kW. Използват се за основно/резервно захранване на потребители, отдалечени от електропроводи. Могат да бъдат използвани в състава на комплекс със слънчеви панели и горивен генератор.

Ветрогенераторите са оборудвани с мощни неодимови магнити. Стартовата скорост на вятъра за стартиране на уредбата е 1,5 m/s, номиналната скорост – 11 m/s. Инсталираният аеродинамичен спирачен механизъм спомага за ограничаване на оборотите на колелото. Обявеният срок на експлоатация от производителя е 20 години, заводската гаранция за мини-електроцентралите е 36 месеца.

Ветрогенераторите Falcon Euro се отличават с надеждност при експлоатация и непретенциозност при обслужване. С помощта на устройствата от тази серия лесно могат да се решат проблемите с електрозахранването на локални, както и на островни обекти.

В базовия комплект на уредбата Falcon Euro са включени няколко функционални елемента: ветроколело, генератор и контролер, мачта, закладни детайли. Инверторната уредба и акумулаторните батерии се избират отделно.

№3 — вятърни агрегати Sokol Air Vertical (Русия)

Малките ветроенергийни уредби на тази марка могат да осигурят електричество както за малки къщи, така и за средни предприятия. За битово потребление се произвеждат устройства SAV с мощност 0,5-15 kW.

Те се характеризират с висока ефективност при слаби ветрове, функционират непрекъснато при ниски и високи температури в диапазона от -50 °C до +50 °C, отличават се с ниско ниво на създаван шум и устойчивост на външни въздействия.

Генерирането на електроенергия от агрегатите Sokol Air Vertical не зависи от посоката на вятъра. Вертикално-осевите уредби работят в автоматичен режим без обслужващ персонал. В конструкцията е предвидена електромагнитна и аеродинамична спирачна система за ограничаване на оборотите на ветроколелото.

Лопатите са изработени от армиран полиестер или авиационен алуминий (в зависимост от модела), имат самозавъртащ се профил. Генераторът е многополюсен трифазен с възбуждане от постоянни магнити.

Ветрогенераторите Sokol Air Vertical дават номинална мощност при показатели 7-8 м/с, което позволява използването им в региони с ниска средногодишна скорост на вятъра.

В основния комплект на вятърната електроцентрала влизат: вятърна установка с контролер за зареждане на акумулатори, мачта с въжета, монтажен комплект. Инверторът и акумулаторите се подбират според техническото задание отделно.

№4 — ветрогенератори Energy Wind (Русия)

На клиентите са достъпни едно- и трилопастни модели продукти с универсално приложение, с мощност 1-10 кВт. Тези вятърни генератори отлично подхождат за създаване на проекти за осигуряване на електричество на частни жилищни къщи и вили.

Основата на установките Energy Wind са здрави лопати от армирано стъкловлакно, боядисани с автоемал, и надеждна система за извеждане от въздушния поток. Тези агрегати с хоризонтална ос на въртене работят стабилно при температури от -40 до +40 градуса по Целзий.

Минималната работна скорост на вятъра е 2 м/с, при някои положения на лопатите – 3 м/с, препоръчителната височина на мачтата е 8-20 м. Средният срок на експлоатация на установките на руската марка е 25 години, а официалната гаранция от производителя – 3 години.

Ветрогенераторите Energy Wind не изискват постоянни грижи или техническо обслужване, което допринася за бързото реинвестиране на вложените финансови средства.

Основната комплектация на установките включва електрогенератор с постоянни магнити с възел за закрепване към мачтата и въртящ механизъм, лопати, комплект крепежни елементи за сглобяване на вятърната установка. Мачтата, както и контролерът, инверторът и батериите за натрупване на електроенергия трябва да се закупят отделно.

№5 — вятърни генератори Altek EW (Китай)

Видът на вятърните турбини е с хоризонтална ос на въртене. Устройствата с номинална мощност от 1 кВт до 10 кВт отлично подхождат за решаване на задачи за електроснабдяване на крайградски жилищни къщи и вили.

Защитният кожух на вятърните генератори Altek EW е изработен от алуминиева сплав, което значително облекчава конструкцията. Функционалните метални части на генератора са покрити със силиций за термоустойчивост.

Лопатите са изработени от фиброармирана пластмаса. Стартовата скорост на вятъра за пускане на битовите агрегати на китайската марка е 2,5 м/с, а номиналната скорост – 12 м/с.

Ветрогенераторите Altek EW са едни от най-достъпните устройства за производство на електричество, които са представени на съвременния пазар на алтернативна енергетика.

В състава на базовата комплектация са включени лопатки, генератор и контролер. Останалите функционални елементи за ветрогенератора трябва да се закупят допълнително.

Ако цената на комплекта от заводско производство Ви се стори прекалено висока, има смисъл да изградите ветрогенератор със собствени ръце. В препоръчаната от нас статия е описано изработването на полезен в домакинството агрегат от пералня.

Изводи и полезно видео по темата

Перспективи за използване на ветроенергийни инсталации:

Принцип на работа на съвременните вятърни турбини. Как енергията на вятъра се преобразува в електричество:

Дори днес използването на ветрогенератори изисква постоянно развитие. Възможностите и дългосрочните перспективи на този алтернативен начин за производство на електроенергия са обещаващи. Въпреки това са необходими определени мерки както от страна на производителите на оборудване, така и от администрациите на населените места.

Инсталирането на малки ветрогенератори за частни домакинства няма да реши напълно проблема с енергоснабдяването в регионите. Но за отделни собственици на парцели този вариант може да се окаже изход от положението.

Разкажете за собствения си опит при избора или инсталирането на ветрогенератор на извънградски парцел. Пишете, моля, коментари, публикувайте снимки и задавайте въпроси в разположения по-долу блок. Споделяйте технологични тънкости и полезни сведения, които ще бъдат полезни за посетителите на сайта.