Ветрогенератор для дома

Ветрогенератор для дома — насколько это дорого, и насколько эффективно? Чаще мы по старинке руководствуемся не фактами, а домыслами и слухами, сформированными два-три десятилетия назад, а то и вообще выводами советских времен. И если в некоторых случаях народная мудрость веков может помочь сделать правильный выбор, то в иных, особенно касательно технологий, следует изучить свежие факты.

Ветрогенератор для дома

Регионы России с повышенной скоростью ветра — карты, таблицы

Не везде ветроустановка будет окупаема. Существуют регионы, в которых энергия, получаемая с помощью ветра, будет золотой.

В России не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с. Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.

Плотность ветра и давление

К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз.

Но для ветреных регионов — это выход.

Принцип работы ветрогенератора

В самодельных или фирменных ветряных устройствах с вертикальной или горизонтальной осью вращения лопасти начинают двигаться в результате воздействия силы ветра. Основные элементы оборудования заставляют вращаться роторный узел посредством специального приводного агрегата. Наличие статорной обмотки способствует преобразованию механической энергии в электрический ток. Осевые винты обладают аэродинамическими особенностями, в результате чего обеспечивают быстрое прокручивание турбины агрегата.

Затем в роторных генераторах происходит преобразование силы вращения в электричество, собирающееся в аккумуляторе. По факту чем сильнее будет воздушный поток, тем быстрее прокручиваются лопасти агрегата, что способствует образованию энергии. Так как работа генераторного оборудования основывается на максимальном применении альтернативного источника, одна часть лопастей обладает более закругленной формой. А вторая — ровная. При прохождении потока воздуха по округлой части происходит образование вакуумного участка, это способствует засасыванию лопасти и уводит ее в сторону.

Это приводит к образованию энергии, воздействие которой приводит к раскручиванию лопастей при небольшом ветре.

При прокручивании происходит вращение оси винтов, которые подключены к роторному механизму. На этом устройстве располагаются двенадцать магнитных элементов, которые прокручиваются внутри. Это приводит к образованию переменного электрического тока с частотой, как в бытовых розетках. Полученную энергию можно не только вырабатывать, но и передавать на расстояния, однако ее нельзя аккумулировать.

Принцип работы — видео

Из чего состоит ветровая электростанция — схемы

Скорость ветра – неравномерна. Как следствие, объем мощности, вырабатываемой ветрогенератором в течение суток, может очень сильно меняться (временами ветряк, и вовсе, останавливается). Поэтому классическая схема ветроэлектростанции, которая сможет обеспечивать питание потребителей даже в тихую и безветренную погоду, должна иметь следующий вид:

Или такие варианты:

• ветрогенератор (ВГ) – установка, преобразующая энергию ветра в электричество (состоит из рабочего винта и генератора переменного тока);
• контроллер – устройство, которое преобразует переменный ток, поступающий от генератора, в ток постоянный, необходимый для правильной зарядки аккумулятора (еще одна функция контроллера – регулировка оборотов ВГ);
• аккумуляторная батарея – позволяет накапливать электроэнергию во время работы ветряка и отдавать ее потребителям, когда ВГ перестает вырабатывать электричество; 
• инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного тока напряжением 12В (поступающего в сеть от АБ) в бытовой ток – 220В, обладающий заданной частотой.

Стартовая скорость ветра и момент страгивания ветряка

В регионах, где штормовые воздушные потоки – большая редкость, основной задачей является выбор ветрогенератора, способного вырабатывать электричество даже при сравнительно слабом ветре (4…5 м/с). Способность установки начинать вращение при небольшом ветре характеризуется величиной его стартовой скорости.

Стартовая скорость напрямую зависит от стартового момента (момента страгивания) ветряка – усилие, которое необходимо приложить на рабочий винт ветрогенератора, чтобы он начал свое вращение. Чем меньше стартовая скорость ветра, тем больше дней в году генератор будет радовать вас альтернативной энергией. Большинство ветрогенераторов, которые используются в домашних условиях, имеют стартовую скорость – 2…3 м/с.

При этом есть отдельная разновидность устройств (с парусным винтом), которые очень чувствительны к движению воздуха.

Они стартуют при значительно меньших скоростях ветра (от 0,2 м/с), но обладают крайне ненадежной конструкцией. Поэтому перспективы их использования мы рассматривать не будем.

Стартовую скорость не следует путать с рабочей и номинальной скоростью, поскольку не всегда при минимальных оборотах ротора генератор способен давать ток, достаточный для зарядки аккумулятора.

Рабочая скорость

Для того чтобы генератор не вращался «вхолостую» (например, при небольшой скорости ветра), его рабочие характеристики должны соответствовать погодным условиям, которые преобладают в вашей местности.

Нормальные быстроходные ветряки начинают заряд аккумуляторов при скорости ветра в 3 – 3.5 м/с.
Скорость ветра, при которой ветрогенератор начинает давать ток на нагрузку – это минимальная рабочая скорость. Номинальная (расчетная) скорость ветра – скорость, при которой силовая установка выходит на свою номинальную мощность

Основные виды ветрогенераторов

На данный момент существуют два типа данной конструкции:

1. С горизонтальным ротором.
2. С вертикальным ротором.

Первый тип, с горизонтальным ротором. Такой механизм считается самым эффективным. КПД составляет примерно 50%. К минусом относиться необходимость минимальной скорости ветра от 3 м.в секунду, конструкция создает много шума.

Для максимально эффективной работы необходима высокая мачта, что, в свою очередь, усложняет монтаж  и дальнейшее обслуживание.

Второй тип, с вертикальным. Ветрогенератор с вертикальным ротором имеет КПД не более 20%, при этом достаточно скорости ветра всего 1-2 м в секунду. При этом он работает значительно тише, уровень выделяемого шума не более до 30 дБ, и без вибрации. Не требует большого пространства для работы, при этом не теряя эффективность.

Для установки не требуется высокая мачта. Оборудование можно смонтировать на крыше дома даже своими руками.

Отсутствие анемометра и поворотного механизма, он совсем не нужен при такой конструкции, делает этот тип ветрогенератора более дешевым по сравнению с первым вариантом.

Наиболее популярны сегодня классические быстроходные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и тремя лопастями.

Быстроходными считаются ветряки с минимальным количеством лопастей: 2, 3 или, вовсе, с одной (оснащенной противовесом). При сильном ветре такие генераторы очень быстро вращаются и при этом сильно шумят. Особенно это касается однолопастных устройств. Несмотря на то, что проблема шума может показаться незначительной, относиться к ней следует очень серьезно.
ВГ шуршит: начиная с 5–6 м/с ветер в ушах свистит, заглушая все звуки вокруг. Начиная с 1 кВт, контроллер начинает притормаживать ВГ, после чего устройство начинает не только шуршать, но еще и гудеть.

Горизонтальный тихоходный ветряк – это установка, в конструкции которой имеется более трех лопастей, а показатель быстроходности (Z) соответствует значению Z ≤ 5. Где Z – отношение окружной (концевой) скорости лопастей ветряка к скорости ветра.

Выбор ветрогенератора по характеристикам мощности — необходимые таблицы

Выбирая ветрогенератор, который развивает номинальную мощность (предположим – 800 Вт/ч) при скорости ветра 8 м/с, не стоит рассчитывать на то, что при ветре 4 м/с установка будет стабильно выдавать 400 Вт/ч.

Ниже приведена зависимость мощности от ометаемой площади рабочего винта и скорости ветра.

Следовательно, технические характеристики ветрогенератора следует соотносить не только с собственными потребностями в электричестве, но и с неизбежными потерями, возникающими во время работы альтернативной электростанции. Необходимо брать во внимание характеристики преобразователей тока, потери на сопротивление проводников (особенно, если генератор расположен на большом расстоянии от конечных потребителей) и т. д.

Напряжение генератора

В идеале номинальное напряжение на выходе генератора должно соответствовать параметрам ваших аккумуляторных батарей. Например, для двух последовательно соединенных аккумуляторов (12 В) подойдет ветрогенератор номиналом 24В. Для четырех таких аккумуляторов (также соединенных последовательно) подойдет ветряк номиналом 48 В и т. д.

Некоторые современные контроллеры способны компенсировать большую разницу между выходным напряжением ветрогенератора и номиналом аккумуляторов. Но об особенностях дополнительных устройств, входящих в комплект домашней электростанции, мы поговорим в продолжении настоящей статьи.

Учет рельефа

Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

Мощность силы ветра в зависимости от рельефа:

Защита от молнии

Попробуете задрать повыше чем 10 м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!

Осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.

При низкой среднегодовой скорости ветра 3-4 м/с, электроэнергия, добытая с помощью ветровой установки, станет слишком дорогой.

Если скорость 4 м/с, ветряк мощностью 1 кВт будет выдавать около 120 кВт*ч/ месяц. Этого объема электроэнергии хватит на парочку бытовых приборов и лампочки.
За год — 1440 кВт/ч
За 20 лет — 28 800 кВт/ч
Стоимость установки — 160 т.р
Стоимость кВт будет равна 5.5 рублей за кВт/ч
А сейчас стоимость поставляемой электроэнергии — 4.03 руб/кВт*ч

Если в регионе средняя скорость 8 м/с — тогда получим 580 кВт*ч в месяц и стоимость одного киловатта будет 1.15 руб./кВт*ч.

В день требуется 8 кВт*ч, с большим холодильником и работающей стиралкой, в месяц — 240 кВт*ч. 

Птицы

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

Аккумулятор для ветрогенератора

На одном из сайтов установщиков ветрогенераторов такая информация:

Аккумуляторные батареи рекомендуем покупать автомобильные 60-190А/ч, 12В или гелевые стационарные 100-200А/ч, 12В

Итоговая стоимость ветрогенератора

Со стоимостью ветрогенераторов сложилась интересная картина. С одной стороны — они традиционно дорогущие, и фирмы-производители солидарны в ценниках. С другой стороны — на алике можно купить ветрогенератор любой мощности совершенно свободно. И судя по отзывам, не так и плохо обстоят дела с китайскими товарами. А цены намного легче.

Российские производители — стоимость

В комплектацию ветрогенератора входит только ветрогенератор  — генератор, лопасти, хвост и узел крепления к мачте.

Зарядное устройство для аккумуляторов от ветрогенератора (контроллер):

Мачты для ветрогенераторов:

На сайте установщиков ветрогенераторов такая информация:

Аккумуляторные батареи рекомендуем покупать автомобильные 60-190А/ч, 12В или гелевые стационарные 100-200А/ч, 12В

Инверторы рекомендуем покупать на www.ozon.ru.

Да уж…

Считаем общую стоимость:

1. 35.900 + 1000, предоплата для отгрузки
2. 8500 контроллер
3. 39,900 — 15 м мачта
4. 20 000 — 25 000 — инвертор, который оказалось проще найти и выбрать на алиэкпрессе,чем на каком другом русском сайте
5. 18 000 — аккумулятор VEKTOR GEL 12-100 (100 А/час), гелевый аккумулятор 12В для бесперебойника.

Итого получилось почти 130 000 будет стоить вся установка ветрогенератора на 1 кВт.

Китайский вариант

Китайские производители предлагают ветроустановку в комплекте с контроллером. И цены ниже, при равных характеристиках. Отзывы хорошие, уже давно многие предпочитают покупать из Китая телефоны и ноуты — ветроустановки, видимо, тоже выгоднее брать там.

Вот такая ветроустановка  — 1000 Вт, +контроллер MPPT, низкий уровень шума, низкая скорость ветра,  12 В, 24 В стоит 19 тыс. руб с 6-ю лопастями, 16 тыс. руб. — с тремя.

Итак, подсчеты стоимости:

1.и 2. 19.000

В упаковку входит:

• Ветровая турбина 1 комплект (ступица, хвост, лезвия, генератор, капот, болты и гайки)
• Контроллер ветра PWM/MPPT 1 шт. (опционально)
• Инструмент для установки 1 комплект.
• Фланец 1 шт.

3. Мачта — ее, видимо придется покупать на русских сайтах. 40 тыс.руб — 15 метров высоты.

4. Инвертор — 20 000 — 25 000

5. Аккумулятор 100 А/час — порядка 15 — 16 тыс.руб.

Т.е только на п 1. и 2. экономия при покупке из Китая  составляет 26.400 руб. Всего китайский расклад позволяет сэкономить около 30 тысяч, и вся установка будет стоить порядка 100 тыс. рублей.

Все очень приблизительно. Можно поискать и найти более экономный вариант, несомненно. Взять ветрогенератор меньшей мощности. Взять аккумулятор по-меньше и по-дешевле. Но такой подход возможен только при обращении к китайцам. И выбор там в плане видов установок, 

Наши производители, конечно, чувствуют конкуренцию, например, на сайте, предлагающем услуги установки ветрогенератора:

Ветроустановка оправдана в нескольких случаях:

• Когда электроэнергии сетевой нет и не предвидится, в труднодоступных регионах.
• Когда стоимость получаемой электроэнергии выше ветровой (дизельные, бензинные генераторы).

Самый выгодный вариант —  купить мощную ветроустановку совместно с соседями, выгода будет точно.

В регионе, где средняя скорость ветра от 6 м/с и выше — ветрогенератор окупится сполна.

Шум лопастей слышен, потому ветроустановку ставят на расстоянии 30-40 м от дома. И все равно шум стоит изрядный, потому следует приобретать все-таки тихоходные модели.

Достаточная высота — 3-4 м выше всех преград — оптимально. А до ближайших преград — 200 м.
От скачков энергии обезопасит установленная система бесперебойного питания.
Понятно, что в состав этой системы входит аккумуляторы, зарядное устройство, инвертор, преобразующий ток в пригодный для потребления. Также желательный компонент этой системы — дизельный или бензиновый генератор. В длительный безветренный период генератор будет поддерживать аккумуляторы, всю систему в рабочем состоянии.

Живые отзывы

Сейчас живу на даче, и электричество у меня от самодельной комбинированной системы: два ветрогенератора общей мощностью 300 Вт/ч и две солнечные панели общей мощностью 200 Вт/ч. Я расходую около 10-15кВт/ч энергии в месяц. Этой электростанции мне хватает на освещение, телевизор, Интернет и связь. Ну а если больше захочется, то и цена установки соответствующей будет.

Мощность при ветре 1 – 3м/с – около 3 Вт/ч (как у обычного зарядника от телефона), а при более сильном ветре мощность возрастает. В сутки ветряк вырабатывает примерно 30–60 Вт/ч (при ветре 1 – 3м/с), а при ветре 3 – 5м/с – до 100 Вт/ч. Энергия накапливается в маленьком буферном аккумуляторе, от которого осуществляется зарядка девайсов и работает светодиодное освещение.

Ветрогенераторы — фото, характеристики

Пример китайских ветрогенераторов с характеристиками:

rated wind speed — Номинальная, расчетная скорость ветра, скорость ветра, при которой развивается максимальная выходная мощность на ометаемую ротором ветротурбины площадь.

Ветрогенератор вертикальный Верано — фото, характеристики

Ветрогенератор ATMOSFERA VAWT-5л-3к-АВ: фото, характеристики

Ветроненератор WE-3000 Вт: фото, характеристики

Ветрогенератор ATMOSFERA VAWT-5л-5000-АВ: фото, характеристики

Ветрогенератор ATMOSFERA VAWT-5л-200: фото, характеристики

Ветрогенератор ATMOSFERA VAWT-5л-1000: фото, характеристики

А что вы думаете по поводу установки ветрогенератора для дома? Поделитесь в комментариях!