Ветряная мельница – практически бесплатный источник энергии, вдобавок экологичный, что делает его весьма популярным. Поскольку производительность турбин зависит от природных факторов, их КПД не превышает 60%, но это не мешает использовать метод для обеспечения электроэнергией частные дома и небольшие хозяйства.
История ветряных мельниц
Впервые ветряные мельницы упоминаются в писаниях Х века нашей эры в Персии. Это самые ранние сведения. Там механизм использовался для перекачивания воды из ручьев, а также для переработки зерна в муку.
Благодаря Крестовым походам идея ветряных мельниц попала в Европу. Правда, персы строили горизонтальные конструкции, а европейцы создали вертикальные. Произошло это в начале 12-го века в Йоркшире, Англия. Владельцами мельниц были богатые феодалы, а уровень жизни населения определялся количеством ветряков в его владениях.
Что собой представляет современный ветрогенератор
Отличие современного ветрогенератора от мельницы заключается в выдаваемом продукте (механическая сила и электроэнергия), а также в конструкции.
Интенсивность работы зависит от силы ветра, поэтому одной турбины на участке может не хватить для обеспечения дома бесперебойным электричеством.
Ветровой парк обычно состоит из нескольких турбин. Их можно использовать:
- параллельно с солнечными батареями;
- для автономной работы;
- наряду с дизельными или бензиновыми генераторами;
- другими видами аккумуляторов.
При скорости ветра 45 км/час турбина вырабатывает около 400 Вт электроэнергии.
Устройство и принцип работы
Высота ветрогенератора около 80 метров. Конструкция имеет 3 лопасти. Они достаточно узкие в отличие от мельницы, где крыльев больше и они шире. Это оптимальные характеристики для качества работы. Далее в дело включается ветер, который раскручивает лопасти, после чего энергия передается на систему шестерен, усиливающих вращение и увеличивающих количество энергии.
Внутри преобразователя механической энергии в электрическую находится батарея, в которой данная энергия накапливается и расходуется по мере необходимости. Аккумуляторной батареей управляет специальный механизм, который замедляет или ускоряет вращение лопастей. При полной разрядке устройство подает сигнал, чтобы ветряк начинал крутиться.
Типы ветряков
Существует два типа ветрогенераторов – вертикальный и горизонтальный (пропеллерный). Каждый из видов имеет свои плюсы и минусы, в том числе экономические.
Горизонтальный
Горизонтальное расположение оси позволяет использовать энергию ветра при любой его направленности, чего нельзя сказать о вертикальном ветряке, который необходимо направлять по ветру. С другой стороны, при слабом ветре КПД будет ниже, особенно при низком расположении лопастей.
К преимуществам можно также отнести возможность установки на любой поверхности – крыше, вагончике, специальной платформе. Конструкция не занимает много места, в том числе в высоту. Ее стоимость ниже, чем вертикальных ветряков.
Горизонтальный ветрогенератор для частного дома работает эффективнее и с большим постоянством, чем вертикальный. Реже случаются падения и завалы, так как механизм можно устанавливать на небольшой высоте – до 1,5 м.
Вертикальный
Вертикальные ветряные электростанции встречаются чаще, так как считаются более продуктивными. Если расположить лопасти на большой высоте, где ветер сильнее, за единицу времени вертикальный ветряк сможет производить больше энергии, чем горизонтальный. Данный тип предпочтительнее для строительства ветряного парка.
Есть и минусы, например, требуется больше расходных материалов, поэтому конструкция стоит дороже. Установка сложная, требует привлечения специальной техники.
Для стабильности получения энергии в домашних хозяйствах рекомендуется ставить как вертикальные, так и горизонтальные ветрогенераторы.
Установка ветрогенератора
Установка ветрогенератора проводится квалифицированными специалистами с учетом нескольких факторов:
- выбор места установки;
- плотность грунта;
- особенности рельефа местности.
Выбор места
Чтобы выходная мощность была высокой, для ветра не должно быть препятствий. Поэтому ветряк ставят там, где нет поблизости высоких зданий, гор. При удвоении скорости и силы ветра выходная мощность увеличивается в 8 раз. Однако чем выше конструкция, тем сложнее ее установить и тем дороже она стоит.
Чтобы работе ветрогенератора ничего не мешало, его лопасти должны находиться выше любого препятствия на 4 – 6 метров в радиусе 200 метров.
Например, если высота мачты 5 м, производительность турбины будет 1,4 кВтч/сутки. При увеличении высоты вдвое, производительность также увеличится до 2,45 кВтч/сутки. При высоте в 20 м – до 3,12 кВтч/сутки. Чем выше установка, тем сложнее ее монтировать и тем дороже она обходится.
Следует рассчитать местоположение аккумуляторной станции, чтобы снизить потери при транспортировке электроэнергии на расстояние. Она должна располагаться поблизости. Учитывается стоимость кабеля: чем дальше передается энергия, тем его толщина больше.
Подходящие варианты расположения ветряка:
- вершина горы;
- берег водоема;
- большое поле или равнина.
Нельзя устанавливать мачту на здание, так как она издает звуки и вибрации, которые передаются на дом.
Инструменты и материалы
Следует учитывать, что установка ветряка связана с большим количеством капитальных строительных работ – заливка фундамента под мачту, сварка.
Понадобятся следующие инструменты и материалы:
- цемент, песок;
- бетономешалка;
- тросы для растяжки мачты;
- крепежные материалы – анкерные кольца;
- строительная техника для установки в вертикальное положение.
Все этапы проводятся с учетом технологических норм и требований к качеству качества.
Этапы установки
Монтаж проводится в следующем порядке:
- Заливка фундамента под основание мачты.
- Слой фундамента под растяжки, куда монтируется анкерное кольцо.
- Сборка мачты.
- Установка нижней секции мачты в основание.
- Закрепление секции и протягивание кабелей внутри.
- Соединение всех остальных секций мачты.
- Соединение генератора с мачтой.
- Монтаж силовых и вспомогательных кабелей.
- Установка лопастей, датчика ветра, балансировка лопастей.
- Закрепление растяжек к мачте.
- Подъем мачты в вертикальное положение. Закрепление основания.
- Установка анемоскопа.
- Подключение остальной электрической части.
Ветрогенератор готов к запуску.
Стоимость ветряков
Самые качественные генераторы производит Дания, Германия, Норвегия, Япония, а также Китай. Стоимость зависит от конструкции, материалов, мощности, дополнительных полезных технологий.
В целом наблюдается спад цен на ветрогенераторные установки. Поэтому при наличии свободных средств их можно инвестировать в энергетику.
Минимальная стоимость ветряка фирмы Exmork 33000 рублей, его мощность 300Вт. Ветрогенератор той же фирмы мощностью 3 кВт будет стоить 152000 рублей.
Промышленный аналог европейского производителя мощностью 1 мВт стоит 1,04 миллиона евро. Установки среднего ценового сегмента стоят 33420000 рублей.
