Kuidas arvutada tuulegeneraatorit: valemid + praktiline arvutamise näide

Tuuleelektrijaamadest saadav alternatiivenergia pakub ühiskonnas suurt huvi.Selle kohta on päris igapäevapraktika tasandil palju tõendeid.

Maaomanikud ehitavad tuulikuid oma kätega ja on tulemusega rahul, kuigi mõju võib olla lühiajaline. Põhjus on selles, et monteerimisel ei arvutatud korralikult tuulegeneraatorit.

Nõus, ma ei tahaks kulutada aega ja raha projekti elluviimisele ning lõpetada ebatõhusa paigaldusega. Seetõttu on oluline mõista, kuidas tuulegeneraatorit arvutada ja milliste parameetrite järgi valida tuuleturbiini peamised töökomponendid.

Artikkel on pühendatud nende probleemide lahendamisele. Materjali teoreetiline osa on täiendatud illustreerivate näidete ja praktiliste soovitustega tuulegeneraatori kokkupanekuks.

Tuuleturbiini arvutus

Kust alustada tuuleenergiast elektri tootmise süsteemi arvutamist? Arvestades, et jutt on tuulegeneraatorist, tundub tuuleroosi esialgne analüüs konkreetses piirkonnas loogiline.

Arvutusparameetrid, nagu tuule kiirus ja selle iseloomulik suund antud territooriumile, on olulised projekteerimisparameetrid. Mingil määral määravad need tuuleturbiini võimsuse taseme, mis on tegelikult saavutatav.

Sellise võimsusega tuulegeneraatoreid on raske isegi ette kujutada. Kuid sellised kujundused on olemas ja töötavad tõhusalt.Kuid selliste struktuuride arvutused näitavad traditsiooniliste energiaallikatega võrreldes suhteliselt väikest võimsust

Tähelepanuväärne on see, et see protsess on oma olemuselt pikaajaline (vähemalt 1 kuu), mis on üsna ilmne. Tuule kiiruse suurimaid tõenäolisi parameetreid ja selle sagedasemat suunda on võimatu arvutada ühe või kahe mõõtmisega.

Vaja on kümneid mõõtmisi. See toiming on aga tõesti vajalik, kui on soov ehitada üles tõhus tootlik süsteem.

Kuidas arvutada tuuleveski võimsust

Koduseks kasutamiseks mõeldud tuulegeneraatorid, eriti need, mis on valmistatud käsitsi, pole kunagi inimesi suure võimsusega üllatanud. See on arusaadav. Tuleb vaid ette kujutada massiivset 8-10 m kõrgust masti, mis on varustatud generaatoriga, mille sõukruvi labade pikkus on üle 3 m. Ja see pole just kõige võimsam paigaldus. Ainult umbes 2 kW.

Sellise võimsusega tuuleturbiinide teenindamiseks kasutatakse helikoptereid ja kuni kümnekonnaliikmelisi spetsialistide meeskondi. Sellise elektrijaama arvutamiseks kaasatakse veelgi suurem hulk esinejaid

Üldiselt, kui toetuda standardsele tabelile, mis näitab tuulegeneraatori võimsuse ja sõukruvi labade vajaliku ulatuse vahelist suhet, on midagi imestada. Tabeli järgi vajab 10 W tuulik kahemeetrist propellerit.

500-vatise konstruktsiooni jaoks on vaja 14 m läbimõõduga propellerit. Lisaks sõltub labade ulatuse parameeter nende arvust. Mida rohkem lõiketerasid, seda väiksem on nende vahe.

Kuid see on vaid teooria, mis on tingitud tuule kiirusest, mis ei ületa 4 m/s.Praktikas on kõik mõnevõrra erinev ja tegelikult pikka aega töötavate majapidamisseadmete võimsus pole kunagi ületanud 500 W.

Seetõttu on võimsuse valik siin tavaliselt piiratud vahemikus 250-500 W keskmise tuule kiirusega 6-8 m/sek.

Tuuleenergiasüsteemi võimsuse sõltuvuse tabel rootori läbimõõdust ja labade arvust. Seda tabelit saab kasutada arvutuste tegemiseks, kuid võttes arvesse selle koostamist tuule kiiruse parameetrite jaoks kuni 4 m/sek (+)

Teoreetilisest seisukohast arvutatakse tuuleelektrijaama võimsus järgmise valemi abil:

N=p*S*V³/2,

Kus:

• lk – õhumasside tihedus;
• S – sõukruvi labade puhutud pindala kokku;
• V — õhuvoolu kiirus;
• N - õhuvoolu võimsus.

Kuna N on parameeter, mis mõjutab radikaalselt tuulegeneraatori võimsust, on paigaldise tegelik võimsus lähedane N arvutatud väärtusele.

Tuuleturbiini propellerite arvutamine

Tuuleveski ehitamisel kasutatakse tavaliselt kahte tüüpi propellereid:

• tiivuline — pöörlemine horisontaaltasapinnas;
• Savoniuse rootor, Darrieuse rootor — pöörlemine vertikaaltasandil.

Mis tahes tasapinnal pöörlevate kruvide konstruktsioone saab arvutada järgmise valemi abil:

Z=L*L/60/V

Kus:

• Z – propelleri kiirusaste (madal kiirus);
• L – terade poolt kirjeldatud ringi pikkuse suurus;
• W - propelleri pöörlemiskiirus (sagedus);
• V - õhuvoolu kiirus.

Selle valemi põhjal saate hõlpsalt arvutada pöörete arvu W - pöörlemiskiirus.

Selline näeb välja kruvi nimega “Darieu Rotor” disain. Seda sõukruvi versiooni peetakse tõhusaks väikese võimsuse ja suurusega tuulegeneraatorite valmistamisel.Kruvi arvutamisel on mõned omadused

Ja pöörete ja tuule kiiruse töösuhe leiate tabelitest, mis on Internetis saadaval. Näiteks kahe labaga ja Z=5 sõukruvi puhul kehtib järgmine seos:

Samuti on tuuleveski sõukruvi üks olulisi näitajaid samm.

Selle parameetri saab määrata järgmise valemi abil:

H = 2πR* tan α,

Kus:

• 2π – konstant (2*3,14);
• R – teraga kirjeldatud raadius;
• tan α - lõikenurk.

Täiendav teave terade kuju ja arvu valimise kohta, samuti juhised nende valmistamiseks on toodud see artikkel.

Tuulikute generaatorite valik

Võttes ülalkirjeldatud meetodil saadud kruvide pöörete arvu (W) arvutatud väärtuse, saate juba sobiva generaatori valida (toota).

Näiteks kiiruse astmega Z=5 on labade arv 2 ja kiirus 330 p/min. Tuule kiirusel 8 m/s. Generaatori võimsus peaks olema umbes 300 W.

Tuuleelektrijaama generaatori ristlõige. Näidisnäide ühest võimalikust koduse tuuleelektrisüsteemi generaatori konstruktsioonist, mis on kokku pandud iseseisvalt

Neid parameetreid arvestades võib kodumaise tuuleelektrijaama generaatoriks sobivaks valikuks olla tänapäevaste elektrijalgrataste konstruktsioonides kasutatav mootor. Osa traditsiooniline nimetus on jalgrattamootor (valmistatud Hiinas).

Selline näeb välja elektriline jalgrattamootor, mille põhjal tehakse ettepanek teha kodusesse tuulikusse generaator. Jalgratta mootori disain sobib ideaalselt rakendamiseks praktiliselt ilma arvutuste või muudatusteta. Nende võimsus on aga väike

Elektrilise jalgrattamootori omadused on ligikaudu järgmised:

Jalgrattamootorite positiivne omadus on see, et neid praktiliselt ei ole vaja muuta. Need olid konstruktsiooniliselt kavandatud väikese kiirusega elektrimootoriteks ja neid saab edukalt kasutada tuulegeneraatorite jaoks.

Tuuleveski tegemiseks saate kasutada auto generaatorit või koguda pesumasina üksus.

Laadimiskontrolleri arvutamine ja valik

Aku laadimise kontroller on vajalik igat tüüpi tuuleelektrijaamade, sealhulgas kodumaiste elektrijaamade jaoks.

Selle seadme arvutus taandub seadme elektriahela valikule, mis vastaks tuulesüsteemi projekteerimisparameetritele.

Nendest parameetritest on peamised:

• generaatori nimi- ja maksimaalne pinge;
• generaatori maksimaalne võimalik võimsus;
• maksimaalne võimalik aku laadimisvool;
• aku pinge;
• ümbritseva õhu temperatuur;
• ümbritseva õhu niiskuse tase.

Esitatud parameetrite põhjal laadimiskontrolleri komplekt tehke seda ise või valige valmis seade.

Tuuleelektrijaama osana kasutatavate akude laadimiskontroller. Tööstuslikult toodetud seade, mille valimisel tuleb olemasoleva süsteemiga täpseks kooskõlastamiseks vaid hoolikalt uurida tehnilisi omadusi

Loomulikult on soovitav valida (või kokku panna) seade, mille vooluring tagaks kerge käivitusfunktsiooni nõrkade õhuvoolude tingimustes. Teretulnud on ka erineva pingega (12, 24, 48 volti) akudega töötamiseks mõeldud kontroller.

Lõpuks on kontrolleri vooluringi arvutamisel (valimisel) soovitatav mitte unustada sellise funktsiooni olemasolu nagu inverteri juhtimine.

Süsteemi aku valimine

Praktikas kasutatakse erinevat tüüpi akusid ja peaaegu kõik sobivad kasutamiseks tuuleenergiasüsteemi osana. Kuid igal juhul tuleb teha konkreetne valik. Sõltuvalt tuulikusüsteemi parameetritest valitakse aku pinge, võimsuse ja laadimistingimuste alusel.

Kodutuulikute traditsioonilised komponendid on klassikalised pliiakud. Nad näitasid häid tulemusi praktilises mõttes.Lisaks on seda tüüpi akude maksumus teiste tüüpidega võrreldes mõistlikum.

Pliiakud on laadimis-/tühjenemistingimuste suhtes eriti tagasihoidlikud, kuid nende kaasamine ilma kontrollerita süsteemi on vastuvõetamatu.

Kui tuulikupaigaldis sisaldab professionaalselt disainitud täisväärtusliku automaatikasüsteemiga laadimiskontrollerit, tundub ratsionaalne kasutada AGM- või heeliumpatareisid.

Kodu tuulegeneraatori akupakett. Arvestades juhtmete kaost ja ladustamisnõudeid, pole see parim valik. Sellises energiasalvestusseadmete olekus ei saa loota nende pikaajalisele tööle.

Mõlemat tüüpi energiasalvestusseadmeid iseloomustab suurem efektiivsus ja pikk kasutusiga, kuid need seavad laadimistingimustele kõrged nõudmised.

Sama kehtib ka niinimetatud soomustatud heelium-tüüpi akude kohta. Kuid nende akude valikut kodutuuliku jaoks piirab oluliselt hind. Nende kallite akude eluiga on aga kõigi teiste tüüpidega võrreldes pikim.

Nendel akudel on ka pikem laadimise/tühjenemise tsükkel, kuid ainult kvaliteetse laadija kasutamisel.

Kodutuuliku inverteri arvutamine

Tuleb kohe märkida: kui koduse tuuliku konstruktsioonis on üks 12-voldine aku, pole sellisele süsteemile mõtet inverterit paigaldada.

Kodumajapidamise voolutarve on tippkoormusel keskmiselt vähemalt 4 kW.Siit järeldus: sellise võimsuse jaoks peaks laetavate patareide arv olema vähemalt 10 tükki ja eelistatavalt 24-voldise pingega. Sellise akude arvu jaoks on mõttekas paigaldada inverter.

10 24 W pingega aku täielikuks energiavarustamiseks ja nende laengu stabiilseks säilitamiseks on aga vaja tuuleveskit, mille võimsus on vähemalt 2-3 kW. Ilmselgelt ei saa lihtsad majapidamisstruktuurid sellise võimsusega hakkama.

Madala võimsusega inverter (600 W), mida saab kasutada koduste väikeste elektriseadmete jaoks. Sellistest seadmetest saate toita teleri või väikese külmiku pingega 220 volti. Lühtri lampide jaoks ei jätku enam voolu

Inverteri võimsuse saate aga arvutada järgmiselt:

1. Võtke kokku kõigi tarbijate jõud.
2. Määrake tarbimise aeg.
3. Määrake tippkoormus.

Konkreetse näite puhul näeb see välja selline.

Koormana olgu kodumasinad: valgustuslambid - 3 tk. Igaüks 40 W, teler - 120 W, kompaktne külmik 200 W. Võimsuse võtame kokku: 3*40+120+200 ja väljundiks saame 440 W.

Määrame tarbijate võimsuse keskmiselt 4 tunniks: 440*4=1760 W. Saadud võimsusväärtuse põhjal tarbimisaja jooksul tundub loogiline valida selliste seadmete hulgast inverter, mille väljundvõimsus on 2 kW või rohkem.

Selle väärtuse põhjal arvutatakse vajaliku seadme voolu-pinge karakteristik: 2000*0,6=1200 V/A.

Klassikaline skeem majapidamises kasutatavast tuulegeneraatorist saadava energia taastootmiseks ja jaotamiseks. Sellise arvu seadmete pikaajaliseks energiavarustuseks on aga vaja piisavalt võimsat paigaldust (+)

Tegelikkuses saab kodumasinatega täielikult varustatud kolmeliikmelise pere majapidamiskoormus olema suurem kui näites arvutatud. Tavaliselt ületab koormuse ühendamise aeg ka nõutud 4 tundi. Sellest lähtuvalt vajab tuuleenergiasüsteemi inverter võimsamat.

Tuuleveski esialgne arvutus on kasulik mitte ainult selle isemonteerimiseks. Samuti on vaja kindlaks määrata optimaalsed parameetrid, millal valmis tuulegeneraatori valimine.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Kuidas lähteandmeid analüüsitakse ja valemeid rakendatakse, tutvustatakse videos:

Arvutatud andmeid on vaja igal juhul kasutada. Olgu tegu tööstusliku või koduseks kasutamiseks toodetava elektrijaamaga, iga agregaadi arvestus tagab alati seadme maksimaalse efektiivsuse ja mis kõige tähtsam – tööohutuse.

Esialgsed arvutused määravad projekti elluviimise otstarbekuse ja aitavad kindlaks teha, kui kulukas või ökonoomne projekt on.

Kas teil on kogemusi sarnaste probleemide lahendamisel? Või on teemal veel küsimusi? Palun jagage oma tuuliku arvutamise ja projekteerimise oskusi. Saate jätta kommentaare ja esitada küsimusi alloleval vormil.