Hoe een windgenerator te berekenen: formules + praktisch rekenvoorbeeld

Alternatieve energie afkomstig van windturbines is van groot maatschappelijk belang. Er zijn veel bevestigingen op het niveau van de echte huisartspraktijk.

Eigenaars van onroerend goed in de voorsteden bouwen windmolens met hun eigen handen en zijn tevreden met het resultaat, hoewel het effect van korte duur kan zijn. De reden - tijdens de montage was de windgenerator niet goed berekend.

Mee eens, ik zou geen tijd en geld aan het project willen besteden om een ​​inefficiënte installatie te krijgen. Daarom is het belangrijk om te begrijpen hoe de windgenerator moet worden berekend en met welke parameters de belangrijkste werkeenheden van de windturbine moeten worden gekozen.

Het artikel is gewijd aan de oplossing van deze vragen. Het theoretische deel van het materiaal wordt aangevuld met illustratieve voorbeelden en praktische aanbevelingen voor het monteren van een windgenerator.

Berekening van een windgenerator

Waar moet ik beginnen met het berekenen van het systeem voor de reproductie van elektriciteit uit windenergie? Aangezien we het hebben over een windgenerator, lijkt een voorlopige analyse van de windroos in een bepaald gebied logisch.

Ontwerpparameters zoals windsnelheid en de karakteristieke richting voor een bepaald gebied zijn belangrijke ontwerpparameters. Ze bepalen tot op zekere hoogte het vermogensniveau van de windmolen, wat haalbaar zal zijn.

Windgeneratoren met een dergelijk vermogen zijn moeilijk voor te stellen. Maar vergelijkbare ontwerpen bestaan ​​en werken effectief. Berekeningen van dergelijke constructies laten echter een relatief klein vermogen zien in vergelijking met traditionele energiebronnen.

Wat opvalt, is dat dit proces een langdurig karakter heeft (minimaal 1 maand), wat vrij duidelijk is. Het is onmogelijk om met één of twee metingen de meest waarschijnlijke parameters van de windsnelheid en de meest voorkomende richting te berekenen.

Er zijn tientallen metingen nodig. Desalniettemin is deze operatie echt nodig als men een effectief productief systeem wil bouwen.

Hoe de kracht van een windmolen te berekenen

Huishoudelijke windgeneratoren, vooral die die met hun eigen handen zijn gemaakt, hebben mensen met een hoog vermogen nog niet hoeven te verrassen. Het is begrijpelijk. Je hoeft je alleen maar een enorme mast voor te stellen van 8-10 m hoog, uitgerust met een generator met een span van propellerbladen van meer dan 3 m. En dit is niet de krachtigste installatie. Slechts ongeveer 2 kW.

Om windmolens met een dergelijke kracht te bedienen, worden helikopters en teams van specialisten, met een maximum van een dozijn mensen, gebruikt. Om een ​​dergelijke energiecentrale te berekenen, zijn er nog meer artiesten bij betrokken

Over het algemeen hoeft u zich niet te verbazen als u vertrouwt op een standaardtabel met de verhouding tussen het vermogen van de windgenerator en de vereiste overspanning van de rotorbladen. Volgens de tabel is een propeller van 10 meter nodig voor een windmolen van 10 W.

Voor een ontwerp van 500 watt is een schroef nodig met een diameter van 14 m. Bovendien is de mesoverspanparameter afhankelijk van het aantal. Hoe meer bladen, hoe kleiner de reikwijdte.

Maar dit is slechts een theorie, vanwege de windsnelheid van niet meer dan 4 m / s. In de praktijk is alles enigszins anders en is het vermogen van huishoudelijke installaties die al lang van kracht zijn, nooit meer dan 500 watt geweest.

Daarom is de keuze van het vermogen hier meestal beperkt tot het bereik van 250-500 W met een gemiddelde windsnelheid van 6-8 m / s.

Tabel van de afhankelijkheid van het vermogen van het windenergiesysteem op de diameter van de rotor en het aantal bladen. Deze tabel kan worden gebruikt voor berekeningen, maar rekening houdend met de opstelling ervan voor een windsnelheidparameter tot 4 m / s (+)

Theoretisch gezien wordt het vermogen van een windenergiecentrale berekend met de formule:

N = p * S * V³/2,

waar:

• p - dichtheid van luchtmassa's;
• S - totaal geblazen oppervlak van de propellerbladen;
• V - luchtstroomsnelheid;
• N - luchtstroomsnelheid.

Aangezien N een parameter is die het vermogen van de windgenerator dramatisch beïnvloedt, zal het werkelijke vermogen van de installatie dicht bij de berekende waarde van N liggen.

Berekening van windturbineschroeven

Bij het ontwerpen van een windmolen worden meestal twee soorten schroeven gebruikt:

• gevleugeld - rotatie in het horizontale vlak;
• Savonius rotor, Daria rotor - rotatie in een verticaal vlak.

Het ontwerp van de schroeven met rotatie in een van de vlakken kan worden berekend met de formule:

Z = L * W / 60 / V

waar:

• Z - de snelheid (lage snelheid) van de schroef;
• L - de lengtegrootte van de cirkel beschreven door de messen;
• W - snelheid (frequentie) van rotatie van de schroef;
• V - luchtstroomsnelheid.

Op basis van deze formule kan men gemakkelijk het aantal omwentelingen W - de rotatiesnelheid berekenen.

Dit is het ontwerp van de schroef genaamd "Daria Rotor". Deze versie van de propeller wordt als effectief beschouwd bij de productie van windgeneratoren met een klein vermogen en kleine afmetingen. De berekening van de schroef heeft enkele kenmerken

Een werkverhouding van omwentelingen en windsnelheid is te vinden in de tabellen die beschikbaar zijn op het netwerk. Voor een schroef met twee bladen en Z = 5 is de volgende relatie waar:

Ook een van de belangrijke indicatoren van een windturbineprop is een stap.

Deze parameter kan worden bepaald met de formule:

H = 2πR * tan α,

waar:

• 2π - constant (2 * 3,14);
• R - de straal beschreven door het mes;
• tg α - sectiehoek.

Aanvullende informatie over de keuze van de vorm en het aantal bladen, evenals instructies voor de vervaardiging ervan, zijn te vinden in dit artikel.

Selectie van generatoren voor windmolens

Met de berekende waarde van het toerental van de schroef (W) verkregen door de bovenstaande methode, is het al mogelijk om de overeenkomstige generator te selecteren (maken).

Bijvoorbeeld, als de mate van snelheid Z = 5, het aantal bladen gelijk is aan 2 en een snelheid van 330 tpm. Bij een windsnelheid van 8 m / s. het generatorvermogen moet ongeveer 300 watt bedragen.

Generator van een windenergie-installatie "in sectie".Een representatief voorbeeld van een van de mogelijke ontwerpen van een generator van een eigen windenergiesysteem, onafhankelijk samengesteld

Met deze parameters kan de motor die gebruikt wordt bij de constructie van moderne elektrische fietsen een geschikte keuze zijn als generator voor een huishoudelijk windpark. De traditionele naam van het onderdeel is een fietsmotor (productie van de VRC).

Het lijkt op een elektrische fietsmotor, op basis waarvan wordt voorgesteld om een ​​generator te maken voor een windturbine in huis. Het ontwerp van de fietsmotor is ideaal voor implementatie met vrijwel geen berekeningen en verbeteringen. Hun kracht is echter klein

De kenmerken van de elektrische fietsmotor zijn ongeveer als volgt:

Een positief kenmerk van fietsmotoren is dat ze praktisch niet opnieuw hoeven te worden aangebracht. Ze zijn constructief ontwikkeld als elektromotoren met laag toerental en kunnen met succes worden gebruikt voor windgeneratoren.

Om een ​​windmolen te maken, kan dat auto generator gebruiken of verzamelen wasmachine unit.

Berekening en keuze van laadregelaar

Een acculaadcontroller is vereist voor elk type windenergie-installatie, inclusief een woningbouw.

De berekening van dit apparaat wordt beperkt tot de selectie van het elektrische circuit van het apparaat, wat overeenkomt met de berekende parameters van het windsysteem.

Van deze parameters zijn de belangrijkste:

• nominale en maximale spanning van de generator;
• het maximaal mogelijke generatorvermogen;
• maximaal mogelijke laadstroom van de batterij;
• accuspanning;
• omgevingstemperatuur;
• omgevingsvochtigheid.

Op basis van de gepresenteerde parameters, laadregelaar montage doe het zelf of de selectie van een afgewerkt apparaat.

Acculaadcontroller gebruikt als onderdeel van een windenergie-installatie. Een industrieel productieapparaat, waarbij u alleen de technische specificaties zorgvuldig hoeft te bestuderen voor exacte coördinatie met het bestaande systeem

Het is natuurlijk wenselijk om een ​​apparaat te selecteren (of samen te stellen) waarvan de schakeling een gemakkelijke startfunctie zou bieden in de stroom van zwakke luchtstromen. Een controller die is ontworpen voor gebruik met batterijen van verschillende voltages (12, 24, 48 volt) is ook welkom.

Ten slotte wordt bij het berekenen (selecteren) van het regelcircuit aanbevolen om de aanwezigheid van een dergelijke functie als inverterbesturing niet te vergeten.

Batterijselectie voor het systeem

In de praktijk worden verschillende soorten batterijen gebruikt en bijna allemaal zijn ze redelijk geschikt voor gebruik als onderdeel van een windenergiesysteem. Maar de concrete keuze zal hoe dan ook gemaakt moeten worden. Afhankelijk van de parameters van het windmolensysteem, wordt de selectie van de batterij uitgevoerd op basis van spanning, capaciteit en laadomstandigheden.

De klassieke componenten voor huiswindmolens worden beschouwd als klassieke loodzuurbatterijen. Ze lieten in praktische zin goede resultaten zien. Bovendien zijn de kosten van dit type batterij acceptabeler in vergelijking met andere typen.

Loodzuurbatterijen zijn bijzonder onpretentieus voor de omstandigheden van laden / ontladen, maar het is onaanvaardbaar om ze zonder controller in het systeem op te nemen.

Als er een professioneel gemaakte laadregelaar in de windgeneratorset zit met een volwaardig automatiseringssysteem, lijkt het rationeel om AGM- of heliumbatterijen te gebruiken.

Accu home windgenerator. Niet de beste optie, gezien de chaos van de draden en opslagvereisten. Met deze staat van energieopslag kan men niet rekenen op hun langetermijneffect.

Beide soorten energieopslagapparaten worden gekenmerkt door een grotere efficiëntie en een lange levensduur, maar ze stellen hoge eisen aan de laadomstandigheden.

Hetzelfde geldt voor de zogenaamde gepantserde heliumbatterijen. Maar de keuze van deze batterijen voor een huishoudelijke windmolen wordt aanzienlijk beperkt door de prijs. De levensduur van deze dure batterijen is echter het langst in vergelijking met alle andere typen.

Deze batterijen onderscheiden zich ook door een grotere laad- / ontlaadcyclus, maar onderhevig aan het gebruik van een hoogwaardige oplader.

Berekening van de omvormer voor een windturbine voor thuisgebruik

Het moet meteen worden opgemerkt: als het ontwerp van een windturbine voor thuisenergie één 12 volt-batterij bevat, is het logisch om een ​​omvormer volledig op een dergelijk systeem te plaatsen.

Gemiddeld bedraagt ​​het energieverbruik van huishoudens bij piekbelastingen minimaal 4 kW. Vandaar de conclusie: het aantal batterijen voor een dergelijk vermogen moet minimaal 10 stuks zijn en bij voorkeur onder een spanning van 24 volt. Het is al logisch om voor een dergelijk aantal batterijen een omvormer te installeren.

Om echter 10 batterijen met een spanning van 24 W elk volledig van stroom te voorzien en hun lading stabiel te houden, is een windturbine met een vermogen van minimaal 2-3 kW nodig. Het is duidelijk dat voor eenvoudige huishoudelijke ontwerpen een dergelijke kracht niet kan worden getrokken.

Een kleine omvormer (600 W) die kan worden gebruikt voor een kleine thuisstroominstallatie. U kunt een tv of een kleine koelkast van dergelijke apparatuur voorzien met een spanning van 220 volt. Er is niet genoeg stroom voor de lampen in de kroonluchter

Het vermogen van de omvormer kan echter als volgt worden berekend:

1. Vat de kracht van alle consumenten samen.
2. Bepaal de tijd van consumptie.
3. Bepaal de piekbelasting.

Voor een concreet voorbeeld ziet het er zo uit.

Laten we huishoudelijke apparaten als lading hebben: verlichtingslampen - 3 stuks. 40 W elk, televisie-ontvanger - 120 W, compacte koelkast 200 W. We vatten het vermogen samen: 3 * 40 + 120 + 200 en we krijgen 440 watt aan output.

We bepalen het vermogen van consumenten voor een gemiddelde tijdsduur van 4 uur: 440 * 4 = 1760 watt. Op basis van de verkregen waarde van het vermogen volgens het tijdstip van verbruik, lijkt het logisch om uit dergelijke apparaten een omvormer te kiezen met een uitgangsvermogen van 2 kW.

Op basis van deze waarde wordt de stroomspanningskarakteristiek van het vereiste apparaat berekend: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Het klassieke schema van reproductie en distributie van energie ontvangen van een huishoudelijke windgenerator. Om echter met een dergelijk aantal apparaten op lange termijn energie te kunnen leveren, is een voldoende krachtige installatie nodig (+)

In feite zal de belasting van het huishouden voor een gezin van drie personen, met volledige uitrusting voor huishoudelijke apparaten, hoger zijn dan in het voorbeeld is berekend. Gewoonlijk is de parameter in termen van laadverbindingsduur meer dan 4 uur in beslag. Daarom zal de omvormer van het windenergiesysteem een ​​krachtigere nodig hebben.

Voorafgaande berekening van de windmolen is niet alleen nuttig voor zijn onafhankelijke montage. Het is noodzakelijk om de optimale parameters te bepalen wanneer het kiezen van een afgewerkte windgenerator.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Hoe de analyse van de brongegevens en hoe de formules worden toegepast, wordt weergegeven in de video:

Het is in ieder geval noodzakelijk om de berekende gegevens te gebruiken. Of het nu een industriële elektriciteitscentrale is of voor huishoudelijke doeleinden wordt geproduceerd, de berekening van elk knooppunt brengt altijd de maximale efficiëntie van het apparaat met zich mee, en vooral: de veiligheid van de werking.

Vooraf gemaakte berekeningen bepalen de haalbaarheid van het project en helpen om vast te stellen hoe duur of economisch het project is.

Heb je ervaring met het oplossen van dergelijke problemen? Of heb je vragen over het onderwerp? Deel alstublieft uw vaardigheden in het berekenen en ontwerpen van een windgenerator. In onderstaand formulier kunt u opmerkingen achterlaten en vragen stellen.