Rüzgar jeneratörü nasıl hesaplanır: formüller + pratik hesaplama örneği

Rüzgar santrallerinden elde edilen alternatif enerji toplumda büyük ilgi görüyor.Gerçek günlük uygulama düzeyinde bunun pek çok kanıtı var.

Kırsal mülk sahipleri kendi elleriyle yel değirmenleri inşa ediyorlar ve sonuçtan memnunlar, ancak etkisi kısa ömürlü olabilir. Bunun nedeni rüzgar jeneratörünün montaj sırasında doğru hesaplanmamış olmasıdır.

Katılıyorum, projeyi uygulamak için zaman ve para harcamak ve etkisiz bir kurulumla sonuçlanmak istemem. Bu nedenle, bir rüzgar jeneratörünün nasıl hesaplanacağını ve bir rüzgar türbininin ana işletim bileşenlerinin hangi parametrelere göre seçileceğini anlamak önemlidir.

Makale bu sorunların çözümüne ayrılmıştır. Malzemenin teorik kısmı açıklayıcı örnekler ve bir rüzgar jeneratörünün montajı için pratik önerilerle desteklenmektedir.

Rüzgar türbini hesaplaması

Rüzgar enerjisinden elektrik üretimi için bir sistem hesaplamaya nereden başlamalı? Bir rüzgar jeneratöründen bahsettiğimizi düşünürsek belirli bir bölgedeki rüzgar gülünün ön analizini yapmak mantıklı görünüyor.

Belirli bir bölge için rüzgar hızı ve karakteristik yönü gibi hesaplama parametreleri önemli tasarım parametreleridir. Bir dereceye kadar, gerçekte ulaşılabilecek rüzgar türbini gücünün seviyesini belirlerler.

Bu kadar güçlü bir rüzgar jeneratörünü hayal etmek bile zor. Ancak bu tür tasarımlar mevcut ve etkili bir şekilde çalışıyor.Ancak bu tür yapıların hesaplamaları, geleneksel enerji kaynaklarına kıyasla nispeten düşük güç göstermektedir.

Dikkat çeken husus bu sürecin uzun vadeli (en az 1 ay) bir süreç olduğudur ki bu da oldukça açıktır. Rüzgar hızının olası maksimum parametrelerini ve en sık yönünü bir veya iki ölçümle hesaplamak imkansızdır.

Onlarca ölçüm yapılması gerekecek. Ancak etkili bir üretim sistemi kurma arzusu varsa bu operasyon gerçekten gereklidir.

Bir yel değirmeninin gücü nasıl hesaplanır

Evsel kullanıma yönelik rüzgar jeneratörleri, özellikle de elle yapılanlar, yüksek güce sahip insanları hiçbir zaman şaşırtmamıştır. Bu anlaşılabilir. Pervane kanadı açıklığı 3 metreden fazla olan bir jeneratörle donatılmış, 8-10 m yüksekliğinde devasa bir direk hayal etmek yeterlidir ve bu en güçlü kurulum değildir. Yaklaşık 2 kW.

Bu güçteki rüzgar türbinlerinin bakımı için helikopterler ve sayıları bir düzineye varan uzman ekipler kullanılıyor. Böyle bir enerji santralini hesaplamak için daha da fazla sayıda sanatçı yer alıyor

Genel olarak, bir rüzgar jeneratörünün gücü ile pervane kanatlarının gerekli açıklığı arasındaki ilişkiyi gösteren standart bir tabloya güveniyorsanız, burada şaşıracak bir şey vardır. Tabloya göre 10 W'lık bir yel değirmeni için iki metrelik bir pervaneye ihtiyaç vardır.

500 watt'lık bir tasarım, 14 m çapında bir pervane gerektirecektir, ayrıca kanat açıklığı parametresi sayılarına bağlıdır. Ne kadar çok bıçak olursa açıklık o kadar küçük olur.

Ancak bu sadece rüzgar hızının 4 m/sn'yi aşmaması koşuluna bağlı bir teoridir.Uygulamada her şey biraz farklıdır ve aslında uzun süre çalışan ev tesislerinin gücü hiçbir zaman 500 W'ı aşmamıştır.

Bu nedenle burada güç seçimi genellikle 250-500 W aralığı ve ortalama rüzgar hızı 6-8 m/sn ile sınırlıdır.

Rüzgar enerjisi sisteminin gücünün rotor çapına ve kanat sayısına bağımlılığı tablosu. Bu tablo hesaplamalar için kullanılabilir ancak 4 m/sn'ye (+) kadar rüzgar hızı parametreleri için derlemesi dikkate alınır.

Teorik açıdan bakıldığında, bir rüzgar enerjisi santralinin gücü aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

N=p*S*V³/2,

Nerede:

• P – hava kütlelerinin yoğunluğu;
• S – pervane kanatlarının toplam üfleme alanı;
• V — hava akış hızı;
• N – hava akış gücü.

N, rüzgar jeneratörünün gücünü radikal biçimde etkileyen bir parametre olduğundan, tesisin gerçek gücü hesaplanan N değerine yakın olacaktır.

Rüzgar türbini pervanelerinin hesaplanması

Bir yel değirmeni inşa ederken genellikle iki tip pervane kullanılır:

• kanatlı - yatay düzlemde dönüş;
• Savonius rotoru, Darrieus rotoru - Dikey bir düzlemde dönüş.

Herhangi bir düzlemde dönüşe sahip vida tasarımları aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

Z=L*W/60/V

Nerede:

• Z – pervanenin hız derecesi (düşük hız);
• L - bıçakların tanımladığı dairenin uzunluğunun boyutu;
• W – pervanenin dönme hızı (frekansı);
• V – hava akış hızı.

Bu formüle dayanarak devir sayısını W - dönüş hızını kolayca hesaplayabilirsiniz.

“Darieu Rotor” adı verilen vidanın tasarımı böyle görünüyor. Pervanenin bu versiyonunun küçük güç ve boyuttaki rüzgar jeneratörlerinin üretiminde etkili olduğu düşünülmektedir.Vidanın hesaplanmasının bazı özellikleri vardır

Ve devirler ile rüzgar hızı arasındaki çalışma ilişkisi internette bulunan tablolarda bulunabilir. Örneğin iki kanatlı ve Z=5 olan bir pervane için aşağıdaki bağıntı geçerlidir:

Ayrıca bir yel değirmeni pervanesinin önemli göstergelerinden biri de eğimdir.

Bu parametre aşağıdaki formül kullanılarak belirlenebilir:

H=2πR* tan α,

Nerede:

• 2π – sabit (2*3,14);
• R – bıçağın tanımladığı yarıçap;
• ten rengi α – kesit açısı.

Bıçakların şeklinin ve sayısının seçimine ilişkin ek bilgilerin yanı sıra bunların üretimine ilişkin talimatlar da mevcuttur. Bu makale.

Rüzgar türbinleri için jeneratör seçimi

Yukarıda açıklanan yöntem kullanılarak elde edilen vida devir sayısının (W) hesaplanan değerine sahip olarak, uygun jeneratörü zaten seçebilirsiniz (üretebilirsiniz).

Örneğin Z=5 hız derecesinde, kanat sayısı 2'ye eşit ve hız 330 rpm'dir. 8 m/s rüzgar hızında. Jeneratör gücü yaklaşık 300 W olmalıdır.

Rüzgar santrali jeneratörünün kesit görünümü. Bağımsız olarak monte edilmiş bir ev rüzgar enerjisi sistemi jeneratörünün olası tasarımlarından birinin açıklayıcı örneği

Bu parametreler göz önüne alındığında, modern elektrikli bisikletlerin tasarımlarında kullanılan motor, yerli bir rüzgar enerjisi santrali için jeneratör olarak uygun bir seçim olabilir. Parçanın geleneksel adı bisiklet motorudur (Çin'de üretilmiştir).

Bu, bir ev yel değirmeni için bir jeneratör yapılması önerilen bir elektrikli bisiklet motorunun neye benzediğidir. Bisiklet motorunun tasarımı, neredeyse hiçbir hesaplama veya değişiklik gerektirmeden uygulama için idealdir. Ancak güçleri düşüktür.

Elektrikli bisiklet motorunun özellikleri yaklaşık olarak aşağıdaki gibidir:

Bisiklet motorlarının olumlu bir özelliği, pratikte değiştirilmelerine gerek olmamasıdır. Yapısal olarak düşük hızlı elektrik motorları olarak tasarlanmışlardır ve rüzgar jeneratörlerinde başarıyla kullanılabilirler.

Bir yel değirmeni yapmak için şunları yapabilirsiniz araba jeneratörü kullan veya topla çamaşır makinesi ünitesi.

Şarj kontrol cihazının hesaplanması ve seçimi

Yerli tasarım da dahil olmak üzere her türlü rüzgar enerjisi santrali için akü şarj kontrol cihazı gereklidir.

Bu cihazın hesaplanması, rüzgar sisteminin tasarım parametrelerine karşılık gelecek olan cihazın elektrik devresinin seçilmesine bağlıdır.

Bu parametrelerden başlıcaları şunlardır:

• jeneratörün nominal ve maksimum voltajı;
• mümkün olan maksimum jeneratör gücü;
• mümkün olan maksimum akü şarj akımı;
• batarya voltajı;
• ortam sıcaklığı;
• ortam nem seviyesi.

Sunulan parametrelere dayanarak, şarj kontrol cihazı aksamı kendiniz yapın veya hazır bir cihaz seçin.

Rüzgar enerjisi santralinin bir parçası olarak kullanılan piller için şarj kontrol cihazı. Mevcut sistemle hassas koordinasyon için yalnızca teknik özellikleri dikkatle incelemeniz gereken, endüstriyel olarak üretilmiş bir cihaz

Elbette, zayıf hava akışı koşullarında devresi kolay çalıştırma işlevi sağlayacak bir cihazın seçilmesi (veya monte edilmesi) tavsiye edilir. Farklı voltajlardaki (12, 24, 48 volt) pillerle çalışmak üzere tasarlanmış bir kontrol cihazı da memnuniyetle karşılanmaktadır.

Son olarak, kontrolör devresini hesaplarken (seçerken), invertör kontrolü gibi bir fonksiyonun varlığını unutmamanız önerilir.

Sistem için pil seçimi

Uygulamada farklı tipte piller kullanılmaktadır ve hemen hemen hepsi rüzgar enerjisi sisteminin bir parçası olarak kullanılmaya oldukça uygundur. Ancak her durumda özel bir seçim yapılması gerekecektir. Yel değirmeni sisteminin parametrelerine bağlı olarak akü, voltaj, kapasite ve şarj koşullarına göre seçilir.

Ev tipi yel değirmenlerinin geleneksel bileşenleri klasik kurşun-asit akülerdir. Pratik anlamda iyi sonuçlar gösterdiler.Ayrıca bu tip pillerin maliyeti diğer türlere göre daha makuldür.

Kurşun-asit aküler, şarj/deşarj koşulları açısından özellikle iddiasızdır, ancak bunların kontrol cihazı olmayan bir sisteme dahil edilmesi kabul edilemez.

Rüzgar türbini kurulumunda tam teşekküllü bir otomasyon sistemine sahip, profesyonelce tasarlanmış bir şarj kontrol cihazı bulunuyorsa, AGM veya helyum akülerinin kullanılması mantıklı görünmektedir.

Ev rüzgar jeneratörü pil takımı. Kabloların kaosu ve depolama gereksinimleri göz önüne alındığında, kullanım için en iyi seçenek değil. Enerji depolama cihazlarının bu durumunda, uzun vadeli çalışmalarına güvenilemez.

Her iki enerji depolama cihazı türü de daha fazla verimlilik ve uzun hizmet ömrüyle karakterize edilir, ancak şarj koşulları konusunda yüksek talepler getirirler.

Aynı durum zırhlı helyum tipi piller için de geçerlidir. Ancak ev tipi bir yel değirmeni için bu pillerin seçimi, fiyatla önemli ölçüde sınırlıdır. Ancak bu pahalı pillerin kullanım ömrü diğer tüm türlere göre en uzun olanıdır.

Bu pillerin şarj/deşarj döngüsü de daha uzundur, ancak bu yalnızca yüksek kaliteli bir şarj cihazı kullanıldığında mümkündür.

Ev yel değirmeni için invertörün hesaplanması

Hemen belirtilmelidir: Ev tipi bir rüzgar türbininin tasarımında bir adet 12 voltluk pil varsa, böyle bir sisteme invertör kurmanın bir anlamı yoktur.

Ortalama olarak evdeki güç tüketimi pik yükte en az 4 kW'tır.Dolayısıyla sonuç: Böyle bir güç için şarj edilebilir pillerin sayısı en az 10 adet ve tercihen 24 volt gerilimde olmalıdır. Bu kadar çok sayıda pil için bir invertör kurmak mantıklıdır.

Ancak her biri 24 W voltaja sahip 10 aküye tam enerji sağlamak ve şarjlarını stabil bir şekilde korumak için en az 2-3 kW gücünde bir yel değirmeni gerekli olacaktır. Basit ev yapılarının bu gücü kaldıramayacağı açıktır.

Evdeki küçük elektrik tesisatlarında kullanılabilen düşük güçlü invertör (600 W). Bu tür ekipmanlardan bir TV'ye veya küçük bir buzdolabına 220 volt voltajla güç sağlayabilirsiniz. Avizedeki lambalara artık yeterli akım gelmiyor

Ancak invertör gücünü aşağıdaki şekilde hesaplayabilirsiniz:

1. Tüm tüketicilerin gücünü özetleyin.
2. Tüketim zamanını belirleyin.
3. Pik yükü belirleyin.

Belirli bir örnekte şöyle görünecektir.

Yük olarak elektrikli ev aletleri bulunsun: aydınlatma lambaları - 3 adet. Her biri 40 W, televizyon alıcısı - 120 W, kompakt buzdolabı 200 W. Gücü topluyoruz: 3*40+120+200 ve çıkışta 440 W elde ediyoruz.

Ortalama 4 saatlik süre için tüketicilerin gücünü belirleyelim: 440*4=1760 W. Tüketim süresi boyunca elde edilen güç değerine göre bu tür cihazlar arasından çıkış gücü 2 kW veya daha fazla olan bir invertörün seçilmesi mantıklı görünmektedir.

Bu değere göre gerekli cihazın akım-gerilim karakteristiği hesaplanır: 2000*0,6=1200 V/A.

Ev tipi bir rüzgar jeneratöründen elde edilen enerjinin yeniden üretimi ve dağıtımı için klasik bir şema. Ancak bu kadar çok cihaza uzun süreli enerji sağlamak için yeterince güçlü bir kuruluma ihtiyaç vardır (+)

Gerçekte, tam donanımlı ev aletlerine sahip üç kişilik bir ailenin hane yükü, örnekte hesaplanandan daha fazla olacaktır. Tipik olarak yük bağlantı süresi de gerekli 4 saati aşar. Buna göre rüzgar enerjisi sistemi invertörünün daha güçlü bir invertöre ihtiyacı olacaktır.

Bir yel değirmeninin ön hesaplaması yalnızca kendi kendine montajı için yararlı değildir. Ayrıca optimum parametrelerin belirlenmesi de gereklidir. hazır bir rüzgar jeneratörü seçimi.

Konuyla ilgili sonuçlar ve faydalı videolar

Kaynak verilerin nasıl analiz edildiği ve formüllerin nasıl uygulandığı videoda sunulmaktadır:

Her durumda hesaplanan verileri kullanmak gerekir. İster endüstriyel bir enerji santrali ister evsel kullanım için üretilmiş bir santral olsun, her birimin hesaplanması her zaman cihazın maksimum verimliliğini ve en önemlisi işletme güvenliğini sağlar.

Ön hesaplamalar projenin uygulanmasının fizibilitesini belirler ve projenin ne kadar maliyetli veya ekonomik olduğunun belirlenmesine yardımcı olur.

Benzer sorunları çözme konusunda deneyiminiz var mı? Veya konuyla ilgili hala sorularınız mı var? Lütfen rüzgar türbini hesaplama ve tasarım becerilerinizi paylaşın. Aşağıdaki forma yorum bırakabilir ve soru sorabilirsiniz.