Kinetischer Windgenerator: Gerät, Funktionsprinzip, Anwendung

Windkraftanlage

Windgeneratoren sind absolut umweltfreundlich und können Verbraucher unbegrenzt mit kostenloser Energie versorgen. Windgeneratoren - Windparks haben unterschiedliche Kapazitäten, wodurch sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können.

Die maximale Effizienz eines Windparks kann erreicht werden, indem er an Orten mit konstant aktiven Luftströmungen installiert wird. Üblicherweise werden dafür Berge und Hügel, Küsten der Meere und Ozeane und andere ähnliche Bedingungen verwendet. Der Hauptteil der Anlage ist das Laufrad, das als Turbine fungiert. In den meisten Fällen werden dreiflügelige Windparkstrukturen in Form eines Propellers verwendet, der in großer Höhe von der Erdoberfläche installiert wird.
Um die größtmögliche Wirkung zu erzielen, werden die Blätter zusammen mit dem Rotor je nach Windrichtung und -stärke über spezielle Mechanismen in die optimale Position gebracht. Es gibt andere Konstruktionen - Trommel, die nicht von den oben genannten Faktoren abhängen und keine Anpassungen erfordern. Wenn der Wirkungsgrad von Propelleranlagen jedoch bei 50% liegt, ist er bei Trommelgeräten viel niedriger.

Jedes Luftkraftwerk, unabhängig von seiner Konstruktion, ist vollständig mit der Wirkung von Luftströmungen verbunden, die häufig ihre Leistung ändern. Dies wiederum führt zu Änderungen der Drehzahl des Laufrades und der erzeugten elektrischen Leistung. Diese Situation erfordert die Paarung des Generators und des Stromnetzes mit Hilfe zusätzlicher Ausrüstung.

In der Regel werden hierfür Batterien zusammen mit Wechselrichtern eingesetzt. Zunächst wird die Batterie vom Generator geladen, wobei die Gleichmäßigkeit des Stroms keine Rolle spielt. Außerdem wird die im Wechselrichter umgewandelte Batterieladung an das Netz übertragen.

WPP-Propellerstrukturen können bei Bedarf gesteuert werden. Bei zu hoher Windgeschwindigkeit wird der Anstellwinkel der Rotorblätter bis zum Minimum verändert.Dies führt zu einer Reduzierung der Windlast auf die Turbine. Unter dem Einfluss von Hurrikanen verformen sich jedoch häufig die Laufräder von Windparks und die gesamte Hausinstallation fällt aus. Negative Auswirkungen lassen sich nicht vollständig vermeiden, da sich elektrische Generatoren in einer durchschnittlichen Höhe von 50 m befinden und dadurch stärkere und stabilere Winde in großen Höhen genutzt werden können.

So wählen Sie einen Windgenerator aus

Um einen Windgenerator zu wählen, müssen Sie:

1. Berechnen Sie die installierte Leistung von Elektrogeräten, die an diese Energiequelle angeschlossen werden sollen.
2. Basierend auf den erhaltenen Leistungswerten und der durchschnittlichen jährlichen Windgeschwindigkeit wird in der Installationsregion der Einheit die Leistung des Generators bestimmt. Die Leistung sollte unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors basierend auf dem Lastwachstum berücksichtigt werden, um das Gerät bei Spitzenlasten nicht zu überlasten.
3. Das Klima am Aufstellungsort des Geräts sollte berücksichtigt werden, da Niederschläge die Leistung des Generators beeinträchtigen. Berücksichtigen Sie die klimatischen Besonderheiten des Wohnortes.
4. Die Bestimmung der Effizienz der Anlage ist einer der wichtigsten Indikatoren.
5. Ermitteln Sie die Leistung des Generators in Bezug auf die während des Betriebs erzeugten Geräusche.
6. Führen Sie eine vergleichende Analyse verschiedener Generatortypen für alle Eigenschaften und Parameter durch.
7. Lesen Sie Benutzerbewertungen ähnlicher Installationen.
8. Machen Sie eine Analyse von in- und ausländischen Herstellern, studieren Sie Bewertungen über diese Unternehmen.

Aufstellung eines langsamlaufenden Windgenerators

Auf einem Stück Land wird ein kleines Fundament gesetzt, in dem der Mast befestigt wird. In der Nähe des Turms, am Fuß, befindet sich ein Schaltschrank.Oben ist ein Drehmechanismus installiert, auf dem eine Gondel montiert ist. In letzterem befinden sich Windmesser, Generator, Getriebe und Bremsen. An der Gondel ist eine Rotorkappe befestigt, in die die Blätter gesteckt werden. Jeder Flügel ist mit einem System verbunden, das die Tonhöhe automatisch anpasst.

Die Installation einer langsam laufenden Windenergieanlage beginnt mit dem Fundament und der Installation des Mastes

Nach Abschluss der Installation des Generators montieren sie Systeme zum Blitzschutz und zur Übertragung von Arbeitsinformationen sowie eine Verkleidung und einen Feuerlöschmechanismus.

Ein Windgenerator mit niedriger Drehzahl ist ein Gerät, das einen Vorort mit Strom versorgen kann. Der Einsatz ist in Gebieten mit leichtem Wind gerechtfertigt.

Technische Eigenschaften

Zum Zeitpunkt des Kaufs Laderegler für Windkraftanlagen Sie müssen sein Datenblatt sorgfältig studieren. Bei der Auswahl sind die Eigenschaften wichtig:

• Leistung - muss der Leistung der Windkraftanlage entsprechen;
• Spannung - muss der Spannung der in der Windmühle installierten Batterien entsprechen;
• max. Leistung - gibt die maximal zulässige Leistung für das Controller-Modell an;
• max. Strom - gibt an, mit welcher maximalen Leistung des Windgenerators der Controller arbeiten kann;
• Spannungsbereich - Anzeigen max. und mind. Batteriespannung für einen angemessenen Betrieb des Geräts;
• Anzeigefähigkeiten - welche Daten über das Gerät und seinen Betrieb werden auf dem Display eines bestimmten Modells angezeigt;
• Betriebsbedingungen - bei welchen Temperaturen und Luftfeuchtigkeitswerten kann das ausgewählte Gerät betrieben werden.

Wenn Sie selbst kein Ladekontrollgerät auswählen können, wenden Sie sich an einen Berater und zeigen Sie ihm das Datenblatt Ihres Windrads. Das Gerät wird entsprechend den Möglichkeiten der Windanlage ausgewählt.Falsche Betriebsbedingungen und Abweichungen vom Spannungsbereich beeinträchtigen den Betrieb der gesamten Windanlage.

Windturbinen-Generator

Für den Betrieb von Windrädern werden herkömmliche Drehstromgeneratoren benötigt. Das Design solcher Geräte ähnelt den Modellen, die in Autos verwendet werden, hat jedoch größere Parameter.

Windenergieanlagen haben eine dreiphasige Statorwicklung (Sternschaltung), von der drei Drähte abgehen, die zum Controller führen, wo die Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt wird.

Der Generatorrotor für eine Windkraftanlage besteht aus Neodym-Magneten: Bei solchen Konstruktionen ist es nicht ratsam, eine elektrische Erregung zu verwenden, da die Spule viel Energie verbraucht

Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, wird häufig ein Multiplikator verwendet. Mit einem solchen Gerät können Sie die Leistung des vorhandenen Generators erhöhen oder ein kleineres Gerät verwenden, wodurch die Installationskosten gesenkt werden.

Multiplikatoren werden häufiger in vertikalen Windkraftanlagen verwendet, bei denen der Drehvorgang des Windrads langsamer ist. Für horizontale Geräte mit hoher Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln sind keine Multiplikatoren erforderlich, was die Konstruktion vereinfacht und senkt.

So erstellen Sie selbst eine Windgenerator-Berechnung

Formeln werden verwendet, um den Leistungsparameter von Geräten zu berechnen, die in einem bestimmten Bereich verwendet werden. Zunächst wird berechnet, wie viel Energie der Windgenerator das ganze Jahr über erzeugen kann.

Berechnung der Gesamtleistung des Geräts

Um die Aufgabe abzuschließen, werden die folgenden Aktionen ausgeführt:

1. Zuerst werden die Berechnungen durchgeführt.Entsprechend den erhaltenen Ergebnissen werden die Länge der Rotationselemente sowie die Höhe des Turms ausgewählt.
2. Es wird eine Analyse der Durchschnittsgeschwindigkeit des Luftstroms durchgeführt, die für einen bestimmten Bereich charakteristisch ist. Dies erfordert eine spezielle Ausrüstung. Damit müssen Sie die Stärke des Luftstroms mehrere Monate lang überwachen. Wenn kein Instrument vorhanden ist, können Sie die Ergebnisse bei Vertretern der örtlichen Wetterstation anfordern.

Leistungsberechnung Windgenerator wird nach der Formel durchgeführt P=krV 3S/2.

Symbolbezeichnungen:

• r ist der Luftstromdichteparameter, unter normalen Bedingungen beträgt dieser Wert 1,225 kg/m3;
• V ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit, gemessen in Metern pro Sekunde;
• S ist die Gesamtfläche des Luftstroms, gemessen in Metern;
• k ist der Effizienzparameter der in der Anlage installierten Turbine;

Mithilfe dieser Berechnungen können Sie die für einen Generatorsatz in einem bestimmten Bereich erforderliche Strommenge genau bestimmen. Wenn Markengeräte gekauft werden, sollte die Verpackung angeben, bei welcher Luftstromstärke der Betrieb des Geräts am effizientesten ist. Im Durchschnitt wird dieser Wert im Bereich von sieben bis elf Metern pro Sekunde liegen.

Der Benutzeringenieur aus Odessa sprach ausführlich über das Verfahren zum Zusammenbau des Generatorgeräts sowie über die Durchführung von Berechnungen.

Berechnung von Propellern für eine Windkraftanlage

Das Berechnungsverfahren erfolgt nach der Formel Z=LW/60/V, Symbolschreibweise:

• Z ist der Niedriggeschwindigkeitswert eines Propellers;
• L ist die Größe des Kreises, den die Rotationselemente beschreiben werden;
• W ist die Geschwindigkeit beim Drehen einer Schraube;
• V ist der Geschwindigkeitsparameter der Luftstromzufuhr.

Basierend auf dieser Formel wird die Anzahl der Umdrehungen berechnet. Für die Berechnung muss jedoch die Steigung einer Schraube der Ausrüstung berücksichtigt werden. Er wird nach der Formel H=2pR* tga berechnet.

Beschreibung der Symbole:

• 2n ist ein konstanter Wert von 6,28;
• R ist der Wert des Radius, der die Rotationselemente des Geräts beschreibt;
• tg a ist der Schnittwinkel.

Berechnung eines Wechselrichters für einen Windgenerator

Vor der Durchführung dieser Berechnungen muss der folgende Punkt berücksichtigt werden. Wenn im Hausnetz nur eine 12-Volt-Batterie verwendet wird, macht der Einbau eines Wechselrichters keinen Sinn. Die durchschnittliche Leistung eines Ferienhauses oder Privathaushalts beträgt bei maximaler Belastung etwa 4 kW. Für ein solches Netzwerk beträgt die Anzahl der Batterien mindestens zehn, von denen jede für 24 Volt ausgelegt ist. Bei so vielen Batterien ist es ratsam, ein Wechselrichtergerät zu verwenden.

Aber für diese Bedingungen, wenn zehn 24-Volt-Batterien verwendet werden, benötigen Sie mindestens einen Windgenerator mit einer Leistung von 3 kW. Schwächere Geräte werden nicht in der Lage sein, Energie für eine solche Anzahl von Batterien bereitzustellen. Für Haushaltsgeräte kann diese Leistung zu hoch sein.

Die Berechnung des Leistungsparameters des Wechselrichtergeräts erfolgt wie folgt:

1. Zunächst ist es notwendig, die Leistungskennlinien aller Energieverbraucher zusammenzufassen.
2. Dann wird der Zeitpunkt des Verbrauchs bestimmt.
3. Der Spitzenlastparameter wird berechnet.

Alexander Kapustin zeigte den Ablauf zum Starten eines Windgenerators mit Wechselrichter.

Effizienz

Es ist ganz einfach, die Energieeffizienz eines Aggregats eines bestimmten Typs und einer bestimmten Bauart zu bewerten und mit der Leistung ähnlicher Motoren zu vergleichen.Es ist notwendig, den Nutzungsgrad der Windenergie (KIEV) zu bestimmen. Sie errechnet sich aus dem Verhältnis der an der Welle der Windkraftanlage aufgenommenen Leistung zur Leistung der auf die Oberfläche des Windrades einwirkenden Windströmung.

Der Windenergienutzungsfaktor für verschiedene Installationen reicht von 5 bis 40 %. Die Bewertung ist unvollständig, wenn die Kosten für die Planung und den Bau der Anlage, die Menge und die Kosten des erzeugten Stroms nicht berücksichtigt werden. Bei alternativen Energien ist die Amortisationszeit einer Windkraftanlage ein wichtiger Faktor, aber auch die daraus resultierenden Umweltauswirkungen müssen berücksichtigt werden.

Was ist ein Windgenerator?

Ein Windgenerator ist ein Gerät, das Windenergie zur Stromerzeugung nutzt. Luftströmungen, die sich frei in der Atmosphäre bewegen, haben eine gigantische Energie und sind außerdem völlig kostenlos. Windenergie ist ein Versuch, sie zu gewinnen und sinnvoll zu nutzen.

Ein Windgenerator ist eine Reihe von Geräten, die Energie empfangen, verarbeiten und für den Gebrauch aufbereiten. Windströmungen interagieren mit dem Rotor der Windmühle und bringen ihn zum Rotieren. Der Rotor ist übersteuert (oder direkt) mit einem Generator verbunden, der die Batterien auflädt. Die Ladung durch den Wechselrichter wird in eine Standardform (220 V, 50 Hz) aufbereitet und den Verbrauchern zugeführt.

Auf den ersten Blick ist die Anlage ziemlich kompliziert. Es gibt auch einfachere Konstruktionen wie Windmühlen, die Pumpen speisen. Komplexe Geräte erfordern jedoch eine vollständige Ausrüstung, die eine stabile und qualitativ hochwertige Stromversorgung gewährleisten kann.

Sorten von Windkraftanlagen

Es gibt verschiedene Arten von Windgeneratoren.Je nach Anzahl der Blätter sind Windmühlen drei-, zwei-, ein-, mehrblättrig. Es werden auch Geräte ohne Flügel hergestellt, bei denen das „Segel“, das einer großen Platte ähnelt, als Windfänger dient. Solche Geräte haben einen höheren Wirkungsgrad als andere Geräte, sind aber immer noch nicht weit verbreitet. Interessanterweise produziert eine Windmühle umso mehr Energie, je weniger Flügel sie hat.

Beispiele für flache Windkraftanlagen

Je nach verwendetem Material sind die Klingen starr (aus Metall oder Glasfaser) und Stoff. Der zweite Typ sind die sogenannten Segel-Windkraftanlagen, sie sind billiger, verlieren aber an Praktikabilität und Effizienz gegenüber harten.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Steigungsfunktion des Propellers, die es ermöglicht, die Rotationsgeschwindigkeit der Blätter zu ändern. Geräte mit variabler Steigung ermöglichen es Ihnen, die Effizienz bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig steigen jedoch die Kosten des Systems und die Zuverlässigkeit nimmt aufgrund der Komplexität des Designs ab. Daher werden in den meisten Fällen Fixed-Pitch-Geräte verwendet, die einfach zu warten und zuverlässig sind.

Arten von Windkraftanlagen nach der Lage der Arbeitsachse

Die Arbeitsrotationsachse der Windkraftanlage kann sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein

In beiden Fällen gibt es Vor- und Nachteile, auf die Sie bei der Auswahl achten sollten.

Es gibt verschiedene Arten von vertikalen Windkraftanlagen:

1. Savonius-Windgeneratoren, deren Konstruktion aus mehreren Halbzylindern besteht, die in vertikaler Position auf einer Achse befestigt sind. Die Stärke eines solchen Geräts ist die Fähigkeit, in jeder Windrichtung zu arbeiten. Aber es gibt auch einen gravierenden Nachteil - Windenergie wird nur zu 25 - 30 % genutzt.
2. Beim Darrieus-Rotor werden elastische Bänder als Blätter verwendet, die ohne Verwendung eines Rahmens an Trägern befestigt sind. Die Effizienz des Modells ist die gleiche wie die der vorherigen Sorte, aber eine zusätzliche Installation ist erforderlich, um das System zu starten.
3. Windmühlen mit mehreren Flügeln sind die effizientesten unter den vertikalen Geräten.
4. Die seltenste Option sind Geräte mit einem spiralförmigen Rotor. Speziell gedrehte Blätter sorgen für eine gleichmäßige Drehung des Windrads, aber die Komplexität des Designs macht den Preis zu hoch, was die Verwendung von Mechanismen dieser Art einschränkt.

Windmühlen mit horizontaler Achse sind häufiger als vertikale, weil sie effizienter, aber teurer sind.

Arten von Windkraftanlagen entlang der Arbeitsachse

Zu den Nachteilen gehören die Windrichtungsabhängigkeit des Wirkungsgrads und die Notwendigkeit, die Position der Struktur mit einer Wetterfahne anzupassen. Es ist ratsam, eine Windkraftanlage dieses Typs auf einem offenen Gelände zu installieren, wo sie nicht von Bäumen und Gebäuden verdeckt wird, und es ist besser entfernt von dem ständigen Aufenthaltsort von Menschen. Es ist ziemlich laut und stellt eine Gefahr für vorbeifliegende Vögel dar.

Hersteller von Windkraftanlagen

Der Markt umfasst sowohl Geräte ausländischer Herkunft (hauptsächlich Nordamerika, Europa und China) als auch Haushaltsinstallationen. Der Preis hängt von der Leistung und der Konfiguration ab - zum Beispiel dem Vorhandensein von Solarbatterien - und variiert im Bereich von Zehn- bis Hunderttausenden von Rubel.

Technische Hauptmerkmale

Modelle von Steuerungen, die als Teil einer bestimmten Windkraftanlage verwendet werden, unterscheiden sich in ihren technischen Eigenschaften, die sich im Produktpass widerspiegeln, diese sind:

• Die Nennleistung, die der Hauptindikator des Geräts ist, muss der Leistung des Windgenerators entsprechen.
• Die Nennspannung, auch die Hauptanzeige, muss der Spannung der Batterien entsprechen, aus denen die Windkraftanlage besteht;
• Maximale Leistung, bestimmt den maximal zulässigen Wert für ein bestimmtes Gerätemodell;
• Der maximale Strom kennzeichnet die Fähigkeit des Geräts, mit der höchsten Leistung des Windgenerators zu arbeiten;
• Der maximale und minimale Spannungswert an der Batterie bestimmt den Spannungsbereich, in dem das Gerät arbeitet;
• Wenn das Modell gleichzeitig mit einer Windkraftanlage und einem Solarkraftwerk arbeiten kann - der maximale Ladestrom, der von Sonnenkollektoren erzeugt wird;
• Anzeigetyp und darauf angezeigte Betriebsparameter;
• Betriebseigenschaften - Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit;
• Gesamtabmessungen und Gewicht.

Sind alle Windräder gleich?

viele Klassifikationen für die Herstellung von Schaufeln, bis zur Erdoberfläche,

Die meisten der derzeit existierenden Windkraftanlagen (Windkraftanlagen) sind ein-, zwei-, drei- oder mehrflügelig zuzuordnen. Ein kleiner Teil der modernsten Geräte enthält überhaupt keine Klingen, und der Wind in ihnen fängt das sogenannte "Segel" auf, das wie eine Untertasse aussieht. Dahinter sitzen die Kolben, die das Hydrauliksystem antreiben, und schon erzeugt es elektrischen Strom. Der Wirkungsgrad solcher Anlagen ist höher als der aller anderen. In Bezug auf beschaufelte Systeme ist der Trend wie folgt: Je weniger Schaufeln, desto mehr Energie produziert der Generator.

Sorten von Windkraftanlagen

kann billiger sein,

Vergleicht man Windkraftanlagen nach der Propellersteigung, dann sind Geräte mit fester Steigung zuverlässiger. Es gibt Windmühlen mit variabler Steigung, die die Rotationsgeschwindigkeit ändern können, aber ihre sperrige Konstruktion bringt zusätzliche Kosten für die Installation und Wartung eines solchen Systems mit sich.

Die Konstruktionen von Windmühlen sind am vielfältigsten, wenn wir sie unter dem Gesichtspunkt der Richtung der Rotationsachse relativ zum Boden betrachten.

Geräte, deren Schaufeln sich um eine vertikale Achse drehen, können wiederum in mehrere Typen unterteilt werden.

1. Savonius-Windgeneratoren sind im Inneren mehrere Hälften von Hohlzylindern, die auf einer vertikalen Achse angeordnet sind. Ihr Hauptvorteil ist die Fähigkeit, sich unabhängig von der Geschwindigkeit und Richtung des Windes zu drehen. Ein wesentlicher Nachteil ist die Fähigkeit, Windenergie nur zu einem Drittel zu nutzen.
2. Ein Darier-Rotor ist ein System aus zwei oder mehr Blättern, die flache Platten sind. Ein solches Gerät ist einfach herzustellen, aber es wird nicht funktionieren, viel Energie damit zu gewinnen. Außerdem wird ein zusätzlicher Mechanismus benötigt, um einen solchen Rotor zu starten.
3. Der spiralförmige Rotor hat dank speziell gedrehter Blätter eine gleichmäßige Rotation. Das Gerät ist langlebig, aber aufgrund der Komplexität des Designs ist es teuer.
4. Mehrflügelige Windkraftanlagen mit vertikaler Rotationsachse sind die effizienteste Option in ihrer Gruppe.

Auch Windräder mit horizontaler Drehachse haben ihre Vor- und Nachteile. Ihr Hauptvorteil ist die hohe Effizienz.Zu den Nachteilen solcher Strukturen gehört die Notwendigkeit, die Windrichtung mit einer Wetterfahne und die Änderung der Effizienz in Abhängigkeit von der Windrichtung zu erfassen. In diesem Zusammenhang sind horizontale Installationen in offenen Bereichen am besten geeignet. An der gleichen Stelle, an der die Rotorblätter durch Gebäude, Bäume oder beispielsweise Hügel vor dem Wind geschützt werden, ist es besser, eine Windkraftanlage mit einem anderen Design zu installieren.

Darüber hinaus ist eine solche Windkraftanlage teuer, und ihr Erscheinen in der Nähe wird bei Ihren Nachbarn sicherlich keine große Freude hervorrufen. Seine Klingen können einen fliegenden Vogel leicht umwerfen und viel Lärm machen.

Welche anderen Arten von Windkraftanlagen gibt es? Nun, natürlich unsere, einheimische und importierte. Unter letzteren sind europäische, chinesische und nordamerikanische Einheiten führend. Gleichzeitig kann die Präsenz einheimischer Windkraftanlagen auf dem Markt nur jubeln.

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Der Preis solcher Geräte wird in erster Linie von ihrer Leistung und dem Vorhandensein zusätzlicher Elemente, beispielsweise Sonnenkollektoren, bestimmt und variiert in einem sehr weiten Bereich - von mehreren zehn bis zu mehreren hunderttausend Rubel.

Eine Windmühle mit eigenen Händen bauen

Die Hauptarbeit ist die Herstellung und Installation eines rotierenden Rotors. Zunächst sollten Sie die Art der Struktur und ihre Abmessungen auswählen. Die Kenntnis der erforderlichen Leistung des Geräts und der Produktionskapazitäten hilft dabei, dies zu bestimmen.

Die meisten Knoten (wenn nicht alle) müssen unabhängig voneinander erstellt werden, sodass die Wahl davon abhängt, welches Wissen der Ersteller der Struktur hat, mit welchen Geräten und Geräten er am besten vertraut ist. Normalerweise wird zuerst eine Versuchswindmühle hergestellt, mit deren Hilfe die Leistung überprüft und die Parameter der Struktur festgelegt werden, wonach sie mit der Herstellung eines funktionierenden Windgenerators beginnen.

Arbeitsprinzip

Außerdem wird die Rotationskraft in Elektrizität umgewandelt, die in der Batterie gespeichert wird. Je stärker der Luftstrom, desto schneller drehen sich die Blätter und erzeugen mehr Energie. Da der Betrieb des Windgenerators auf der maximalen Nutzung einer alternativen Energiequelle basiert, hat eine Seite der Blätter eine abgerundete Form, die andere ist relativ flach. Wenn der Luftstrom über die abgerundete Seite streicht, entsteht ein Vakuumbereich. Dadurch wird die Klinge angesaugt und zur Seite gezogen. Dadurch entsteht Energie, die die Klingen zum Drehen bringt.

Funktionsschema eines Windgenerators: Das Prinzip der Umwandlung von Windenergie und der Betrieb interner Mechanismen wird gezeigt

Während ihrer Umdrehungen drehen die Schrauben auch die mit dem Generatorrotor verbundene Achse. Wenn sich zwölf am Rotor befestigte Magnete im Stator drehen, entsteht ein elektrischer Wechselstrom, der die gleiche Frequenz wie in gewöhnlichen Zimmersteckdosen hat. Dies ist das Grundprinzip der Funktionsweise einer Windkraftanlage. Wechselstrom ist einfach zu erzeugen und über große Entfernungen zu übertragen, aber unmöglich zu speichern.

Schematische Darstellung eines Windgenerators

Dazu muss er in Gleichstrom umgewandelt werden. Diese Arbeit wird von einer elektronischen Schaltung innerhalb der Turbine erledigt.Um eine große Menge Strom zu erhalten, werden Industrieanlagen hergestellt. Ein Windpark besteht in der Regel aus mehreren Dutzend Anlagen. Dank der Verwendung eines solchen Geräts zu Hause können Sie die Energiekosten erheblich senken. Das Funktionsprinzip von Windkraftanlagen ermöglicht den Einsatz in folgenden Optionen:

• für selbstständiges Arbeiten;
• parallel zur Pufferbatterie;
• zusammen mit Sonnenkollektoren;
• parallel zu einem Diesel- oder Benzingenerator.

Bewegt sich der Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 45 km/h, erzeugt die Turbine 400 Watt Strom. Dies reicht aus, um den Vorortbereich zu beleuchten. Diese Energie kann akkumuliert werden, indem sie in einer Batterie gesammelt wird.

Ein spezielles Gerät steuert das Laden der Batterie. Wenn die Ladung abnimmt, verlangsamt sich die Rotation der Schaufeln. Wenn der Akku vollständig entladen ist, beginnen sich die Messer wieder zu drehen. Auf diese Weise wird der Ladevorgang auf einem bestimmten Niveau gehalten. Je stärker der Luftstrom, desto mehr Strom kann die Turbine produzieren.

Wie eine Windkraftanlage aus einer alternativen Quelle mit Strom versorgt wird

Windmühlen "ernähren" sich nicht von der Luftmasse, sie sind so eingestellt, dass sie die Windgeschwindigkeit verbrauchen. Mit anderen Worten: Der Wind nähert sich dem Windrad mit hoher Geschwindigkeit und verlässt es mit geringerer Geschwindigkeit. Der Unterschied der Windgeschwindigkeiten vor und nach dem Windgenerator bestimmt, wie viel Energie von diesem Gerät aufgenommen wurde.

Einige Arten von Windkraftanlagen schneiden besser ab, andere schlechter. Aber das ist die Hauptfunktion des Windgenerators - den Wind zu verlangsamen.

Die Grenze zwischen Effizienz und Begrenzung

Glauben Sie niemals den Behauptungen, dass eine bestimmte Windkraftanlage mit 100 % Wirkungsgrad arbeitet.Das bedeutet, dass der Wind hinter den Flügeln der Windmühle vollständig aufhören muss. Ein absurder Beweis demonstriert eindeutig eine falsche Aussage.

Eine Windkraftanlage mit optimalem Wirkungsgrad muss dort die Balance finden, wo der Wind genug Energie abgibt, sodass er zur weiteren Bewegung nur noch aus dem Öffnungsfenster des Gerätes austreten muss. Der Wirkungsgrad bestimmt in diesem Fall den Unterschied in der Windgeschwindigkeit vor und nach der Turbine und wirkt sich direkt auf den Leistungsfaktor der Windmühle aus, der die folgende Formel annimmt: P_Ausfahrt= 1/2 × r × S × V3 × Wirkungsgrad.

Die maximale Effizienz einer Windkraftanlage vor mehr als 100 Jahren wurde vom deutschen Naturwissenschaftler Betz in seiner grundlagenwissenschaftlichen Arbeit belegt. Ausgehend von obiger Formel hat der Deutsche äußerst konsequent belegt, dass dem Wind maximal 16/27 Energie entzogen werden kann. Anschließend wurden seine Berechnungen vom Italiener Loregio leicht korrigiert, und es stellte sich heraus, dass der maximale Wirkungsgrad für einen Windgenerator 59% beträgt.

Dies macht sich deutlich in den unterschiedlichen Funktionsprinzipien der Savonius- und Darier-Turbinen bemerkbar. Schließlich nehmen Savonius-Windmühlen nur die Schubkraft des Windes auf, und Dariers Projekte nutzen auch den aerodynamischen Auftrieb, der die Rotationsgeschwindigkeit der Blätter erhöht.

Das Funktionsprinzip der Windkraftanlage

Bei fehlenden oder häufigen Stromausfällen ist es besser, einen Mini-Windgenerator oder mehrere Windräder (Windkraftanlagen) für die individuelle Stromversorgung mit eigenen Händen herzustellen. Ein selbstgebautes Gerät wandelt die kinetische Energie des Windes durch die Rotation des Windrades in mechanische Energie um.

Zunächst wird die mechanische Energie, die den Rotor dreht, in einen dreiphasigen Wechselstrom umgewandelt.Der Energiefluss durch den Controller wird in einer DC-Batterie gespeichert. Schließlich modifiziert der Spannungswandler den Strom, um Geräte und Beleuchtung mit Strom zu versorgen.

Das Funktionsprinzip einer Windmühle ist einfach und besteht in der Einwirkung von drei Kraftarten auf die Blätter. Impuls und Hub überwinden das Bremskraftsystem und setzen das Schwungrad in Bewegung. Nach der Bildung eines Magnetfelds durch den Rotor am stationären Teil des Generators beginnt der Strom durch die Drähte.

Einsatzgebiete des Gerätes

Tatsächlich sind Windkraftanlagen in der Lage, Objekte für verschiedene Zwecke mit Energie zu versorgen. Windkraftanlagen mit großen Kapazitäten eignen sich für die Stromversorgung im industriellen Maßstab. Richtig ausgelegte hausgemachte Geräte geben dem Eigentümer des Standorts eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Mit minimalem Arbeits- und Geldaufwand können Sie mit Ihren eigenen Händen einen Windgenerator für ein Privathaus bauen.

Vorteile des Geräts

Der Hauptvorteil einer Heimwindkraftanlage ist die Einsparung von Stromrechnungen. Das Geld, das für Teile und Installation ausgegeben wird, wird mit kostenlosen Stromlieferungen zurückgezahlt.

Weitere Vorteile einer selbstgebauten Windkraftanlage:

• das Werksmodell ist um ein Vielfaches teurer;
• umweltfreundliches Design, das ohne Kraftstoff funktioniert;
• unbegrenzte Lebensdauer (Komponenten im Fehlerfall einfach austauschbar);
• Eignung bei geeigneten klimatischen Bedingungen mit einer durchschnittlichen Jahresgeschwindigkeit des Meters von 4 m / s.

Mängel

Die negative Seite einer einzelnen Windmühle beinhaltet:

• Abhängigkeit vom Wetter;
• Stürme und Orkane setzen den Mechanismus oft außer Kraft;
• vorbeugende Maßnahmen sind erforderlich;
• hohe Masten müssen geerdet werden;
• Einige Modelle überschreiten den zulässigen Geräuschpegel.

Windturbinen-Generator

Für den Betrieb von Windrädern werden herkömmliche Drehstromgeneratoren benötigt. Das Design solcher Geräte ähnelt den Modellen, die in Autos verwendet werden, hat jedoch größere Parameter.

Windenergieanlagen haben eine dreiphasige Statorwicklung (Sternschaltung), von der drei Drähte abgehen, die zum Controller führen, wo die Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt wird.

Der Generatorrotor für eine Windkraftanlage besteht aus Neodym-Magneten: Bei solchen Konstruktionen ist es nicht ratsam, eine elektrische Erregung zu verwenden, da die Spule viel Energie verbraucht

Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, wird häufig ein Multiplikator verwendet. Mit einem solchen Gerät können Sie die Leistung des vorhandenen Generators erhöhen oder ein kleineres Gerät verwenden, wodurch die Installationskosten gesenkt werden.

Multiplikatoren werden häufiger in vertikalen Windkraftanlagen verwendet, bei denen der Drehvorgang des Windrads langsamer ist. Für horizontale Geräte mit hoher Rotationsgeschwindigkeit der Schaufeln sind keine Multiplikatoren erforderlich, was die Konstruktion vereinfacht und senkt.

Die Besonderheiten der Montage und Installation einer Windkraftanlage aus einer Waschmaschine und einer Windkraftanlage aus einem Autogenerator werden in den von uns empfohlenen Artikeln ausführlich beschrieben.

Satz

• Beschaufelter Rotor. Sie können je nach Modell sein: eins, zwei, drei oder mehr;
• Untersetzungsgetriebe oder mit anderen Worten ein Getriebe zur Regulierung der Drehzahl zwischen Generator und Rotor;
• Das Gehäuse ist schützend. Sein Zweck ist aus dem Namen ersichtlich: Es schützt alle Bauteile der Struktur vor äußeren Einflüssen;
• Der Schwanz ist dafür verantwortlich, sich in die Richtung des wehenden Windes zu drehen;
• Der Akku ist wiederaufladbar.Seine Aufgabe ist es, Energie zu akkumulieren, d.h. Lager. Da das Wetter für das Kraftwerk nicht immer günstig ist, hilft dies bei schlechtem Wetter immer;
• Wechselrichter-Installation. Mit ihm wird Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt, der elektrische Geräte des täglichen Lebens speist.

Berechnung von Größe und Platzierung

Um die benötigte Anzahl an Generatoren für eine Windkraftanlage zu berechnen, berücksichtigen Sie:

• erforderliche Leistung;
• Anzahl windiger Tage;
• Standortmerkmale.

Damit sich die Installation einer Windkraftanlage durch die Kosten rechtfertigen lässt, ist es also notwendig, die Anzahl der Windtage pro Jahr sowie deren Hauptrichtung zu ermitteln. Küstengebiete und Gebiete in den Bergen haben die vorteilhafteste Lage, da hier die Windstärke 60-70 m / s übersteigt und dies völlig ausreicht, um auf lokale Elektrizität zu verzichten.

Auf dem flachen Gebiet ist der Wind durch eine gleichmäßige Strömung gekennzeichnet, aber seine Stärke reicht manchmal nicht aus, um ein Privathaus vollständig zu versorgen. Eine Installation in der Nähe von Plantagen und Wäldern ist überhaupt nicht rentabel, da Windenergie verbraucht wird und in größerem Umfang auf Bäumen verweilt.

Die Windströmung hat eine Kraftzunahme direkt proportional zur Entfernung von der Erdoberfläche. Dementsprechend gilt: Je höher der Windmühlenmast, desto mehr Schwung kann er einfangen. Je weiter es jedoch vom Boden entfernt ist, desto mehr Verstärkung benötigt es. Hilfsstützen können das Windrad nicht immer vollständig halten. Bei einem starken böigen Wind ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein hoher Mast umfällt, viel größer als bei einem Mast, der auf einer Höhe von 5-7 Metern steht.

Die optimale Entfernung des Mastes vom Boden beträgt 10-15 Meter. Die Befestigung erfolgt auf zwei Arten:

1. Betonieren des Fundaments - Sie graben vier tiefe, aber kleine Gruben im Durchmesser, in die Erweiterungen von Windkraftanlagen eingetaucht und betoniert werden. Das Verfahren ist zeit- und kostenintensiv, aber am zuverlässigsten. Bei starkem Wind bleibt der Mast bewegungslos, und der einzige Schaden daran kann das Verschrotten der Blätter sein.
2. Dehnungsstreifen aus Metall - mit Hilfe eines Metallkabels wird die Windmühle senkrecht zur Erdoberfläche befestigt, während das Kabel gut gedehnt wird und seine Enden am Boden fixiert.

Die Betriebsdauer des Kraftwerks insgesamt hängt von der Wahl der Mastbefestigungsmethode ab.

Das Vorhandensein spezieller Ausrüstung sowie Erfahrung in der Durchführung solcher Arbeiten wird den Windpark vor vorzeitigen Ausfällen bewahren.

Segelwindgenerator

Wenn die Flügel traditioneller Windmühlen aus harten Materialien bestehen, sind sie beim Segeln dagegen aus weichen Materialien. Geeignet für alle dichten Stoffe wie Planen. Bei solchen Konstruktionen werden häufig Vlieslaminate verwendet. Äußerlich sieht ein segelnder Windgenerator aus wie eine große Kinderdrehscheibe.

Segelwindmühlen werden konstruktionsbedingt in zwei Typen unterteilt.

• Rund mit dreieckigen Segelblättern
• Mit Segelrad, ebenfalls rund

Segelwindgenerator mit dreieckigen Flügeln

Dreieckige Segelblätter werden normalerweise gleichschenklig hergestellt, aber in vielen Fällen wird ihre Form individuell ausgewählt - entsprechend den Windlasten des Bereichs, in dem sie installiert sind. Eine segelnde Windmühle beginnt bei einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s zu arbeiten. Seine Effizienz ist höher als die der meisten Windmühlen mit Flügeln, aber gleichzeitig ist es nicht ohne viele Mängel. Wenn sich also der Wind ändert, hält das „Segelboot“ an und braucht Zeit, um sich in die neue Richtung der Windströmung zu drehen.

Ein weiterer Nachteil ist die Zerbrechlichkeit der "Segel" selbst. Sie reißen oft, fallen aus und müssen komplett ersetzt werden.
Es wird angenommen, dass ein Kreissegelgenerator diese Mängel nicht aufweist. Sein Wirkungsgrad ist doppelt so hoch wie der eines Generators mit Segelflügeln. Äußerlich sieht er aus wie eine Satellitenschüssel und unterscheidet sich von den üblichen Generatoren dadurch, dass er keine rotierenden Schaufeln, Zylinder oder Rotoren hat. Dieser Generator vibriert unter Druck oder Windböen und überträgt mit seinen Vibrationen mechanische Energie auf den Generator.