البته قدرت یک ژنراتور بادی به سرعت باد بستگی دارد، همانطور که قدرت باتری خورشیدی به روشنایی نور خورشید یا قدرت یک توربین هیدرولیک به سرعت جریان آب بستگی دارد. اما ما نمی دانیم که چگونه مولد باد به سرعت باد بستگی دارد، زیرا نمی دانیم چه مقدار انرژی در خود باد وجود دارد. انرژی زیادی در باد وجود دارد؛ مثلاً یک بیلبورد تبلیغاتی با عرض یک متر و ارتفاع یک متر با سرعت باد 5 متر بر ثانیه فشاری معادل 75 وات را تجربه می کند. و اگر اندازه سپر سه در سه متر باشد، قدرت باد در 5 متر بر ثانیه 675 وات خواهد بود. علاوه بر این، اگر سرعت باد به نصف کاهش یابد، قدرت 8 برابر می شود و اگر باد با سرعت دو برابر می وزد، قدرت فشار روی سپر هشت برابر افزایش می یابد. وابستگی نیروی باد با افزایش سرعت مکعب است.

اما پروانه یک آسیاب بادی افقی یا روتور یک مولد باد عمودی یک ساختار دوار است؛ فشاری مشابه سپر را تجربه می کند، اما نمی تواند تمام انرژی باد را به چرخش تبدیل کند. بهترین ژنراتورهای بادی افقی می توانند تا 47 درصد از انرژی باد را مصرف کنند و توربین های بادی نوع بشکه ای می توانند تا 25 درصد انرژی را مصرف کنند. میانگین راندمان معمول آسیاب بادی افقی 0.4 است و ثابت نیست، زیرا تیغه ها دارای اشکال آیرودینامیکی ثابتی هستند که می توانند با حداکثر بازده تنها در سرعت باد معینی کار کنند. همین امر در مورد روتورهای عمودی نیز صدق می کند، زیرا تیغه های آنها نیز اندازه ثابتی دارند.

در این مرحله فکر می کنم واضح است که قدرت یک مولد باد با قدرت باد یا به عبارتی سرعت جریان باد تعیین می شود. همچنین اندازه پروانه تعیین می کند که از چه ناحیه ای از انرژی جریان باد می توان برداشت کرد. واضح است که هرچه پروانه بزرگتر باشد، باد را بیشتر می گیرد و انرژی آن را می گیرد. مورد سوم، راندمان ملخ است، این نیز یک عامل مهم است؛ هر چه راندمان بالاتر باشد، پروانه قدرت بیشتری دارد و خود مولد باد ارزان‌تر است.

به عنوان مثال، پروانه ای با قطر 3 متر در باد 5 متر بر ثانیه، تقریباً 210 وات قدرت دارد و در 10 متر بر ثانیه قدرت آن 1.8 کیلو وات خواهد بود. البته در صورتی که کارایی آن بالا باشد. در کل گفتن بازده اشتباهه، باید ضریب استفاده از انرژی باد یعنی ضریب پروانه بهره وری انرژی رو بگید. پروانه ژنراتور باد یک چیز نسبتاً پیچیده است و علاوه بر قطر پروانه، چیزی به نام سرعت پروانه نیز وجود دارد که برای انتخاب ژنراتور مناسب لازم است. سرعت، سرعت نوک تیغه ها نسبت به سرعت باد است؛ معمولاً نوک تیغه ها در حالت کارکرد، برای پروانه های سه پره، 5 تا 7 برابر سریعتر از سرعت باد حرکت می کنند. این یک علم نسبتاً پیچیده است و شما در ابتدا چیزی در مورد آن نخواهید فهمید. در زیر جدول قدرت پروانه بسته به قطر پروانه و سرعت باد در KIEV 0.45 آمده است.

بعد یک ژنراتور داریم، میانگین راندمان ژنراتورها معمولاً 0.8 است، اما این بازده بستگی به سرعت دارد. ژنراتور ممکن است داشته باشد حداکثر بهره وری 96٪، اما فقط در یک محدوده سرعت باریک، و این به مقاومت بار ژنراتور و مقاومت سیم پیچ ژنراتور بستگی دارد. همچنین راندمان یک ژنراتور در صورت بارگیری نادرست می تواند زیر 50 درصد باشد، اما نمی توان آن را به درستی بارگذاری کرد زیرا در سرعت های مختلف به بارهای مختلف نیاز دارد و سرعت ها متفاوت است زیرا سرعت باد تغییر می کند، سرعت پروانه نیز تغییر می کند. و در نتیجه ژنراتور

به طور کلی، این نیز دشوار است، ژنراتور باید با قدرت پروانه مطابقت داشته باشد، در طیف گسترده ای از چرخش ها کمی قدرت کمتری نسبت به پروانه داشته باشد، سپس کل این زنجیره به طور موثر کار می کند.

قدرت مولد باد تعیین می کند:

سرعت باد

قطر چرخ باد (پروانه یا روتور)

چرخ های باد کیف

راندمان ژنراتور

محاسبه یک آسیاب بادی عمودی اساساً با محاسبه یک آسیاب بادی معمولی تفاوتی ندارد. اما محاسبه ویژگی های خاص خود را دارد، زیرا آسیاب های بادی عمودی از نوع "Barrel" نه به دلیل نیروی بالابر بلکه به دلیل فشار باد بر روی تیغه ها عمل می کنند. در ادامه مثالی از محاسبه توربین بادی به صورت کلی می زنم. اگرچه محاسبه کاملاً دقیق است، اما یک ایده کلی از قدرت مولد باد ارائه می دهد، اما بسیاری از عواملی که می توانند به طور قابل توجهی بر نتیجه واقعی تأثیر بگذارند در نظر گرفته نمی شوند.

مولد باد عمودی خانگی

به عنوان مثال، عکس یک آسیاب بادی عمودی از نوع "Barrel".

به عنوان مثال می خواهیم یک مولد باد از نوع بشکه ای با عرض 2 متر و ارتفاع 3 متر بسازیم. تعداد تیغه ها واقعا مهم نیست و فرض کنید 4 تیغه نیم دایره داریم. ابتدا باید دریابیم که به طور کلی چقدر انرژی می توانیم از این روتور دریافت کنیم.

یک فرمول ساده برای محاسبه وجود دارد:

P=0.6*S*V^3

پ- توان وات

اس- متر مربع فضای جارو تیغه

V^3- سرعت باد در مکعب m/s

0.6 سرعت باد است باد در حال حرکت در فضا یکی گرفته می شود اما باد با نزدیک شدن به هر مانعی سرعت و قدرت خود را از دست می دهد. از آنجایی که ما از افت سرعت اطلاعی نداریم، با در نظر گرفتن این واقعیت که باد 33٪ سرعت خود را از دست می دهد، 0.6 را می گیریم.

علاوه بر این، فرمول محاسبه مساحت یک دایره S=πr2، جایی که

π - 3,14

r- شعاع دایره مربع

به طور کلی آسیاب های بادی عمودی مانند بیلبوردها سرعت باد را بسیار شدید می کنند و الف کیسه هوادر مواجهه با آن بخش‌های جدیدی از باد به طرفین پراکنده می‌شود و 30 تا 40 درصد انرژی باد بدون شرکت در فشار روی پره‌ها از بین می‌رود. بنابراین، راندمان کلی، یا با توجه به KIEV صحیح چرخ باد، توربین های بادی عمودی بسیار کم است و تنها 10-20٪ از انرژی باد را تشکیل می دهد.

از تجزیه و تحلیل توربین های بادی عمودی خانگی، KIEV اساساً 10٪ از کل است، اما ما خوش بین هستیم، بنابراین من KIEV 0.2 را انتخاب می کنم، اگرچه راندمان ژنراتور و انتقال در اینجا در نظر گرفته نمی شود.

0.6*6*2*2*2*0.2=5.76 وات در 2 متر بر ثانیه

0.6*6*3*3*3*0.2=19.44 وات در 3 متر بر ثانیه

0.6*6*4*4*4*0.2=46.08 وات در 4 متر بر ثانیه

0.6*6*5*5*5*0.2=90 وات در 5 متر بر ثانیه

0.6*6*7*7*7*0.2=246 وات در 7 متر بر ثانیه

0.6*6*10*10*10*0.2=720 وات در 10 متر بر ثانیه

اکنون مشخص شده است که این روتور چه توانایی هایی دارد. در مرحله بعد، باید ژنراتور را روی این روتور قرار دهیم تا ژنراتور بتواند حداکثر توان ممکن را که روی روتور در دسترس است تولید کند و در عین حال روتور را بارگذاری نکند - تا بتواند بچرخد و سرعت آن زیاد کاهش پیدا نکند. . در غیر این صورت هیچ حسی وجود نخواهد داشت، تولید انرژی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. برای تنظیم ژنراتور، باید سرعت چرخ باد را در هر سرعت باد دریابیم.

برخلاف توربین های بادی افقی که سرعت چرخش نوک پره ها معمولاً 5 برابر است سرعت سریعترباد، یک مولد باد عمودی نمی تواند سریعتر از سرعت باد بچرخد. این به این دلیل است که در اینجا باد به سادگی تیغه را فشار می دهد و با جریان باد عبوری شروع به حرکت می کند. یک ملخ افقی به دلیل نیروی بالابری که در پشت تیغه ایجاد می شود کار می کند و تیغه را به جلو می راند و در اینجا سرعت فقط با خواص آیرودینامیکی تیغه و نیروی بالابر محدود می شود.

ما وارد جزئیات نخواهیم شد و به چرخ باد خود باز خواهیم گشت. برای محاسبه دورهای روتور به ابعاد 2*3 متر که عرض روتور 2 متر است، باید محیط روتور را دریابید. 2*3.14=6.28 متر یعنی در یک دور نوک تیغه مسافت 6.28 متر را طی می کند. این بدان معناست که در حالت ایده آل روتور در یک جریان باد عبوری به طول 6.28 متر یک انقلاب کامل ایجاد می کند. اما از آنجایی که انرژی صرف چرخش، انتقال و حتی چرخش ژنراتور می شود - که توسط باتری بارگذاری می شود، سرعت به طور متوسط ​​به نصف کاهش می یابد. و روتور در 12 متر جریان باد یک انقلاب کامل ایجاد می کند.

سپس به این صورت معلوم می شود که اگر باد 3 متر بر ثانیه باشد، با این باد روتور در یک ثانیه 0.4 دور و در 4 ثانیه یک دور کامل می دهد. و در یک دقیقه با باد 3 متر بر ثانیه 60:4 = 15 دور در دقیقه خواهد بود.

در 3m/s 12:3=4، 60:4=15rpm

در 4 متر بر ثانیه 12:4=3، 60:3=20rpm خواهد بود.

با باد 5 متر بر ثانیه 12:5=2.4، 60:2.4=25rpm.

در 7 متر بر ثانیه 12:7 = 1.71، 60: 1.71 = 35 دور در دقیقه

در 10 متر بر ثانیه 12:10=1.2، 60:1.2=50 دور در دقیقه

من فکر می کنم سرعت چرخ باد اکنون مشخص است و آنها شناخته شده اند. هرچه قطر چرخ باد بیشتر باشد، سرعت آن نسبت به سرعت باد کمتر است. بنابراین، به عنوان مثال، یک چرخ باد با قطر 1 متر دو برابر سریعتر از چرخ باد با قطر 2 متر می چرخد.

اکنون ما به یک ژنراتور نیاز داریم که باید با این سرعت ها برق تولید کند بیشتر نهچیزی که یک چرخ باد می تواند تولید کند. و اگر ژنراتور قوی تر باشد روتور را اضافه بار می کند و نمی تواند تا سرعت خود بچرخد و در نتیجه سرعت کم و توان کلی کم می شود. با باد 3 متر بر ثانیه اینجا 15 دور در دقیقه و قدرت چرخ باد 19 وات، برای بارگیری روتور حداکثر 19 وات به ژنراتور نیاز دارید. این کار بازده گیربکس (در صورت وجود) و کارایی خود ژنراتور را در نظر می گیرد. راندمان گیربکس و ژنراتور معمولا مشخص نیست اما تلفات قابل توجهی هم دارند و در کل 20-50 درصد انرژی از بین می رود و فقط 50 درصد در خروجی به باتری می رود که تقریباً 10 وات است. در مورد ما.

اگر ژنراتور چرخ باد را اضافه بار کند، سرعت آن به سرعت اسمی نمی رسد و به طور قابل توجهی کمتر از سرعت باد خواهد بود. این باعث کاهش سرعت و قدرت ژنراتور می شود. به علاوه، تیغه ها که سرعت آنها به طور قابل توجهی نسبت به باد کمتر است، سرعت آن را به شدت کاهش می دهد و باد به طرفین پراکنده می شود، در نتیجه قدرت چرخ باد حتی بیشتر کاهش می یابد. بنابراین، با یک ژنراتور بیش از حد قدرتمند، انرژی موجود برای باتری چندین برابر کمتر از آنچه می تواند باشد، خواهد بود. یا برعکس، هنگامی که ژنراتور خیلی ضعیف است و در 15 دور در دقیقه چرخ باد نمی تواند چرخ باد را به طور کامل بارگیری کند، همچنین معلوم می شود که ما انرژی بسیار کمتری از احتمالی مصرف می کنیم.

در نتیجه، ژنراتور باید با قدرت چرخ باد مطابقت داشته باشد؛ این تنها راهی است که می توانیم حداکثر توان ممکن را از چرخ باد استخراج کنیم. این را می توان بیش از همه گفت کار دشواراز آنجایی که ژنراتور کاملاً می تواند ویژگی های مختلفولتاژ و جریان به انقلاب. برای انتخاب یک ژنراتور، باید آن را روی باتری بچرخانید و انرژی خروجی را اندازه بگیرید یا با استفاده از فرمول ها آن را محاسبه کنید. و سپس سعی کنید آن را روی چرخ باد قرار دهید.

به عنوان مثال، ژنراتور شما در 300 دور در دقیقه دارای 1 آمپت روی باتری 14 ولت است، این تقریباً 14 وات است و چرخ باد در 15 دور در دقیقه 19 وات تولید می کند. این بدان معنی است که یک ضریب 1:20 لازم است تا ژنراتور با سرعت 300 دور در دقیقه بچرخد. در سرعت 5 متر بر ثانیه، سرعت چرخ باد 25 دور در دقیقه است و بنابراین ژنراتور با سرعت 500 دور در دقیقه می چرخد. قدرت چرخ باد ما فقط 90 وات است، اما ژنراتور از قدرت فراتر رفته و 200 وات تولید می کند. چرخ باد به این ترتیب کار نمی کند؛ به سادگی به آرامی می چرخد ​​و 90 وات خود را تولید نمی کند - چه برسد به 200 وات. راه حل این است که یا شروع شارژ را فدا کنیم و یک گیربکس 1:15 بسازیم یا ارتفاع چرخ باد را دو برابر کنیم تا چرخ باد ژنراتور را بکشد.

بنابراین لازم است که ژنراتور قدرت و سرعت را در کل محدوده چرخش چرخ باد منطبق کند. و اگر ژنراتور قدرت کافی نداشته باشد، باید یا نسبت دنده ضریب را افزایش دهید یا روتور را کاهش دهید تا بین سرعت و قدرت چرخ باد و ژنراتور تعادل برقرار شود. اغلب مردم، بدون هیچ محاسبه‌ای، از هر چیزی که پیدا می‌کنند، ژنراتور نصب می‌کنند و پس از تماشای ویدیوهای کافی از یوتیوب، چرخ باد می‌سازند، اما در نهایت معلوم می‌شود که مولد باد در بادهای کم کار نمی‌کند و به سادگی ناچیز است. از نظر قدرت

ذخایر انرژی بادی 170 تریلیون کیلووات ساعت در سال محاسبه شده است. انرژی باد قبلاً آنقدر مورد تحقیق قرار گرفته است که هر خانه می تواند برای نیازهای خود یک آسیاب بادی با قدرت کم نصب کند.

با این حال، انرژی باد دارای معایبی است. از جمله آنها پراکندگی در فضا و نوسانات سرعت باد است. آسیاب های بادی امواج رادیویی را منعکس می کنند و در پرواز پرندگان و حشرات اختلال ایجاد می کنند.

در حال حاضر، توربین های بادی ساخته شده اند که می توانند در کمترین بادها کار کنند. گام تیغه پروانه به طور خودکار به گونه ای تنظیم می شود که همیشه از حداکثر استفاده ممکن از انرژی باد اطمینان حاصل شود و اگر سرعت باد بیش از حد باشد، تیغه نیز به طور خودکار به موقعیت پر منتقل می شود تا حادثه ایجاد شود. مستثنی شده است. علاوه بر این، نیروگاه های سیکلون با ظرفیت تا صد هزار کیلووات به طور فعال استفاده می شود، که در آن هوای گرمبا بالا آمدن در یک برج 15 متری ویژه و مخلوط شدن با جریان هوای در حال گردش، یک سیکلون مصنوعی ایجاد می کند که در این بین به یک توربین تبدیل می شود. چنین تاسیساتی بسیار کارآمدتر و پنل های خورشیدیو توربین های بادی معمولی

ژنراتورهای بادی

مولدهای بادی تنها تولیدکنندگان برق از انرژی باد هستند. آنها یک برج با بدنه در انتها و پره های چرخان هستند (شکل 3). در داخل محفظه مبدل های انرژی از هر تیغه وجود دارد. تعداد پره ها می تواند بسیار متفاوت باشد، اما بیشتر مصرف کنندگان ژنراتورهای بادی با سه پره را ترجیح می دهند. ارتفاع پین می تواند بسیار متفاوت باشد، تا ارتفاع 5-7 متر.

اصل عملکرد و انواع ژنراتورهای بادی

پره های روتور یک توربین بادی انرژی را از باد دریافت می کنند و سرعت آن را کاهش می دهند. آنها در برابر باد مقاومت می کنند و باد با همان قدرت به آنها برخورد می کند. نیروی فشار در اولین توربین های بادی استفاده می شود. تیغه هایی با محور افقی نمی توانند در جهت باد حرکت کنند، بنابراین نمی توانند از نیروی رانش بهره مند شوند. در عوض از آسانسور استفاده می کنند.

ژنراتورهای بادی با توجه به ویژگی های اصلی زیر متفاوت هستند:

تعداد تیغه ها؛

مواد تولید تیغه؛

محل محور چرخش نسبت به زمین؛

ویژگی گام پیچ.

بسته به تعداد تیغه ها می توانند یک، دو، سه یا چند تیغه باشند. دومی چرخش خود را با کوچکترین حرکت هوا آغاز می کند، اما فقط برای اهدافی که واقعیت چرخش مهم است و نه الکتریسیته تولید شده قابل استفاده هستند. یعنی، مثلاً هنگام پمپاژ آب از چاه های عمیق، ضروری هستند.

بر اساس موادی که تیغه ها از آن ساخته شده اند، بین ژنراتورهای باد صلب و بادبانی تمایز قائل می شوند. قایقرانی بسیار ارزان تر از انواع سفت و سخت ساخته شده از فایبرگلاس یا فلز است.

بر اساس موقعیت محور چرخش به سطح خاک، بین مولدهای افقی و عمودی باد تمایز قائل می شود. تفاوت آنها آنقدر ظریف است که وقتی شرایط مختلفآنها در برتری خود جای خود را تغییر می دهند. آسیاب‌های بادی با محور عمودی بلافاصله کوچک‌ترین نسیمی را می‌گیرند و نیازی به بادگیر ندارند، اما قدرت کمتری نسبت به آسیاب‌های افقی دارند.

بر اساس قدم پروانه، ژنراتورهای بادی دارای گام متغیر و ثابت هستند. گام متغیر بدون شک افزایش سرعت چرخش را ممکن می کند، اما طراحی پیچیده است. وزن آسیاب بادی را افزایش می دهد، یعنی نیاز به هزینه های اضافی دارد. یک مرحله ثابت بسیار ساده تر و قابل اعتمادتر است.

محاسبه ژنراتور بادی

هنگام محاسبه تیغه باید عرض وتر و زاویه نصب تیغه را در چند قسمت در طول تیغه مشخص کرد. در هر بخش لازم است مشخص شود فرم صحیحتیغه ها برای گرفتن بهترین تلاش (بالابر) از هر قسمت از باد که این بخش به آن می پردازد.

فرآیند محاسبه بهترین بار و مربوط به آن بهترین پروفایلکه به عنوان روش اجزای محدود شناخته می شود، تیغه را به عنوان مجموعه ای از عناصر منفرد در نظر می گیرد.

بیایید قدرت جریان باد را با استفاده از فرمول محاسبه کنیم:

که در آن V سرعت باد، m/s است. с - چگالی هوا، کیلوگرم بر متر مکعب؛ S ناحیه تحت تأثیر جریان هوا، m2 است.

به واسطه ویژگی های تکنولوژیکیاکثر ژنراتورهای بادی توان را با استفاده از فرمول دقیق تری محاسبه می کنند:

جایی که o ضریب استفاده از انرژی باد است (در حالت اسمی برای توربین های بادی پرسرعت به حداکثر o max = 0.4 ساعت 0.5 می رسد)، یک مقدار غیر قابل اندازه گیری. R - شعاع روتور، متر؛ V - سرعت جریان هوا، m / s. с - چگالی هوا، کیلوگرم بر متر مکعب؛ z r - راندمان گیربکس، %؛ z g - راندمان ژنراتور، ٪.

برای مثال محاسبه، مقادیر زیر را در نظر می گیریم:

c = 1.25 کیلوگرم بر متر مکعب؛

در نتیجه مطابق فرمول (3.2) مقدار زیر را بدست می آوریم:

بدیهی است برای انتخاب بهینه ترین قطر پروانه مولد بادی، دانستن میانگین سرعت باد در محل نصب برنامه ریزی شده ضروری است. مقدار الکتریسیته تولید شده توسط مولد باد با افزایش سرعت باد به نسبت مکعب افزایش می یابد. به عنوان مثال، اگر سرعت باد 2 برابر افزایش یابد، انرژی کیلومتری تولید شده توسط روتور 8 برابر افزایش می یابد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که سرعت باد مهمترین عامل موثر بر توان یک مولد باد است.

برای انتخاب محل نصب ژنراتور بادی، مناسب‌ترین منطقه با حداقل تعداد موانع در برابر باد (درختان بزرگ، ساختمان‌ها) در فاصله حداقل 30-25 متر است. ارتفاع نیروگاه بادی باید حداقل 3-5 متر از ارتفاع نزدیکترین ساختمانها باشد. در خط گذرگاه بادخیز نباید درخت یا ساختمان وجود داشته باشد. تپه ها یا رشته کوه ها با زمین باز برای مکان مولد باد مناسب ترین هستند.

قبل از خرید یک ژنراتور بادی برای خانه خود، باید بدانید که پارامترهای برق آن از کجا می آید، آیا واقعاً پارامترهایی را که در گذرنامه آن نوشته شده است تولید می کند و روی چه چیزی می توانید حساب کنید.

سرعت باد

صرف نظر از اینکه قصد دارید یک ژنراتور آماده بخرید یا خودتان آن را بسازید، سرعت باد یکی از مهمترین پارامترها در تعیین قدرت نصب خواهد بود.

اولاً، هر نوع ژنراتور بادی سرعت عملیات اولیه خود را دارد. برای اکثر نصب ها این 2-3 متر بر ثانیه است. اگر سرعت باد کمتر از این آستانه باشد، ژنراتور به هیچ وجه کار نمی کند و بر این اساس، برق نیز تولید نمی کند.

علاوه بر سرعت اولیه، یک سرعت اسمی نیز وجود دارد که در آن مولد باد به توان نامی خود می رسد. برای هر مدل، سازنده به طور جداگانه این رقم را نشان می دهد.

اما اگر سرعت بالاتر از سرعت اولیه، اما کمتر از سرعت اسمی باشد، تولید برق به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. و برای اینکه بدون برق نمانید، همیشه قبل از هر چیز باید روی میانگین سرعت باد در منطقه خود و مستقیماً روی سایت خود تمرکز کنید. شما می توانید با نگاه کردن به نقشه باد یا با مشاهده پیش بینی آب و هوا در شهر خود، جایی که سرعت باد معمولاً نشان داده شده است، به اولین نشانگر پی ببرید.

شکل دوم در حالت ایده آل باید اندازه گیری شود دستگاه های خاصمستقیماً در محلی که توربین بادی قرار خواهد گرفت. از این گذشته ، خانه شما می تواند یا روی تپه باشد ، جایی که سرعت باد بیشتر می شود ، یا در یک دشت ، جایی که عملاً باد وجود ندارد.

در این شرایط، کسانی که دائماً از وزش باد طوفان رنج می برند، در موقعیت مطلوب تری قرار دارند و می توانند روی عملکرد بیشتر مولد باد حساب کنند.

قطر پیچ

اگر فکر می کنید که یک مولد باد یک تاسیسات کوچک است که می تواند به معنای واقعی کلمه روی پشت بام شما بایستد و برق خانه 100 متری شما را تامین کند، در اشتباهید. اگر از نصب به عنوان یک منبع تغذیه مستقل استفاده می شود که باید تمام نیازهای شما را تامین کند، نه بخش کوچکی از آنها، در این صورت پیچ ها در واقع می توانند بزرگ باشند. برای خانه کوچکشعاع حداقل 3-4 متر مورد نیاز است. بر این اساس، قطر 6-8 متر است.

تلفات

تنها محاسبه قدرت نصب با استفاده از یک فرمول کافی نیست. همیشه تلفاتی وجود دارد که تا 70 درصد توان را می گیرد. اولین ضرری که با آن مواجه می شوید میزان استفاده از انرژی باد است. تقریباً 0.6 است.

همه این پارامترها باید در هنگام طراحی یک توربین بادی در نظر گرفته شوند. در اینجا تلفات تقریبی است. می توانید مقادیر واقعی را در توضیحات عناصری که استفاده خواهید کرد، بیابید. آنها معمولاً توسط سازنده مشخص می شوند.

فرمول های ساده و پیچیده

دو فرمول وجود دارد که با دانستن سرعت باد و شعاع یا قطر پره ها می توانید قدرت یک مولد باد را تعیین کنید.

فرمول اول کمی پیچیده تر است و کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

توان = ضریب استفاده از انرژی باد * ((چگالی جریان هوا * سرعت باد در مکعب)/2 * n * شعاع مربع)

فرمول دوم تا حدودی ساده شده است.

توان = 0.6 * n * شعاع مربع * سرعت باد در مکعب

سرعت باد برای محاسبه باید کمتر از میانگین سالانه باشد تا واقعاً بفهمیم روی چه اعدادی باید حساب کنید.

محاسبه

ما در مقاله دیگری به نمونه هایی از محاسبات برای خانه و خانه با در نظر گرفتن استفاده از وسایل برقی خاص نگاه خواهیم کرد. اکنون بیایید دریابیم که ژنراتور بادی ارائه شده توسط سازنده چه قدرت واقعی می تواند به ما بدهد.

به عنوان مثال، بیایید یک ژنراتور بادی با طول پره 4 متر، با سرعت متوسط ​​باد 5 متر بر ثانیه در نظر بگیریم (این رقم می تواند به 10-15 برسد، با این حال، ما یک گزینه کمتر موفق را در نظر خواهیم گرفت.

فرمول اول شکل زیر را به دست می دهد:

توان = 0.6 * (1.225 * 125/2) * 3.14 * 16 = 2307.9 وات.

طبق فرمول دوم:

توان = 0.6 * 3.14 * 16 * 125 = 3768 وات.

شکل دوم به واقعیت نزدیکتر است و این فرمولی است که باید در محاسبات خود استفاده کنید. با این حال، بیایید تلفات هر پیچ را از نتیجه دوم محاسبه کنیم.

توان = 3768 * 0.6 = 2260.8 وات.

در حال حاضر به نتیجه اول بسیار نزدیکتر شده است. با این حال، از این رقم باید تلفات ژنراتور و سیم ها را کم کنیم.

توان = 2260.8 * 0.8 * 0.8 = 1446.9 وات.

این دقیقاً همان مقداری است که هنگام استفاده از ژنراتور بادی با پیچ های 4 متری می توانید روی آن حساب کنید. البته، با باد شدیدتر، قدرت آن افزایش می یابد، اما این پارامتر برای هر خانه فردی است.

روش محاسبه توان چرخ توربین بادی نسبتا دقیق و بسیار ساده است.

در زیر فرمول محاسبه توان انرژی باد آورده شده است P=0.6*S*V^3، جایی که

P-power وات

S - منطقه جارو متر مربع.

V^3- سرعت باد در مکعب m/s

علاوه بر این، فرمول محاسبه مساحت یک دایره S=πr2، جایی که

R شعاع دایره مربع است

به عنوان مثال، اگر یک مساحت پیچ را به اندازه 3 متر مربع در نظر بگیریم. و با محاسبه توان در باد 10 متر بر ثانیه، 0.6*3*10*10*10=1800 وات می گیرید. اما این قدرت جریان باد است و پروانه بخشی از قدرت را می گیرد که در تئوری می تواند به 57٪ برسد اما در عمل برای ژنراتورهای بادی سه پره افقی این پارامتر 35-45٪ است. و برای نوع عمودی Savonius 15-25٪.

سپس به طور متوسط ​​برای یک ملخ سه پره افقی، ضریب استفاده از انرژی باد را روی 40 درصد قرار داده و 720 وات = 0.4*1800 را محاسبه می کنیم. پروانه 720 وات از باد می گیرد، اما هنوز راندمان ژنراتور وجود دارد که ژنراتورها دارای آن هستند. آهنرباهای دائمیتقریباً 0.8 و با تحریک الکتریکی 0.6. سپس 720*0.8=576 وات.

اما در عمل، همه چیز می تواند بسیار بدتر باشد، زیرا ژنراتور راندمان بالایی در همه حالت های عملکرد ندارد؛ همچنین تلفات در سیم ها، روی پل دیود، در کنترل کننده و باتری وجود دارد. بنابراین، می توانید با خیال راحت 20٪ دیگر از توان را کاهش دهید و تقریباً 576-20٪ = 640.8 وات باقی می ماند.

برای یک مولد باد عمودی، این پارامتر حتی کمتر خواهد بود زیرا اولا، KIEV تنها 20٪ است و همچنین ضریب، بازده آن 70-90٪ است. سپس، از 1800 وات اولیه نیروی باد، پره ها 1800 * 0.2 = 360 وات را از بین خواهند برد. منهای راندمان یک ژنراتور 0.8 و ضریب 0.8 برابر است با 360 * 0.8 * 0.8 = 230.4 وات. و منهای 20% دیگر برای تلفات در سیم، پل دیود، کنترلر و باتری و 230.4-20% = 183.6 وات باقی می ماند.

از زندگی واقعی، محاسبه عملی قدرت ژنراتور بادی.

این فرمول را می توان در بسیاری از انجمن ها و وب سایت های ژنراتورهای بادی یافت. برای آزمایش فرمول، می‌خواهم داده‌های واقعی دو مولد بادی کم‌قدر با ملخ‌های تقریباً یکسان را با هم مقایسه کنم، اما یکی افقی و دیگری عمودی است.

عکس دو ژنراتور بادی خانگی واقعی را نشان می دهد، اولی سه پره افقی با قطر ملخ 1.5 متر، دومی عمودی به عرض 1 متر و ارتفاع 1.8 متر است. بدون در نظر گرفتن داده ها، بلافاصله می نویسم که توان افقی در باد 10 متر بر ثانیه حدود 90 وات و توان عمودی 60 وات است. KIEV مورد اول، از آنجایی که تیغه ها با چشم ساخته می شوند، احتمالاً 0.3 است، و عمودی دوم به نظر خوب ساخته شده است، 0.2.

حال بیایید مساحت پروانه ای را که باد جاروب کرده است محاسبه کنیم، برای اولی 1.76 متر و برای عمودی دوم 1.8 متر است.

این یعنی برای افقی 0.6*1.76*10*10*10=1056*0.3*0.8-20%=202 وات.

این یعنی برای عمودی 0.6*1.8*10*10*10=1080*0.2*0.8-20%=138 وات.

نتیجه داده‌های نظری زیر است، اما با دانستن داده‌های واقعی، مشخص می‌شود که KIEV هر دو ژنراتور بادی و راندمان ژنراتورهای آنها با شاخص‌های خوبی فاصله دارند. در این مورد، برای اکثریت ژنراتورهای خانگی، که با چشم و بدون محاسبات انجام می شود، می توانید با خیال راحت 50٪ دیگر را تخفیف دهید و در نهایت توان واقعی مورد انتظار را از یک توربین بادی با چرخ باد در یک منطقه خاص دریافت کنید.

قدرت واقعی یک ژنراتور بادی خانگی.

مولد باد افقی با توان 202 وات - 50% = 101 وات و 90 وات واقعی.

مولد باد عمودی با توان 138 وات - 50% = 69 وات و 60 وات واقعی.

من که برای مدت طولانی به ژنراتورهای بادی علاقه مند بودم، به این نتیجه (شاید اشتباه) رسیدم که اکثر توربین های بادی خانگی از همتایان کارخانه ای خود دور هستند. تنها با استفاده از محاسبات دقیق می توان به آن دست یافت بازدهی بالاکل توربین بادی و تعداد زیادی موفق نیستند.

و از اکثریت ژنراتورهای بادی خانگیهنگام محاسبه توان، می توانید با خیال راحت نیمی از توان مورد انتظار را کاهش دهید و فوراً مولد باد را دو برابر قدرت مورد نیاز بسازید تا تمام کاستی های مونتاژ خانه و مواد مورد استفاده را جبران کنید.