Ветрогенератор для частного дома: устройство, виды, обзор лучших предложений
Ветряки давно перестали быть экзотической новинкой, сейчас их рассматривают как один из возможных вариантов экономии. Потоки воздуха над земной поверхностью несут в себе огромное количество энергии, которую в настоящее время успешно применяют в промышленных ветротурбинах и малых ветряных установках для частного использования.
Мы расскажем, как правильно выбрать и технически грамотно установить ветрогенератор для частного дома. В предложенной нами статье описаны правила сборки и эксплуатации мини электростанций. Заинтересованным покупателям даны рекомендации по выбору, приведен рейтинг популярных моделей.
Оглавление:
Конструкция и принцип работы ветротурбин
Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую. Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.
Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:
- Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
- Генератор для продуцирования переменного тока.
- Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
- Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
- Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
- Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.
Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.
Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка
В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.
В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.
Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.
В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%
Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.
Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.
В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности. В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.
Виды ветряных электростанций
По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.
Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть. Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.
В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:
Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.
Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.
Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м
Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.
В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.
Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий
Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.
Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:
Вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер. В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.
В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.
Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.
Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс. Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.
Целесообразность установки ветрогенератора
Малые ветряные электростанции сегодня широко применяются в качестве альтернативных источников электроэнергии, которые позволяют добиться реальной экономии.
Подобные устройства, как правило, устанавливают на дачных участках, в зонах, удалённых от основных электросетей. Но это не единственная причина, почему люди всё чаще отдают предпочтение конструкциям такого типа.
Владельцы земельных участков успешно используют ветряные генераторы, чтобы добиться полной автономности и существенной экономии электроэнергии
Однако не каждая зона подходит для установки ветротурбины. Чтобы мини-электростанция полноценно функционировала в течение заявленного производителем срока эксплуатации, климатические условия местности должны соответствовать требованиям спецоборудования.
Средняя скорость ветра не должна быть меньше отметки 4,5-5 м/с. Лишь в этом случае монтаж конструкции с ветряком будет экономически оправдан.
Чтобы узнать приблизительные данные о среднегодовой скорости ветра по регионам, необходимо просмотреть специальную карту ветров. Более точную информацию можно получить, используя анемометр и устройство для считывания сигналов.
Измерительную систему нужно установить на большой высоте, чтобы близко расположенные постройки и деревья не искажали результатов.
Если вы решили установить ветряную мини-электростанцию для дома, также следует подумать о наличии свободного пространства. При этом нужно учесть, что ветер должен абсолютно свободно «гулять» по лопастям, ну и без препятствий на своём пути достигать их с разных сторон.
Именно поэтому идеальным местом для установки ветротурбины считаются вершины холмов, где воздушные массы уплотняются с соответствующим увеличением давления и скорости ветра. Также подходящими считаются морские регионы и степная зона.
Чтобы получить полную отдачу от ветряка, его нужно установить в месте, где нет деревьев и высоких зданий
Любые препятствия в радиусе 250 м будут оказывать влияние на работу ветрогенератора. Для получения максимальных показателей КПД необходимо установить ось турбины выше уровня препятствий как минимум на 4-5 м.
Правила выбора оборудования
К подбору ветряного генератора для дома следует подойти ответственно.
Заранее нужно собрать базовую информацию:
- Рассчитать номинальное и максимальное количество электроэнергии для обеспечения потребностей дома.
- Просмотреть данные о среднегодовой скорости ветра в зоне проживания, чтобы определить периоды, когда ветряк будет бездействовать.
- Учесть климатические особенности местности. Если в зимнее время года отмечаются сильные морозы, установка ветряной станции себя не оправдает.
- Выяснить интенсивность создаваемого шума при работе ветрогенераторов.
- Провести сравнение технических характеристик устройств от разных производителей.
Подбор комплектующих функциональных элементов для ветроэнергетической установки производят по номинальному значению мощности. При этом играет роль и номинальная скорость ветра – значения, при которых ветрогенератор вырабатывает расчётное количество электрической энергии.
Если максимальную мощность установка выдаёт при скорости ветра 11 м/с, а в вашей местности средний показатель достигает отметки 4,5 м/с, ветряк не будет вырабатывать заявленное производителем количество энергии
Акцентировать внимание нужно и на том, что мощность ветряного генератора зависит от диаметра колеса, сформированного лопастями. При увеличении размеров в 2 раза ветряк при той же скорости ветра будет производить в 4 раза больше электричества.
Также важна ёмкость аккумуляторных батарей. На случай безветрия в них должно быть достаточно энергии, чтобы обеспечить дом.
Монтаж частной ветряной мини-электростанции лучше доверить компании, которая специализируется на выполнении такого рода работ. Главная цель – обеспечить максимальную безопасность. Габаритная конструкция ветряка должна гарантировано сохранять устойчивость даже в случае экстремальных погодных условий
Маломощные модели ветрогенераторов с лёгкими невысокими мачтами можно установить самостоятельно. Центральную опору обязательно монтируют на укреплённом железобетонном фундаменте. Для боковой устойчивости конструкции используют 3-4 растяжки.
Примерные цены и окупаемость ветрогенераторов
Популярность ветряных агрегатов растёт с каждым днём. Ими выгодно оборудовать большие и дорогие коттеджи, на содержание которых требуется много электрической энергии.
Целесообразно устанавливать ветряки и в населённых пунктах, где отсутствует централизованное электроснабжение или подача электроэнергии производится с постоянными перебоями.
Именно в таких случаях на помощь придут ветрогенераторы, использование которых имеет ряд преимуществ:
К недостаткам относят переменчивость и непредсказуемость силы ветра. Чтобы минимизировать потери, нужно дублирование источника или же монтаж дополнительного буфера для накопления энергии. Также вращающееся ветроколесо представляет потенциальную угрозу для летящих птиц.
Ветряные электростанции создают шум, сравнимый с шумом автотранспорта при движении со скоростью около 70 км/час. Повышенный уровень шума не только отпугивает животных, но и доставляет дискомфорт людям
Ещё один существенный минус ветроустановок для бытового использования – высокая стоимость. Эти громоздкие конструкции изготовляются из дорогостоящих материалов, в комплекте имеют контроллер, аккумуляторы, инверторную установку и мачту.
Следует отметить, что бытовые ветрогенераторы от российских производителей, а также качественные ветряные установки, выпускаемые в Китае, стоят намного дешевле, чем европейские аналоги. Стоимость отечественных ветряков с вертикальной осью номинальной мощностью до 2 кВт варьируется в диапазоне 1300-2500$.
Но при такой цене комплектация включает лишь генератор с лопастями. Остальное оборудование придётся приобрести отдельно или сделать своими руками. Полнокомплектные установки стоят дороже примерно на 40-50%.
Цена ветряных станций для домашнего использования мощностью от 3 кВт до 7 кВт намного выше. Такие генераторы с сопутствующим оборудованием обойдутся покупателю в 5000-12000$.
В настоящее время применение ветряных установок в качестве альтернативы централизованному электроснабжению нерентабельно из-за высокой стоимости оборудования
И даже когда присутствуют перебои в подаче сетевого электричества, ветрогенератор устанавливать целесообразно не всегда. Проще и дешевле обойдётся смонтировать систему бесперебойного питания на базе промышленных аккумуляторов в сочетании с ИБП.
Есть смысл монтировать ветроэнергетическую установку в местах, где доступ к централизованной энергоподаче полностью отсутствует. Период окупаемости в этом случае составляет 25 лет.
Перед приобретением компонентов для сборки и установки ветряного генератора энергии желательно провести расчеты по формулам, приведенным в рекомендуемой нами статье. Здесь же вы найдете порядок и правила выполнения вычислений.
Обзор лучших брендов и установок
На российском рынке ветряных генераторов представлены как надёжные относительно недорогие устройства отечественных брендов, так и различные по функциональности модели ветряков от зарубежных производителей. Чтобы определиться с выбором установки для дома, нужно сравнить характеристики разных агрегатов.
№1 — ветрогенераторы Condor Home (Россия)
Серия ветряков для домашнего использования включает устройства мощностью 0,5-5 кВт. Они могут служить основным источником электричества или дополнительным. Станции Condor Home адаптированы для эксплуатации в условиях низких температур, способны продуцировать энергию даже при слабом ветре.
В зависимости от модели, корпус генератора изготовлен из пластика или литого алюминия, лопасти – из стеклопластика. Присутствует эффективная двойная система торможения. Мачта составная, на растяжках, имеет высоту 8-12 м. Для установки этих агрегатов нужен свайный или бетонный фундамент.
Домашние ветряные генераторы Condor Home – полностью готовые продукты, для работы с которыми не нужны специальные знания или технические навыки. Устройства предназначены для электрификации как отдельно стоящих построек, так и маленьких населённых пунктов в составе ветряных электростанций
Базовая комплектация включает мачту и растяжки, генератор, ротор и лопасти, контроллер заряда, крепёжные элементы.
№2 — мини-электростанции Falcon Euro (Россия)
Представляют собой высокотехнологичные вертикально-осевые ветряные генераторы мощностью 1-15 кВт. Применяются для основного/резервного питания потребителей, удалённых от линий электропередач. Могут быть использованы в составе комплекса с солнечными панелями и топливным генератором.
Ветряки оснащены мощными неодимовыми магнитами. Стартовая скорость ветра для запуска установки составляет 1,5 м/с, номинальная скорость – 11 м/с. Установленный аэродинамический тормоз способствует ограничению оборотов колеса. Заявленный срок эксплуатации от производителя – 20 лет, заводская гарантия на мини-электростанции – 36 месяцев.
Ветрогенераторы Falcon Euro отличаются надёжностью в эксплуатации и неприхотливостью в обслуживании. С помощью устройств этой серии легко решить проблемы электроснабжения локальных, а также островных объектов
В базовый комплект установки Falcon Euro включены несколько функциональных элементов: ветроколесо, генератор и контроллер, мачта, закладные детали. Инверторная установка и аккумуляторные батареи подбираются отдельно.
№3 — ветряные агрегаты Sokol Air Vertical (Россия)
Малые ветроэнергетические установки данного бренда могут обеспечить электричеством и небольшие коттеджи, и средние предприятия. Для бытового использования выпускаются устройства SAV мощностью 0,5-15 кВт.
Они характеризуются высокой эффективностью при слабых ветрах, бесперебойно функционируют при низких и высоких температурах в диапазоне от -50 °C до +50 °C, отличаются низким уровнем создаваемого шума и стойкостью к внешним воздействиям.
Генерация электроэнергии агрегатами Sokol Air Vertical не зависит от направления ветра. Вертикально-осевые установки работают в автоматическом режиме без обслуживающего персонала. В конструкции предусмотрена электромагнитная и аэродинамическая система торможения для ограничения оборотов ветроколеса.
Лопасти изготовлены из армированного полиэфира или авиационного алюминия (в зависимости от модели), имеют самораскручивающийся профиль. Генератор – многополюсный трёхфазный с возбуждением от постоянных магнитов.
Ветряки Sokol Air Vertical выдают номинальную мощность при показателях 7-8 м/c, что позволяет использовать их в регионах с низкой среднегодовой скоростью ветра
В базовую комплектацию ветряной электростанции входят: ветроустановка с контроллером заряда аккумуляторов, мачта с растяжками, монтажный набор. Инвертор и аккумуляторы подбираются по техническому заданию отдельно.
№4 — ветрогенераторы Energy Wind (Россия)
Покупателям доступны одно- и трёхлопастные модели продуктов универсального применения мощностью 1-10 кВт. Эти ветряки прекрасно подходят для создания проектов обеспечения электричеством частных жилых домов и коттеджей.
Основу установок Energy Wind составляют прочные лопасти из армированного стекловолокна, окрашенные автоэмалью, и надёжная система вывода из воздушного потока. Эти агрегаты с горизонтальной осью вращения стабильно работают при температурах от -40 до +40 градусов по шкале Цельсия.
Минимальная рабочая скорость ветра – 2 м/с, при некоторых положениях лопасти – 3 м/с, рекомендуемая высота мачты – 8-20 м. Средний срок эксплуатации установок российского бренда составляет 25 лет, официальная гарантия от производителя – 3 года.
Ветрогенераторы Energy Wind не требуют постоянного ухода или техобслуживания, что способствует быстрому реинвестированию вложенных финансовых средств
Базовая комплектация установок включает электрогенератор на постоянных магнитах с узлом крепления к мачте и поворотным механизмом, лопасти, комплект крепёжных элементов для сборки ветроустановки. Мачту, а также контроллер, инвертор и батареи для накопления электроэнергии нужно приобрести отдельно.
№5 — ветряки Altek EW (Китай)
Вид ветротурбин – с горизонтальной осью вращения. Устройства номинальной мощностью от 1 кВт до 10 кВт отлично подходят для решения задач электрообеспечения загородных жилых домов и дач.
Защитный кожух ветряков Altek EW изготовлен из алюминиевого сплава, что существенно облегчает конструкцию. Функциональные металлические части генератора покрыты кремнием для термостойкости.
Лопасти изготовлены из фиброармированного пластика. Стартовая скорость ветра для запуска бытовых агрегатов китайского бренда составляет 2,5 м/с, номинальная скорость – 12 м/с.
Ветрогенераторы Altek EW – одни из самых доступных устройств для выработки электричества, которые представлены на современном рынке альтернативной энергетики
В состав базовой комплектации включены лопасти, генератор и контроллер. Остальные функциональные элементы для ветряка необходимо докупить.
Если стоимость комплекта заводского производства покажется вам излишне высокой, есть смысл соорудить ветрогенератор своими руками. В рекомендуемой нами статье описано изготовление полезного в хозяйстве агрегата из стиральной машинки.
Выводы и полезное видео по теме
Перспективы использования ветроэнергетических установок:
Принцип функционирования современных ветровых турбин. Как энергия ветра преобразуется в электричество:
Даже сегодня использование ветрогенераторов требует постоянного развития. Возможности и долгосрочные перспективы этого альтернативного способа выработки электроэнергии многообещающие. Однако нужны определённые меры как со стороны производителей оборудования, так и от администраций населённых пунктов.
Установка малых ветряных генераторов для частных домохозяйств проблему энергоснабжения в регионах полностью не решит. Но для отдельных владельцев участков данный вариант может стать выходом из положения.
Расскажите о собственном опыте в выборе или установке ветряка на загородном участке. Пишите, пожалуйста, комментарии, размещайте фото и задавайте вопросы в расположенном ниже блоке. Делитесь технологическими тонкостями и полезными сведениями, которые пригодятся посетителям сайта.
