Moderní větrné turbíny jsou jednou z odrůd alternativních zdrojů energie a svou účinností jsou horší než solární koncentrátory. Chcete-li získat elektřinu pomocí těchto zařízení, bude zapotřebí řada transformací, realizovaných prostřednictvím speciálních generátorových soustrojí. Pro běžného uživatele je důležité rozhodnout, zda je možné s jejich pomocí zajistit napájení například do venkovského soukromého domu.
Aplikace
Po mnoho let byly větrné turbíny používány pouze v průmyslovém měřítku kvůli jejich velkým rozměrům a relativně vysokým nákladům. S příchodem kompaktních generátorových zařízení, stejně jako s vývojem nových technologií, se účinnost větrných turbín zvýšila a zároveň se snížila velikost instalací. Po zlepšení technického a provozního výkonu se větrné turbíny staly dostupnými pro majitele soukromých domů, kteří je využívají pro domácí účely. Je účelné instalovat takové generátory v oblastech, kde je stabilní „větrná růžice“ s převládajícími směry proudění vzduchu.
Kromě toho jsou poptávány v zařízeních, která mají potíže s centralizovaným napájením. Výkon modelů pro domácnost je dostatečný k plnému zajištění soukromé obytné budovy elektřinou. Instalace pouze jedné větrné turbíny přitom může výrazně snížit náklady na energie (z hlediska dodávek energie).
Princip činnosti
Větrné generátory jsou moderní zařízení, která implementují princip přeměny mechanické rotační energie na elektrický proud. Jako pohon generující pohybový impuls jsou použity větrné lopatky s hřídelí, které jsou mechanicky spojeny s rotorem generátorového zařízení.
Při vystavení usměrněnému proudění větru na lopatky takové jednotky se hřídel začne otáčet a přenášet hybnost na rotor elektrického generátoru. V cívkách druhého jmenovaného se vlivem rotujícího elektromagnetického pole indukuje střídavé EMF, které se používá jako napájecí napětí. Výkon vyvinutý takovým generátorem je dostatečný k tomu, aby poskytoval elektřinu malé soukromé domácnosti.
Zařízení větrného generátoru
Při zvažování principu fungování byl k popisu jeho fungování použit obecný přístup, aniž by byly specifikovány všechny zahrnuté prvky.
Obecně platí, že kromě hnacího mechanismu a generátorového zařízení obsahují větrné turbíny následující součásti a moduly:
- Regulátor rychlosti kotouče je nutný, aby se zabránilo zlomení kotouče při silném větru.
- Elektronický usměrňovač, který přeměňuje střídavý proud na stejnosměrné napětí, vhodný pro akumulaci energie.
- Bateriový uzel potřebný k ukládání generované energie a jejímu využití v obdobích klidu.
Součástí komplexních konverzních systémů je navíc elektronický řídicí systém pro provoz uzlů, který vylučuje nouzové situace.
Známé typy větrných turbín
Účinnost a výkon závisí na jejich konstrukčních prvcích. Různé verze se liší velikostí a tvarem lopatek a také způsobem jejich orientace v prostoru. Podle toho jsou všechny stávající větrné turbíny rozděleny do následujících typů:
- S vodorovnou osou otáčení.
- vertikální konstrukce.
- se spirálovými turbínami.
větrné mlýny с horizontální umístění osa jsou zastoupeny několika známými typy s rotorovým kolem (dvou, tří nebo čtyřlisté vzorky). Účinnost takto malých zařízení zřídka přesahuje 20 %. Efektivita práce přímo závisí na verzi rotačního pohonu. Ten může být nízkorychlostní, navržený pro provoz při nízkých rychlostech s nízkou účinností a konvenční, provozovaný s větrem o rychlosti alespoň 5-7 m za sekundu.
Agregáty vertikální konstrukce vybavena „generátorem Savonius“ se speciálním kolotočovým kolem. Osa rotace je u těchto zařízení umístěna vertikálně, což eliminuje potřebu nastavování úhlu náběhu lopatek, jak je tomu u typických horizontálních modelů.
Vertikální konstrukce jsou navíc kompaktnější a snadno se udržují. Navzdory tomu nejsou mezi spotřebiteli příliš žádané kvůli nízké účinnosti (toto číslo zřídka přesahuje 20%). Konstruktéři větrných generátorů neustále pracují na vylepšení designu a designu těchto jednotek pro různé účely.
Jako příklad můžeme uvést kompaktní větrné turbíny typu Meduza, které jsou s celkovou výškou do 40 cm schopny generovat až 40 kW za měsíc. Tento model je považován za nejatraktivnější pro spotřebitele, pokud jej vezmeme v úvahu z hlediska poměru rozměrů a výkonu.
K typickým zástupcům větrných turbín s spirálové turbíny zahrnují návrhy nazvané „Tichá revoluce“ a „Květinové rostliny“. Jsou vybaveny spolehlivou ochranou proti náhodnému vniknutí ptáků do pohonu a jejich hlučnost je poloviční než u modelů jiných typů. Další model spirálové turbíny s názvem Liam F1 má průměr asi 1,5 metru a může pohánět malou budovu. Hlučnost takové jednotky nepřesahuje 45 dB.
Větrné turbíny pro soukromý dům
Při zvažování různých verzí generátorů již byla zmíněna většina součástí a sestav, které tvoří větrnou turbínu. Plně vybavená zařízení musí obsahovat následující prvky a mechanismy:
- Čepele (hlavní a rezervní).
- Turbína s generátorem, který přeměňuje mechanickou rotaci na elektrický proud.
- brzdový systém a usměrňovač.
- Baterie sloužící k ukládání generované a nevyužité energie a k ní ovladač.
- Elektronický modul pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý (střídač).
Brzdový systém umožňuje stabilizovat proces přeměny s prudkou změnou rychlosti větru. Pro získání stejnosměrného napětí ze střídavého proudu je nutný usměrňovač (s jeho pomocí lze akumulovat energii v bateriích). Elektrocentrála pro domácnost bývá napojena na jednu nebo dvě baterie, které při bezvětří vystačí na krátkou dobu napájení malého domu.
Regulátor nabíjení zajišťuje správnou funkci úložného modulu. S jeho pomocí je možné nasměrovat přijímanou energii do baterie, stejně jako ji ve správný čas (například na konci nabíjení) vypnout. Regulátor navíc umožňuje zabránit úplnému vybití baterií při zvýšeném odběru proudu v zátěži.
Měnič je nutný pro zpětnou konverzi – získání střídavého napětí z stejnosměrného. Bez něj není možné plně napájet domácí spotřebiče v soukromém bydlení, určené pro 220 V 50 hertzů. Provozní výkon celého generátorového komplexu závisí na vlastnostech měniče, protože je posledním článkem v řetězci elektrických transformací.
Vlastní výběr
Před výběrem vhodného vergenerátoru, který odpovídá potřebám malé domácnosti, budete muset provést následující přípravné operace:
- Spočítejte spotřebu energie domu jako celku sečtením výkonu všech zařízení a jednotek v něm instalovaných (včetně samotného „větrníku“).
- Zjistěte v charakteristikách zakoupeného větrného generátoru výkon vyvíjený jeho turbínou.
- Na základě výsledků porovnání těchto dvou parametrů určete požadovaný počet stejného typu „větrníků“.
Skutečný nebo skutečný výkon, který jsou větrné turbíny schopny vyvinout, se může výrazně lišit od jeho nominální hodnoty. Tento ukazatel do značné míry závisí na rychlosti a směru větru v každé konkrétní oblasti.
Výkon typického „větrníku“ používaného pro domácí potřeby obvykle nepřesahuje 500 wattů. Z tohoto důvodu může být nutné nainstalovat několik větrných turbín pro napájení soukromého domu.
Výhody a nevýhody
Mezi hlavní výhody používání větrných turbín v národním hospodářství a v každodenním životě patří:
- Absolutní šetrnost k životnímu prostředí procesu výroby energie.
- Autonomie (nezávislost na centralizovaných zdrojích energie).
- Možnost vlastního uspořádání větrné elektrárny.
- Snadná údržba.
Zároveň by se nemělo zapomínat na nedostatky větrných turbín, které se projevují ve složitosti schématu přeměny a v relativně nízké účinnosti. Je také důležité pamatovat na to, že má smysl používat větrné turbíny pouze v oblastech s vhodnými větrnými podmínkami.
