איך מחשבים מחולל רוח: נוסחאות + דוגמה מעשית לחישוב

אנרגיה חלופית המתקבלת מתחנות כוח רוח מעוררת עניין רב בחברה.יש הרבה עדויות לכך ברמת התרגול היומיומי האמיתי.

בעלי נכסים כפריים בונים טחנות רוח במו ידיהם והם מרוצים מהתוצאה, אם כי ההשפעה יכולה להיות קצרת מועד. הסיבה היא שמחולל הרוח לא חושב כראוי במהלך ההרכבה.

מסכים, לא הייתי רוצה לבזבז זמן וכסף על יישום הפרויקט ולסיים עם התקנה לא יעילה. לכן, חשוב להבין כיצד לחשב גנרטור רוח, ועל פי אילו פרמטרים לבחור את מרכיבי התפעול העיקריים של טורבינת רוח.

המאמר מוקדש לפתרון שאלות אלו. החלק התיאורטי של החומר מתווסף בדוגמאות המחשה והמלצות מעשיות להרכבת גנרטור רוח.

חישוב טורבינת רוח

היכן להתחיל לחשב מערכת להפקת חשמל מאנרגיית רוח? בהתחשב בכך שאנו מדברים על מחולל רוח, ניתוח ראשוני של שושנת הרוח באזור ספציפי נראה הגיוני.

פרמטרים חישוביים כגון מהירות הרוח והכיוון האופייני שלה לטריטוריה נתונה הם פרמטרים עיצוביים חשובים. במידה מסוימת, הם קובעים את רמת הכוח של טורבינות הרוח שבאמת יהיה ניתן להשגה.

קשה אפילו לדמיין גנרטורים רוח בעלי כוח כזה. אבל עיצובים כאלה קיימים ועובדים ביעילות.עם זאת, חישובים של מבנים כאלה מראים הספק נמוך יחסית למקורות אנרגיה מסורתיים

מה שראוי לציין הוא שתהליך זה הוא ארוך טווח באופיו (לפחות חודש), וזה די ברור. אי אפשר לחשב את הפרמטרים הסבירים המקסימליים של מהירות הרוח ואת הכיוון השכיח ביותר שלה עם מדידה אחת או שתיים.

יידרשו עשרות מדידות. עם זאת, פעולה זו נחוצה באמת אם יש רצון לבנות מערכת פרודוקטיבית יעילה.

כיצד לחשב את הכוח של טחנת רוח

גנרטורים לרוח לשימוש ביתי, במיוחד כאלה המיוצרים בעבודת יד, מעולם לא הפתיעו אנשים עם הספק גבוה. זה מובן. צריך רק לדמיין תורן מסיבי בגובה 8-10 מ', מצויד בגנרטור עם תוחלת להבי מדחף של יותר מ-3 מ' וזה לא המתקן הכי חזק. רק כ-2 קילוואט.

לשירות טורבינות רוח בעוצמה זו, נעשה שימוש במסוקים וצוותים של מומחים המונים עד תריסר אנשים. כדי לחשב תחנת כוח כזו, מעורבים מספר גדול עוד יותר של מבצעים

באופן כללי, אם מסתמכים על טבלה סטנדרטית המציגה את הקשר בין הספק של מחולל רוח לטווח הנדרש של להבי המדחף, יש מה להתפלא. לפי הטבלה, טחנת רוח של 10 וואט דורשת מדחף של שני מטר.

עיצוב של 500 וואט ידרוש מדחף בקוטר של 14 מ' יתר על כן, פרמטר תוחלת הלהב תלוי במספרם. ככל שיש יותר להבים, כך הטווח קטן יותר.

אבל זו רק תיאוריה, מותנית במהירויות רוח שאינן עולות על 4 מ' לשנייה.בפועל הכל שונה במקצת, והספק של מתקנים ביתיים שפועלים בפועל לאורך זמן מעולם לא עלה על 500 וואט.

לכן, בחירת ההספק כאן מוגבלת בדרך כלל לטווח של 250-500 W עם מהירות רוח ממוצעת של 6-8 מ' לשנייה.

טבלת התלות של כוחה של מערכת אנרגיית רוח בקוטר הרוטור ובמספר הלהבים. ניתן להשתמש בטבלה זו לחישובים, אך תוך התחשבות בהידור שלה עבור פרמטרים של מהירות רוח עד 4 מ' לשנייה (+)

מעמדה תיאורטית, הספק של תחנת כוח רוח מחושב באמצעות הנוסחה:

N=p*S*V³/2,

איפה:

• ע - צפיפות של מסות אוויר;
• ס - שטח מפוצץ כולל של להבי המדחף;
• V - מהירות זרימת האוויר;
• נ - כוח זרימת אוויר.

מכיוון ש-N הוא פרמטר המשפיע באופן קיצוני על הספק של גנרטור רוח, ההספק בפועל של המתקן יהיה קרוב לערך המחושב של N.

חישוב מדחפים של טורבינות רוח

בעת בניית טחנת רוח, בדרך כלל משתמשים בשני סוגים של מדחפים:

• מכונף - סיבוב במישור האופקי;
• רוטור סבווניוס, רוטור דאריאוס - סיבוב במישור אנכי.

ניתן לחשב עיצובי בורג עם סיבוב בכל מישור באמצעות הנוסחה:

Z=L*W/60/V

איפה:

• ז - מידת המהירות (מהירות נמוכה) של המדחף;
• ל - גודל אורך המעגל המתואר על ידי הלהבים;
• W - מהירות (תדירות) סיבוב המדחף;
• V - מהירות זרימת אוויר.

בהתבסס על נוסחה זו, אתה יכול בקלות לחשב את מספר הסיבובים W - מהירות סיבוב.

כך נראה עיצוב הבורג שנקרא "Darieu Rotor". גרסה זו של המדחף נחשבת יעילה בייצור גנרטורים רוח בעלי כוח וגודל קטן.לחישוב הבורג יש כמה תכונות

ואת יחסי העבודה בין מהפכות ומהירות הרוח ניתן למצוא בטבלאות הזמינות באינטרנט. לדוגמה, עבור מדחף עם שני להבים ו-Z=5, היחס הבא תקף:

כמו כן, אחד האינדיקטורים החשובים של מדחף טחנת רוח הוא הגובה.

ניתן לקבוע פרמטר זה באמצעות הנוסחה:

H=2πR* tan α,

איפה:

• 2π – קבוע (2*3.14);
• ר - רדיוס המתואר על ידי הלהב;
• שזוף α – זווית חתך.

מידע נוסף על בחירת הצורה ומספר הלהבים, כמו גם הוראות לייצור שלהם, מסופק ב המאמר הזה.

מבחר גנרטורים לטורבינות רוח

לאחר הערך המחושב של מספר סיבובי הבורג (W), שהושג בשיטה שתוארה לעיל, אתה כבר יכול לבחור (לייצר) את הגנרטור המתאים.

לדוגמה, עם דרגת מהירות Z=5, מספר הלהבים שווה ל-2 ומהירות של 330 סל"ד. במהירות רוח של 8 מ' לשנייה. הספק הגנרטור צריך להיות בערך 300 וואט.

מראה חתך של מחולל תחנת כוח רוח. דוגמה מדגימה לאחד העיצובים האפשריים של גנרטור מערכת חשמל רוח ביתית, המורכב באופן עצמאי

בהתחשב בפרמטרים אלה, בחירה מתאימה כגנרטור לתחנת כוח רוח ביתית עשויה להיות המנוע המשמש בעיצובים של אופניים חשמליים מודרניים. השם המסורתי של החלק הוא מנוע אופניים (תוצרת סין).

כך נראה מנוע אופניים חשמליים, שעל בסיסו מוצע לייצר גנרטור לטחנת רוח ביתית. העיצוב של מנוע האופניים אידיאלי ליישום כמעט ללא חישובים או שינויים. עם זאת, הכוח שלהם נמוך

המאפיינים של מנוע אופניים חשמליים הם בערך כדלקמן:

תכונה חיובית של מנועי אופניים היא שאין צורך לשנות אותם. הם תוכננו בצורה מבנית כמנועים חשמליים במהירות נמוכה וניתן להשתמש בהם בהצלחה עבור גנרטורים רוח.

לעשות טחנת רוח אתה יכול להשתמש בגנרטור לרכב או לאסוף יחידת מכונת כביסה.

חישוב ובחירת בקר טעינה

בקר טעינת סוללה נדרש עבור כל סוג של תחנת כוח רוח, כולל עיצוב ביתי.

החישוב של מכשיר זה מסתכם בבחירת המעגל החשמלי של המכשיר, שיתאים לפרמטרים העיצוביים של מערכת הרוח.

מבין הפרמטרים הללו, העיקריים שבהם הם:

• מתח מדורג ומרבי של הגנרטור;
• כוח גנרטור מקסימלי אפשרי;
• זרם טעינת סוללה מקסימלי;
• מתח הסוללה;
• טמפרטורת הסביבה;
• רמת הלחות בסביבה.

בהתבסס על הפרמטרים המוצגים, מכלול בקר טעינה עשה זאת בעצמך או בחר מכשיר מוכן.

בקר טעינה לסוללות המשמשות כחלק מתחנת כוח רוח. מכשיר מתוצרת תעשייתית, כאשר אתה בוחר בו אתה רק צריך ללמוד בקפידה את המאפיינים הטכניים לתיאום מדויק עם המערכת הקיימת

כמובן, רצוי לבחור (או להרכיב) מכשיר שהמעגל שלו יספק פונקציית התחלה קלה בתנאים של זרימות אוויר חלשות. גם בקר המיועד לפעולה עם סוללות במתחים שונים (12, 24, 48 וולט) יתקבל בברכה.

לבסוף, בעת חישוב (בחירת) מעגל הבקר, מומלץ לא לשכוח את הנוכחות של פונקציה כזו כמו בקרת מהפך.

בחירת סוללה למערכת

בפועל, נעשה שימוש בסוגים שונים של סוללות וכמעט כולן מתאימות למדי לשימוש כחלק ממערכת אנרגיית רוח. אבל בכל מקרה תצטרך לעשות בחירה ספציפית. בהתאם לפרמטרים של מערכת טחנת הרוח, הסוללה נבחרת על סמך מתח, קיבולת ותנאי טעינה.

רכיבים מסורתיים לטחנות רוח ביתיות הם סוללות עופרת קלאסיות. הם הראו תוצאות טובות מבחינה מעשית.בנוסף, העלות של סוללה מסוג זה סבירה יותר בהשוואה לסוגים אחרים.

סוללות עופרת אינן יומרות במיוחד לתנאי טעינה/פריקה, אך לא מקובל לכלול אותן במערכת ללא בקר.

אם התקנת טורבינת הרוח מכילה בקר טעינה מעוצב בצורה מקצועית עם מערכת אוטומציה מלאה, זה נראה הגיוני להשתמש בסוללות AGM או הליום.

מארז סוללות לגנרטור רוח ביתי. לא האפשרות הטובה ביותר לשימוש, בהתחשב בכאוס של חוטים ודרישות אחסון. במצב זה של התקני אחסון אנרגיה, אי אפשר לסמוך על פעולתם לטווח ארוך.

שני סוגי התקני אחסון האנרגיה מאופיינים ביעילות רבה יותר ובחיי שירות ארוכים, אך הם מציבים דרישות גבוהות לתנאי הטעינה.

אותו הדבר חל על מה שנקרא סוללות מסוג הליום משוריינים. אבל הבחירה של סוללות אלה עבור טחנת רוח ביתית מוגבלת משמעותית על ידי המחיר. עם זאת, חיי השירות של סוללות יקרות אלה הוא הארוך ביותר בהשוואה לכל שאר הסוגים.

לסוללות אלו יש גם מחזור טעינה/פריקה ארוך יותר, אך רק אם נעשה שימוש במטען איכותי.

חישוב מהפך לטחנת רוח ביתית

יש לציין מיד: אם התכנון של טורבינת רוח ביתית מכיל סוללה אחת של 12 וולט, אין טעם להתקין מהפך על מערכת כזו.

בממוצע, צריכת החשמל הביתית היא לפחות 4 קילוואט בעומסי שיא.מכאן המסקנה: מספר הסוללות הנטענות להספק כזה צריך להיות לפחות 10 חתיכות ורצוי במתח של 24 וולט. עבור מספר כזה של סוללות זה הגיוני להתקין מהפך.

עם זאת, כדי לספק אנרגיה מלאה ל-10 סוללות במתח של 24 וואט כל אחת ולשמור על הטעינה שלהן באופן יציב, תידרש טחנת רוח בהספק של לפחות 2-3 קילוואט. ברור שמבני בית פשוטים אינם יכולים להתמודד עם כוח כזה.

מהפך בהספק נמוך (600 W), שניתן להשתמש בו עבור התקנות חשמל ביתיות קטנות. אתה יכול להפעיל טלוויזיה או מקרר קטן מציוד כזה עם מתח של 220 וולט. אין יותר מספיק זרם עבור המנורות בנברשת

עם זאת, אתה יכול לחשב את הספק המהפך באופן הבא:

1. לסכם את הכוח של כל הצרכנים.
2. קבע את זמן הצריכה.
3. קבע עומס שיא.

בדוגמה ספציפית זה ייראה כך.

שיהיו מכשירי חשמל ביתיים כמטען: מנורות תאורה - 3 יח'. 40 W כל אחד, מקלט טלוויזיה - 120 W, מקרר קומפקטי 200 W. אנחנו מסכמים את ההספק: 3*40+120+200 ונקבל 440W ביציאה.

בואו נקבע את הספק הצרכנים לתקופה ממוצעת של 4 שעות: 440*4=1760 W. בהתבסס על ערך ההספק שהושג לאורך זמן הצריכה, נראה הגיוני לבחור מהפך מבין מכשירים כאלה עם הספק מוצא של 2 קילוואט או יותר.

בהתבסס על ערך זה, מאפיין המתח הזרם של המכשיר הנדרש מחושב: 2000*0.6=1200 V/A.

תוכנית קלאסית לשכפול והפצה של אנרגיה המתקבלת מגנרטור רוח ביתי. עם זאת, כדי לספק אנרגיה לטווח ארוך למספר כזה של מכשירים, יש צורך בהתקנה חזקה מספיק (+)

במציאות, העומס הביתי על משפחה בת שלושה נפשות, המצוידת במכשירי חשמל ביתיים, יהיה גבוה מהמחושב בדוגמה. בדרך כלל, זמן חיבור העומס חורג גם מ-4 השעות הנדרשות. בהתאם לכך, מהפך מערכת כוח הרוח יצטרך אחד חזק יותר.

חישוב ראשוני של טחנת רוח שימושי לא רק להרכבה עצמית שלה. כמו כן, יש צורך לקבוע את הפרמטרים האופטימליים מתי בחירת גנרטור רוח מוכן.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

כיצד מנתחים את נתוני המקור וכיצד מיושמות הנוסחאות מוצג בסרטון:

יש צורך להשתמש בנתונים מחושבים בכל מקרה. בין אם מדובר בתחנת כוח תעשייתית או כזו המיוצרת לשימוש ביתי, החישוב של כל יחידה תמיד מבטיח יעילות מרבית של המכשיר ובעיקר בטיחות תפעולית.

חישובים ראשוניים קובעים את כדאיות יישום הפרויקט ומסייעים לקבוע עד כמה הפרויקט יקר או חסכוני.

האם יש לך ניסיון בפתרון בעיות דומות? או שעדיין יש לך שאלות בנושא? אנא שתף ​​את כישורי החישוב והתכנון של טורבינות הרוח שלך. אתה יכול להשאיר הערות ולשאול שאלות בטופס למטה.