Geradores eólicos na Rússia: como escolher, instalar e evitar decepções

A capacidade de receber eletricidade gratuita pelo vento atrai muitos proprietários de casas individuais, mas uma parte delas falha, fica desapontada com esse método e escreve críticas negativas em vários fóruns. Mas você pode evitar erros ao criar essas instalações e tirar o máximo proveito delas.

O gerador eólico com seus princípios de circuito elétrico e design se assemelha a qualquer outro gerador elétrico. A principal diferença está no método de girar o rotor devido à energia cinética dos fluxos de ar capturados pelas pás aerodinâmicas.

Condições locais estimadas

A velocidade e a potência do vento devem girar com segurança o impulsor do motor, cuja energia é consumida pelo gerador. Se isso não for feito, você ficará sem eletricidade.

Uma estimativa aproximada da probabilidade de um vento ativo será auxiliada pelo cronograma médio anual de distribuição de vento. Lembre-se de que ele foi projetado para uma altura de 50 metros da superfície da terra. Para condições reais, é necessário introduzir correções.

A carta média anual de distribuição de vento para o território da Rússia, definida para alturas de 50 metros (para aumentar, clique na figura):

Informações mais específicas para cada área podem ser esclarecidas com o pessoal da estação meteorológica regional e levar em consideração a altura planejada da instalação. Não é necessário pedir a direção dos ventos: o gerador de vento gira automaticamente.

Efeito do terreno e da estação

Dependendo da estação, o vento sopra de maneiras diferentes. Em algumas áreas, pode haver uma longa pausa.

Além disso, a pressão do vento é bastante reduzida:

• floresta e árvores próximas;

• casas e edifícios vizinhos;

• a localização da estrutura na planície ou atrás da elevação.

Para a instalação de instalações elétricas eólicas, as colinas abertas de todas as direções são mais adequadas. É aconselhável elevar a turbina eólica até a altura máxima permitida. É melhor usar uma base sólida e separada e uma torre com extensões firmemente conectadas que aumentam a estabilidade: com a forte pressão do vento, podem ocorrer enormes forças de queda.

Proprietários individuais montam instalações de energia eólica no telhado ou na parede da casa. Esta não é a melhor opção. É aplicável a motores de baixa potência: a estrutura do edifício será constantemente abalada pela mudança de cargas dinâmicas e o ruído de um rotor rotativo será transmitido através dos elementos do edifício para instalações residenciais.

Exemplo: em um telhado plano do prédio de uma loja de departamentos vizinha - um prédio de dois andares feito de lajes de concreto armado por dois anos, uma torre com uma antena do operador móvel MTS funcionava. Depois que rachaduras apareceram entre os painéis e o telhado começou a vazar, a antena foi removida e o prédio foi reformado.

Escolhendo um design de roda de vento

Em toda a história da humanidade, um grande número de dispositivos movidos a energia eólica foi testado. A eficiência máxima (alta eficiência) é inerente às estruturas que formam uma força de elevação, como as pás curvas das hélices de motores de aeronaves (lembre-se da famosa expressão “Da hélice”) ou motores de barco / navio localizados em ângulos agudos aos fluxos de ar / líquidos que se aproximam.

Para escolher um modelo de roda de vento, é necessário não apenas conhecer a velocidade do vento (V), mas também determinar o design das pás do ventilador. Seu principal indicador é a área da superfície varrida (S), que é afetada pelo fluxo de vento.

Para estimar a potência (N) que o ventilador pode remover, a fórmula é usada: N = (SρV³)/2.

O valor ρ é a densidade das massas de ar.

Alguns vendedores alegam a eficiência de usinas eólicas individuais em velocidades de até 3 m / s ou o tamanho das pás que descrevem um círculo com um raio de ≤1,3 metros durante a operação. Substitua as características de seus dispositivos na fórmula acima: você verifica a confiabilidade dessas declarações de publicidade de acordo com as leis elementares da física.

O vento com uma velocidade de ≤3m / seg não pode transmitir energia de forma confiável a um gerador eólico convencional. Mas, para tais condições, você pode usar as lâminas de área aumentada, criadas através do aumento de suas dimensões - especialmente o comprimento de 2 metros. No entanto, essas estruturas, devido ao vão de quatro metros, são mais adequadas para plantas industriais.

Se retornarmos ao cronograma de distribuição dos ventos e levarmos em conta seu efeito específico na roda do vento (não a uma altura de 50 metros), se a natureza dos ventos corresponder à zona laranja (a partir de 5 m / s) ou mais, a Universidade Estadual de Voronezh justificará os custos de sua produção e instalação.

Em altas velocidades do vento, a energia gerada aumenta acentuadamente. Nesses casos, apenas qualquer gerador eólico está configurado. Em outras situações, ele pode não corresponder às suas expectativas.

Introdução às especificações do fabricante

O teste e a verificação da potência do gerador eólico são realizados na fábrica: um túnel de vento com fluxo de ar ajustável de ventiladores estacionários. Isso verifica as características aerodinâmicas da aeronave e de todas as carroçarias. Mas esse método não reflete as condições reais de operação de uma instalação elétrica eólica.

Em um túnel de vento, o vento sopra em uma direção com esforço constante, mas, na realidade, sempre muda um pouco, tanto em velocidade quanto em direção. Observe o comportamento de um cata-vento regular. E o gerador eólico é muito diferente dos efeitos da aceleração e da frenagem.

Para entender isso, basta tentar desenrolar com a mão um simples mancal (pás de palhetas) e depois o rotor de um gerador elétrico (ou motor) recheado de enrolamentos cercados por campos eletromagnéticos. A oposição criada terá que ser superada, mesmo que ociosa. Ao conectar a carga (por isso, tudo está feito), é necessário aplicar mais energia.

Mudança na pressão do vento

Pequenas rajadas de vento (mais forte / mais fraco) têm pouco efeito na velocidade do rotor e choques de vento - significativamente. Para combatê-los, vários esquemas de amortecimento são usados, incluindo frenagem e dobragem de elementos estruturais.

Um exemplo são os geradores eólicos com uma posição de quilha alta (extremidade da cauda). Durante um impacto de tempestade, toda a estrutura é abruptamente inclinada para um peso bastante grande.

Depois de reduzir a pressão, ele volta ao seu lugar. Em uma rajada de vento, as torres da torre dobram a energia da tempestade. E se um gerador eólico desse tipo estiver fixo no edifício, ele perceberá tais choques. Como?

O sistema de frenagem eletromagnética funciona melhor e mais suave, o que fecha os enrolamentos em velocidades críticas. Mas é muito mais complicado e caro.

Mudança de direção do vento

O vento pode criar rajadas de lados diferentes em um plano horizontal. Muitos projetos de geradores eólicos reagem com muita sensibilidade a essas cargas devido à grande área da superfície varrida das pás de trabalho.

Os geradores eólicos começam a repetir o movimento da carga de vento, mas, tendo uma massa significativa, o eixo da direção do vento passa por inércia e vai para ângulos de deflexão muito maiores.

Com rajadas de vento significativas, ele pode alcançar uma direção perpendicular ou deslizar através dela e parar no estado oposto ao vento. A roda do vento irá parar, retornar à sua posição original e sair para o modo de operação. Nessas situações, o sistema de amortecimento de vibrações (se houver) não funciona bem.

O cata-vento também não é instalado imediatamente na direção, mas sua massa é muito menor e os esforços gastos em processos eletromagnéticos não são aplicados.

Proteção contra raios

Por alguma razão, eles esquecem ou lembram-se por último. Mas em vão. A localização de estruturas metálicas em grandes altitudes e até a geração de eletricidade durante uma tempestade, cria os pré-requisitos para atrair potenciais raios.

É mais simples pensar sobre o design da proteção contra raios e criá-lo juntamente com a instalação de um gerador eólico mais tarde para fazer as modificações.

Circuito de vento típico da estação doméstica

É necessário determinar o projeto final do gerador eólico, levando em consideração as tarefas de consumo de energia elétrica. O diagrama de conexão de carga deve ajudar.

Um diagrama simplificado de uma usina doméstica com uma bateria solar e um gerador eólico (clique na imagem para ampliar):

É necessário começar a selecionar um gerador eólico de acordo com a potência gerada nos princípios descritos no artigo “Usinas de energia solar para o lar”. Leia este artigo e você entenderá que as estações eólica e solar operam nos mesmos algoritmos.

Observe que essas estações podem se encaixar perfeitamente no esquema geral e se complementam; funcionam em conjunto no mesmo equipamento de energia: inversor, o controlador e pilhas pode funcionar de qualquer fonte: painéis solares, vento.

Sob certas condições, é economicamente viável. Embora você possa abandonar a bateria solar e trabalhar apenas com um gerador eólico. A escolha é sua.

Algumas fontes recomendam o uso de um gerador eólico sem controlador e baterias para alimentar os elementos de aquecimento que aquecem a água das caldeiras ou lâmpadas incandescentes. Há um grão maduro nessa idéia: o esquema é bastante simplificado. Mas os filamentos de níquel no estado frio têm baixa resistência ativa, o que simplesmente desvia os terminais de saída do gerador. Este ponto deve ser levado em consideração a cada partida desse circuito: ligue o pré-aquecedor.

Possíveis problemas

Ao operar um gerador eólico, você pode enfrentar:

• violação da força da fixação da fundação ou estrias mecânicas. Eles devem ser inspecionados periodicamente;

• a formação de gelo no corpo e nas lâminas em clima frio leva ao aparecimento de peso adicional, o que cria cargas maiores e reduz a eficiência do sistema;

• deterioração da estabilidade devido a uma violação da velocidade de rotação (mudança da velocidade do vento), o que é mais comum em geradores assíncronos;

• incêndio no circuito elétrico com danos no isolamento.

Os melhores fabricantes globais de geradores eólicos

O equipamento dessas empresas se provou de maneira confiável, portanto, possui um alto custo. No entanto, no estágio inicial do desenvolvimento da energia eólica, você pode tentar criar um design semelhante com suas próprias mãos. As habilidades adquiridas com sua implementação ajudarão a avaliar o potencial de cargas de vento em sua área sem grandes custos financeiros.