Come realizzare un parco eolico con le tue mani

Sezioni dell’articolo

• Classificazione delle turbine eoliche
• Vantaggi e svantaggi delle “turbine eoliche”
• Generatori eolici fatti in casa
• Progetto generalizzato di una turbina eolica domestica
• Informazioni sui generatori per “turbine eoliche” domestiche
• “Mulino a vento” fatto in casa ad asse verticale
• Realizzare il rotore Savonius
• Collegamento del motore e montaggio dell’albero
• Regolatore di tensione (caricatore semplice)
• Impianto elettrico ventoso orizzontale-assiale
• Fabbricazione di una “turbina eolica” ad asse orizzontale
• Turbine eoliche combinate
• Calcolo della potenza di un parco eolico domestico

Una delle opzioni più convenienti per l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili è l’uso dell’energia eolica. Come eseguire autonomamente un calcolo, assemblare e installare una turbina eolica, leggi questo articolo.

Classificazione delle turbine eoliche

Le installazioni sono classificate in base ai seguenti criteri delle turbine eoliche:

• la posizione dell’asse di rotazione;
• numero di pale;
• materiale degli elementi;
• passo della vite.

Le turbine eoliche, di regola, hanno un design con un asse di rotazione orizzontale e verticale.

Versione ad asse orizzontale – design dell’elica con una, due, tre o più pale. Questa è la versione più comune delle centrali elettriche aeree grazie alla sua alta efficienza..

Esecuzione con un asse verticale – strutture ortogonali e carosello sull’esempio dei rotori di Darrieus e Savonius. Gli ultimi due concetti dovrebbero essere chiariti, poiché entrambi hanno un certo significato nella progettazione dei generatori eolici..

Il rotore Darrieus è un progetto ortogonale di una turbina eolica, in cui le pale aerodinamiche (due o più) si trovano simmetricamente l’una rispetto all’altra a una certa distanza e sono fissate su travi radiali. Una versione piuttosto complessa della turbina eolica, che richiede un attento design aerodinamico delle pale.

Il rotore Savonius è un progetto di turbina eolica di tipo a giostra, in cui due pale semicilindriche si trovano una contro l’altra, formando una forma sinusoidale nel suo insieme. L’efficienza delle strutture non è elevata (circa il 15%), ma può essere quasi raddoppiata se le pale sono posizionate nella direzione dell’onda non in orizzontale, ma in verticale e utilizzano un design a più livelli con uno spostamento angolare di ciascuna coppia di pale rispetto ad altre coppie.

Vantaggi e svantaggi delle “turbine eoliche”

I vantaggi di questi dispositivi sono evidenti, soprattutto se applicati a condizioni domestiche. Gli utenti di “turbine eoliche” hanno effettivamente l’opportunità di riprodurre elettricità gratuita, a parte i piccoli costi di costruzione e manutenzione. Tuttavia, anche gli svantaggi delle turbine eoliche sono evidenti..

Pertanto, al fine di ottenere il funzionamento efficiente dell’impianto, devono essere soddisfatte le condizioni per la stabilità dei flussi del vento. Una persona non può creare tali condizioni. Questa è puramente una prerogativa della natura. Un altro, ma già svantaggio tecnico, è la bassa qualità dell’elettricità generata, a seguito della quale è necessario integrare il sistema con costosi moduli elettrici (moltiplicatori, caricabatterie, batterie, convertitori, stabilizzatori).

Vantaggi e svantaggi in termini di caratteristiche di ciascuna delle modifiche delle turbine eoliche, forse, si bilanciano a zero. Se le modifiche assiali orizzontali hanno un alto valore di efficienza, per un funzionamento stabile richiedono l’uso di regolatori di direzione del flusso del vento e dispositivi di protezione dai venti dell’uragano. Le modifiche assiali verticali hanno una bassa efficienza, ma funzionano stabilmente senza un meccanismo di tracciamento della direzione del vento. Allo stesso tempo, tali turbine eoliche si distinguono per un basso livello di rumore, escludono l’effetto di “fuga” in condizioni di forte vento e sono abbastanza compatte.

Generatori eolici fatti in casa

Realizzare un “mulino a vento” con le tue mani è un compito completamente risolvibile. Inoltre, un approccio costruttivo e razionale alle imprese contribuirà a ridurre al minimo le inevitabili spese finanziarie. Prima di tutto, vale la pena disegnare un progetto, eseguendo i necessari calcoli di bilanciamento e potenza. Queste azioni non solo garantiranno la corretta costruzione del parco eolico, ma garantiranno anche che tutte le attrezzature acquistate siano mantenute intatte..

Si consiglia di iniziare con la costruzione di un micro-mulino a vento con una capacità di diverse decine di watt. In futuro, l’esperienza acquisita contribuirà a creare una struttura più potente. Quando si crea un generatore eolico domestico, non è necessario concentrarsi sull’ottenimento di elettricità di alta qualità (220 V, 50 Hz), poiché questa opzione richiederà significativi investimenti finanziari. È più saggio limitare l’uso dell’elettricità inizialmente ottenuta, che può essere utilizzata con successo senza conversione per altri scopi, ad esempio per supportare sistemi di riscaldamento e di fornitura di acqua calda costruiti su riscaldatori elettrici (TEN) – tali dispositivi non richiedono una tensione e una frequenza stabili. Ciò consente di creare un semplice circuito che opera direttamente dal generatore..

Molto probabilmente, nessuno sosterrà che il riscaldamento e l’approvvigionamento di acqua calda in una casa sono di importanza inferiore per gli elettrodomestici e i dispositivi di illuminazione, per i quali si cerca spesso energia per installare turbine eoliche domestiche. Il dispositivo di una turbina eolica specificamente allo scopo di fornire alla casa calore e acqua calda è il costo minimo e la semplicità del design.

Progetto generalizzato di una turbina eolica domestica

Strutturalmente, il progetto domestico è sostanzialmente lo stesso di un’installazione industriale. È vero, le soluzioni domestiche si basano spesso su turbine eoliche ad asse verticale e sono dotate di generatori di corrente continua a bassa tensione. La composizione dei moduli di una turbina eolica domestica, a condizione che si ottenga elettricità di alta qualità (220 V, 50 Hz):

• turbina eolica;
• dispositivo di orientamento del vento;
• moltiplicatore;
• Generatore DC (12V, 24V);
• modulo di ricarica della batteria;
• batterie ricaricabili (ioni di litio, polimeri di litio, acido al piombo);
• convertitore di tensione CC 12 V (24 V) in tensione CA 220 V.

Generatore eolico PIC 8-6 / 2.5

Come funziona? Appena. Il vento gira la turbina eolica. La coppia viene trasmessa attraverso un moltiplicatore all’albero del generatore CC. L’energia ricevuta all’uscita del generatore viene accumulata nelle batterie attraverso il modulo di ricarica. Dai terminali delle batterie di accumulo, una tensione costante di 12 V (24 V, 48 V) viene fornita al convertitore, dove viene trasformata in una tensione adatta per alimentare le reti elettriche domestiche.

Informazioni sui generatori per “turbine eoliche” domestiche

La maggior parte delle strutture domestiche delle turbine eoliche, di regola, sono costruite utilizzando motori CC a bassa velocità. Questa è l’opzione del generatore più semplice che non richiede aggiornamenti. In modo ottimale – motori elettrici con magneti permanenti, progettati per una tensione di alimentazione dell’ordine di 60-100 volt. Esiste una pratica di utilizzo di generatori di automobili, ma in tal caso è necessaria l’introduzione di un moltiplicatore, poiché gli autogeneratori producono la tensione richiesta solo ad alti (1800-2500) giri / min. Una delle possibili opzioni è la ricostruzione di un motore asincrono in CA, ma è anche piuttosto complessa, che richiede calcoli accurati, lavori di tornitura e installazione di magneti al neodimio nell’area del rotore. Esiste un’opzione per un motore asincrono trifase con il collegamento di condensatori della stessa capacità tra le fasi. Infine, c’è la possibilità di creare un generatore da zero con le tue mani. Ci sono molte istruzioni su questo argomento..

“Mulino a vento” fatto in casa ad asse verticale

Un generatore eolico abbastanza efficiente e soprattutto economico può essere costruito sulla base del rotore Savonius. Qui, una micro-centrale elettrica è considerata un esempio, la cui potenza non supera i 20 watt. Tuttavia, questo dispositivo è abbastanza sufficiente, ad esempio, per fornire energia elettrica ad alcuni elettrodomestici che funzionano da una tensione di 12 volt..

Set di parti:

1. Lamiera di alluminio 1,5-2 mm di spessore.
2. Tubo di plastica: diametro 125 mm, lunghezza 3000 mm.
3. Tubo di alluminio: diametro 32 mm, lunghezza 500 mm.
4. Motore CC (generatore di potenziale), 30-60 V, 360-450 giri / min, ad esempio motore elettrico modello PIK8-6 / 2.5.
5. Regolatore di tensione .
6. Batteria.

Realizzare il rotore Savonius

Tre “pancake” con un diametro di 285 mm sono tagliati dal foglio di alluminio. Al centro di ciascuno, vengono praticati fori per un tubo di alluminio da 32 mm. Si scopre qualcosa di simile ai CD. Due pezzi di 150 mm di lunghezza vengono tagliati dal tubo di plastica e tagliati a metà nel senso della lunghezza. Il risultato sono quattro lame semicircolari 125×150 mm. Tutti e tre i “compact disc” in alluminio vengono montati su un tubo da 32 mm e fissati a una distanza di 320, 170, 20 mm dal punto superiore rigorosamente in orizzontale, formando due livelli. Le lame sono inserite tra i dischi, due pezzi per fila e fissate rigorosamente l’una contro l’altra, formando una sinusoide. In questo caso, le lame del livello superiore sono spostate rispetto alle lame del livello inferiore di un angolo di 90 gradi. Il risultato è un rotore Savonius a quattro pale. Per fissare gli elementi, è possibile utilizzare rivetti, viti, angoli o applicare altri metodi.

Collegamento del motore e montaggio dell’albero

L’albero dei motori a corrente continua con i parametri sopra indicati di solito ha un diametro non superiore a 10-12 mm. Per collegare l’albero del motore al tubo del generatore eolico, una boccola in ottone con il diametro interno richiesto viene premuta nella parte inferiore del tubo. Viene praticato un foro attraverso la parete del tubo e del manicotto, un filo viene tagliato per avvitare la vite di bloccaggio. Successivamente, il tubo del generatore eolico viene posizionato sull’albero del generatore, dopo di che il collegamento viene fissato rigidamente con una vite di bloccaggio.

Il resto del tubo di plastica (2800 mm) è l’albero della turbina eolica. Il gruppo elettrogeno con la ruota Savonius è montato nella parte superiore dell’albero – è semplicemente inserito nel tubo fino all’arresto. Come arresto, viene utilizzato un coperchio del disco di metallo, fissato sull’estremità anteriore del motore, con un diametro leggermente più grande del diametro dell’albero. I fori sono praticati sulla periferia del coperchio per fissare i fili del tipo. Poiché il diametro dell’alloggiamento del motore elettrico è inferiore al diametro interno del tubo, vengono utilizzati distanziatori o arresti per allineare il generatore al centro. Il cavo del generatore viene fatto passare all’interno del tubo ed esce attraverso una finestra in basso. Durante l’installazione, è necessario tenere conto del design della protezione del generatore contro l’umidità, utilizzando guarnizioni di tenuta. Anche in questo caso, al fine di proteggere dalle precipitazioni, è possibile installare un cappuccio per ombrello sopra il collegamento del tubo della turbina eolica con l’albero del generatore..

L’installazione dell’intera struttura viene eseguita in un’area aperta e ben ventilata. Un buco profondo 0,5 metri viene scavato sotto l’albero, la parte inferiore del tubo viene abbassata nel foro, la struttura viene livellata con fili di tipo, dopo di che il foro viene riempito di cemento.

Regolatore di tensione (caricatore semplice)

Un generatore eolico fabbricato, di regola, non è in grado di fornire una tensione di 12 volt a causa della sua bassa velocità. La velocità di rotazione massima della turbina eolica a una velocità del vento di 6-8 m / s. raggiunge un valore di 200-250 rpm. All’uscita, è possibile ottenere una tensione dell’ordine di 5-7 volt. La ricarica della batteria richiede una tensione di 13,5-15 volt. La via d’uscita è quella di utilizzare un semplice convertitore di tensione ad impulsi, assemblato, ad esempio, sulla base del regolatore di tensione LM2577ADJ. Applicando 5 volt di CC all’ingresso del convertitore, si ottengono 12-15 volt all’uscita, che è abbastanza per caricare una batteria dell’auto.

Convertitore di tensione pronto per LM2577

Questa micro turbina eolica può sicuramente essere migliorata. Aumenta la potenza della turbina, cambia il materiale e l’altezza del montante, aggiungi il convertitore CC-CA, ecc..

Impianto elettrico ventoso orizzontale-assiale

Set di parti:

1. Tubo di plastica diametro 150 mm, lamiera di alluminio spessore 1,5-2,5 mm, blocco di legno 80×40 1 m di lunghezza, tubature: flangia – 3, angolo – 2, raccordo a T – 1.
2. Motore CC (generatore) 30-60 V, 300-470 giri / min.
3. Puleggia per un motore con un diametro di 130-150 mm (alluminio, ottone, textolite, ecc.).
4. Tubi d’acciaio con un diametro di 25 mm e 32 mm e una lunghezza di 35 mm e 3000 mm, rispettivamente.
5. Modulo di ricarica della batteria.
6. Batterie.
7. Convertitore di tensione 12 V – 120 V (220 V).

Fabbricazione di una “turbina eolica” ad asse orizzontale

Per realizzare le pale delle turbine eoliche è necessario un tubo di plastica. Un pezzo di tale tubo, lungo 600 mm, viene tagliato longitudinalmente in quattro segmenti identici. Per un mulino a vento sono necessarie tre pale, che sono ricavate dai segmenti ottenuti tagliando una parte del materiale in diagonale lungo l’intera lunghezza, ma non esattamente da un angolo all’altro, ma dall’angolo inferiore all’angolo superiore, con un leggero offset da quest’ultimo. La lavorazione della parte inferiore dei segmenti è ridotta alla formazione di un petalo di fissaggio su ciascuno dei tre segmenti. Per fare questo, un quadrato con una dimensione di circa 50×50 mm viene tagliato lungo un bordo e la parte rimanente funge da petalo di fissaggio.

Le pale della turbina eolica sono fissate sulla puleggia ruota mediante connessioni bullonate. La puleggia è montata direttamente sull’albero del motore DC – generatore. Un semplice blocco di legno con una sezione di 80×40 mm e una lunghezza di 1 m viene utilizzato come telaio della turbina eolica, il generatore è installato a un’estremità del blocco di legno. All’altra estremità della barra, è montata una “coda”, realizzata con un foglio di alluminio. Nella parte inferiore della barra è fissato un tubo metallico da 25 mm, progettato per svolgere il ruolo di un albero rotante. Un tubo metallico di tre metri da 32 mm viene utilizzato come albero. La parte superiore dell’albero è la boccola di rotazione in cui è inserito il tubo del generatore eolico. Il supporto dell’albero è costituito da un foglio di compensato spesso. Su questo supporto, sotto forma di un disco con un diametro di 600 mm, viene assemblata una struttura da parti idrauliche, grazie alla quale l’albero può essere facilmente sollevato o abbassato o montato – smontato. Le parentesi elastiche vengono utilizzate per fissare l’albero.

Tutta l’elettronica della turbina eolica è montata in un modulo separato, la cui interfaccia prevede il collegamento di batterie e carichi di consumo. Il modulo include un controller di carica della batteria e un convertitore di tensione. Tali dispositivi possono essere assemblati da soli con esperienza adeguata o acquistati sul mercato. Sul mercato sono disponibili molte soluzioni diverse per ottenere le tensioni e le correnti di uscita desiderate..

Turbine eoliche combinate

Le turbine eoliche combinate sono un’opzione seria per un modulo di energia domestica. In realtà, la combinazione prevede la combinazione di un generatore eolico, una batteria solare, una centrale diesel o benzina in un unico sistema. Puoi combinare in ogni modo, in base alle tue capacità ed esigenze. Naturalmente, quando esiste un’opzione tre in uno, questa è la soluzione più efficace e affidabile..

Inoltre, sotto la combinazione di turbine eoliche, è prevista la creazione di impianti eolici, che includono due diverse modifiche contemporaneamente. Ad esempio, quando il rotore Savonius e la tradizionale macchina a tre pale lavorano in un unico fascio. La prima turbina funziona a basse velocità del flusso del vento e la seconda solo a quelle nominali. Pertanto, l’efficienza dell’installazione è preservata, le perdite energetiche ingiustificate sono escluse e, nel caso di generatori asincroni, le correnti reattive sono compensate.

I sistemi combinati sono opzioni tecnicamente complesse e costose per la pratica domestica.

Calcolo della potenza di un parco eolico domestico

Per calcolare la potenza di un generatore eolico ad asse orizzontale, è possibile utilizzare la formula standard:

• N = p S V3 / 2
• N – potenza di installazione, W
• p – densità dell’aria (1,2 kg / m³)
• S – area soffiata, m²
• V – velocità del vento, m / s

Ad esempio, la potenza di un’installazione con una portata massima della lama di 1 metro, con una velocità del vento di 7 m / s, sarà:

• N = 1,2 1 343/2 = 205,8 O.

Un calcolo approssimativo della potenza della turbina eolica creata sulla base del rotore Savonius può essere calcolato usando la formula:

• N = p R H V3
• N – potenza di installazione, W
• R – raggio della girante, m
• V – velocità del vento, m / s

Ad esempio, per la progettazione di una centrale eolica con un rotore Savonius menzionato nel testo, il valore di potenza a una velocità del vento di 7 m / s. sarà:

• N = 1,2 0,142 0,3 343 = 17,5 W.

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