Generatory wiatrowe

To czym się zajmujemy

Produkty

      Tytułem wstępu kilka wyjaśnień. Elektrownia wiatrowa jako zespół urządzeń służących do wytworzenia i magazynowania energii elektrycznej, jak nazwa wskazuje składa się z kilku podzespołów:

Generator1.      Generator – często mylony z samą elektrownią jest tylko jej częścią i to wcale nie najistotniejszą. Generatory służą jedynie do zamiany energii mechanicznej (najczęściej obrotów wału) na energię elektryczną. Generatory dzielą się na wysokoobrotowe (powyżej 600 obr/min), średnioobrotowe (90-600 obr/min) i wolnoobrotowe (15-90 obr/min). Generator może być zasilany np. przez silnik spalinowy poprzez przekładnię. Wówczas najczęściej stosuje się generatory wysokoobrotowe ponieważ obroty silnika spalinowego są wysokie (rzędu 2500-4500 obr/min). Generator może być też zasilany przez koło młyńskie lub inną wodną turbinę przepływową. Generatory wysokoobrotowe są zdecydowanie tańsze od średnio i niskoobrotowych. Zupełnie bezzasadne jest stosowanie generatorów wysokoobrotowych do elektrowni wiatrowych. Śmigła nie mogą kręcić się z tak wysokimi obrotami i wówczas niezbędnie potrzebna będzie przekładnia. Niestety takie rozwiązanie okupione jest większymi kosztami (przekładnia) i stratami mocy. Lepiej wybrać droższy generator średnio lub niskoobrotowy. Generatory średnioobrotowe stosuje się do mniejszych elektrowni, gdzie łopatki są krótsze i prędkość liniowa końcówek śmigła nie przekracza 250km/h. W przypadku większych prędkości łopatki będą hałasować (wyraźnie świszczeć tnąc powietrze). Generatory wolnoobrotowe stosuje się do dużych łopatek kiedy ich wirująca masa może spowodować rozerwanie poprzez siły odśrodkowe.

Elektrownia wiatrowa2.      Silnik wiatrowy czyli w praktyce wirnik z łopatkami śmigła – najważniejszy element. W zależności od kształtu łopat występują wirniki o pionowej i poziomej osi obrotu. Ze względu na popularność najczęściej stosowane są tzw. klasyczne wirniki poziome. Ilość łopatek zwykle jest ograniczona do trzech. Wynika to z ekonomiki rozwiązania. Znane są rozwiązania z dwoma łopatami. Ogranicza to nieco koszty ale wpływa na wydajność elektrowni. Bardzo rzadko ale można znaleźć nawet wirnik z jedną łopatą. Trzy łopatki są zwykle kompromisem między ceną a wydajnością. Takie rozwiązania są też dlatego najbardziej popularne. Spotykane są też czasem wiatraki z pięcioma czy sześcioma łopatkami. W naszych warunkach niekiedy zobaczyć można wirniki tzw. Australijskie z dużą ilością łopat (powyżej 12 szt) zwykle wywiniętych z kawałków blachy. Są to bardzo wydajne urządzenia ale niestety skomplikowane w budowie. W zależności od rodzaju (kształtu) śmigła silnik wiatrowy będzie miał różną charakterystykę pracy. Silnik wiatrowy należy tak dobierać, żeby miał on maksymalnie moc taką jaką może wytrzymać generator. Większy silnik wiatrowy może po prostu przeciążyć generator co doprowadzi do awarii (przepalenia generatora). Mniejszy nie będzie w pełni wykorzystywał możliwości generatora.

3.      Kontroler – urządzenie, które w praktyce bezużyteczny prąd wytworzony przez generator zamieni na prąd o stałej charakterystyce. Generator wytwarza prąd trójfazowy zmienny niesinusoidalny o napięciu i częstotliwości zależnej od chwilowych obrotów. Kontroler ładowania  spełnia funkcję prostownika i stabilizatora napięcia. Kontroler zwykle zabezpiecza też generator przed nadmiernym rozkręceniem i chroni akumulatory
przed przeładowaniem. Może też pełnić funkcję kontrolera ładowania z ogniw fotowoltaicznych (tzw. kontroler hybrydowy).

4.      Przetwornica – falownik. Zamienia prąd stały z akumulatorów na prąd zmienny stosowany do zasilania odbiorników elektrycznych. W naszym przypadku 230V 50hz. Przetwornica powinna być dobrana do możliwości wytwórczych generatora i mniej więcej zgodna z nim napięciowo.

     Skoro już omówiliśmy najważniejsze elementy to możemy teraz pokombinować i dobrać samodzielnie (skonfigurować) wszystkie niezbędne elementy przydomowej elektrowni. Oczywiście dla wygody Państwa wszystkie zestawy oferowanych przez nas przydomowych elektrowni wiatrowych są już skonfigurowane ale nic nie stoi na przeszkodzie żeby pokombinować i dobrać coś bardziej pod własne potrzeby. Tym bardziej, że każda instalacja jest indywidualna, zależy od warunków lokalnych i zapotrzebowania na moc. Będę się często posługiwał jako przykładem generatorem o mocy 1kW (1000W) ponieważ prościej przeliczyć dane dla innych mocy i porównać.

Dobór odpowiedniego generatora jest najprostszy. Trzeba jednak wziąć pod uwagę kilka czynników. Generator ma określoną moc znamionową, którą uzyskuje przy pewnych prędkościach obrotowych. Zupełnie bezzasadne jest wybieranie generatora, który wymaga wysokich obrotów. Taki będzie wymagał zastosowania śmigieł, które będą się szybko kręciły. Oznacza to odpowiedni profil i wytrzymałość śmigieł. Np. generator o 750 obr/min o mocy 1kW będzie wymagał założenia śmigieł o długości około 1,2m. Końcówki śmigła będą miały prędkość liniową około 400km/h! Nawet nie chcę myśleć co będzie jeżeli założy się większe śmigła. Dodatkowo wymienione parametry śmigła osiągną przy wietrze około 14m/s. Taki wiatr (w praktyce wichura) w naszych warunkach występuje bardzo rzadko. Czyli generator zwykle będzie kręcił się wolniej i w związku z tym wytwarzał mniejszą moc. Poniżej wykres. Wyraźnie widać, że w strefie zielonej (najczęściej występujące wiatry w Polsce) moc uzyskana jest kilkunastokrotnie mniejsza niż znamionowa.
Wykres1kW750rpm.jpg

Dlatego właśnie nie należy korzystać z generatorów wysokoobrotowych. Od razu w tym miejscu wyjaśniam dlaczego wykres po przekroczeniu mocy maksymalnej opada. Jest to spowodowane tym, że większe prędkości wiatru powodują zwiększenie obrotów. Nie można dopuścić do dalszego zwiększania obrotów ponieważ łopatki śmigła rozleciały by się w skutek siły odśrodkowej. Dlatego wirnik obraca się bokiem do wiatru. Dla osób, które miały do czynienia z żeglarstwem taki efekt nazywany jest wyostrzaniem do wiatru. Ponadto wraz ze wzrostem obrotów wzrasta napięcie, które uniemożliwia ładowanie akumulatorów i kontroler musi załączyć tzw. hamulec zrzutowy, który odbiera wytworzoną moc. Stąd spadki krzywej. Pozostaje więc zdecydować się na generator o mniejszej znamionowej ilości obrotów np. około 400obr/min. Mniejsze obroty generatora niż 400 dla elektrowni 1kW mogą powodować, że będzie trzeba zastosować większe śmigła (część wiatru będzie przelatywała między wolno kręcącymi się łopatkami) lub utraci się część energii wiatru. Mniejsze obroty znamionowe np. 200 obr/min stosuje się do elektrowni o większej mocy z dłuższymi łopatami. Cały czas bierze się pod uwagę prędkość liniową końcówek śmigła.

Poniżej wykres mocy generatora 1kW, 400 obr/min ze średnicą wirnika 2,7 m.

Wykres1kW.jpg

     Wyraźnie widać, że wykres mocy dla takiego układu znacząco przesunięty jest w lewo, w stronę mniejszych prędkości wiatru. Domyślnie nasze zestawy tak właśnie są skonfigurowane.

Teraz na pewno padnie pytanie czy można przesunąć wykres pracy jeszcze bardziej w lewo, tak, żeby szczyt mocy był całkowicie na zielonym polu. Można, tyle że taka elektrownia będzie bardzo droga. Jak pisałem wcześniej: można np. zastosować generator wolnoobrotowy i większe łopatki. Niestety koszty generatora wolnoobrotowego w stosunku do średnioobrotowego będą znacznie wyższe. Jego wymiary będą większe. Wzrosną też koszty śmigieł i całej konstrukcji. W sumie uzyskamy produkt o cenie wyższej niż normalnie skonfigurowana elektrownia wiatrowa o mocy znamionowej powiedzmy 3kW. Nie ma więc takie działanie uzasadnienia ekonomicznego. Lepiej zamiast kombinować po prostu wydać więcej pieniędzy na elektrownię o większej mocy, efekt będzie znacznie lepszy. W końcu nie od dzisiaj nad tym pracujemy i już ten temat został przerobiony na wskroś nie tylko przez nas.

Co więc można zrobić i czy w ogóle warto? Po pierwsze warto dostosować elektrownię do warunków w danej lokalizacji. W tym celu należy sprawdzić jakie są rzeczywiście średnie prędkości wiatrów w miejscu postawienia elektrowni. Jeżeli są większe niż 6 m/s, czego szczerze bym wszystkim życzył, to w zasadzie nie ma sensu nic więcej robić tylko stawiać jak największą elektrownię na jaką tylko można sobie pozwolić. Dla tych wszystkich, którzy nie mają aż tak komfortowej sytuacji a zdaję sobie sprawę, że to większość, proponuję kilka zmian.

Najpierw czego robić nie warto:

1.      W ogóle nie ma sensu kupowanie generatorów czy całych elektrowni z generatorami wysokoobrotowymi. Uzyskują one moc znamionową w
czasie bardzo silnych wiatrów. Takie wiatry zdarzają się niezwykle rzadko. Elektrownie czy generatory uzyskujące moc znamionową przy wietrze ponad 12 m/s to całkowita pomyłka! W naszych szerokościach geograficznych dominują wiatry 3-5m/s. Na fermach wiatrowych wieją wiatry rzędu 6-8m/s ale na wysokości 60-100m a nie na wysokości dachu budynku czy nieco powyżej! Elektrownię uzyskującą moc znamionową przy wietrze 14m/s można porównać do trzykrotnie mniejszej elektrowni uzyskującej moc znamionową przy wietrze 9m/s. Takie generatory jako tanie rozwiązania czasem stosuje się do oświetlenia znaków drogowych lub zasilania stacji przekaźnikowych. Zawsze jednak są one wspomagane panelami słonecznymi i zawsze ich moc kilkunastokrotnie przewyższa zapotrzebowanie odbiorników.

2.      Nie warto kupować jak najtańszych rozwiązań, szczególnie jeżeli nie ma żadnego związku między poszczególnymi produktami.
Czyli w szczególności nie warto wydawać pieniędzy na generator wykonywany metodą jednostkową. Nie dlatego, że może być kiepskiej jakości chociaż to też trzeba brać pod uwagę, ale przede wszystkim dlatego, że parametry takiego generatora nie są sprawdzone. Podane są jedynie na podstawie danych wyliczonych teoretycznie. Nie wiadomo więc jak w praktyce taki generator będzie się zachowywał, jakie będzie miał parametry przy różnych prędkościach wiatru. Tym bardziej jaki do niego należy dobrać silnik wiatrowy.

3.      Nie ma uzasadnienia ekonomicznego kupowanie bardzo drogiego generatora wolnoobrotowego (poza wyjątkami o których będzie
później). Taki generator z klasycznym silnikiem wiatrowym będzie mało wydajny „małe śmigła nie będą miały dość siły na pokręcenie go”. Stosowanie generatora wolnoobrotowego z dużymi śmigłami da taki sam efekt jak kupno kompletnej sprawdzonej i poprawnie skonfigurowanej elektrowni o większej mocy.

4.      Nie warto do generatora dobierać zbyt dużych śmigieł. Efekt będzie taki, że śmigła będą kręciły się z dużą prędkością (hałas)  i mogą się rozlecieć w skutek sił odśrodkowych. Jeżeli będziemy hamowali obroty śmigła, np. za pomocą kontrolera ładowania to utracimy część mocy, która mogła by być wykorzystana.Wykres1kWvs2kW.jpg Jeżeli nawet śmigła wytrzymają (nie rozlecą się) a nie będziemy hamowali, i energię będziemy chcieli odbierać to możemy po prostu spalić generator w skutek przeciążenia. Na poniższym wykresie wyraźnie widać, że zwiększenie silnika wiatrowego poprzez zamontowanie dłuższych łopatek od generatora 2kW (3,2m średnicy) zamiast standardowych 1kW (2,7m średnicy) daje efekt głównie we wzroście mocy w szczytowym momencie. Swoją drogą widać też jak nie duża jest różnica między łopatkami 1kW a 2kW.

Wymiar oznaczony jako „b” wskazuje na znaczący przyrost mocy szczytowej linii czerwonej. Wymiar „a” odpowiadający za przesunięcie krzywej w stronę słabszych wiatrów jest nieporównywalnie mniejszy od „b”. Takie rozwiązanie ma sens jedynie wówczas gdy nie występują silne wiatry i mamy 100% pewność, że generator nie zostanie przeciążony. W przeciwnym razie narażamy się na duże koszty w razie niemal nieuniknionej prędzej czy później awarii, nie mówiąc już o niebezpieczeństwie dla osób i przedmiotów znajdujących się w pobliżu wirnika.

5.      Nie warto montować łopatek wykonanych metodą chałupniczą, drewnianych lub innych wykonanych „na oko”. Takie łopatki nie mają odpowiedniego profilu. Profil łopat określa ich prędkość startową, prędkość znamionową oraz uzyskiwaną moc. Nie bez znaczenia jest też wytrzymałość. Tych parametrów nie można uzyskać na podstawie danych teoretycznych. Trzeba wykonać pomiary w tunelu aerodynamicznym. Często wydaje się, że łopatki mają dobry profil bo są mocno wygięte i wyraźnie skręcone. To tylko oznaczać może, że są przeznaczone do pracy przy dużej prędkości obrotowej i że będą „świszczeć” w czasie pracy. Dobre łopatki mają zmienną geometrię śmigieł, co oznacza, że przy słabym wietrze mają mały kąt natarcia a przy silnym wietrze uginają się elastycznie i wiatr „wypełnia” je jak żagiel na łódce. Gładź łopatki też niekoniecznie musi wpływać na wydajność. Wiatr musi się o coś „zaczepić” a przy niewłaściwym profilu i gładziutkich łopatkach nie ma o co. Oczywiście mając idealny profil warto postarać się o gładką powierzchnię. Dzięki temu nic nie osiada na łopatach i mniej hałasują. Ważne jest też wyważenie wirnika. Wirnik bijący zachowuje się jak niewyważone koło w samochodzie, tylko o jeszcze większej średnicy. Może trząść nawet sporym masztem i uszkodzić łożyska.

     Co w takim razie wybrać? Odpowiedź jest prosta – złoty środek. Przede wszystkim decydując się na elektrownię wiatrową trzeba kierować się zdrowym rozsądkiem.

     Dlatego po pierwsze trzeba wybrać miejsce, które jest wietrzne. Jeżeli nie mamy takiej możliwości -wokoło wieżowce i /lub wysokie drzewa to porywanie się na inwestycję z elektrownią wiatrową nie ma większego sensu. Z miejscem związana jest konstrukcja, na której będzie stał generator oraz rodzaj silnika wiatrowego (klasyczny poziomy czy pionowy VAWT).

W kolejnym kroku należy rozważyć do jakich celów wykorzystać wytworzoną energię. Ile jej będzie potrzeba. Czy i jak się zabezpieczyć w czasie, kiedy elektrownia wiatrowa nie będzie produkowała energii (okresy bezwietrzne, czas konserwacji).grzalka2800.jpg Ile środków (finansowo) można przeznaczyć na inwestycję. Najtańszym rozwiązaniem jest zaprzęgnięcie przydomowej elektrowni wiatrowej do ogrzewania wody. Nie ma potrzeby stosowania akumulatorów i przetwornicy. Zamiast tego montujemy sterownik załączający grzałki w zależności od chwilowej mocy wytworzonej przez wiatrak a funkcję akumulatorów przejmuje zbiornik z wodą. Na zdjęciu zestaw elementów przeznaczonych do grzania wody.

W tej formie jednak nie możemy zasilać odbiorników elektrycznych przystosowanych do zasilania napięciem 230V. W pewnym zakresie możemy wykorzystać prąd z elektrowni wiatrowej zmagazynowany w akumulatorach do zasilania odbiorników stałoprądowych (jak w instalacji samochodowej). Głownie oświetlenie np. LED. Sterowniki tzw. Light Street Controler pełni funkcję kontrolera hybrydowego i zabezpiecza akumulatory przed rozładowaniem.
kontroler300W.jpg
W przypadku konieczności zasilania większych odbiorników (lodówka, telewizor, komputer itp.) będzie potrzebna przetwornica. Najprościej
wybrać zestaw gotowy z naszej oferty. Są one przygotowane optymalnie do większości potrzeb użytkowników.
przetwornica1kW.jpg
W niektórych przypadkach doradzamy drobne zmiany konfiguracji. Można np. do elektrowni 2kW podłączyć przetwornicę 3kW. Dzięki temu chwilowo można zasilić większą ilość odbiorników w krótszym czasie. Używanie określenia „moc ciągła”, przez niektórych sprzedawców jest sporym nadużyciem. Żadna elektrownia zasilana z wiatru czy słońca nie daje mocy ciągłej. Czasem po prostu wiatr nie wieje a słońce „nie świeci”. Można oczywiście zastosować większą ilość akumulatorów, ale trzeba też przewidzieć czas jaki będzie potrzebny do naładowania tych akumulatorów. Dlatego np. w domku letniskowym, do którego przyjeżdża się na weekend warto zamontować więcej akumulatorów, które naładują się w ciągu tygodnia. W weekend można będzie tą moc zużyć. W przypadku codziennego zasilania odbiorników, ilość (pojemność) akumulatorów dobiera się tak, żeby zgromadziły dzienną dawkę energii wytworzoną przez elektrownię w czasie, kiedy nie pracują odbiorniki.
akumulator.jpg
W niektórych miejscach nie można zastosować elektrowni klasycznej. Jest wówczas możliwość zastosowania elektrowni o osi pionowej (VAWT). Generatory do elektrowni pionowych cechują się tym, że mają bardzo małe obroty. Dzięki temu praktycznie nie hałasują. Ich konstrukcja umożliwia montowanie bezpośrednio na dachu (na niskim nośniku). Mają też wady. Po pierwsze jak wspominałem wcześniej generatory wolnoobrotowe są drogie. Niektórzy stosują generatory wysokoobrotowe z przekładnią ale te są mniej sprawne. Po drugie łopatki elektrowni są dużo większe niż w przypadku klasycznej elektrowni. Wynika to z tego powodu, że mają mniejszą sprawność. Muszę w tym miejscu wyjaśnić, że sprawność dotyczy urządzenia a nie jego parametrów. To oznacza, że jak mamy np. elektrownię wiatrową 2kW i ma ona sprawność powiedzmy 60% to ona ma 2kW a nie 1,2kW. Nie ma znaczenia czy to jest pionowa czy pozioma. Po prostu ta z mniejszą sprawnością będzie gabarytowo większa (będzie potrzebowała wiatru z większej powierzchni zbierać) żeby te 2kW wyciągnąć. Tak jak z samochodem. Jak ma 100KM to ma, a jak ma mniejszą sprawność to po prostu więcej paliwa spali (w naszym wypadku więcej wiatru zawróci :) .
Dla naszych klientów przygotowaliśmy niespodziankę. Pracowaliśmy nad silnikiem wiatrowym o większej wydajności czyli w praktyce lepszym przy słabszych wiatrach. Chcieliśmy uzyskać taką charakterystykę jak na poniższym schemacie (linia zielona). Przygotowany wirnik miał 6 łopat.

Dzięki specjalnemu zabiegowi technicznemu miał się zachowywał tak jak żagle na łodzi. Łopatki o różnej długości i dodatkowo umocowane niesymetrycznie. Zdjęcie obok. Zaletą miało być, jak widać na wykresie to, że wymiar „b” jest mniejszy niż wymiar „a”. W praktyce nie dość, że mieliśmy uzyskać większą moc maksymalną to jeszcze przy słabszym wietrze. Krzywa mocy jest już jak widać w dużej części na polu zielonym. Okazało się po testach, że nasz produkt przeszedł wszelkie oczekiwania. Ostatecznie doszliśmy do wniosku, że 6 łopatek to przesada, w zupełności wystarczy 5 łopatek i to też tylko w tych miejscach, gdzie naprawdę wiatry wieją słabsze. Sprawdzamy również inne konfiguracje silnika wiatrowego tak aby dobrać optymalnie rozmiary łopatek. Wadą tych rozwiązań jest opadanie linii zielonej wcześniej niż w przypadku klasycznej (niebieskiej). Wynika to z naturalnych warunków zastosowania większej ilości łopatek. Największą zaletą oprócz poprawy parametrów jest stosunek poniesionych nakładów do uzyskanych efektów. Przydomowa elektrownia wiatrowa wyposażona w silnik wiatrowy z pięcioma łopatkami będzie droższa nie więcej niż o 15% od standardowej klasycznej konstrukcji. Spodziewane zwiększenie wydajności to blisko 30%.

Kontakt

Biuro handlowe AirGenerator
ul. Hodowlana 16, 81-606 Gdynia
e-mail: biuro@generatory-wiatrowe.pl
tel.  +48 (53) 558 47 69; +48 (79) 312 03 23
+48 (58) 742 40 50; fax. +48 (58) 742 52 13

Odwiedź nasze pozostałe strony:
www.eco4globe.com,                Google+
www.fotoogniwa-hurt.pl

Aktualności

Elektrownie wiatrowe na bieżąco
w formie blogu

Najczęściej zadawane pytania

Jak przyłączyć mikroinstalację OZE do sieci?
Pokaż odpowiedź

Czy stawiając domowe elektrownie wiatrowe muszę posiadać jakieś pozwolenia budowlane?
Pokaż odpowiedź

Czy do produkowania energii elektrycznej przez elektrownie wiatrowe potrzebne są jakieś koncesje?
Pokaż odpowiedź               Czytaj więcej...






kręci mnie wiatr...

Copyright © 2008-2012 AirGenerator