Vetrenjace - izrada i karakteristike

[Majstor Duja]

Sticajem okolnosti, neko je prinudjen da trazi alternativne nacine da dodje do elektricne energije.
Bavicemo se u ovoj temi naprednim stvarima i pojmovima oko dobijanja elektricne energije iz vetra jer na netu ima stvarno mnogo o osnovama.

Iz nekih mojih kalkulacija i istrazivanja dosao sam do zakljucka da ako korisnik dobije istu cenu po kWh koju ima elektro-distribucija to je vec uspeh. Uglavnom kilovatsat bude skuplji zahvaljujuci troskovima odrzavanja, nedostatku proracuna sistema ( lokalni uslovi i vetrovitost podrucja), skupim komponentama sistema (neodijumski magneti za generator, SLA akumulatori, PWM punjac i pretvarac/inverter, sama izrada).

U Srbiji je dozvoljena proizvodnja elektricne energije za sopstvene potrebe bez naknade i poreza, protiv-zakonita je prodaja iste (ako niste registrovani za tu delatnost).
Dozvoljena visina objekta na privatnim stambenim parcelama je maksimalnih 12m tako da je to i maksimalna visina vetrenjace sa elisom u Srbiji.

- osnovna podela vetrenjaca je na:

- HAWT - horizontalna vetrenjaca sa elisom i pokazivacem smera vetra, maksimalna iskoristljivost 50% (sto znaci ako duva vetar od 5kWh/m2 vetrenjaca moze da pretvori samo 50% od toga u elektricnu energiju. Bitne karakteristike su: povrsina koju zahvata rotor - "swept area" (ako je jedna lopatica dugacka 1m, ukupna zahvatna povrsina je 3,14m2), zatim povrsina samih elisa, korak elise, odnos obrtne brzine elisa u odnosu na brzinu vetra "tip to speed ratio" itd. Najveca mana joj je konstrukciono resenje prenosa elektricne energije sa rotora do stuba (najcesce grafitnim cetkicama ali sa gubicima usled varnicenja i loseg naleganja) i gubici u snazi usled promene pravca vetra i velike sile naprezanja pri promeni pravca. Zastita od prevelikog broja obrtanja se izvodi sa smicanjem rotora sa glavne ose tzv. "furling", promenom koraka elisa u prazno tzv. "yawning", hidraulicnom kocnicom, parazitivnim opterecenjem (tri grejaca, elektronski kontrolisano opterecenje pri datim obrtajima)

- VAWT - vertikalna vetrenjaca, koristi se na podrucijima gde je pravac vetra promenjivog intenziteta jer je imuna na promene, maksimalna iskoristljivost je 40% (za Darius tip, ima veliku primenu zbog jednostavnog dizajna i dobrih konstrukcionih karakteristika), bitne karakteristike su profil elisa ili u ovom slucaju jedara (najvise se koristi AIRFOIL NACA 0018 na pr.) zatim napadni ugao svakog jedra ili "pitch",
ili sa 20% iskoristljivosti ( Savonijus tip, veliki obrtni momenat ali i veliki vucni gubici "drag", mala brzina obrtanja, retko se koristi).

Pocecu od kontrukcije samog generatora, gde ce mi trebati pomoc u nekim proracunima tipa: maksimalna snaga pre datim obrtajima, napon pri odredjenom broju navojaka, debljina zice itd....zatim ce par reci i slika biti u vezi HAWT konstrukcije i malo vise oko VAWT Darrieus tipa...

klasican VAWT:

VAWT helix (cvrsca konstrukcija, manji kovit pri obrtanju):

povijeni VAWT (manje cetrifugalne sile na krajevima, cvrsci rotor)

vawt 3kW.jpg (26.38 KiB) Pregledano 11424 puta.

Nastavak sledi...

[dado9012]

Ima još jedan zanimljiv dizajn odnosno "patent" nazvan Fullerova vjetro turbina koja je u biti modifikacija patentirane Tesline turbine iz 1913.Nema lopatica,pa je manje osjetljiva na promjene brzine vjetra.

[Majstor Duja]

Ima sigurno jos najmanje 10-tak kojekakvih resenja ali ovde cemo se baviti "konvencionalnim" dizajnom tj. onim koji je upotrebljiv u realnosti i ciji je radni ucinak veci ili jednak sa 40% pri brzini vetra do 20-30m/s tj. ima ih smisla praviti...


Objasnjenje samoregulisuceg sistema za prevenciju prebrzog okretanja rotora kod horizontalnih vetrogeneratora "furling" sistem:

Repni usmerivac (pokazivac pravca vetra) zadrzava polozaj rotora 90 stepeni u odnosu na pravac vetra sve dok sila koja deluje na rotor ne savlada oprugu i vrsi zaokret rotora po osi zaokreta generatora, sto smanjuje povrsinu "swept area" izlozenu vetru a time i ukupnu apsorbovanu snagu. U prilog smanjenju broja obrtaja vetrenjace ide i to da se prilikom zaokreta menja geometrija elise tj. elisa dolazi "na noz" te je njena izlozena povrsina takodje manja. Sama rotacija elise sprecava nagle oscilacije jer u ovom slucaju elisa ima ulogu ziroskopa koji svojom rotacijom ne dozvoljava brzu promenu ravni rotacije.

Pogled odozgo ili iz pticije perspektive na VAWT rotor vertikalnog vetrogeneratora:

Gde se rotacija ostvaruje vazdusnim pritiskom i vazdusnim potiskom u isto vreme. Naime, prilikom opstrujavanja vazduha preko jedara ili krila desava se sledece:
- kada vetar duva (zelena) u zadnji deo krila stvara se vektor potiska (plava) kao i nusprodukt centrifugalna sila (crveno). Prilikom rotacije javlja se jos jedan nedostatak VAWT sistema a to je veca kolicina uskomesanog vazduha "drag" na zadnjoj ivici krila u koju ulece sledeci krak i time smanjuje vektor potiska. Kod HAWT sistema toga nema jer su svi kraci podjednako izlozeni naletu vetra.
- prilikom povratka krila vetar duva u napadnu ivicu istog te se zbog konfiguracije profila stvara polje niskog pritiska usled brzeg proticanja vazduha preko povrsine napadne ivice dok se po silasku sa krila stvara redovan pritisak tako da krilo ima minimalan gubitak obrtne sile kada se krece uz vetar.
Poenta svih vetrogeneratora je postizanje sto veceg TSR faktora (TSR je skracenica za Tip to Speed Ratio) ili odnosa ugaone brzine rotora u odnosu na brzinu vetra. Idealan TSR je izmedju 3 i 5.

Jedan od bitnih faktora za efikasnost VAWT vetrogeneratora jeste i zakrivljenost samih krila (jedara) u odnosu na osu rotacije - "pitch". U praksi se pokazalo da promena u negativno (napadna ivica ka osi rotacije) od 2-10 stepeni daje povoljne rezultate i sprecava kocenje vetrenjace "stall" pri malim brzinama vetra - ali isto tako povecava "drag" ili komesanje vazduha pri vecoj brzini rotaciji.
S druge strane pozitivan "pitch" uvodi vetrenjacu u zastoj "stall" te se ne primenjuje.

Nastavice se...

[Majstor Duja]

A sad ono najbitnije - generator.
U ovakvim projektima treba svo vreme insistirati na maksimalnoj iskoristljivosti ( efficiency ) svih stepena u lancu prizvodnje elektricne energije, zasto?
- Uzmimo, na primer, da vetrenjaca koju smo namestili ima stepen korisnog dejstva od 35%
- zatim, da generator koji smo napravili ima iskoristivost od 70%
- punjac baterija neka ima 85%
- SLA baterije imaju 66% stepen korisnog dejstva i dozvoljeno praznjenje ( bezbednosna margina) na 50% kapaciteta (nije bitno za kalkulaciju ali treba spomenuti).
- inverter 90%
- i na kraju potrosac, ciji energetski razred moze biti recimo od C (350W na pr.) do A+++ (65W na pr.) za isti uredjaj tj. istu namenu.

U kalkulaciji to izgleda ovako:
0,35 x 0,7 x 0,85 x 0,66 x 0,9 = 0,124 x 100% => 12,4% ukupne energije vetra ce biti dopremljeno do potrosaca. Od 10kWh, potrosac ima na raspolaganju 1,24kWh - prilicno jadno zar ne?
Zato je bitno da i potrosac ima visok energetski razred, jer ce recimo frizider A+++ klase tu energiju potrositi za 10 sati rada dok ce frizider sa C klasom to potrositi za 2 sata rada.

Kod: Označi sve

http://en.wikipedia.org/wiki/European_Union_energy_label

Postoje 2 vrste generatora po nacinu izvedbe, aksijalni i radijalni. Sto se tice pobude, ima ih dosta, ali cu se bazirati na onim koji se pobudjuju sa neodijumskim magnetima jer imaju najvecu iskoristljivost.

Aksijalni:

aksijalni wind-turbine-stator.jpg (14.29 KiB) Pregledano 11405 puta.

Radijalni:

Prednosti i mane:

- aksijalni je jednostavnije konstrukcije, laganiji je tj. ima bolji odnos kg/W sto je jako bitno zbog inercije sklopa koji rotira i momenta potrebno za njegovo pokretanje. Lakse se nadogradjuje dodavanjem vise statora i rotora na postojecu osovinu (kao viseslojni sendvic). Mala brzina obrtanja te i manji broj obrtaja potreban za visok stepen korisnog dejstva tj. proizvodnju struje. Dizajn lako ostvarljiv u samogradnji. Dobre termicke osobine, dobra provetrenost i manja radna temperatura pri maksimalnom opterecenju ( gornji limit za neodijumske magnete je 80C, preko toga oni gube svoja magnetna svojstva sto prilikom ugradnje u vetrogenerator moze biti pogubno po isti jer dolazi do naglog povecanja broja obrtaja i raspada rotora usled pada opterecenja na kaleme statora, opterecenja koje sluzi kao kocnica)
Mana je, jedina koje mogu da se trenutno setim, velika povrsina izlozena udaru vetra prilikom ugradnje u HAWT . VAWT nema taj problem.
Jos jedna mana bi bila da je neprimenjiv za stvarno velike sisteme ( >1MW) ali to i nije tema ove price.

- radijalni vetrogenerator je klasican trofazni motor, koji umesto laminarnog statora ima neodijumske magnete. Dobra osobina mu je sto se sa istim mogu ostvariti stvarno velike snage, mali mu je ceoni profil pa i otpor vetra a mane su mu tezina, efikasnost, veci broj obrtaja potreban za datu snagu itd. Retko se koristi u kombinaciji sa neodijumskim magnetima jer mu hladjenje rotora nije jaca strana. Definitivno nije izbor za samogradnju.

Nastavice se...

[Majstor Duja]

Prilikom same konstrukcije generatora, akcenat je na broju obrtaja i efikasnosti samog generatora.
Manje vise svi generatori se prave da imaju nominalnu efikasnost ( recimo 2kWh) pri brzini vetra od 11-15m/s.
Posmatrajuci uslove gde treba da montiram vetrenjacu, prosecna brzina vetra je oko 5m/s (18km/h) sto znaci da ce TSR (tip to speed ratio, odnos brzine vetra i ugaone brzine vetrenjace) trebati da bude poveci, sto zahteva veci korak elise (kod HAWT) ili veci negativni otklon krila - "pitch" - kod VAWT sistema.

Gledajuci sve te gotove projekte dolazim do jednostavnog pravila za iskoristljivost vetrenjace i gabarite, pri normalnim, gore navedenim, brzinama vetra:

HAWT:
1kW: promer elise 2m
2kW: promer elise 2,5m
4kW: promer elise 3m ...

VAWT:
1kW: precnik rotora 1,5m, duzina krila 1,5m (sirina krila 0,2m)
2kW: precnik rotora 2m, duzina krila 2m (sirina krila 0,3m)
3kW: precnik rotora 2,5m , duzina krila 2,5m (sirina krila 0,4m)
4kW: precnik rotora 2,5-3m, duzina krila 3m (sirina krila 0,4m)

Kod malih snaga i gabarita HAWT sistema (do 500W), brzina obrtaja ide i do 1000 o/min, dok kod vecih (2kW)je 300 o/min maksimum.

E sad, dalje mi je teren nepoznat i do rezultata cu dolaziti hokus-pokus varijantama i testiranjem, kao i savetima kolega. Sta mi je ideja?

Napravicu 2 diska promera 200mm, debljine 5mm, sa rupom u sredini od 100mm, na koji cu poslagati magnete iz hard diskova.
Kako se radi o generatoru male snage (pitanje je da li cu dobiti i 300W iz njega) brzina okretanja ce biti projektovano velika, zato mi je ideja da postavim magnete suprotno orijentisane jedan do drugog na istom disku da bi dobio sto vecu promenu magnetnog polja (kao u grafikonu) te vecu elektromagnetnu indukciju u namotajima.

graf.jpg (22.95 KiB) Pregledano 9382 puta.

Tacan broj namotaja kao i debljinu zice bih odredio tako sto namotam jedan namotaj (maksimalno koliko stane gabaritno), zarotiram ga na zeljeni broj obrtaja i izmerim struju kratkog spoja i maksimalni napon. Mislim da je bolje tako nego da se mlatim nedelju dana sa formulama pa da ustanovim da sam pogresio...
Razmak izmedju magneta tj, dva diska ne bi treba da bude veci od 10mm jer magnetno polje opada sa kvadratom udaljenosti (70% na 1mm, 35% na 2mm itd).

Zaboravih da napomenem kako se odredjuje sever-jug magneta. Postoji instrument za to ali ima i jedan narodski postupak:
okaci se magnet na kanap i izadje se na cistinu, saceka se da se magnet smiri i sam ce se orijentisati sever-jug zbog Zemljinog magnetnog polja, zabelezi se markerom i to je sve. Strana koja se okrene na sever je S a strana ka jugu je N jer se suprotni polovi privlace.

Pogled sa strane:

gen disk.jpg (16.55 KiB) Pregledano 9348 puta.

[MbyLegend]

Kad vec pomenu vjetrenjace,pogeldaj ovo:

Kod: Označi sve

http://www.ekokuce.com/vesti/energija/izum-vredan-miliona-jos-uvek-ceka-prakticnu-primenu

Licno sam isao da vidim tu vjetrenjacu prije 2 - 3 godine,i bio sam odusevljen. Na najmanji povjetarac reaguje,s tim sto nije bilo nikakvog opterecenja,tj nikakav generator nije bio zakacen na nju. Osnova rotora je koliko mi se cini zadnja osovina traktora ili nekog manjeg kamiona a iz diferencijala gdje bi se kacao kardan je izvedena osovina za neki buduci generator... Steta sto niko nije jos to do kraja realizovao.

[Majstor Duja]

Steta sto je tu vetrenjacu izmislio i patentirao neko pre njega ali ne u Sloveniji vec u UK, USA, Rusiji itd...
Mimo svog tog "nerazumevanja genija" uvek se kriju sasvim ocigledni razlozi neprihvatanja nekog izuma sirog auditorijuma pa tako i kod ovog.
Previse pokretnih delova sklonih zaglavljivanju, veliki nivo buke pri radu kao i slaba iskoristljivost.
Prazna novinarska prica i nista vise.

Kad budes imao vremena pretrazi net sa:

Kod: Označi sve

 variable geometry wind turbine

[MbyLegend]

Ja sam sasvim slucajno naletio na ovu vjetrenjacu,zainteresovalo me kakav je to stroj u dvoristu i skrenuo sam da pitam. Izmedju ostalog trebalo mi je i za firmu u kojoj radim neko rjesenje za el. energiju (koje nije nikada realizovano). Covjek je poceo da prica o tome,otprilike isto ovo sto pise i u tekstu,pokazivati dokumente o patentu,snimke vjetrenjace pri jacem vjetru... Uglavnom sustina je da sam htjeo i ovo da ti pokazem,nisam znao da ti je to vec poznato i da je vec patentirano.

evo ga i patent

Kod: Označi sve

http://www.freepatentsonline.com/EP1580425.pdf

[Soko]

Pratim.

Ako treba nekih komponenti da se donesu iz inostranstva u gepeku, da se naruce a da ne dodju pod lepljive prste nase carine ili vec nesto trece - vici.

[Majstor Duja]

Da znas da ozbiljno razmisljam o tome. Imacu te u vidu.

[Soko]

Dokle se stiglo?
Ovaj jutrosnji vetar me podseti na ovu temu.

[Majstor Duja]

Stiglo se do nigde, struju sam za sada resio (privremeno) a ostalo ce sacekati dalji razvoj administracije u srbistanu. Kuca je na izlozenom vidnom mestu i ako stavim toranj od 12 metara nekom malom birokratskom govedu se to nece svideti.
Drugo sta je upitno je broj vetrovitih dana godisnje jer iako je jedne godine bilo vetrovito (dovoljno za savonijusa) ove godine se to ne moze reci, bukvalno je bilo 10-15 vetrovitih dana...

[fanzo]

Jesen je vetrovit uvek. Taman i da ostane za grejanje

Ma kakve vetrenjače bre, to sa našim primanjima nema šanse da se napravi, možeš samo da sanjaš o tome.
Ako se zajuri vetar i okrene taj točak, ima da odleti pravac u dunav odatle od tebe

Možeš da napraviš jedino neku malu vetrenjaču pa da struju koristiš za osvetljenje, a klada ti žena ukjuči šporet da kuva ručak i ubaci veš u mašinu...., vetrenjača ima odmah da se ukoči iako bude vetra
Mada, može se i to sve rešiti sa jednim smederevcem, a žena da pere na prakljaču dole u potoku (dok se ručak krčka), umesto personalnog računara da koristiš tablet, a baterije mu puniš na spensu
ps:eto, mislio sam i na tebe (tablet) šta ćeš raditi do ručka.

[Majstor Duja]

Baterije 4x100Ah, 12V oko 800eur, vetrenjaca od 500W je oko 1000eur sve komplet ako je pravis sam (generator i stub/nosac) i pretvaraci od 1kW su oko 200e jedan (opet samogradnja)...A struja od komsije je kilo rakije i par popravki godisnje...
Mislim da je smederevac, dizel generator sa baterijama + solarne fotonaponske celije od 500Wh bolje resenje, samo me onda jebe pumpa za podno grejanje ali tu je neki stari bicikl pa moze da se preradi...ma sta da ti kazem, pun sam ideja - treba mi jos jedno dva ovakva zivota da ih sprevedem...

[spin]

Kupio sam vetrenjaču sa Aliexpress https://www.aliexpress.com/item/1005004 ... 3966%21rec
od navodnih 1500W sa MPPT kontrolerom, e sada me interesuje da li neko ima iskustvo sa konstrukcionim karakteristikama takvih i sličnih vetrogeneratora, konkretno me interesuje, kako su izvedeni izvodi na ostalim vetrenjačama (ne interesuje me kako bi po nečijem mišljenju trebalo da bude, već konkretno, kako je uradjeno na sličnim drugim vetrenjačama). Na ovoj mojoj, kada oktrćem prirubnicu na koju se montira vetrenjača, uvrću se i žice, pa me stoga interesuje, da li je neko, ko je montirao sličnu vetrenjaču, obratio pažnju na taj deo i kako je bilo rešeno kod njega.Imam jednog prijatelja koi je sam pravio vetrogenerator i on mi tvrdi da je to ok, da se okretanje vetrenjače u smeru vetra, dešava čas na jednu stranu, čas na drugu, što i sam znam, ali ipak, nekako mi čudno, da se sa okretanjem vetrenjače, uvrću i izvodi od namotaja generatora, a sa druge strane, nemam ama baš nikakvog iskustva u toj oblasti.

[spin]

Evo reših moju dilemu, na prirubnici, koju sam ja genijalac okretao, su kolektori na koje naležu četkice sa izvoda namotaja i kada prirubnicu držimo fiksno a okrećemo samu vetrenjaču, sve je ok.