Jak funguje vertikální větrný generátor?

Větrná energie je již dlouhou dobu využívána jako alternativní zdroj elektřiny. Tento směr je považován za jeden z nejslibnějších, neustále se rozvíjejících a zdokonalujících se. Pro výrobu elektřiny byly vytvořeny speciální mechanismy, mezi nimiž vyniká vertikální větrný generátor. Toto zařízení má významné výhody oproti horizontálním analogům, protože nevyžaduje orientaci na proudění větru.

Obecná struktura a princip činnosti

Konstrukce mechanismu je poměrně jednoduchá, může být v jakékoli poloze a pracovat v jakémkoli směru větru. Rotace hřídele je způsobena zvedací silou instalačních nožů.

Každý vertikální větrný generátor se skládá z několika společných konstrukčních prvků:

Hlavní rotor je vyroben ve formě kola s lopatkami, které absorbují působení proudu vzduchu. S jeho pomocí se kinematická energie větru přeměňuje na mechanickou energii a vytváří točivý moment na hřídeli.
Převodovka. Používá se k synchronizaci rotačního pohybu. Zajišťuje otáčení hřídele generátoru určitou rychlostí.
Generátor. Jedna z hlavních jednotek určených ke generování elektrického proudu. Převádí točivý moment na magnetické pole a vytváří rozdíl napětí ve vodičích.
Nabíjecí baterie. Poskytuje akumulaci a dodávku stejnosměrného proudu do 12 voltů.
Střídač. Převádí stejnosměrný proud na střídavý, s napětím 220 V. V praxi je celý elektrický systém mnohem složitější. Skládá se z řídicích a stabilizačních jednotek a umožňuje připojení k více spotřebičům najednou.

Obecně platí, že větrné generátory se svislou osou otáčení jsou vždy vyráběny ve formě běžného válce namontovaného na základně. Jeho tvar zajišťuje provoz zařízení bez ohledu na směr větru. Proud vzduchu tlačí na jednu stranu mnohem více než na druhou. Větrný generátor se pohybuje určitou rychlostí a dostává se k lopatkám, které jsou jakousi překážkou. Vlivem větru se na jejich povrchu vytváří tlak, který dává rotoru rotační pohyb. Dále je točivý moment přenášen přes převodovku na generátor, po kterém začíná generování elektrického proudu.

Viz také:
Typy solárních článků

Elektřina přeměněná na stejnosměrný proud pak začne nabíjet baterie. Z nich je spotřebiteli dodávána elektřina se střídavým napětím 220 V přes střídač.

Klady a zápory vertikálních konstrukcí

Vertikální větrné generátory mají díky svým konstrukčním vlastnostem mnoho pozitivních vlastností:

Jak již bylo uvedeno, nevyžadují směr po větru a fungují normálně za jakýchkoli podmínek.
V závislosti na úpravě a konstrukčních prvcích mohou být vertikální zařízení instalována v nízké výšce – 1,5 metru nebo více.
Přítomnost pouze jedné osy otáčení může výrazně zvýšit životnost mechanismu.
Umístění všech pohyblivých prvků ve spodní části generátorového soustrojí umožňuje rychlou a pohodlnou opravu a údržbu mechanismu.
Stávající instalaci lze poměrně snadno sestavit nezávisle na odpadních materiálech.
Pevná konstrukce má několik opěrných bodů, což umožňuje maximální využití rychlosti větru. Takové mechanismy jsou vysoce odolné vůči ničivým účinkům proudění větru.
Téměř všechny vertikální větrné generátory vytvářejí vlastní cirkulaci vzduchu, což přispívá k vytvoření vysokorychlostního efektu. V tomto případě je lineární rychlost lopatek mnohonásobně vyšší než rychlost větru.

Přečtěte si více

Javor norský (29 fotografií): popis javoru norského a jeho kořenového systému. Javor klen Royal Red a Crimson King, ostatní odrůdy

Mezi nevýhody patří vysoká hlučnost lopatek při provozu, nižší účinnost oproti horizontálnímu provedení, dále nadváha a velké celkové rozměry.

Odrůdy a modifikace vertikálních větrných turbín

Ortogonální větrný generátor je vybaven několika lopatkami umístěnými v určité vzdálenosti rovnoběžné s osou otáčení. Tyto větrné turbíny jsou také známé jako rotory Darrieus. Tyto jednotky se ukázaly jako nejúčinnější a nejfunkčnější.

Otáčení lopatek zajišťuje jejich křídlový tvar, který vytváří potřebnou zvedací sílu. Normální provoz zařízení však vyžaduje značné úsilí, takže výkon generátoru lze zvýšit instalací dalších statických clon. Mezi nevýhody patří nadměrná hlučnost a vysoké dynamické zatížení (vibrace), které často vedou k předčasnému opotřebení nosných jednotek a selhání ložisek.

Existují větrné turbíny s rotorem Savonius, které jsou nejvhodnější pro domácí podmínky. Větrné kolo se skládá z několika poloválců rotujících nepřetržitě kolem své osy. Rotace se provádí vždy ve stejném směru a nezávisí na směru větru.

Nevýhodou takových instalací je, že se konstrukce pod vlivem větru kýve. V důsledku toho vzniká napětí v ose a selhává rotační ložisko rotoru. Navíc rotace nemůže začít sama o sobě, pokud má větrný generátor pouze dvě nebo tři lopatky. V tomto ohledu se doporučuje upevnit dva rotory na osu pod úhlem 90 stupňů vůči sobě navzájem.

Vertikální vícelistý větrný generátor je jedním z nejfunkčnějších zařízení této modelové řady. Má vysoký výkon s malým zatížením nosných prvků.

Vnitřní část konstrukce je tvořena přídavnými statickými lopatkami umístěnými v jedné řadě. Stlačují proud vzduchu a regulují jeho směr, čímž zvyšují účinnost rotoru. Hlavní nevýhodou je vysoká cena vzhledem k velkému množství dílů a prvků.

Montáž komponentů větrných turbín

S některými speciálními dovednostmi je docela možné vyrobit vertikální větrný generátor vlastníma rukama ze šrotu. Výsledkem je jednoduchý a levný design vhodný pro vaše vlastní potřeby. Nejdůležitější je udělat všechny prvky správně.

Turbína. Jeho základem je spojovací prvek pro lopatky rotoru a generátoru. Doporučuje se použít uspořádání lopatek ve formě dvou protilehlých rovnostranných trojúhelníků. Abyste se vyhnuli chybám, je nejlepší předem vyrobit kartonovou šablonu. Celá konstrukce se skládá ze dvou podpěr – horní a spodní. Ve spodní části jsou označena místa, kde jsou připevněny rohy, spojující podpěru s lopatkami.

Rotor. Skládá se ze dvou podstav s otvory orientovanými proti sobě. Na papírových šablonách je nakresleno schéma umístění magnetů při dodržení polarity. Polarita na magnetech je označena fixem. Poté je každý z nich přilepen na místo epoxidovou pryskyřicí. Tato operace se provádí s oběma bázemi.

Stator. Skládá se z 9 cívek rozdělených do tří skupin. Jeho výroba je považována za nejsložitější a časově nejnáročnější proces. Hotový výrobek nemusí být vhodný pro konkrétní větrný generátor s vlastními technickými vlastnostmi. Každá cívka obsahuje určitý počet závitů měděného drátu, navinutého pomocí domácího stroje. Cívky musí být navinuty rovnoměrně, ve stejném směru, s ohledem na začátek a konec cívek. Aby se zabránilo jejich odvíjení, používá se epoxidová pryskyřice a elektrická páska.

Přečtěte si více

Všech 6 těchto druhů zeleniny ve skutečnosti pochází ze stejné rostliny | Explana

Připojení a montáž konstrukce

Cívky jsou navzájem spojeny podle určitého vzoru – tři skupiny po 3 cívkách. Podobný obvod je nutný pro získání třífázového střídavého proudu. Vyvedené konce jsou připájeny nebo spojeny svorkami.

Spojení může být provedeno do hvězdy nebo trojúhelníku. V prvním případě jsou svorky X, Y a Z vzájemně spojeny v jednom bodě. Ve druhém případě jsou svorky spojeny takto: XB, CZ a ZA. Chcete-li v budoucnu změnit konfiguraci připojení, měly by být všechny vodiče prodlouženy a vyvedeny.

Všechny cívky musí být předem rovnoměrně rozloženy na list papíru vzhledem k umístění magnetů rotoru. Dále jsou zajištěny páskou na místě a upevněny epoxidovou pryskyřicí. V důsledku toho bude stator mít plochý tvar a bude umístěn mezi rotory. Nenese žádnou zátěž a neotáčí se. Všechna připojení je třeba zkontrolovat pomocí multimetru. Zbývá pouze vyvrtat upevňovací prvky pro držák ve statoru a poté sestavit celou konstrukci.