Vjetrogenerator za privatnu kuću: konstrukcija, vrste, pregled najboljih ponuda

Vjetrenjače su odavno prestale biti egzotična novost; sada se smatraju jednim od mogućih načina uštede. Zračne struje iznad zemljine površine nose ogromnu količinu energije, koja se danas uspješno koristi u industrijskim vjetroturbinama i malim vjetroagregatima za privatnu uporabu.

Reći ćemo vam kako pravilno odabrati i tehnički ispravno instalirati vjetrogenerator za privatnu kuću. U našem članku opisana su pravila montaže i rada malih elektrana. Zainteresiranim kupcima dajemo preporuke za odabir i donosimo ljestvicu popularnih modela.

Konstrukcija i princip rada vjetroturbina

Vjetreni generatori su posebni uređaji koji pretvaraju kinetičku energiju vjetra u električnu. To su neovisni izvori električne energije koji su izvrsni za postavljanje u privatnim kućama, malim i srednjim poljoprivrednim gospodarstvima, proizvodnim bazama.

Konstrukcija standardne mikro-elektrane za kućnu uporabu uključuje sljedeće funkcionalne elemente:

1. Lopatice aerodinamičnog oblika za hvatanje vjetra.
2. Generator za proizvodnju izmjenične struje.
3. Kontroler za automatsko upravljanje vjetroelektranom. Omogućuje regulaciju punjenja baterija, raspoređuje tokove energije između uređaja.
4. Spremnik. Posebne akumulatorske baterije za skladištenje proizvedene električne energije.
5. Inverter za prilagodbu parametara proizvedene energije mrežnim standardima.
6. Jarbol koji podiže lopatice na određenu visinu iznad tla.

Jarboli su različiti: samostojeći bez zatezača, čvrsto fiksirani i okretni na zatezačima. Potonji se mogu spuštati i podizati radi održavanja te izvođenja popravaka i obnove.

Pod utjecajem vjetra lopatice, postavljene na osovinu generatora, počinju se okretati, pokrećući rotor. Kao rezultat, kinetička energija zračnih strujanja pretvara se u mehaničku, a zatim u električnu energiju. Tako izgleda vrlo pojednostavljena shema rada vjetrenjače.

U stvarnosti, energija iz vjetroelektrane ne dolazi izravno do potrošača. U sustav moraju biti uključeni posebni uređaji za pretvorbu električne struje.

U krugu nakon generatora nalazi se kontroler. On pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu. U tom obliku električna energija se akumulira i pohranjuje u baterijama, a zatim od njih preko invertera, koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu, energija se dovodi u privatnu električnu mrežu.

Takva shema omogućuje izglađivanje nestabilnosti napona, kao i skladištenje energije u razdobljima potpune odsutnosti potrošnje. A to, zauzvrat, omogućuje korištenje vjetrenih generatora manje snage od ukupne snage kućanskih električnih uređaja.

Tijekom pretvorbe električne struje po shemi izmjenična-istosmjerna-izmjenična dolazi do određenih gubitaka energije, koji iznose otprilike 20%.

Uz autonomnu vjetroelektranu mogu se instalirati i solarni moduli i generatorske jedinice na gorivo.

Ako se istovremeno koristi više uređaja za dobivanje električne energije, shema se dopunjava još jednim elementom – automatskim prekidačem (ABP). Potreban je da bi se, kada se jedan izvor alternativne energije isključi, pokrenuo drugi – rezervni.

U sastavu suvremenih vjetroelektrana koriste se različite konstrukcije rotora – rotirajućih dijelova. One imaju svoje prednosti i nedostatke, različitu učinkovitost i funkcionalne mogućnosti. Trenutno postoji mnogo razvoja autonomnih sustava koji su sposobni za interakciju s vjetrovima različitih brzina i snaga.

Vrste vjetroelektrana

Prema vrsti potrošača razlikuju se autonomni vjetrogeneratori i postrojenja mrežne namjene. Prvi osiguravaju opskrbu energijom potrošačima koji su udaljeni od središnjih električnih mreža.

Drugi – mogu obuhvaćati nekoliko desetaka/stotina vjetroagregata koji čine jedinstveni sustav i predaju energiju u zajedničku mrežu. Snaga autonomnih agregata rijetko prelazi 75 kW, dok snaga mrežnih postrojenja kreće od 100 kW.

Ovisno o vrsti konstrukcije razlikuju se vjetrogeneratori:

• s vertikalnom osi rotacije;
• s horizontalnom osi rotacije.

Ovi se uređaji koriste za različite uvjete rada, no najčešće se susreću modeli s horizontalnom osi. Rade poput običnih vjetrulja i imaju sličnu konstrukciju. Os rotora okreće se paralelno s površinom Zemlje.

Takvi se agregati odlikuju visokim stupnjem iskoristivosti (oko 40%), jednostavnom regulacijom snage i pristupačnijom cijenom, ali ih karakterizira i visoka razina buke i vibracija. Osim toga, potrebno ih je usmjeriti prema smjeru vjetra.

Za montažu vjetroagregata s horizontalnim položajem rotora potrebno je otprilike 120 m slobodnog prostora i stup visine ne manje od 8 m

Vjetrogeneratori s vertikalnom osi rotacije imaju kompaktniju konstrukciju, manje su osjetljivi na utjecaj čimbenika okoliša.

U uređajima ove vrste turbina je smještena okomito u odnosu na ravninu Zemlje. Ovakve konstrukcije pokreću se čak i od slabog vjetra i ne ovise o smjeru kretanja zračnih struja.

Niska razina proizvedene buke (do 30 dB) omogućuje postavljanje vertikalnih vjetroturbina na krovove zgrada

Međutim, postoji i značajan nedostatak – stupanj iskoristivosti ovih generatora iznosi samo 15%. Osim toga, skuplji su od modela s horizontalnom osi rotacije.

Modeli vjetrogeneratora međusobno se razlikuju ne samo po položaju osi rotacije, već i po:

• broju lopatica – postoje vjetroagregati s dvije i tri lopatice, a susreću se i višelopatične modifikacije;
• materijalima izrade funkcionalnih dijelova – s jedrenim i krutim lopaticama;
• koraku propelera – podesiv ili fiksiran.

Okretanje višekrakih stacionarnih vjetroagregata počinje čak i pri slabom vjetru, dok je za rad dvo- i trokrakih uređaja potreban jači vjetar. Istovremeno, svaka dodatna lopatica u konstrukciji stvara veći otpor kotača, zbog čega postaje teže postići standardne radne okretaje generatora.

Ovisno o materijalu izrade lopatica za vjetroagregat, mogu se pojaviti određene poteškoće u radu. Platneni elementi su jednostavniji za izradu, stoga su i jeftiniji.

Ali ako je potrebno osigurati pouzdano funkcioniranje vjetroturbine za autonomnu opskrbu električnom energijom, treba dati prednost konstrukcijama s krutim lopaticama, izrađenim od metala ili armiranog stakloplastike.

Što se tiče koraka propelera, tu također nije sve tako jednostavno. Promjenjivi korak omogućuje znatno proširenje raspona učinkovitih brzina za rad vjetroelektrane i to je veliki plus. No istovremeno takav mehanizam smanjuje ukupnu pouzdanost stacionarne instalacije i znatno otežava vjetrokolo, otežavajući rad agregata.

Isplativost instalacije vjetrogeneratora

Male vjetroelektrane danas se široko koriste kao alternativni izvori električne energije, koji omogućuju postizanje stvarne uštede.

Takvi se uređaji obično postavljaju na vikendicama, u područjima udaljenim od glavnih električnih mreža. No to nije jedini razlog zašto ljudi sve češće daju prednost konstrukcijama ovog tipa.

Vlasnici zemljišnih parcela uspješno koriste vjetrogeneratore kako bi postigli potpunu autonomiju i značajnu uštedu električne energije.

Međutim, nije svaka zona prikladna za ugradnju vjetroturbine. Kako bi mini-elektrana potpuno funkcionirala tijekom deklariranog radnog vijeka od strane proizvođača, klimatski uvjeti područja moraju odgovarati zahtjevima specijalne opreme.

Prosječna brzina vjetra ne smije biti manja od 4,5-5 m/s. Samo u tom slučaju montaža konstrukcije s vjetroagregatom bit će ekonomski opravdana.

Kako bi saznali približne podatke o prosječnoj godišnjoj brzini vjetra po regijama, potrebno je pogledati posebnu kartu vjetrova. Točnije informacije mogu se dobiti korištenjem anemometra i uređaja za očitavanje signala.

Mjerni sustav treba postaviti na veliku visinu kako obližnje zgrade i drveće ne bi iskrivili rezultate.

Ako ste odlučili ugraditi vjetrenu mini-elektranu za dom, također treba razmisliti o raspoloživom slobodnom prostoru. Pritom treba uzeti u obzir da vjetar mora potpuno slobodno «šetati» po lopaticama, te bez prepreka na svom putu dopirati do njih s različitih strana.

Stoga se vrhovi brda smatraju idealnim mjestom za instalaciju vjetroturbine, gdje se zračne mase zgušnjavaju s odgovarajućim povećanjem tlaka i brzine vjetra. Također se smatraju prikladnim područja uz more i stepske zone.

Da biste dobili puni učinak od vjetroagregata, morate ga instalirati na mjestu gdje nema drveća i visokih zgrada.

Bilo koje prepreke u radijusu od 250 m utjecat će na rad vjetrogeneratora. Za postizanje maksimalne učinkovitosti potrebno je instalirati osovinu turbine najmanje 4-5 m iznad razine prepreka.

Pravila za odabir opreme

Odabiru vjetrogeneratora za dom treba pristupiti odgovorno.

Unaprijed je potrebno prikupiti osnovne informacije:

1. Izračunati nazivnu i maksimalnu količinu električne energije za podmirivanje potreba doma.
2. Pregledati podatke o prosječnoj godišnjoj brzini vjetra u području stanovanja kako bi se odredila razdoblja kada će vjetroagregat mirovati.
3. Uzeti u obzir klimatske značajke područja. Ako se zimi primjećuju jaki mrazevi, instalacija vjetroelektrane neće se isplatiti.
4. Saznati intenzitet buke koju stvaraju vjetrogeneratori tijekom rada.
5. Provesti usporedbu tehničkih karakteristika uređaja različitih proizvođača.

Odabir sastavnih funkcionalnih elemenata za vjetroenergetsko postrojenje vrši se prema nazivnoj vrijednosti snage. Pritom igra ulogu i nazivna brzina vjetra – vrijednosti pri kojima vjetrogenerator proizvodi izračunatu količinu električne energije.

Ako postrojenje daje maksimalnu snagu pri brzini vjetra od 11 m/s, a u vašem području prosječna vrijednost doseže 4,5 m/s, vjetroagregat neće proizvoditi količinu energije koju je deklarirao proizvođač.

Treba istaknuti i da snaga vjetrogeneratora ovisi o promjeru kotača kojeg čine lopatice. Povećanjem promjera za 2 puta, vjetroagregat će pri istoj brzini vjetra proizvoditi 4 puta više električne energije.

Također je važan kapacitet akumulatorskih baterija. U slučaju bezvjetrija, u njima mora biti dovoljno energije za opskrbu doma.

Montažu privatne vjetroelektrane bolje je povjeriti tvrtki koja je specijalizirana za takve radove. Glavni cilj je osigurati maksimalnu sigurnost. Gabaritna konstrukcija vjetroagregata mora zajamčeno zadržati stabilnost čak i u slučaju ekstremnih vremenskih uvjeta.

Modele vjetrogeneratora male snage s laganim niskim stupovima možete samostalno instalirati. Središnji nosač obavezno se montira na ojačani armiranobetonski temelj. Za bočnu stabilnost konstrukcije koriste se 3-4 zatege.

Okvirne cijene i isplativost vjetrogeneratora

Popularnost vjetroagregata raste iz dana u dan. Isplativo je njima opremiti velike i skupe vikendice za čije održavanje je potrebno mnogo električne energije.

Preporučljivo je instalirati vjetrenjače i u naseljima gdje ne postoji centralizirana opskrba električnom energijom ili se isporuka električne energije vrši uz stalne prekide.

Upravo u takvim slučajevima u pomoć dolaze vjetrogeneratori, čije korištenje ima niz prednosti:

• transformacija energije zračnih strujanja u besplatnu električnu energiju;
• ekološka sigurnost vjetroturbina;
• odsutnost sirovina i otpada pri proizvodnji električne energije;
• minimalno trošenje funkcionalnih dijelova;
• dugi vijek trajanja – 25-30 godina;
• nema potrebe za stalnim nadzorom rada vjetroelektrane.

Nedostaci uključuju promjenjivost i nepredvidljivost snage vjetra. Kako bi se gubici minimalizirali, potrebno je dupliciranje izvora ili montaža dodatnog spremnika za pohranu energije. Također, rotirajuće vjetro kolo predstavlja potencijalnu prijetnju za ptice u letu.

Vjetroelektrane stvaraju buku usporedivu s bukom motornog prometa pri brzini od oko 70 km/h. Povišena razina buke ne samo da tjera životinje, već i uzrokuje nelagodu ljudima.

Još jedan značajan nedostatak vjetrouređaja za kućnu upotrebu je visoka cijena. Ove glomazne konstrukcije izrađuju se od skupih materijala, a uključuju kontroler, baterije, inverter i stup.

Treba napomenuti da su kućni vjetrogeneratori ruskih proizvođača, kao i kvalitetne vjetroinstalacije proizvedene u Kini, znatno jeftiniji od europskih analoga. Cijena domaćih vjetrenjača s vertikalnom osi nazivne snage do 2 kW varira u rasponu od 1300 do 2500 $.

No pri takvoj cijeni set uključuje samo generator s lopaticama. Ostatak opreme morat ćete kupiti zasebno ili napraviti sami. Potpuno opremljene instalacije skuplje su za otprilike 40-50%.

Cijena vjetroelektrana za kućnu upotrebu snage od 3 kW do 7 kW znatno je viša. Takvi generatori s popratnom opremom koštat će kupca od 5000 do 12000 $.

Trenutno je primjena vjetro instalacija kao alternative centraliziranoj opskrbi električnom energijom neisplativa zbog visoke cijene opreme.

Čak i kada postoje prekidi u opskrbi mrežnom električnom energijom, nije uvijek opravdano instalirati vjetrogenerator. Jednostavnije i jeftinije je montirati sustav neprekidnog napajanja temeljen na industrijskim baterijama u kombinaciji s UPS-om.

Ima smisla montirati vjetroenergetsko postrojenje na mjestima gdje je pristup centraliziranoj opskrbi energijom potpuno odsutan. Razdoblje povrata ulaganja u tom slučaju iznosi 25 godina.

Prije nabave komponenti za sastavljanje i instalaciju vjetrogeneratora preporučljivo je provesti izračune prema formulama navedenim u članku koji preporučujemo. Ovdje ćete pronaći postupak i pravila izvođenja izračuna.

Pregled najboljih marki i postrojenja

Na ruskom tržištu vjetrogeneratora zastupljeni su i pouzdani relativno jeftini uređaji domaćih brandova, kao i modeli vjetrenjača različite funkcionalnosti stranih proizvođača. Kako biste odabrali instalaciju za dom, potrebno je usporediti karakteristike različitih agregata.

№1 — vjetrogeneratori Condor Home (Rusija)

Serija vjetrenjača za kućnu upotrebu uključuje uređaje snage 0,5-5 kW. One mogu služiti kao glavni izvor električne energije ili dodatni. Stanice Condor Home prilagođene su za rad u uvjetima niskih temperatura, sposobne proizvoditi energiju čak i pri slabom vjetru.

Ovisno o modelu, kućište generatora izrađeno je od plastike ili lijevanog aluminija, lopatice – od stakloplastike. Prisutan je učinkoviti dvostruki sustav kočenja. Jarbol je sastavljen, na sajlama za zatezanje, visine 8-12 m. Za ugradnju ovih agregata potreban je pilotni ili betonski temelj.

Kućni vjetrogeneratori Condor Home potpuno su gotovi proizvodi za čiji rad nisu potrebna posebna znanja ili tehničke vještine. Uređaji su namijenjeni za elektrifikaciju kako samostojećih zgrada, tako i malih naselja u sklopu vjetroelektrana.

Osnovna oprema uključuje jarbol i sajle za zatezanje, generator, rotor i lopatice, regulator punjenja, pričvrsne elemente.

№2 — male elektrane Falcon Euro (Rusija)

To su visokotehnološki vertikalno-osovinski vjetrogeneratori snage 1-15 kW. Koriste se za glavno/pričuvno napajanje potrošača udaljenih od dalekovoda. Mogu se koristiti u sklopu kompleksa sa solarnim panelima i generatorom na gorivo.

Vjetrenjače su opremljene snažnim neodimijskim magnetima. Početna brzina vjetra za pokretanje uređaja iznosi 1,5 m/s, nazivna brzina – 11 m/s. Ugrađena aerodinamička kočnica doprinosi ograničenju okretaja kotača. Deklarirani vijek trajanja od proizvođača – 20 godina, tvorničko jamstvo na mini elektrane – 36 mjeseci.

Vjetrogeneratori Falcon Euro odlikuju se pouzdanošću u radu i nezahtjevnošću u održavanju. Pomoću uređaja ove serije lako je riješiti probleme opskrbe električnom energijom lokalnih, kao i otočnih objekata.

U osnovni komplet instalacije Falcon Euro uključeno je nekoliko funkcionalnih elemenata: vjetro kolo, generator i kontroler, jarbol, ugradbeni dijelovi. Inverterska jedinica i akumulatorske baterije odabiru se zasebno.

№3 — vjetroagregati Sokol Air Vertical (Rusija)

Male vjetroenergetske instalacije ovog brenda mogu opskrbiti električnom energijom i male vikendice i srednja poduzeća. Za kućnu upotrebu proizvode se uređaji SAV snage 0,5-15 kW.

Karakterizira ih visoka učinkovitost pri slabim vjetrovima, neprekidno funkcioniraju pri niskim i visokim temperaturama u rasponu od -50 °C do +50 °C, odlikuju se niskom razinom stvarane buke i otpornošću na vanjske utjecaje.

Generacija električne energije agregatima Sokol Air Vertical ne ovisi o smjeru vjetra. Vertikalno-osne instalacije rade u automatskom režimu bez osoblja za održavanje. U konstrukciji je predviđen elektromagnetski i aerodinamički sustav kočenja za ograničavanje okretaja vjetro kola.

Lopatice su izrađene od armiranog poliestera ili zrakoplovnog aluminija (ovisno o modelu), imaju samorotacijski profil. Generator je višepolni trofazni s uzbudom od stalnih magneta.

Vjetrenjače Sokol Air Vertical daju nazivnu snagu pri vrijednostima 7-8 m/s, što omogućuje njihovu upotrebu u regijama s niskom prosječnom godišnjom brzinom vjetra.

U osnovnu opremu vjetroelektrane ulaze: vjetroinstalacija s kontrolerom punjenja akumulatora, jarbol s užadima, montažni set. Inverter i akumulatori odabiru se prema tehničkom zadatku zasebno.

№4 — vjetrogeneratori Energy Wind (Rusija)

Kupcima su dostupni jednokraki i trokraki modeli proizvoda univerzalne primjene snage 1-10 kW. Ove vjetrenjače izvrsno odgovaraju za izradu projekata opskrbe električnom energijom privatnih stambenih kuća i vikendica.

Osnovu instalacija Energy Wind čine čvrste lopatice od armiranog staklenog vlakna, obojene autoemajlom, i pouzdan sustav izvoda iz zračne struje. Ovi agregati s horizontalnom osi rotacije stabilno rade pri temperaturama od -40 do +40 Celzijevih stupnjeva.

Minimalna radna brzina vjetra iznosi 2 m/s, pri nekim položajima lopatice 3 m/s, preporučena visina jarbola je 8-20 m. Prosječni vijek trajanja instalacija ruskog brenda iznosi 25 godina, službeno jamstvo proizvođača je 3 godine.

Vjetrogeneratori Energy Wind ne zahtijevaju stalnu njegu ili tehničko održavanje, što doprinosi brzom reinvestiranju uloženih financijskih sredstava.

Osnovna oprema uključuje električni generator s permanentnim magnetima s nosačem za jarbol i okretnim mehanizmom, lopatice, set pričvrsnih elemenata za montažu vjetroturbine. Jarbol, kao i regulator, pretvarač i baterije za pohranu električne energije potrebno je kupiti zasebno.

№5 — vjetrenjače Altek EW (Kina)

Vrsta vjetroturbina – s horizontalnom osi rotacije. Uređaji nazivne snage od 1 kW do 10 kW izvrsno su prikladni za rješavanje zadataka opskrbe električnom energijom seoskih kuća i vikendica.

Zaštitno kućište vjetroagregata Altek EW izrađeno je od aluminijske legure, što značajno olakšava konstrukciju. Funkcionalni metalni dijelovi generatora presvučeni su silicijem radi otpornosti na toplinu.

Lopatice su izrađene od plastike ojačane vlaknima. Početna brzina vjetra za pokretanje kućanskih agregata kineskog brenda iznosi 2,5 m/s, nazivna brzina – 12 m/s.

Vjetrogeneratori Altek EW jedni su od najpristupačnijih uređaja za proizvodnju električne energije koji su zastupljeni na suvremenom tržištu alternativne energije.

U osnovnu opremu uključene su lopatice, generator i regulator. Ostale funkcionalne elemente za vjetroagregat potrebno je dodatno kupiti.

Ako Vam se cijena tvornički proizvedenog kompleta učini pretjerano visokom, ima smisla izraditi vjetrogenerator vlastitim rukama. U članku koji preporučujemo opisana je izrada korisnog uređaja za kućanstvo iz perilice rublja.

Zaključci i koristan video na temu

Perspektive korištenja vjetroenergetskih postrojenja:

Princip funkcioniranja suvremenih vjetroturbina. Kako se energija vjetra pretvara u električnu energiju:

Čak i danas korištenje vjetrogeneratora zahtijeva stalni razvoj. Mogućnosti i dugoročne perspektive ovog alternativnog načina proizvodnje električne energije obećavajuće su. Međutim, potrebne su određene mjere kako od strane proizvođača opreme, tako i od uprava naselja.

Instalacija malih vjetrogeneratora za privatna kućanstva neće u potpunosti riješiti problem opskrbe energijom u regijama. No za pojedine vlasnike parcela ova opcija može postati izlaz iz situacije.

Podijelite svoje iskustvo u odabiru ili instalaciji vjetroagregata na seoskoj parceli. Pišite, molimo Vas, komentare, postavljajte fotografije i postavljajte pitanja u odjeljku ispod. Dijelite tehničke detalje i korisne informacije koje će biti korisne posjetiteljima stranice.