Выбираем и монтируем ветрогенератор для частного дома

Мировые производители ветрогенераторов

1. Suzlon Energy занимает лидирующее место среди производителей ветрогенераторов не только в странах Азии, но и во всем мире. В штате компании находятся на службе тринадцать тысяч специалистов, которые трудятся на десяти заводах в Индии, Бельгии, США и Китае. Первая ветряная установка была выпущена в 1996 году, а уже в 2000 была спроектирована первая электростанция. Рост объемов производства, согласно требованиям рынка, значительно начал увеличиваться в 2006 году. В настоящее время индийская компания занимает шестое место по производительности рассматриваемой продукции.
2. Германский производитель ENERCON GmbH с 2007 года занимает лидирующее место в мировых странах и в Германии, где расположено более пятидесяти процентов рынка. Первая продукция сошла с конвейера в далеком 1986 году. В настоящее время заводы расположены в Индии, Швеции и Португалии.
3. Sinovel относится к первому предприятию Китая, которое начало разрабатывать, проектировать, изготавливать и продавать береговые и морские ветроэлектростанции. Sinovel производит турбины для ветрогенераторов мощностью от 1.5 до 6.0 МегаВатт. Продукция поделена на четыре линейки: SL1500, SL3000, SL5000, SL6000.
4. Заводы производителя ветрогенераторов Vestas Wind Systems расположены в Дании, в Германии, в Индии, в Румынии, в Великобритании, в Испании, в Швеции, в Норвегии, в Австралии, в США и в Китае. Фирма производит ветровые турбины с диаметром ротора от сорока семи до ста шестидесяти четырех метров, мощностью от 660 КВатт до 7 МегаВатт.

Изготовление ветряка своими руками

Основные работы, которые предстоит сделать, это — изготовление и установка вращающегося ротора. Прежде всего следует выбрать тип конструкции и ее размеры. Определиться в этом поможет знание требуемой мощности устройства и производственные возможности.

Большинство узлов (если не все целиком) придется изготовить самостоятельно, поэтому на выбор повлияет, какие познания имеются у создателя конструкции, с какими приборами и устройствами он знаком наилучшим образом. Обычно сначала делается пробный ветряк, с помощью которого проверяется работоспособность и уточняются параметры сооружения, после чего приступают к изготовлению рабочего ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Сколько стоит ветрогенератор

Цены ветрогенераторов российского производства ниже, чем немецких, датских или индийских. Самые дешевые китайские ветряки, хотя качество их гораздо ниже. Самые простые ветрогенераторы для частных домов стоят до 500 долларов. Их можно использовать для локальной выработки электроэнергии, но решить проблему полного энергоснабжения дома они не смогут. Более мощные ветряные генераторы от 3 кВт для полноценного обеспечения жилища электричеством обойдутся дороже.

Примерная стоимость комплекта ветряных генераторов для дома:

• для небольшого частного (дачного) дома, мощность 3 кВт/72V, экв. $1700— 1800;
• для обеспечения электричеством коттеджа, мощность 5 кВт/120V, экв. $4000;
• для обеспечения электроэнергией нескольких домов или фермерского хозяйства, мощность 10 кВт/240V, экв. $8500.

Особым спросом пользуются ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства. Среди преимуществ этого оборудования:

1. малые необходимые скорости ветра для движения ротора;
2. независимость от направления ветра;
3. низкий звуковой фон, отсутствие вибрации;
4. конструкция безопасная для птиц;
5. не требуется принудительный запуск;
6. работает в любых погодных условиях, при любой силе ветра.

Компоненты и расчеты

Стоимость постройки варьируется в самых широких пределах, в зависимости от выбранной конструкции ветряка и использованных компонентов. Есть два основных типа ветрогенераторов — с горизонтальной осью вращения (обязательно располагать на высоте, оптимально 25-35 м) и с вертикальной осью, которые допустимо размещать просто на уровне земли.

Кроме самого генератора для ветряков с горизонтальной осью вращения необходим ротор с лопастями, редуктор и поворотный хвост, а также защитный кожух. Все это, обычно, устанавливается на высокую мачту. Поскольку мачта, как правило, довольно массивное и высокое сооружение, под него придется закладывать фундамент, а также закреплять ее дополнительными тросами-растяжками.

Дополнительно к суммарной цене конструкции добавляется стоимость монтажа при помощи крана. Чтобы избежать строительства высокой и дорогой мачты, для небольших ветряков все чаще используют варианты конструкции с вертикальной осью вращения ротора, которые способны работать на меньшей высоте при скоростях ветра от 1 м/с. Но такие системы относительно новые, поэтому однозначной статистики их эксплуатации еще не накоплено. Они дают меньше электроэнергии, зато существенно дешевле и не такие шумные, их проще изготовить своими руками.

На земле, в помещении располагается инвертор для превращения постоянного тока от генератора в переменный, комплект аккумуляторов, разъединители и автоматические выключатели, нужные для перераспределения полученной электроэнергии и отключения устройства при аварийных ситуациях либо для ремонта.

Примерное количество энергии, вырабатываемое на протяжении года ветряком с горизонтальной осью вращения можно подсчитать по такой эмпирической формуле: E = 1.64 * D*D * V*V*V. Где: E — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодовая скорость ветра (м/сек). После этого подсчитываем количество и стоимость потребляемой вашим домом за год электроэнергии, а затем множим полученные цифры на 25-30 лет — оценочный срок службы ветряка. Исходя из этого, рассчитываем необходимый размер лопастей и примерную общую стоимость конструкции, в зависимости от стоимости компонентов.

Если мачту можно построить самостоятельно, то электрооборудование и сам ветряк целесообразно покупать серийные, заводской сборки. Хотя, народные умельцы не раз демонстрировали примеры самостоятельной постройки ветрогенераторов для дома на основе компонентов из других устройств (электрогенераторов автомобилей, промышленного оборудования, даже умудряются пускать в дело переделанные электродвигатели от бытовой техники), использовать самодельные лопасти ротора и хвостовое оперение.

Схемы, методики и советы несложно найти в интернете или специализированных технических журналах, но в таком случае вся ответственность за работоспособность и безопасность построенного ветрогенератора будет лежать только на вас.

Очевидно, что с увеличением диаметра лопастей ротора и высоты мачты и соответственно большей собираемой энергии ветра возрастает генерируемая мощность, но пропорционально растет окончательная стоимость конструкции.

По разным оценкам стоимость постройки небольшого ветрогенератора для дома составляет в пределах 2-8 тыс. долларов за 1 кВт электроэнергии. Если у вас дома нет централизованного электроснабжения, ветряк, скорее всего, будет стоить дешевле самостоятельной прокладки линии электропередач или топлива для дизель-генератора.

Если же он задумывался как средство экономии — считайте и делайте выводы о его необходимости для дома. Кстати, уже сейчас полученная на крупных промышленных ветрогенераторах электроэнергия за 1 кВт получается дешевле, чем электроэнергия, выработанная на классических тепловых электростанциях. Себестоимость электроэнергии на малых ветрогенераторах немного выше, но все последние годы она неуклонно снижается.

В любом случае, если сегодня ветряк окажется нерентабельным, не выбрасывайте сделанные своими руками расчеты — через некоторое время появление новых моделей генераторов с большими показателями КПД, изменение тарифов на электроэнергию могут кардинально изменить ваше предыдущее решение.

Также наблюдайте за ситуацией с зеленым тарифом, который применяется во многих странах. По этому тарифу электроэнергию, сгенерированную дома при помощи альтернативных источников, в том числе энергии ветра, можно возвращать в электросеть, получая за нее доплату. Появление в стране зеленого тарифа или изменение его ставки может существенно повлиять на время окупаемости ветряка и проносимую им экономию для дома.

Оптимальные режимы использования

Ветер дует неравномерно, и повышенная генерация электроэнергии с его помощью редко будет совпадать с периодами максимального потребления в доме. Поэтому желательно чтобы у вас была возможность обеспечить необходимую нагрузку и использовать всю лишнюю наработанную ветрогенератором электроэнергию — на подогрев воды в бойлере, дополняющие систему отопления электронагреватели внутри дома, насос в колодце, качающий воду в бак на крыше, или же на еще более экзотичные задачи вроде подзарядки аккумуляторов электромобиля — все они должны включаться автоматически при сильном ветре и при маленьком общем потреблении.

Вообще, в условиях российского климата с длинной холодной зимой и относительно небольшими скоростями ветра наиболее энергоэффективной и дешевой представляется схема из ветрогенератора с вертикальной осью вращения, установленного на уровне грунта либо на небольшой мачте в 5-10 м высотой, поднимающей его над крышей дома и кронами плодовых деревьев. Ветряк напрямую подключается к отдельному электронагревателю и бойлеру внутри помещения, без преобразователей тока и аккумуляторов.

Такую схему вполне реально реализовать своими руками, не привлекая монтажников. В этом случае ветрогенератор вырабатывает по сути тепло для обогрева дома, который, в свою очередь, служит безразмерным тепловым аккумулятором и позволяет не слишком беспокоиться из-за нерегулярных перепадов силы ветра, полностью используя всю наработанную ветрогенератором электроэнергию. Причем такая система получается саморегулируемой — сильный ветер быстрее охлаждает дом, но одновременно он же дает возможность тандему из ветрогенератора и электронагревателя лучше его отапливать изнутри.

Виды ветрогенераторов

Используются два основных вида ветряков, имеющих принципиальные различия:

• горизонтальные
• вертикальные

В обоих случаях речь идет об оси вращения ротора. Конструкция различных моделей горизонтальных устройств мало отличается друг от друга, представляя собой подобие бытового вентилятора или пропеллера. Вертикальные устройства обладают намного большим разнообразием типов конструкции, внешне значительно отличаясь друг от друга. Рассмотрим их подробнее:

Горизонтальные ветряки

Горизонтальные конструкции имеют большую эффективность, так как поток ветра они воспринимают только рабочей стороной лопастей. Наибольшее распространение получили трехлопастные крыльчатки, но для небольших конструкций число лопастей может быть увеличено.

Именно горизонтальные конструкции используются для изготовления больших промышленных образцов, имеющих огромный размах лопастей (больше 100 м), которые в объединенном виде образуют довольно производительные электростанции. Государства западной Европы, такие как Дания, Германия, скандинавские страны активно используют ветряки для обеспечения населения энергией.

Устройства имеют один недостаток — они нуждаются в наведении на ветер. Для небольших ветрогенераторов проблема решается установкой хвоста наподобие самолетного, который автоматически располагает конструкцию по ветру. Большие модели имеют специальное устройство наведения, контролирующее положение крыльчатки относительно потока.

Вертикальные конструкции

Ветрогенераторы вертикального типа имеют меньшую эффективность, вследствие чего используются для обеспечения энергией лишь отдельных потребителей — частный дом, коттедж, группу приборов и т.д. Для самостоятельного изготовления такие устройства подходят больше всего, так как обладают широким выбором вариантов конструкции, не нуждаются в подъеме на очень высокую мачту (хотя это им и не противопоказано).

Вертикальные роторы могут быть собраны из любых подручных материалов, в качестве образца можно использовать любой тип из множества известных:

• роторы Савониуса или Дарье
• более современный ротор Третьякова
• ортогональные конструкции
• геликоидные устройства и т.д.

Описывать все типы подробно незачем, так как их количество постоянно увеличивается. Практически все новые разработки базируются на вертикальной оси вращения и предназначены для использования в частных домах или усадьбах. Большинство разработок предлагает собственный вариант решения основной проблемы вертикальных устройств — низкого КПД. Некоторые варианты имеют довольно высокие показатели, но обладают сложным устройством корпуса (например, конструкция Третьякова).

Принципы выбора

Для начала формулируем задачу, которую беремся решать: для чего именно вам необходима энергия ветра, какой процесс она станет обеспечивать. Иными словами, что будет являться потребителем. Далее, процесс создания проекта будущей ветроустановки: придется решить какого она будет типа, как конкретно будет передаваться энергия к конечному потребителю (электрический ток или механически − в виде крутящего момента, поступательных движений, как-то по-другому).

В статье мы расскажем о типах самого важного элемента ветроустановки — ротора, разберем плюсы и минусы каждого варианта. Также затронем тему применения вырабатываемой энергии. Надеемся, эта информация поможет вам на стадии проектирования агрегата

Надеемся, эта информация поможет вам на стадии проектирования агрегата.

Сколько стоит ветрогенератор для дома

Ниже рассматриваются цены на ветряные генераторы для дома и дачи. Как правило, мощность таких установок находится в пределах 5-50 кВт.

• 3 кВт, 48 вольт. Используются как дополнительный, так и основной источник питания. Энергии, вырабатываемой такими моделями, хватит для обеспечения жизнедеятельности коттеджа. Цена около 90 тысяч рублей;
• 5 кВт, 120 вольт. Этот ветрогенератор без проблем запитает целый дом с большим количеством электроприборов. Цена 200-250 тысяч рублей;
• 10 кВт, 240 вольт. Такие ветряные генераторы могут обеспечить электричеством ферму или несколько жилых построек. Есть много примеров, когда подобные установки используются для выработки энергии в небольших супермаркетах, гаражах и т. п. Цена около 400 тысяч рублей;
• 20 кВт, 240 вольт. Этого вполне хватит для обеспечения электричеством какой-нибудь распределительной станции водоснабжения. Цена примерно 750 тысяч рублей;
• 30 кВт, 240 вольт. Такой ветрогенератор обеспечит электроэнергией многоквартирный дом 5-7 этажей. Цена установки около миллиона рублей;
• 50 кВт, 380 вольт. Такие установки используются в промышленности. Их нецелесообразно применять в быту. Цена больше 3 миллионов рублей.

Поля ветрогенераторов

Преимущества и плюсы ветровых электростанций

• Бесплатная возобновляемая энергия. Энергия ветра является возобновляемой и бесплатной. Ветряки не выделяют CO₂ или других вредных веществ. Ветер является идеальным и бесконечным источником энергии. Строительство большего количества ветряных электростанций приводит к сокращению возникновения электростанций, которые выбрасывают в атмосферу вредные вещества.
• Разнообразие. Использование энергии ветра, способствует разнообразию источников энергии и позволяет минимизировать зависимость от обычных электростанций или других типов получения энергии.
• Будущее. У энергии ветра есть будущее! Создание новых ветряных электростанций приводит к технологическому развитию, техническим инновациям и созданию новых рабочих мест.
• Снижающиеся затраты. Затраты на получение энергии от ветра значительно снизились в последние годы. За последние двадцать лет стоимость снизилась на целых 80%, что делает этот вид энергии в настоящее время наиболее прибыльным из всех типов электростанций.
• Дополнительная прибыль. Владелец участка, на котором находятся ветряные электростанции, может рассчитывать на прибыль от предоставления этой земли в аренду, поскольку фактическая площадь, необходимая для электростанции невелика. Кроме того, землю, на которой располагается электростанция можно использовать в сельском хозяйстве (для выращивания разных культур) так как станции не имеют вредных выбросов.
• Благоразумие. Срок службы такой электростанции в среднем составляет 20-30 лет, и после ее демонтажа не остается никаких следов — ни в ландшафте, ни в атмосфере.
• Эффективность. Процесс эксплуатации ветровых станций довольно прост, время сборки очень короткое, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание также довольно низкие. Электростанция производит в 85 раз больше энергии, чем потребляет. Также она имеет относительно небольшие потери при транспортировке энергии.
• Принятие. Настройка ветровой электростанции пользуется общественным признанием. Подавляющее большинство людей понимают и поддерживают преимущества использования этого вида энергии.

Устанавливать или нет

При решении вопроса целесообразности установки ветряной электростанции нужно получить следующие исходные данные:

• Среднюю скорость ветра в месте установки в метрах в секунду. В первом приближении картину даёт карта ветров на территории России. Но в конкретном месте установки могут быть различные факторы, влияющие на скорость ветра, например, холмы, русла рек. Для точного определения годовой карты ветров можно воспользоваться флюгером Вильда, анемометром или вести ежедневные наблюдения за окружающей природой.

• Наличие централизованного электроснабжения, стоимость киловатт-часа и возможность прокладки линии электропередач.

Алгоритм оценки окупаемости ветряка следующий:

• По карте ветров и техническим характеристикам устройства определить вырабатываемую мощность для летнего и зимнего периодов или помесячно. Например, для рассмотренного выше устройства номиналом 2 кВт, вырабатываемая мощность при скорости 5 м/с составит 400 Вт;
• По полученным данным определить годовую генерируемую мощность;
• По стоимости киловатт-часа определить цену сгенерированной электроэнергии;
• Поделить стоимость комплекта ветрогенератора на полученную цифру и получится окупаемость в годах.

Для внесения поправок в расчёт следует учитывать:

• Аккумуляторные батареи придётся менять не реже одного раза в три года;
• Срок службы современного ветрогенератора 20 лет;
• Необходимо обслуживать устройство. Стоимость и сроки обслуживания необходимо уточнить у продавца оборудования;
• Стоимость киловатт-часа растёт каждый год, за предыдущие 10 лет она увеличилась более чем в 3 раза. На 2017 запланирован рост тарифов минимум на 4%, так что можно исходить из этой цифры удорожания электроэнергии.

Если полученные цифры окупаемости не устраивают, но заиметь альтернативный источник энергии хочется или нет возможности подключения к централизованному электроснабжению, то следует рассмотреть варианты повышения эффективности ветряка и снижения затрат на его монтаж и обслуживание.

Возможны следующие варианты:

• Установка нескольких устройств меньшей мощности вместо одного большого. Это снизит цену основного оборудования, уменьшит затраты на установку и обслуживание, а также повысит производительность за счёт того, что малые ветряки имеют больший КПД при низких скоростях ветра;
• Установка специальной сетевой системы управления электроэнергией, совмещённой с центральной системой электроснабжения. Такие устройства сегодня можно найти в продаже.

Как вам статья?