Vetrogenerator za zasebno hišo: zgradba, vrste, pregled najboljših ponudb

Vetrnice že dolgo niso več eksotična novost, zdaj jih obravnavajo kot eno od možnih možnosti za prihranek. Zračni tokovi nad zemeljskim površjem nosijo ogromno energije, ki se trenutno uspešno uporablja v industrijskih vetrnih turbinah in majhnih vetrnih napravah za zasebno uporabo.

Povedali bomo, kako pravilno izbrati in tehnično strokovno namestiti vetrni generator za zasebno hišo. V našem članku so opisana pravila sestavljanja in uporabe mini elektrarn. Zainteresiranim kupcem so podana priporočila za izbiro, navedena je lestvica priljubljenih modelov.

Konstrukcija in princip delovanja vetrnih turbin

Vetrni generatorji so posebne naprave, ki pretvarjajo kinetično energijo vetra v električno. To so neodvisni viri električne energije, ki so odlični za namestitev v zasebnih stanovanjskih hišah, na majhnih in srednjih kmetijah ter v proizvodnih obratih.

Konstrukcija standardne mini elektrarne za gospodinjsko uporabo vključuje naslednje funkcionalne elemente:

1. Lopatice aerodinamične oblike za lovljenje vetra.
2. Generator za proizvodnjo izmeničnega toka.
3. Krmilnik za samodejno upravljanje vetrne elektrarne. Omogoča uravnavanje polnjenja akumulatorjev, porazdeli pretok energije med napravami.
4. Shranjevalnik. Posebne akumulatorske baterije za shranjevanje proizvedene električne energije.
5. Pretvornik za prilagoditev parametrov proizvedene energije omrežnim standardom.
6. Steber, ki dviguje lopatice na določeno višino nad tlemi.

Stebri so različni: prostostoječi brez vrvi, togo pritrjeni in vrtljivi na vrveh. Slednji se lahko spuščajo in dvigujejo za vzdrževanje ter izvajanje popravljalnih in obnovitvenih del.

Pod vplivom vetra se lopatice, nameščene na generatorski gredi, začnejo vrteti in tako pomagajo pri zagonu rotorja. Posledično se kinetična energija zračnih tokov pretvori v mehanično, nato pa še v električno energijo. Tako je videti zelo poenostavljena shema delovanja vetrnice.

V resnici energija iz vetrne elektrarne ne pride neposredno do porabnika. V sistem morajo biti nujno vključene posebne naprave za pretvorbo električnega toka.

V vezju za generatorjem je nameščen krmilnik. Ta pretvarja izmenični tok v enosmerni. V takšni obliki se elektrika akumulira in shranjuje v baterijah, nato pa se iz njih prek razsmernika, ki enosmerni tok pretvori v izmeničnega, energija dovaja v zasebno električno omrežje.

Takšna shema omogoča ublažitev nestabilnosti napetosti ter shranjevanje energije v obdobjih popolne odsotnosti porabe. To pa omogoča uporabo vetrnih generatorjev z manjšo močjo, kot je skupna moč gospodinjskih električnih naprav.

Pri pretvarjanju električnega toka po shemi izmenični-enosmerni-izmenični nastanejo določene izgube energije, ki znašajo približno 20 %.

Skupaj s samostojno vetrno elektrarno je mogoče namestiti tudi sončne module in generatorje na gorivo.

Če je za pridobivanje elektrike uporabljenih več naprav hkrati, se shemi doda še en element – avtomatsko preklopno stikalo (APS). To je potrebno, da se ob izklopu enega alternativnega vira energije zažene drug – rezervni.

V sodobnih vetrnih elektrarnah se uporabljajo različne izvedbe rotorjev – vrtljivih delov. Ti imajo svoje prednosti in slabosti, različno učinkovitost in funkcionalne zmožnosti. Trenutno obstaja veliko razvojev samostojnih sistemov, ki lahko delujejo pri vetrovih različne hitrosti in moči.

Vrste vetrnih elektrarn

Glede na vrsto odjemalcev ločimo samostojne vetrne generatorje in omrežne naprave. Prvi zagotavljajo oskrbo z energijo odjemalcem, oddaljenim od centralnih električnih omrežij.

Drugi – lahko štejejo več deset/stotin vetrnic, ki tvorijo enoten sistem in oddajajo energijo v skupno omrežje. Moč samostojnih agregatov redko presega 75 kW, medtem ko se moč omrežnih naprav začne pri 100 kW.

Glede na vrsto konstrukcije ločimo vetrne generatorje:

• s navpično osjo vrtenja;
• s vodoravno osjo vrtenja.

Te naprave se uporabljajo za različne pogoje delovanja, najpogosteje pa so v uporabi modeli z vodoravno osjo. Delujejo kot običajne vetrnice in imajo podobno zgradbo. Os rotorja se vrti vzporedno z zemeljskim površjem.

Takšni agregati se odlikujejo z visokimi vrednostmi izkoristka (približno 40%), preprostim uravnavanjem moči in ugodnejšo ceno, vendar so tudi zaznamovani z visoko stopnjo ustvarjenega hrupa in vibracij. Poleg tega jih je treba usmeriti v smer vetra.

Za montažo vetrnice s horizontalno postavitvijo rotorja je potrebnih približno 120 m prostega prostora in drog višine vsaj 8 m.

Vetrni generatorji z navpično osjo vrtenja imajo bolj kompaktno konstrukcijo, so manj občutljivi na vpliv okoljskih dejavnikov.

Pri napravah tega tipa je turbina nameščena pravokotno na ravnino Zemlje. Tovrstne konstrukcije se zaženejo tudi ob šibkem vetru in niso odvisne od smeri gibanja zračnih tokov.

Nizka raven ustvarjenega hrupa (do 30 dB) omogoča namestitev navpičnih vetrnih turbin na strehe stavb.

Vendar pa obstaja tudi pomembna pomanjkljivost – izkoristek takih generatorjev znaša le 15%. Poleg tega so dražji od modelov z horizontalno osjo vrtenja.

Modeli vetrnih generatorjev se med seboj razlikujejo ne le po postavitvi vrtilne osi, ampak tudi po:

• številu lopatic – obstajajo vetrnice z dvema in tremi lopaticami, srečamo pa tudi večlopatične modifikacije;
• materialih izdelave funkcionalnih delov – s ploščnimi in togimi lopaticami;
• koraku vijaka – nastavljiv ali fiksen.

Vrtenje večlopatičnih stacionarnih vetrnic se začne že ob šibkem vetru, medtem ko za delovanje dvo- in trilopatičnih naprav potrebujemo močnejši veter. Hkrati vsaka dodatna lopatica v konstrukciji ustvarja večji upor kolesa, zaradi česar je težje doseči standardne delovne vrtljaje generatorja.

Glede na material izdelave lopatic za vetrno napravo lahko pri delu nastanejo določene težave. Ploščni elementi so lažji za izdelavo, zato so tudi cenejši.

Če pa je treba zagotoviti zanesljivo delovanje vetrne turbine za avtonomno oskrbo z električno energijo, je treba dati prednost konstrukcijam s togimi lopaticami, izdelanimi iz kovine ali armiranega steklenega laminata.

Kar zadeva korak vijaka, tudi tu ni vse tako preprosto. Spremenljiv korak omogoča občutno razširitev obsega učinkovitih hitrosti za delovanje vetrne postaje, kar je velika prednost. Toda hkrati tak mehanizem zmanjšuje splošno zanesljivost stacionarne naprave in znatno oteži vetrno kolo, kar otežuje obratovanje agregata.

Smotrnost namestitve vetrnega generatorja

Male vetrne elektrarne se danes pogosto uporabljajo kot alternativni viri električne energije, ki omogočajo doseči realne prihranke.

Takšne naprave se praviloma nameščajo na vrtnih parcelah, v območjih, oddaljenih od glavnih električnih omrežij. Vendar to ni edini razlog, zakaj ljudje vse pogosteje dajejo prednost tovrstnim konstrukcijam.

Lastniki zemljišč uspešno uporabljajo vetrne generatorje, da dosežejo popolno avtonomijo in znatne prihranke električne energije.

Vendar ni vsako območje primerno za namestitev vetrne turbine. Da bi mini elektrarna polno delovala v celotni življenjski dobi, ki jo navaja proizvajalec, morajo podnebne razmere na območju ustrezati zahtevam posebne opreme.

Povprečna hitrost vetra ne sme biti nižja od 4,5–5 m/s. Le v tem primeru bo namestitev konstrukcije z vetrnico ekonomsko upravičena.

Če želite izvedeti približne podatke o povprečni letni hitrosti vetra po regijah, morate pogledati poseben zemljevid vetrov. Natančnejše informacije lahko pridobite z uporabo anemometra in naprave za branje signalov.

Merilni sistem je treba namestiti na veliki višini, da bližnje stavbe in drevesa ne izkrivljajo rezultatov.

Če ste se odločili namestiti vetrno mini elektrarno za dom, morate razmisliti tudi o razpoložljivem prostoru. Pri tem morate upoštevati, da mora veter popolnoma prosto »hoditi« po lopaticah in jih brez ovir doseči z različnih strani.

Prav zato se za idealno mesto za namestitev vetrne turbine štejejo vrhovi hribov, kjer se zračne mase zgostijo s sorodnim povečanjem tlaka in hitrosti vetra. Prav tako so primerna morska območja in stepska območja.

Da bi dobili poln izkoristek vetrnice, jo je treba namestiti na mestu, kjer ni dreves in visokih stavb.

Vse ovire v polmeru 250 m bodo vplivale na delovanje vetrnega generatorja. Za doseganje maksimalnih vrednosti izkoristka je treba os turbine namestiti vsaj 4–5 m nad nivo ovir.

Pravila za izbiro opreme

K izbiri vetrnega generatorja za dom je treba pristopiti odgovorno.

Vnaprej je treba zbrati osnovne informacije:

1. Izračunati nazivno in največjo količino električne energije za pokritje potreb doma.
2. Pregledati podatke o povprečni letni hitrosti vetra na območju bivanja, da bi določili obdobja, ko bo vetrnica mirovala.
3. Upoštevati podnebne značilnosti območja. Če so pozimi pogoste hude zmrzali, namestitev vetrne elektrarne ne bo upravičena.
4. Ugotoviti intenzivnost ustvarjenega hrupa med delovanjem vetrnih generatorjev.
5. Opraviti primerjavo tehničnih lastnosti naprav različnih proizvajalcev.

Izbira sestavnih delov funkcionalnih elementov za vetrno elektrarno se izvaja glede na nazivno moč. Pri tem ima vlogo tudi nazivna hitrost vetra – vrednosti, pri katerih vetrna turbina proizvede predvideno količino električne energije.

Če naprava doseže največjo moč pri hitrosti vetra 11 m/s, v vašem območju pa povprečna vrednost dosega 4,5 m/s, vetrna turbina ne bo proizvajala količine energije, ki jo navaja proizvajalec.

Pozornost je treba nameniti tudi dejstvu, da je moč vetrnega generatorja odvisna od premera kolesa, ki ga tvorijo lopatice. Če se premer poveča za dvakrat, bo vetrna turbina pri enaki hitrosti vetra proizvedla štirikrat več elektrike.

Pomembna je tudi zmogljivost akumulatorskih baterij. Za primer brezvetrja mora biti v njih dovolj energije, da se zagotovi oskrba hiše.

Montažo zasebne vetrne mini-elektrarne je bolje zaupati podjetju, ki je specializirano za tovrstna dela. Glavni cilj je zagotoviti največjo varnost. Obsežna konstrukcija vetrnice mora zagotovo ohraniti stabilnost tudi v primeru ekstremnih vremenskih razmer.

Nizkozmogljive modele vetrnih generatorjev z lahkimi nizkimi stebri lahko namestite sami. Osrednjo podporo je treba namestiti na utrjen armiranobetonski temelj. Za bočno stabilnost konstrukcije se uporabijo 3–4 napenjalne vrvi.

Okvirne cene in povračilo vetrnih generatorjev

Priljubljenost vetrnih agregatov raste iz dneva v dan. Z njimi je ugodno opremiti velike in drage hiše, za katerih vzdrževanje je potrebno veliko električne energije.

Smiselno je namestiti vetrnice tudi v naseljih, kjer ni centralizirane oskrbe z elektriko ali pa se električna energija dobavlja s stalnimi prekinitvami.

Prav v takšnih primerih vam bodo na pomoč priskočili vetrni generatorji, katerih uporaba ima vrsto prednosti:

• pretvorba energije zračnih tokov v brezplačno elektriko;
• okoljska varnost vetrnih turbin;
• odsotnost surovin in odpadkov pri proizvodnji električne energije;
• minimalna obraba funkcionalnih delov;
• dolga življenjska doba – 25–30 let;
• ni potrebe po stalnem nadzoru delovanja vetrne elektrarne.

Med pomanjkljivosti uvrščamo spremenljivost in nepredvidljivost moči vetra. Za zmanjšanje izgub je potrebna podvojitev vira ali namestitev dodatnega medpomnilnika za shranjevanje energije. Prav tako vrteče se vetrno kolo predstavlja potencialno nevarnost za leteče ptice.

Vetrne elektrarne povzročajo hrup, primerljiv s hrupom cestnega prometa pri hitrosti približno 70 km/h. Povečana raven hrupa ne le odganja živali, ampak tudi povzroča nelagodje ljudem.

Še ena pomembna pomanjkljivost vetrnih elektrarn za domačo uporabo je visoka cena. Te okorne konstrukcije so izdelane iz dragih materialov, v kompletu pa vsebujejo krmilnik, baterije, invertersko napravo in drog.

Opozoriti je treba, da so domači vetrni generatorji ruskih proizvajalcev, pa tudi kakovostne vetrne naprave, proizvedene na Kitajskem, veliko cenejši od evropskih analogov. Cena domačih vetrnic z navpično osjo nazivne moči do 2 kW se giblje v območju 1300–2500 $.

Toda pri taki ceni komplet vključuje le generator z rezili. Preostalo opremo bo treba kupiti posebej ali izdelati sami. Polno opremljene naprave so dražje za približno 40–50%.

Cena vetrnih elektrarn za domačo uporabo z močjo od 3 kW do 7 kW je precej višja. Takšni generatorji s spremljajočo opremo bodo kupca stali 5000–12000 $.

Trenutno je uporaba vetrnih naprav kot alternativa centralizirani oskrbi z električno energijo nerentabilna zaradi visokih stroškov opreme.

In tudi kadar pride do motenj v oskrbi z omrežno elektriko, namestitev vetrnega generatorja ni vedno smiselna. Lažje in ceneje bo namestiti sistem neprekinjenega napajanja na osnovi industrijskih baterij v kombinaciji z UPS.

Smiselno je montirati vetrno elektrarno na mestih, kjer je dostop do centralizirane oskrbe z energijo popolnoma odsoten. Doba vračanja naložbe v tem primeru znaša 25 let.

Pred nakupom komponent za sestavljanje in namestitev vetrnega generatorja energije je priporočljivo opraviti izračune po formulah, navedenih v članku, ki ga priporočamo. Tukaj boste našli tudi vrstni red in pravila za izvajanje izračunov.

Pregled najboljših blagovnih znamk in naprav

Na ruskem trgu vetrnih generatorjev so na voljo tako zanesljive in relativno poceni naprave domačih znamk kot tudi modeli vetrnic z različnimi funkcijami tujih proizvajalcev. Da bi se odločili za izbiro naprave za dom, je treba primerjati značilnosti različnih enot.

Št. 1 – vetrni generatorji Condor Home (Rusija)

Serija vetrnic za domačo uporabo vključuje naprave z močjo 0,5–5 kW. Lahko služijo kot glavni vir elektrike ali kot dodatni. Elektrarne Condor Home so prilagojene za delovanje v pogojih nizkih temperatur in so sposobne proizvajati energijo tudi pri šibkem vetru.

Glede na model je ohišje generatorja izdelano iz plastike ali litega aluminija, lopatice pa iz steklene plastike. Učinkovit dvojni zavorni sistem je prisoten. Jambor je sestavljen, na napenjalnih vrveh, visok 8-12 m. Za namestitev teh naprav je potreben pilotni ali betonski temelj.

Domači vetrni generatorji Condor Home so popolnoma pripravljeni izdelki, za delo s katerimi niso potrebna posebna znanja ali tehnične veščine. Naprave so namenjene elektrifikaciji tako samostojnih objektov kot majhnih naselij v sklopu vetrnih elektrarn.

Osnovna oprema vključuje jambor in napenjalne vrvi, generator, rotor in lopatice, krmilnik polnjenja, pritrdilne elemente.

Št. 2 – mini elektrarne Falcon Euro (Rusija)

So visokotehnološki vertikalno-osni vetrni generatorji z močjo 1–15 kW. Uporabljajo se za glavno/rezervno napajanje porabnikov, oddaljenih od daljnovodov. Lahko se uporabljajo v sklopu kompleksa s sončnimi paneli in gorivnim generatorjem.

Vetrniki so opremljeni z močnimi neodimovimi magneti. Začetna hitrost vetra za zagon naprave je 1,5 m/s, nazivna hitrost je 11 m/s. Nameščena aerodinamična zavora pripomore k omejevanju vrtljajev kolesa. Napovedana življenjska doba proizvajalca je 20 let, tovarniška garancija na mini elektrarne je 36 mesecev.

Vetrni generatorji Falcon Euro se odlikujejo po zanesljivosti pri delovanju in nezahtevnosti pri vzdrževanju. S pomočjo naprav te serije je enostavno rešiti težave z oskrbo z elektriko lokalnih in tudi otoških objektov.

V osnovni komplet naprave Falcon Euro je vključenih več funkcionalnih elementov: vetrno kolo, generator in krmilnik, jambor, vgradni deli. Invertorska naprava in akumulatorske baterije se izbirajo ločeno.

Št. 3 – vetrni agregati Sokol Air Vertical (Rusija)

Male vetrne elektrarne te znamke lahko zagotovijo elektriko tako manjšim hišam kot srednjim podjetjem. Za gospodinjsko uporabo se proizvajajo naprave SAV z močjo 0,5–15 kW.

Zanje je značilna visoka učinkovitost pri šibkih vetrovih, nemoteno delujejo pri nizkih in visokih temperaturah v območju od –50 °C do +50 °C, odlikuje jih nizka raven ustvarjenega hrupa in odpornost na zunanje vplive.

Proizvodnja električne energije z agregati Sokol Air Vertical ni odvisna od smeri vetra. Vertikalno-osne naprave delujejo v avtomatskem načinu brez servisnega osebja. V konstrukciji je predvidena elektromagnetni in aerodinamični zavorni sistem za omejevanje vrtljajev vetrnega kolesa.

Lopatice so izdelane iz armiranega poliestra ali letalskega aluminija (odvisno od modela) in imajo samodejno odvijajoč profil. Generator je večpolni trifazni z vzbujanjem s trajnimi magneti.

Vetrnice Sokol Air Vertical dosegajo nazivno moč pri hitrosti vetra 7–8 m/s, kar omogoča njihovo uporabo v regijah z nizko povprečno letno hitrostjo vetra.

Osnovni komplet vetrne elektrarne vključuje: vetrno turbino s krmilnikom polnjenja baterij, jambor z napenjalnimi kabli, montažni komplet. Razsmernik in baterije se izberejo posebej glede na tehnične zahteve.

Št. 4 – vetrni generatorji Energy Wind (Rusija)

Kupcem so na voljo eno- in trikraki modeli izdelkov za splošno uporabo z močjo 1–10 kW. Te vetrnice so odlično primerne za projekte oskrbe z elektriko zasebnih stanovanjskih hiš in vikendov.

Osnovo naprav Energy Wind predstavljajo trpežne lopatice iz armiranega steklenega vlakna, pobarvane z avtoemajlom, in zanesljiv sistem za izstop iz zračnega toka. Ti agregati z vodoravno osjo vrtenja stabilno delujejo pri temperaturah od –40 do +40 stopinj Celzija.

Minimalna delovna hitrost vetra je 2 m/s, pri nekaterih položajih lopatic pa 3 m/s, priporočena višina jambora je 8–20 m. Povprečna življenjska doba naprav ruskega proizvajalca je 25 let, uradna garancija proizvajalca je 3 leta.

Vetrni generatorji Energy Wind ne zahtevajo stalne nege ali vzdrževanja, kar prispeva k hitremu reinvestiranju vloženih finančnih sredstev.

Osnovni komplet naprav vključuje električni generator s trajnimi magneti s pritrdilnim sklopom za jambor in vrtljivim mehanizmom, lopatice ter komplet pritrdilnih elementov za montažo vetrne turbine. Jambor, krmilnik, razsmernik in baterije za shranjevanje električne energije je treba kupiti posebej.

Št. 5 – vetrnice Altek EW (Kitajska)

Vrsta vetrnih turbin je z vodoravno osjo vrtenja. Naprave z nazivno močjo od 1 kW do 10 kW so odlično primerne za reševanje nalog oskrbe z elektriko podeželskih stanovanjskih hiš in počitniških hiš.

Zaščitno ohišje vetrnic Altek EW je izdelano iz aluminijeve zlitine, kar bistveno olajša konstrukcijo. Funkcionalni kovinski deli generatorja so prevlečeni s silicijem za toplotno odpornost.

Lopatice so izdelane iz z vlakni ojačane plastike. Začetna hitrost vetra za zagon gospodinjskih agregatov kitajske blagovne znamke je 2,5 m/s, nazivna hitrost pa 12 m/s.

Vetrni generatorji Altek EW so med najdostopnejšimi napravami za proizvodnjo elektrike, ki so na voljo na sodobnem trgu alternativne energije.

V osnovno opremo so vključene lopatice, generator in krmilnik. Ostale funkcijske elemente za vetrnico je treba dokupiti.

Če se vam cena tovarniško izdelanega kompleta zdi previsoka, je smiselno izdelati vetrni generator sami. V priporočenem članku opisujemo izdelavo uporabne naprave za gospodinjstvo iz pralnega stroja.

Zaključki in koristen video na to temo

Perspektive uporabe vetrnih energetskih naprav:

Načelo delovanja sodobnih vetrnih turbin. Kako se energija vetra pretvarja v elektriko:

Tudi danes uporaba vetrnih generatorjev zahteva stalen razvoj. Možnosti in dolgoročne perspektive tega alternativnega načina pridobivanja električne energije so obetavne. Vendar so potrebni določeni ukrepi tako s strani proizvajalcev opreme kot tudi s strani uprav naselij.

Namestitev majhnih vetrnih generatorjev za zasebna gospodinjstva ne bo popolnoma rešila težave z oskrbo z energijo v regijah. Toda za posamezne lastnike zemljišč je ta možnost lahko izhod iz situacije.

Delite svoje izkušnje pri izbiri ali namestitvi vetrnice na podeželskem posestvu. Prosim, pišite komentarje, objavljajte fotografije in postavljajte vprašanja v spodnjem bloku. Delite tehnološke podrobnosti in koristne informacije, ki bodo uporabne obiskovalcem spletnega mesta.