В зависимости от места установки выбирают тип мачты. Если есть свободное пространство, то мачту устанавливают на растяжках. Более компактные варианты – конические или гидравлические мачты и ажурные мачты-фермы. Чем выше мачта, тем больше будет КПД ветрогенератора.
Определить мощность, необходимую для обеспечения загородного дома электроэнергией, можно из следующих соображений [18].
Сначала разделим среднемесячное потребление энергии на 720. Допустим, энергопотребление дома составляет в среднем 800 кВт в месяц, тогда получаем мощность электроэнергии, потребляемой домом, 1112 Вт.
Так как ветер изменчив и непостоянен, то берем генератор с запасом. Чтобы определить необходимый запас обратимся к анемометру: начальная скорость работы многих ветрогенераторов 2 м/с, а номинальная скорость, при которой генератор выдает максимальную мощность, 9-10 м/с. Сделав соответствующие замеры, желательно, в течение месяца, определим процент запаса. Обычно считают, что генератор в среднем работает на 50 % своей мощности. Тогда для расчета берем полученную мощность и умножаем на 2 и по полученному результату 2224 Вт выбираем ветрогенератор.
Для подбора инвертора необходимо найти максимальную потребляемую мощность, т. е. мощность нагрузки. При подключении всех электроприборов к сети мы получаем максимально потребляемую мощность. Например, напряжение, которое вырабатывает генератор EuroWind, составляет 2-120 В, а диапазон мощностей инверторов для данной модели от 1600 до 10 000 Вт.
Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки мощностью около 500 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии (освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагрузка) и от 1,5 до 5 кВт – для электроснабжения почти полностью потребителей в типовом загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т. п. В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.
В настоящее время на рынке России предлагаются следующие ветроэлектрические установки:
• маломощные 200–600 Вт для дачных участков;
• мощностью 1000-10000 Вт для коттеджей, частных домов;
• мощностью 10-100 кВт для промышленного использования;
• гибридные установки, состоящие из ветрогенератора и солнечных батарей.
Если планируется подключение нагрузки переменного тока, то в состав выбранной системы энергообеспечения включают еще аккумуляторные батареи и инверторы.
2.6.9. Модели ветрогенераторов
Сегодня рынок России предлагает широкий выбор различных типов ветрогенераторов как по конструкции, так и по стоимости. Среди производителей ветрогенераторов для частного пользования, чью продукцию можно купить, отметим такие отечественные компании: «Компания sos220», «САПСАН – ЭНЕРГИЯ», НПО «Электросфера», «МикроАРТ», ООО «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» (г. Хабаровск, производит шесть моделей от 250 Вт до 10 кВт), «ГРЦ-Вертикаль», «Мельников» и зарубежные: Winder (Украина, производит три модели номинальной мощностью 1,5, 3 и 8 кВт, Свгг Вггру (Украина, производит две модели, номинальной мощностью 0,15 и 0,8 кВт), ООО «Украинская Альтернативная Энергетика» (г. Киев), Southwest Windpower (США) (см. прил. П2.4). В последние несколько лет малые ветряки китайской сборки доминируют на российском, украинском, европейском и даже американском рынках, благодаря хорошему качеству и приемлемой цене.
В качестве примера рассмотрим семейство отечественных ветроэнергетических установок "Бриз-5000" производства НПО "Электросфера" [19].
Ветроустановка «Бриз-5000»
«Бриз-5000» предназначена для автономного электроснабжения потребителей, не имеющих доступа к сетям централизованного электроснабжения загородных домов однофазным переменным током напряжением 220 В частотой 50 Гц. В состав ветроэнергетической установки входит высококачественный инвертор с синусоидальной формой выходного напряжения. Генератор – синхронный трехфазный с возбуждением от постоянных магнитов. Производитель дает гарантию на работу изделия 20 лет. На рис. 2.17 представлен ветрогенератор «Бриз-5000», предназначенный для нагрева воды. Ветрогенератор снабжен электрическим тормозом и кабелем длиной 70 м. Цена со склада в Санкт-Петербурге 295 000 руб. (без мачты).
Рис. 2.24. Устройство ветрогенератора Air Breeze
Преимущества ветрогенераторов Air Breeze:
• увеличение площади лопастей на 30 %, что позволило увеличить выработку энергии на низких скоростях ветра;
• пониженные характеристики шумового воздействия;
• встроенный интеллектуальный микропроцессорный контроллер со слежением за точкой максимальной мощности.
Благодаря применению новых технологий при изготовлении ветрогенераторов Air значительно снизился уровень шума, вырабатываемого при работе установки. Встроенный в ветроголовку контроллер оснащен функцией слежения за точкой максимально возможной мощности и регулирует скорость вращения лопастей для достижения оптимальной производительности ветрогенератора. Данная функция также позволяет регулировать скорость вращения лопастей при слишком высоких скоростях ветра для предотвращения поломки оборудования.
Ветроэлектрические установки Air необычайно просты в установке и эксплуатации и не требуют квалифицированного обслуживания. Удобная система крепления и малый вес позволяют устанавливать их как на отдельных мачтах, так и на крышах домов, автомобильных домиков, яхтах и других судах. Данные ветроустановки могут использоваться в качестве зарядного устройства для аккумуляторов на даче, в походе, на морской прогулке на яхте, в путешествиях на автомобиле и т. п. Стоимость ветрогенератора Air Breeze 31 000 руб.
Основные технические характеристики Air Breeze:
• Диаметр ротора – 1,17 м.
• Вес – 5,9 кг.
• Размеры в упаковке – 686x318x229 мм.
• Вес в упаковке – 8 кг.
• Монтаж – на мачте диаметром 48,26 мм.
• Стартовая скорость ветра – 2,68 м/с.
• Напряжение – 12В, 24В постоянного тока.
• Выходная мощность – 160 Вт при скорости ветра 12,5 м/с.
• Контроллер – микропроцессорный интеллектуальный с функцией слежения за точкой максимальной мощности.
• Корпус – литой алюминиевый (в исполнении Marine применяется порошковое покрытие для защиты от коррозии).
• Лопасти – из композитного материала, упрочненного углеволокном.
• Защита при высоких скоростях – электронный контроль крутящего момента.
• Генерация энергии в месяц – 25 кВт·ч/месяц при скорости ветра 4,4 м/с.
• Максимальная безопасная скорость ветра – 49,2 м/с.
Ветроэлектрическая установка Air Breeze Marine
Специальное исполнение Marine позволяет использовать установку в условиях повышенной влажности и опасности появления коррозии. Корпус ветрогенератора покрыт специальным порошковым покрытием. Применение антикоррозионной пасты предупреждает преждевременный износ лопастей и деталей крепления к мачте (рис. 2.25).