Последние записи
В контакте

Преимущества и недостатки вертикальных ветроустановок в сравнении с "пропеллерами"

вертикальный ветрогенератор

Блуждая по просторам интернета в поисках информации по самодельным вертикальным ветрогенераторам упорно натыкаюсь на статьи о том какие хорошие вертикалки и нехорошие горизонталки. В пользу вертикалок многие приводят порой абстрактные не на чем не основанные доводы. Давайте попробуем трезво оценить достоинства и недостатки вертикалок и горизонталок.

вертикальный ветряк бочка

Миф N1. Вертикальный ветрогенератор лучше работает на слабом ветру

Да почему лучше!, потому что крутится на ветре 1-2м/с, в то время как пропеллеры стоят. Ну крутится, а сколько энергии дает никто не задовался вопросом?, или уже один факт вращения ротора говорит о том что ветрогенератор дает электроэнергию. Все это обман, если посчитать мощность вертикального ветряка с площадью ротора скажем 3кв.м на ветру 2м/с, то этой мощности всего 2.88ватта, которой как-раз и хватает на неспешное вращение ротора, и то при условии если редуктор и генератор не перегружают ротор. Кстати говоря некоторые горизонтальные винты тоже страгиваются при 2м/с, но специально так никто не делает так как в таком слабом ветре просто нет энергии. Если вы думаете что можно получать энергию с ветра 1-2-3м/с, то вы очень наивный и доверчивый человек, и вас ввели в заблуждения неграмотные люди.

Реальный диапазон начала выработки электроэнергии 3-4м/с, при этом ветре уже вращаются все горизонтальные винты и тут можно сравнить что лучше на таком слабом ветру 3-4м/с. Вертикальный ветряк с ротором размером 1.5*1.5м и ометаемой площадью ротора 3кв.м на ветру 3,5м/с даст энергии (0.6*3*3,5*3,5*3,5*0,2=15,485) 15 ватт энергии, из этой энергии надо еще вычесть КПД редуктора и генератора, и того можно рассчитывать на 6-10ватт, это ток зарядки 12-ти вольтового аккумулятора всего 0,3-0,7 Ампер.

Для вертикального ветряка типа "бочка" я беру КИЭВ 0,2, подробнее о принципах выработки энергии горизонтальных вертикальных ветрогенераторов здесь Принципы работы вертикальных и горизонтальных ветрогенераторов
Так-же о методах расчетов ветроколес здесь Расчет мощности ветроколеса

Теперь сравним горизонтальный ветряк с ометаемой площадью винта 3кв.м. Вы сразу скажете что сравнение не корректно так как площадь ротора вертикального ветряка и площадь лопастей горизонтального существенно различаются и площадь лопастей значительно меньше, а значит и мощность, но вы заблуждаетесь. КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра ) зависит не от площади лопастей, а от аэродинамических характеристик.

Пока ротор вертикального ветряка будет делать один оборот вокруг своей оси под давлением ветра, пропеллер сделает за это время 5-10 оборотов в зависимости от быстроходности. Тем самым лопасти отработают с большим количеством ветра и возьмут больше энергии. Вертикальный типа бочка не может иметь скорость вращения больше скорости ветра, а пропеллер может, причем если быстроходность Z5, то он под нагрузкой вращается со скоростью в 5 раз больше скорости ветра за счет подъемной силы, без нагрузки быстроходность может доходить до Z10 и более. А у вертикалки максимальная скорость вращения относительно скорости ветра Z1, а под нагрузкой обычно Z0.5.

Горизонтальный пропеллер за счет использования подъемной силы имеет больший КПД, правильные лопасти имеют КИЭВ до 0.47, но мы будем брать средний КИЭВ 0.3. Тогда с 3кв.м площади на ветру 3,5м/с энергии будет (0,6*3*3,5*3,5*3,5*0,3=23.1525) 23 ватта. И так-как нет редуктора то учтем только КПД генератора около 0.8 и получим 18ватт, то-есть в два раза больше чем с вертикального ветряка той-же площади. Но если еще учесть что вертикалки ставят внизу или на небольшой высоте, а горизонтальные как можно выше над землей, то разница будет еще больше так-как внизу ветер слабее и с завихрениями, а на верху более стабильный.

ветрогенератор

То-есть получается что людей просто обманывают говоря что вертикальные ветрогенераторы более эффективны на малом ветру. А оказывается они не только не лучше, но еще и хуже. Есть еще роторы Дарье, они более скоростные и больше КИЭВ, но у них проблемы со стартом на слабом ветру и не равномерная тяга, и их расчет очень сложен. Дарье еще может сравняться по КПД с пропеллером, но там другие "болячки".

Миф N2. Многие упорно утверждают что шума от вертикалок нет, а пропеллеры очень шумные

Если ветрогенераторы нормально сделаны то на слабом ветру они не шумят и шум можно услышать разве что от редуктора вертикалки, горизонтальный вообще не шумит. А вот когда ветер 8-12м/с, то тут чем скоростней пропеллер, и чем хуже аэродинамические качества лопасти, тем больше шума, но как правило этот шум не критичен. Шумит не громче чем сам ветер и деревья вокруг. Вертикальный ветряк так-же шумит из-за поворота ротора и перехода лопастей из под ветра на ветер. Эти переходы передаются ударными нагрузками на ротор и ротор начинает вибрировать, тяга становится неравномерной, а от этого может трещать и звенеть и обшивка лопастей, и другие элементы. Так-же очень шумным может быть редуктор. У горизонтального шум может издавать только пропеллер, и то производители эту проблему давно решили путем правильной аэродинамической формы лопасти. Самодельшики делают гадкими и закругленными кромки лопасти и фронтальную часть. То-есть шумность тоже обман чистой воды, чтобы натянуть на вертикальные ветряки еще один плюсик к их красоте.



Миф N3. Говорят что вертикальный ветряк проще и дешевле

Ну чтож давайте сравним что проще и дешевле, три лопасти из ПВХ или дюралюминиевой трубы сделанные за пару часов, или ротор вертикального ветряка. Уже понятно что на ротор потребуется намного больше времени, больше материала обшивки (оцинковка, алюминий, поликарбонат и пр.). Так-же нужен мощный каркас держатель ротора на подшипниках и каркас самого ротора. Все это трудоемкие сварочные работы с резкой металла и сборкой целой конструкции. Так что проще? и дешевле, сделать три лопасти весом 1,5-3кг+хвост или ротор весом 40-120кг.

Вы скажете что три лопасти сложнее так-как надо знать как их делать. Да, чтобы КИЭВ был высоким лопасти надо рассчитывать, благо для этого все есть, даже готовые программы, остается только нанести размеры на трубу, вырезать и обработать кромки лопасти. Но и ротор вертикального ветряка тоже надо рассчитывать по мощности и оборотам к генератору, иначе результат будет совсем плачевный.

Вы скажете что для горизонтального ветряка нужна мачта, а вертикалки обычно внизу ставят и не надо ни каких растяжек. Ну так ставьте пропеллер внизу на коротеньком каркасе, и будет такая-же слабая выработка пропеллера как и вертикалки. Любой ветряк надо поднимать на высоту или мирится со слабым ветром у земли и делать с запасом мощности.

Если же брать примерно одинаковые условия, скажем ветряк поднимается на Высоту 10 метров. То горизонтальному не нужна мощная мачта так-как при сильном ветре ветряк обычно тормозится контроллером чтобы не пошел "в разнос" от перебора мощности, или он просто останавливается методом КЗ обмоток генератора, а остановленный винт имеет небольшую парусность и переживет любой ураган. А вот вертикалку поднятую на ветер, от ветра не спрячешь, ударные нагрузки из-за перехода лопастей из под ветра на ветер начнут раскачивать мачту, и тут нужно все делать с большим запасом прочности, иначе ротор такой парусности на урагане просто сдует, так как ветер валит даже рекламные щиты и срывает крышы.

Еще не забываем про редуктор, который как правило неотъемлемая часть вертикального ротора, это тоже затратная часть, которая еще и КПД отнимает. Можно и без редуктора, тогда придется делать низко-оборотный генератор, который по размерам и цене будет раз в пять больше. Если посчитать, то вертиклка будет в пять раз дороже по цене и труднее в изготовлении. Так почему говорят что вертикальный ветрогенератор сделать проще и дешевле? Может они себе представляют вертикальный ветряк как простую бочку на шпильке, а трехлопастной ветрогенератор такой сложной конструкцией на мачте с растяжками, контроллером и пр. Так и для вертикалки по нормальному нужна мачта, контроллер, + редуктор на генераторе, сварка пространственной рамы, подшипники на валу и почее.

Миф N4. Говорят что вертикалки не дают низкочастотных вибраций, от которых убегают все крысы и мыши и пр. а горизонтальные вредят окружающей среде своими вибрациями

Если посмотреть в суть, то низкочастотные вибрации возникают от работы много-полюсных генераторов, где во время вращения магниты преодолевают магнитные поля катушек и от этого во время вращения ротора нагрузка на него неравномерная, а со скачками нагрузки, во время преодоления пиков нагрузки. От генератора вибрации передаются по мечте в землю и дальше низкочастотные вибрации расходятся по земле. Но каких размеров должен быть генератор чтобы от него вибрировала земля, правильно, в сотни киловатт. Эффект негативного влияния на животных есть только у промышленных ветряков мощностью в Мегаватты. К слову сказать что на вертикалки ставят такие-же генераторы и эти генераторы так-же вращаясь дают низкочастотные вибрации. То-есть и здесь людей обманывают говоря о том что только горизонталки не издают низкочастотные вибрации. Вертикалки дают точно такие же вибрации, и могут даже больше так как в вертикалках применят гораздо большие по размерам генераторы.

Вывод:

Как говорится если вам нравятся вертикальные ветряки то тут нет ничего не обычного, вращающиеся трубы выглядят красиво, вот только не надо вводить людей в заблуждение, о их эффективности, стоимости, простоте и прочими "достоинствами" Даже производители не могут сделать дешевые вертикальные установки и они как правило в 4-7раз дороже получаются при той-же мощности что и горизонтальные ветряки. Если бы было по другому, то везде бы стояли вертикальные трубы, а не пропеллеры. Сама по себе вертикальная конструкция интересна, если ее рассчитать и вложится, то отдача с нее будет. Но я бы не рискнул так-как простейшие расчеты показывают что горизонтальный ветряк в пять раз дешевле будет, или за эти-же деньго-трудо-затраты можно сделать ветряк в пять раз мощнее.