Энергия солнца, это конечно хорошо, но очень нестабильно. Это компенсируется большими аккумуляторными батареями. Если использовать практическое правило 20-40-80, то стоимость аккумуляторов становится соизмерима со стоимостью солнечной батареи. Увеличение мощности солнечной батареи не является эффективным решением т.к. сильно возрастает стоимость проекта.
Скомпенсировать это, можно применением дополнительного источника энергии, к примеру преобразовывать ветряную энергию. Замечено, что если нет солнца, то есть ветер и наоборот.
Ветрогенераторы, которые собирают энергию ветра, бывают стационарные, походные и экспериментальные. Стационарные, с длинной лопасти от 9 до 40 метров – нас не интересуют. А походные и экспериментальные, которые можно самостоятельно сделать за день – самое оно. Они не вырабатывают киловатты ... Речь идет о десятках ватт в час. Но делают это монотонно, и что не маловажно – бесплатно. Несколько моделей, о которых пойдет речь, на фотографии ниже.
Что бы сделать подобный генератор или лучше, необходимо знать только три формулы.
1.Для определения мощности – формулу мощности ветрового потока (от скорости ветра).
2.Для определения нагрузки на мачту – формулу ветровой нагрузки (от скорости ветра).
3.Для расчета винта – формулу связывающую угол наклона сечения лопасти и радиус.
И еще, необходимо знать скорость ветра, которая по формулам не считается. Придется изготовить простой анемометр.
Из неприятных моментов только один. Вам не удастся преобразовать в электричество более 10 процентов энергии, которую переносит ветер.
Предварительный расчет.
Радует, что энергия воздуха, перемещающаяся с определенной скоростью, легко вычисляется с помощью единственной формулы. Это формула кинетической энергии, где вставлена масса воздуха проходящая через сечение S, в течении одной секунды. Она в равной степени относится как к воздуху, так и к воде. Для последней необходимо подставить плотность воды (1000 кг/м.куб) и поучится мощность водяного потока, проходящая через площадь S.
Из формулы следует, что энергия потока жидкости или газа, проходящая через площадь S, со скоростью V, пропорциональна «кубу» скорости. Здесь S - площадь окружности, которую "описывает" кончик лопасти.
* Шум, который производят лопасти, пропорционален 5-й степени скорости. Поэтому быстроходные ветрогенераторы не могут быть тихими, независимо от конструкции.
Но формула остается формулой. Поэтому, попробуем подставить плотность воздуха и определить мощность, которая «гуляет» через один квадратный метр площади, при разных скоростях ветра.
* - для площадей 2 и 0,5 м.кв. , мощность и ветровую нагрузку необходимо умножить на 2 или 0,5 , соответственно.
** - в таблице, "Ветровая нагузка" учитывает допoлнительные факторы. Для неподвижных предметов (таких как мачта, растяжки) она будет в два раза меньшей.
Результат получается очень простой. У ветра, при скорости до 2 м/с –
очень мало энергии. Этого может хватить, что бы начать вращение
лопастей, но о генерировании полезной энергии не может быть и речи.
После 3 м/с генератор начинает производить полезную мощность, которая
увеличивается до скорости ветра 10 – 12 м/с. При больших скоростях
мощность увеличивается незначительно. За то, быстро увеличивается
ветровая нагрузка на лопасти, мачту и на крепление ветряка. В этом
случае, фраза Гидрометцентра «Ожидается ветер до 10 метров в секунду, с
порывами до 15 – 20 метров в секунду» выглядит почти угрожающе. 50
килограмм, котрые приложены к кончику 10-ти метровой мачты - это
действительно много.
Ветровая нагрузка полностью описывается
формулой выше. Она изменяется от максимума, когда лопасти свободно
вращаются в потоке воздуха, до минимума, когда лопасти остановлены.
Подставив в формулу фронтальную площадь лопастей получим ветровую
нагрузку на невращающиеся лопасти. Если подставить в формулу ометаемую
площадь лопастей, то получим, теоретическую, максимально возможную
ветровую нагрузку. Реальная нагрузка будет всегда меньше.
Что бы не гадать, проще воспользоваться таблицей, рекомендованной производителями ветрогенераторов.
******************** ТАБЛИЦА (надо перерисовать). *********************
Дополнение или обратная задача.
Если Вы купили ветрогенератор по цене "Сибирских Тушканчиков", а производитель убеждает Вас, что это "Шанхайские Барсы", то рано или поздно это захочется проверить. Последнее не сложно сделать, тем более, что две формулы, на этой странице - обратимые и по ним можно посчитать КПД пропеллера. Для этого воздушный винт необходимо раскрутить электродвигателем, измерить потребляемую мощность (в Ваттах) и тягу (в Ньютонах), которую он развивает. Наружный диаметр винта ("ометаемую поверхность") Вы знаете. Расчет, сведенный в одну формулу, находится здесь.
Гурманы могут рассчитать КПД пропеллеров этого квадракоптера (Atlas Human-Powered Helicopter), а остальные, после просмотра видео, оценить, как диаметр воздушных винтов влияет на подъемную силу. Кстати, расчет не получится "чистым", так как эта машина летает в зоне "экранного эффекта".
И для разнообразия.
Если захочется сделать модель воздушного винта, для экспериментов, то проще всего его склеить из пластин, которые сдвинуты с одинаковым шагом. Идея будет такая как на фото.
Остальное - как обычно. Прелесть заключается в том, что такой винт тяжело испортить, так как шаг уже задан сдвигом пластин.
01.11.2011/2017 SKootS
_
Make a free website with Yola