4.1 Ветровая энергия. На что можно расчитывать?
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.
Есть и дополнительные параметры. К примеру, мачта с системой растяжек для генератора с диаметром лопастей 1,2 метра, должна выдерживать не менее 68 килограмм (силы) в любом направлении. Последнее лучше уточнить на сайте производителя.
Что дальше?
В формулах выше, главным «неизвестным» является скорость ветра. При чем, нас интересует скорость ветра непосредственно в том месте, где мы планируем расположить ветрогенератор. Использовать данные Гидрометцентра – это смешно. Они погоду угадывать не научились, а тут ветер, который постоянно меняется. В дополнение, они предсказывают скорость ветра на высоте 50 метров, что проверить практически невозможно.
Тем не менее, отличным источником текущих погодных условий является метеослужба ближайшего аэропорта. На частоте около 120 МГц, с амплитудной модуляцией, она постоянно передает текущую погоду, в том числе направление и скорость ветра на разных высотах. Но не у всех есть рядом аэропорт.
Проблема, с измерением скорости ветра, решается довольно просто. Из всего нехитрого метеорологического оборудования нам понадобится только анемометр, который легко изготовить самостоятельно. О том как это сделать просто, быстро и бесплатно (или почти бесплатно), пойдет речь на следующей странице.
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