Преобразуването на вятърната енергия е един от начините да получите евтино електричество. Има много дизайни на вятърни турбини. Някои от тях са проектирани за максимална ефективност, други са непретенциозни при използване. Втората група включва ротора Savonius, създаден преди около 100 години, той все още се използва успешно за решаване на различни технически проблеми.
История на създаването
Сигурд Йоханес Савоний (1884 - 1931) - изобретател от Финландия, придобил известност с работата си по физика, свързана с изучаването на вятърната енергия. През живота си той получава няколко патента, които се използват не само за създаване на вятърни турбини, но и в корабостроенето, както и във вентилационните системи на съвременните железопътни вагони и автобуси.
Друг изобретател от Германия - Антон Флетнер (1888 - 1861) в началото на миналия век излезе с алтернатива на класическото платно, създавайки така наречения ротор на Flettner. Същността на изобретениетосе свежда до следното: въртящ се цилиндър, издухан от вятъра, получава сила, насочена в хоризонтална посока, надвишаваща 50 пъти силата на въздушния поток. Благодарение на това откритие са построени няколко кораба, които използват силата на вятъра за придвижване. За разлика от конвенционалните платноходки, тези плавателни съдове не бяха напълно енергийно независими. За въртене на ротора бяха необходими двигатели.
Размишлявайки върху платното на Флетнър, Савоний стигна до заключението, че вятърната енергия може да се използва и за въртенето му. През 1926 г. той разработва и патентова дизайна на отворен цилиндър с противоположно насочени остриета вътре.
Малко физика
Първо, малко теория. Всички забелязаха, че при каране на велосипед въздухът създава значително съпротивление при движение. И колкото по-висока е скоростта, толкова по-висока е тази стойност. Вторият фактор, влияещ на съпротивлението, е площта на напречното сечение на тялото, засегната от въздушния поток. Но има и трето количество, което е свързано с геометрията на тялото. Точно това се опитват да намалят дизайнерите на каросерията на автомобили, когато става въпрос за аеродинамика.
Например, можем да кажем, че три плочи с еднаква площ на напречното сечение, но с различни форми: вдлъбната, права и изпъкнала, ще имат много различен коефициент на съпротивление. За изпъкнала форма ще бъде 0,34, за права - 1,1, за вдлъбната - 1,33. Именно вдлъбнатата форма беше взета за лопатките на ротора Savonius. Той е признат за най-ефективния домакинвятърна енергия.
Принципът на работа на ротора Savonius
За разлика от платното на Флетнър, Савоний предложи цилиндърът да се раздели на две половини и да се преместят една спрямо друга, за да се получат лопатките и пространството между тях. Същността на идеята на Савоний беше, че въздушният поток, удрящ една лопатка, не просто отива встрани след това, а преминавайки през аксиалната междина, се пренасочва към втората лопатка, което значително увеличава ефекта на вятъра.
Този принцип на действие позволява на ротора Savonius да работи дори при слаб вятър.
Има няколко опции за профил:
- Остриетата са фиксирани върху оста по такъв начин, че между тях няма въздушна междина. Това е най-простата версия на многото описания на ротора Savonius.
- Основата на едното острие се вкарва в основата на другото. По линията на оста остава значителна празнина. Тази опция позволява на вятъра от едната половина на ротора да се премести към другата. По-ефективен профил.
- Също като втория вариант, само площта на остриетата се увеличава чрез добавяне на права плоча от вътрешната страна.
Обхват на приложение
През 60-те години на миналия век роторите Savonius се използват в железопътните вентилационни системи. Те са монтирани на покривите на вагоните. По време на движението роторът започна да се върти и да изпомпва въздух от улицата в стаята. Подобни системи бяха инсталирани и на автобуси.
Днес основното приложение на ротора е вътревятърни турбини с вертикална ос. Има редица подобни дизайни, които съчетават два фактора:
- вертикална ос на въртене;
- непретенциозност към посоката на ветровия поток.
В допълнение към вертикалните вятърни турбини има устройства с хоризонтална ос. Отличават се с голяма възвръщаемост със същата сила на вятъра. Конструктивно те приличат на лопатките на самолетни витла, разположени върху хоризонтална ос и имащи направляваща опашка за подравняване с вятъра.
Предимства на вятърната турбина Savonius
Въпреки факта, че вертикалните аксиални ротори на вятърните турбини губят ефективност спрямо хоризонталните аксиални ротори, те все още имат редица неоспорими предимства:
- Работа във всяка климатична зона. Поради малката си напречна площ, те не се страхуват от ураганни ветрове.
- Не изисквайте допълнителни устройства за тяхното стартиране. Поради вдлъбнатата форма на лопатките, изстрелването става при минимални стойности на вятъра- 0,3 m/s. Генераторът достига оптимални стойности при скорост на въздушния поток от 5 m/s.
- Поради ниското ниво на шум до 20 dB, вятърната мелница може да бъде инсталирана в непосредствена близост до корпуса, което е важно за генериране на електроенергия с ниска мощност и загуба на ток в проводниците.
- Не изисквайте конкретна посока на вятъра. Те започват да работят от въздушния поток, който върви под произволен ъгъл.
- Прост дизайн намалява разходите за поддръжка.
- Не е опасно за птици, които възприемат структурата като цяло и не се опитват да летят през остриетата.
Недостатъците на вертикалните вятърни турбини включват относително ниска ефективност, по-високи разходи за строителни материали, големи размери, необходими за постигане на необходимата мощност.
Как да си направим вятърна турбина със собствените си ръце
Да се направи устройство, което да осигури изцяло селска къща с електричество изглежда малко вероятно. Въпреки това, правенето на малка вятърна мелница за генериране на безплатно електричество, което осигурява работата на устройства с ниска мощност (помпа за напояване, улично осветление пред къщата, отваряне на автоматични порти) е по силите на всеки майстор. За това ще ви трябва:
- 3 алуминиеви листа със странична дължина 33 см, дебелина около 1 мм;
- дренажна тръба с диаметър 15 см и дължина 60 см;
- 4 см водопроводна тръба;
- електрически генератор (може да се използва кола);
- фитинги (стоманени ъгли, самонарезни винтове, гайки, болтове).
Инструкции за готвене
За да направите прост ротор Savonius, имате нужда от:
- Изрежете 3 диска с диаметър 33 см от алуминиеви листове.
- Изрежете водопроводна тръба с диаметър 15 см по оста, за да направите 2 заготовки за остриетата. След това изрежете всяко парче през средата. Така ще получите 4 еднакви остриета, дълги 30 см.
- Пробийте дупка в центъра на дисковете, през която можете да вкарате 4 см водопроводна тръба.
- Свържете трите диска с тръба и между тяхпоставете остриета. Две между два диска. Остриетата трябва да са ориентирани така, че ъгълът между осите им да е 90 градуса. Това ще позволи дори лек вятър да завърти генератора.
- Използвайте ъгли и самонарезни винтове, за да фиксирате остриетата върху алуминиеви джанти.
- Натиснете вала на генератора в долната част на тръбата, която е оста.
Вятърният генератор е готов. Остава само да изберете място за монтаж, което е достатъчно отворено за въздушни течения. Ако няма достатъчно вятър, тогава можете да направите висока мачта, върху която да поставите генератора.
Сглобяеми вертикални вятърни турбини
С развитието на алтернативната енергия има нарастващо търсене на продукти за автономно захранване. В момента на пазара има вятърни турбини руско производство, чиято цена започва от 60 хиляди рубли.
Тези уреди могат да се използват в частния сектор, отговаряйки на нуждите от електричество от 250 W до 250 kW.
