Przydomowe elektrownie wiatrowe

   

Nasze małe elektrownie wiatrowe są przeznaczone dla odbiorców indywidualnych i dla małych firm. Ze względu na możliwość montowania ich w bezpośrednim sąsiedztwie gospodarstw domowych są tak zaprojektowane, żeby były  nie  uciążliwe dla użytkowników i proste w obsłudze.

Dla łatwiejszego rozróżnienia modeli wprowadziliśmy oznaczenie typu elektrowni wiatrowych. Elektrownie HAWT (o poziomej osi obrotu) zwane też klasycznymi oznaczamy jako Y-type. Symbol Y sugeruje niejako 3 łopaty umieszczone do siebie pod kątem. Dla większej ilości łopat (5, 6) przyjęliśmy oznaczenie X-type. Pionowe elektrownie wiatrowe będą oznaczane M-Type w przypadku konstrukcji bazujących na rozwiązaniach Savoniusa (między innymi nasze elektrownie beczkowe), oraz H-type dla modeli z wykorzystaniem konstrukcji Darrieusa.

  
Uwaga! Turbina nie może pracować samodzielnie bez obciążenia tzn. bez podłączonego kontrolera (ewentualnie inwertera pełniącego między innymi funkcję kontrolera elektrowni wiatrowej). Kontroler na swym wyjściu generuje prąd stały (DC) i w przypadku, gdy występuje konieczność podłączenia do zestawu elektrowni wiatrowej odbiorników prądu zmiennego (czyli takiego jaki występuje w sieci domowej), należy skorzystać z przetwornicy (ewentualnie inwertera, który także posiada funkcjonalność przetwornicy).

Modele generatorów i ich specyfikacja

Raport generowanego hałasu (dB)

Uwaga! Pomiary wykonane zostały w odległości 12m od generatora przy pomocy miernika ręcznego. Prezentowane wyniki są średnią 3 pomiarów (tył, strona lewa, strona prawa) i zawierają także hałas generowany przez sam wiatr.

Jednym ze stereotypów powszechnie uznanych z przeszkodę w rozpowszechnieniu elektrowni wiatrowych jest hałas jaki one generują.

Rzeczywiście pracująca elektrownia wiatrowa może być źródłem hałasu. Należy jednak zdać sobie sprawę z faktu, że podczas silnego wiatru szumią drzewa (nikt z tego powodu nie wycina drzew!) a w czasie wichury czy burzy występują dźwięki o sile wielokrotnie większej niż szum kręcącego się wiatraka. Z naszych osobistych obserwacji wynika, że już z 30 m od generatora, przy słabym wietrze w ogóle nie słychać elektrowni, niewielki szum słychać przy dość silnym wietrze (to muzyka dla uszu, bo wtedy najwydajniej pracuje).
Przy bardzo silnym wietrze szum tła jest tak duży, że trudno rozpoznać, które ze źródeł generuje go najwięcej. Problem tak naprawdę może powstać jedynie w sytuacji nadwrażliwych uszu nielubianego sąsiada. Rysunek pokazuje zmierzone hałasy generowane przez generator i naturalny szum podczas wiatru.

Jak wynika z powyższej tabeli hałas pracującej elektrowni absolutnie nie jest dokuczliwy. W praktyce kiedy wieje słaby wiatr to elektrownia pracuje naprawdę bardzo cicho. Dźwięki do 30dB są na poziomie szeptu. W przypadku średnich wiatrów dźwięk pracującego generatora minimalnie wyróżnia się z naturalnego hałasu otoczenia.  50dB to tyle co głośna rozmowa. Kiedy naprawdę zaczyna mocno wiać to wszystko wokoło tak szumi, że hałasu wytwarzanego przez samą elektrownię wiatrową w ogóle nie słychać. Ginie ona w tle innych dźwięków. Tak dla lepszego zobrazowania można powiedzieć, że zaobserwowany przez nas rzeczywisty dźwięk wytwarzany przez elektrownię wiatrową przy najsilniejszym wierze (65dB) był mniejszy niż hałas jaki wytwarzał pojedynczo przejeżdżający samochód w odległości 30m.

Poglądowy schemat połączeń kontrolera

Każde urządzenie pracujące wymaga jakiegoś systemu sterownia. W przypadku elektrowni wiatrowej tym urządzeniem jest kontroler, zwany również regulatorem ładowania. W rzeczywistości najczęściej porządny kontroler pełni szereg dodatkowych funkcji poza regulowaniem ładowania. Podstawowy kontroler zapewnia ładowanie akumulatorów do zadanego stanu napięcia. Może być wyposażony we wskaźniki prądu i napięcia ładowania oraz możliwość podłączenia fotoogniw jako alternatywnego zasilania. Kontroler może być uzbrojony także w kilka czujników mierzących np siłę i kierunek wiatru, temperaturę generatora itp. Niektóre zaawansowane kontrolery wyposażone są w funkcję podbijania napięcia generatora umożliwiając nawet w czasie słabego wiatru ładowanie akumulatorów.

Uwaga! Wejścia panelu solarnego i złącze sterowania występują opcjonalnie w zależności od modelu kontrolera, w kontrolerach o mocy 3kW i powyżej występuje standardowo.

Modele i specyfikacja kontrolerów

Parametr	300W	500W	1KW	2KW	3KW	5KW	10KW	20KW
Moc (W)	300	500	1000	2000	5000	5000	10000	18000
Napięcie znamionowe akumulatorów (V)	24	24	48	120	240	240	240	360
Napięcie ładowania (V)	30	30	60	150	300	300	300	450
Napięcie max / wznowienie (V)	30/28	30/28	60/56	150/140	300/280	300/280	300/280	450/420
Napięcie min / wznowienie (V)	21/24	21/24	42/48	105/120	210/240	210/240	210/240	315/360
Masa (kg)	1	2	8	10	13	52	67	75

 

Produkcja energii

Elektrownia wiatrowa może wytworzyć tylko tyle energii ile odbierze od wiatru. Mylnym jest przekonanie,  że elektrownia wiatrowa o mocy znamionowej powiedzmy 3kW, tyle właśnie  mocy zawsze wytwarza. Zrozumiałym jest przecież, że jeżeli nie ma wiatru to elektrownia nie jest w stanie wyprodukować żadnego prądu. Przy małej prędkości wiatru tej energii będzie mało a przy dużej dużo. Jak więc policzyć ile faktycznie prądu wytworzy elektrownia wiatrowa? Od razu odpowiadamy, że opieranie się tylko na średniej prędkości wiatru jest niewłaściwym podejściem.

 

DLACZEGO? Otóż gdyby tylko przyjść średnią prędkość wiatru, to wyjdzie wynik nieprawdziwy, zaniżony. W rzeczywistości bowiem w ciągu okresu pracy występują wiatry o większej i mniejszej sile. Te o mniejszej sile są mało znaczące. Te o większej sile mogą umożliwić wyprodukowanie kilka razy więcej energii niż to wynika tylko ze średniej prędkości. Damy taki przykład: dla uproszczenia powiedzmy, że w danym okresie jest 50% dni bez wiatru i 50% dni z prędkością wiatru 10m/s. Średnia jak by nie patrzeć 5m/s. Proszę teraz z tabeli odczytać dla dowolnej elektrowni wiatrowej  ile teoretycznie ona wyprodukuje mocy przy 5m/s. Teraz proszę odczytać z tabeli ile ta sama elektrownia wytworzy mocy przy prędkości wiatru 10m/s i podzielić to na połowę (ponieważ tylko połowę czasu pracowała w takich warunkach). I co wychodzi? Jak to możliwe? Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem prędkości wiatru ilość wytworzonej energii rośnie bardziej niż prędkość wiatru. Dlatego dla prawidłowego pomiaru należy uwzględnić ilość dni (dla dokładniejszych obliczeń ilość godzin), w których będzie określona prędkość wiatru i zsumować dla tych małych okresów ilość wytworzonej energii.  Może powstać też pytanie dlaczego przy dużych prędkościach wiatru (powyżej 14m/s) nasze elektrownie wiatrowe pracują mniejszą mocą. Spowodowane jest to ograniczeniami konstrukcyjnymi. Elektrownia musi dobrze pracować już przy małej prędkości wiatru, w warunkach jakie występują w Polsce najczęściej. Przy większych prędkościach wiatru elektrownia ma za zadanie przede wszystkim przetrwać (energia wiatru jest zbyt duża) i wówczas nie może już efektywnie produkować prądu.

 

Tabela produkcji energii w ciągu roku w zależności od prędkości wiatru (kWh)

Prędkość wiatru (m/s)	300W	500W	1kW	2kW	3kW	5kW	10kW	20kW
4	149	1 051	1 472	2 943	3 092	5 151	5 606	10 100
4,5	184	1 279	1 787	3 574	3 697	6 158	7 980	12 071
5	219	1 498	2 102	4 205	4 415	7 358	10 950	14 428
5,5	263	1 822	2 558	5 107	5 282	8 795	14 577	17 248
6	307	2 146	3 005	6 009	6 307	10 512	18 922	20 612
6,5	377	2 610	3 653	7 297	7 542	12 571	24 055	24 633
7	438	3 066	4 292	8 585	9 014	15 023	30 047	29 442
7,5	534	3 723	5 212	10 424	10 775	17 958	36 958	35 198
8	631	4 380	6 132	12 264	12 877	21 462	44 851	42 066
8,5	771	4 669	7 446	14 892	15 391	25 649	53 795	50 274
9	902	4 949	8 760	17 520	18 396	30 660	63 860	60 094
9,5	1 095	5 274	9 373	18 746	21 988	36 643	75 108	71 823
10	1 288	5 589	9 986	19 973	26 280	43 800	87 600	85 848
10,5	1 568	5 326	10 687	21 374	29 915	48 749	96 150	102 606
11	1 840	5 055	11 388	22 767	32 412	51 500	102 580	122 640
11,5	2 234	4 555	12 185	24 362	34 164	53 637	106 951	146 581
12	2 628	4 047	12 982	25 956	35 040	54 408	107 573	175 200
12,5	2 865	3 644	10 643	21 287	24 633	42 775	68 433	198 029
13	3 101	3 232	8 304	16 609	27 717	45 648	76 983	222 749
13,5	3 381	2 917	7 481	14 953	30 161	48 565	83 588	127 221
14	3 662	2 593	6 649	13 289	32 412	50 116	87 390	141 886
14,5	3 995	2 330	5 983	11 966	33 288	51 439	89 299	157 636
15	4 319	2 067	5 317	10 635	15 076	29 565	59 130	174 517
15,5	3 539	1 822	4 783	9 575	16 635	32 622	65 244	192 554
16	2 759	1 577	4 249	8 506	18 300	35 881	70 886	91 367
16,5	2 488	1 183	3 749	7 499	20 069	39 350	75 196	100 197
17	2 208	788	3 241	6 491	21 953	43 038	79 068	109 588
17,5	1 989	596	2 435	4 871	23 941	46 945	81 634	119 548
18	1 770	394	1 621	3 241	0	0	0	130 086
18,5	1 594	298	1 218	2 435	0	0	0	141 229
19	1 419	201	815	1 621	0	0	0	152 993
19,5	1 139	105	613	1 218	0	0	0	165 389
20	858	0	403	815	0	0	0	0

 

Tabela generowanej mocy chwilowej w zależności od prędkości wiatru (W)

Prędkość wiatru (m/s)	300W	500W	1kW	2kW	3kW	5kW	10kW	20kW
4	17	120	168	336	353	588	640	1 153
4,5	21	146	204	408	422	703	911	1 378
5	25	171	240	480	504	840	1 250	1 647
5,5	30	208	292	583	603	1 004	1 664	1 969
6	35	245	343	686	720	1 200	2 160	2 353
6,5	43	298	417	833	861	1 435	2 746	2 812
7	50	350	490	980	1 029	1 715	3 430	3 361
7,5	61	425	595	1 190	1 230	2 050	4 219	4 018
8	72	500	700	1 400	1 470	2 450	5 120	4 802
8,5	88	533	850	1 700	1 757	2 928	6 141	5 739
9	103	565	1 000	2 000	2 100	3 500	7 290	6 860
9,5	125	602	1 070	2 140	2 510	4 183	8 574	8 199
10	147	638	1 140	2 280	3 000	5 000	10 000	9 800
10,5	179	608	1 220	2 440	3 415	5 565	10 976	11 713
11	210	577	1 300	2 599	3 700	5 879	11 710	14 000
11,5	255	520	1 391	2 781	3 900	6 123	12 209	16 733
12	300	462	1 482	2 963	4 000	6 211	12 280	20 000
12,5	327	416	1 215	2 430	2 812	4 883	7 812	22 606
13	354	369	948	1 896	3 164	5 211	8 788	25 428
13,5	386	333	854	1 707	3 443	5 544	9 542	14 523
14	418	296	759	1 517	3 700	5 721	9 976	16 197
14,5	456	266	683	1 366	3 800	5 872	10 194	17 995
15	493	236	607	1 214	1 721	3 375	6 750	19 922
15,5	404	208	546	1 093	1 899	3 724	7 448	21 981
16	315	180	485	971	2 089	4 096	8 092	10 430
16,5	284	135	428	856	2 291	4 492	8 584	11 438
17	252	90	370	741	2 506	4 913	9 026	12 510
17,5	227	68	278	556	2 733	5 359	9 319	13 647
18	202	45	185	370	0	0	0	14 850
18,5	182	34	139	278	0	0	0	16 122
19	162	23	93	185	0	0	0	17 465
19,5	130	12	70	139	0	0	0	18 880
20	98	0	46	93	0	0	0	0