Elektrownia wiatrowa - cz. II

0
Przydomowa elektrownia wiatrowa
Przydomowa elektrownia wiatrowa przekształca energię wiatru na przydatną do zastosowań domowych energię elektryczną.

Przydomowa elektrownia wiatrowa przekształca energię wiatru na przydatną do zastosowań domowych energię elektryczną. Uzupełnia działanie sieci energetycznej lub pracuje w miejscach, gdzie takiej sieci nie ma. Nad kierunkiem i intensywnością wiatru nie można zapanować, więc wytworzoną energię należy nie tylko wykorzystywać bezpośrednio, ale i magazynować.

Najbardziej ekonomiczne rozwiązanie to wytwarzanie prądu przemiennego, zsynchronizowanego z prądem sieciowym. W nowoczesnych turbinach synchronizacja zapewniona jest przez układ automatyki.

Zalety przydomowej elektrowni wiatrowej:

  • przy „dobrych wiatrach” wytworzony prąd może bezpośrednio zasilać instalację domową i całkowicie lub częściowo zastąpić prąd pobierany z sieci;
  • przy „bardzo dobrych wiatrach” część prądu jest kierowana do instalacji (zgodnie z zapotrzebowaniem danego obiektu na prąd), natomiast nadwyżka, po przekształceniu na prąd stały, może zostać zmagazynowana i wykorzystana podczas dni bezwietrznych.

Przeczytaj też: Elektrownia wiatrowa cz. I

Skąd się bierze prąd?

Napędzane przez wiatr łopatki obracają się z pewną prędkością obrotową. Ilość obrotów wirnika jest odczytywana przez układ przetwornikowy (umieszczony w głowicy wirnika) i przeliczana na prąd elektryczny. Wirnik turbiny przekształca energię wiatru w energię mechaniczną, napędza generator prądu. Może on zasilać instalację domową lub umożliwiać ładowanie akumulatora (magazynu energii) aż do stanu nasycenia – wówczas ładowanie jest przerywane. Kiedy część zmagazynowanej energii zostaje zużyta, proces ładowania rozpoczyna się ponownie.

Najważniejsze dla dobrej pracy przydomowej elektrowni wiatrowej są:

  • odpowiednia budowa wirnika, a szczególnie kształt łopatek, decydujące o efektywnym wykorzystaniu energii wiatru;
  • alternator (generator), który wytwarza prąd zmienny bez marnowania energii, nie nagrzewa się (dzięki czemu jest bardziej trwały) i pracuje bezawaryjnie;
  • sprawny układ elektroniki (prostownik, regulator), zapewniający przekształcenie prądu zmiennego na prąd stały z bardzo małymi stratami;
  • zaawansowane elementy kontrolne, które zapewnią skuteczną, bezpieczną i stabilną pracę (kontrola prędkości obrotowej łopatek, kontrola zapotrzebowania na prąd, kontrola stanu akumulatora);
  • akumulator, w którym będzie można magazynować energię.

Elektrownie wiatrowe mają pięć trybów pracy (stanów), które charakteryzują się odpowiednimi prędkościami obrotowymi oraz typowymi zachowaniami alternatora i akumulatora.

  • stan jałowy – turbina odłączona jest od akumulatorów, a generator pracuje bez obciążenia. Jest to bardzo niepożądany tryb pracy, turbina jest wyhamowywana, a jej możliwości są marnowane;
  • ładowanie (normalny stan obciążenia) – turbina podłączona jest do akumulatora, który wymaga ładowania. Łopatki turbiny obracają się zgodnie z prędkością wiatru, a jego energia jest przekształcana na energię elektryczną;
  • stan nasycenia (regulacji) – kończy się ładowanie akumulatora, gdyż jego napięcie osiąga wartość zadaną. Układ regulacji powoduje, że niezależnie od prędkości wiatru łopatki obracają się coraz wolniej, aż wreszcie zatrzymują się;
  • hamowanie – jeśli prędkość obrotowa turbiny przekroczy wartość bezpieczną, regulator powoduje zmniejszenie tej prędkości aż do zatrzymania. Tryb hamowania pojawia się zazwyczaj przy zbyt dużej prędkości wiatru;
  • zatrzymanie – osiągane dzięki zwarciu lub ręcznemu zatrzymaniu turbiny za pomocą odpowiedniego przełącznika. Prędkość obrotowa łopatek jest bardzo mała – jak dla wiatru o prędkości mniejszej od prędkości startowej – nie ma produkcji energii.
    Stan regulacji i hamowania powinien być sygnalizowany przez sygnały świetlne (najczęściej diody LED).

Dowiedz się też: Jakie są koszty eksploatacji pompy ciepła i jak je obniżyć

Jak wybierać turbinę wiatrową?
Podstawowym parametrem jest moc nominalna w [kW] – moc, którą osiągnie turbina przy określonej prędkości wiatru (np. 10 m/s). Aby zobaczyć, jak zachowa się turbina przy innych prędkościach wiatru, należy przestudiować charakterystykę turbiny, czyli wykres zależności mocy od prędkości wiatru. Wraz z mocą, której może dostarczyć mała elektrownia przydomowa, rosną z jednej strony możliwości oszczędzania energii elektrycznej, ale też i wymiary turbiny (średnica wirnika, ciężar, wymagana wysokość masztu) oraz oczywiście cena.

Wybór rozwiązania optymalnego, rozwiązania „na miarę” jest sprawą indywidualną i wymaga uwzględnienia szeregu czynników. Powinien zostać uzgodniony z projektantem, który zaproponuje nie tylko moc nominalną, ale też pomoże określić możliwe zyski w skali roku. Nasz wybór, często wspomagany przez projektanta, powinien opierać się także o cechy, którymi charakteryzują się poszczególne elementy elektrowni.

Na co zwrócić uwagę, wybierając turbinę wiatrową:

  • prędkość startowa (określana czasem jako „rozruch”) w m/s – powinna mieścić się w przedziale 2-4 m/s. Zbyt niska wartość może się wydać kusząca, ale jednocześnie powinna wzbudzić nieufność inwestora;
  • kąt natarcia łopatki w stopniach – im wyższy, tym mniejsza prędkość startowa, bardziej stabilna i cicha praca oraz zabezpieczenie przed drganiami;
  • materiał korpusu wirnika – powinien być wykonany z materiału o dużej wytrzymałości i wysokiej izolacyjności. Najlepiej sprawdzają się korpusy aluminiowe lub z laminatu poliestrowo-szklanego;
  • ułożyskowanie kierunkowe – jeśli producent zapewnia ten typ ułożyskowania korpusu turbiny, oznacza to, że praca turbiny jest w mniejszym stopniu zależna od kierunku wiatru – korpus dostosowuje się do aktualnego kierunku;
  • elektronika – czy dostępne są funkcje: kontroli silnych wiatrów, regulacji napięcia, zwiększenia napięcia przy małej prędkości obrotowej.

Nasze zyski i nakłady

Trwałość przydomowej elektrowni wiatrowej to około 20-25 lat. Gwarancja producenta (od roku do pięciu lat, najczęściej trzy) zazwyczaj obejmuje turbinę. Powinniśmy dowiedzieć się, jakie są warunki gwarancji na montaż (oczywiście przeprowadzony przez autoryzowaną ekipę). Jak w przypadku wielu urządzeń, gwarancja wygasa w razie ingerencji użytkownika w system.

Jak określić możliwy zysk w kWh z turbiny wiatrowej? 

Ilość godzin w roku to 24 · 365 = 8760. Jeśli przemnożymy tę wartość przez moc nominalną, uzyskamy informację, jaki byłby nasz zysk, gdyby non stop wiał wiatr o optymalnym kierunku i prędkości właściwej dla mocy nominalnej. Ponieważ jest to warunek nie do spełnienia, należy założyć, że osiągniemy od 10 do 25% tej wartości. Jest to oczywiście wartość szacunkowa.

Konserwacja i eksploatacja turbiny wiatrowej

Przydomowa elektrownia wiatrowa wymaga przeglądu i kontroli. Najbezpieczniej dokonywać przeglądu raz do roku, choć producent powinien określić zalecaną częstotliwość kontroli. Po pewnym okresie użytkowania konieczna jest wymiana niektórych części i urządzeń. Ich żywotność również powinna być zadeklarowana przez producenta, pamiętajmy jednak, że w dużej mierze zależy od eksploatacji.

Oceń artykuł
4,50 / 4 głosów
Co sądzisz na ten temat
Zaloguj się i skomentuj pierwszy

Opracowanie: Ewa Kulesza

Polecamy Ci również

Zobacz także