Gerador eólico para residência particular: dispositivo, tipos, análise das melhores ofertas

Os moinhos de vento há muito deixaram de ser uma novidade exótica e agora são considerados uma das possíveis opções de poupança.Os fluxos de ar sobre a superfície terrestre transportam uma enorme quantidade de energia, que atualmente é utilizada com sucesso em turbinas eólicas industriais e pequenas turbinas eólicas para uso privado.

Diremos como escolher a instalação correta e tecnicamente competente de um gerador eólico para uma residência particular. Nosso artigo proposto descreve as regras para montagem e operação de miniusinas. Os compradores interessados ​​​​recebem recomendações sobre sua escolha e uma classificação dos modelos populares é fornecida.

Projeto e princípio de operação de turbinas eólicas

Os geradores eólicos são dispositivos especiais que transformam a energia cinética do vento em energia elétrica. São fontes independentes de eletricidade excelentes para instalação em edifícios residenciais privados, pequenas e médias fazendas e bases de produção.

O projeto de uma minicentral elétrica padrão para uso doméstico inclui os seguintes elementos funcionais:

1. Lâminas aerodinamicamente moldado para pegar o vento.
2. Gerador para produzir corrente alternada.
3. Controlador para controle automático de um parque eólico. Permite regular o carregamento da bateria e distribuir fluxos de energia entre dispositivos.
4. Dispositivo de armazenamento. Baterias especiais para armazenar a eletricidade gerada.
5. Inversor trazer os parâmetros da energia gerada aos padrões da rede.
6. Mastro, elevando as lâminas a uma certa altura acima do nível do solo.

Existem diferentes tipos de mastros: independentes, sem cabos de sustentação, rigidamente fixados e giratórios sobre estantes. Este último pode ser baixado e elevado para manutenção, bem como para trabalhos de reparação e restauro.

Sob a influência do vento, as pás montadas no eixo do gerador começam a girar, auxiliando na partida do rotor. Como resultado, a energia cinética dos fluxos de ar é convertida em energia mecânica e depois em energia elétrica. Esta é a aparência de um diagrama altamente simplificado de como funciona um moinho de vento:

Na realidade, a energia de um parque eólico não flui diretamente para o consumidor. O sistema deve estar conectado a dispositivos especiais para conversão de corrente elétrica.

Um controlador é colocado no circuito após o gerador. Ele converte corrente alternada em corrente contínua. Dessa forma, a eletricidade é acumulada e armazenada em baterias e, a partir delas, por meio de um inversor, que transforma corrente contínua em corrente alternada, a energia é fornecida à rede elétrica privada.

Este esquema permite suavizar a instabilidade de tensão, bem como acumular energia durante períodos de ausência total de consumo. E isso, por sua vez, possibilita a utilização de geradores eólicos de menor potência que a potência total dos eletrodomésticos.

Durante a conversão da corrente elétrica de acordo com o esquema AC-DC-AC, ocorrem certas perdas de energia, que chegam a aproximadamente 20%

Juntamente com uma estação eólica autônoma, é possível instalar módulos solares e geradores de combustível.

Se vários dispositivos forem usados ​​​​ao mesmo tempo para gerar eletricidade, o circuito é complementado com outro elemento - um disjuntor automático (ABP). É necessário que ao desligar uma fonte de energia alternativa, outra, de reserva, seja acionada.

Os parques eólicos modernos usam vários designs de rotores - peças rotativas. Eles têm suas vantagens e desvantagens, diferentes eficiências e funcionalidades. Atualmente, existem muitos desenvolvimentos de sistemas autônomos capazes de interagir com ventos de diferentes velocidades e intensidades.

Tipos de usinas eólicas

Com base no tipo de consumidor, é feita uma distinção entre geradores eólicos autónomos e instalações alimentadas por rede. Os primeiros fornecem energia a consumidores distantes das redes elétricas centrais.

Os segundos podem numerar várias dezenas/centenas de turbinas eólicas, que formam um único sistema e fornecem energia a uma rede comum. A potência das unidades autônomas raramente ultrapassa 75 kW, enquanto a potência das instalações de rede começa em 100 kW.

Dependendo do tipo de construção, os geradores eólicos são diferenciados:

• Com vertical eixo de rotação;
• Com horizontal eixo de rotação.

Esses dispositivos são utilizados para diferentes condições de operação, mas os mais comuns são os modelos com eixo horizontal. Eles funcionam como cata-ventos normais e têm uma estrutura semelhante. O eixo do rotor gira paralelamente à superfície da Terra.

Tais unidades são caracterizadas por alta eficiência (cerca de 40%), ajuste de potência simples e preço mais acessível, mas também são caracterizadas por altos níveis de ruído e vibração gerados.Além disso, devem estar orientados na direção do vento.

Para instalar um moinho de vento com rotor horizontal são necessários aproximadamente 120 m de espaço livre e um mastro com altura de pelo menos 8 m

Os geradores eólicos com eixo de rotação vertical possuem um design mais compacto e são menos suscetíveis a fatores ambientais.

Em dispositivos deste tipo, a turbina está localizada perpendicularmente ao plano da Terra. Essas estruturas são lançadas mesmo com vento fraco e não dependem da direção do fluxo de ar.

O baixo nível de ruído (até 30 dB) permite a instalação de aerogeradores verticais nas coberturas dos edifícios

No entanto, há também uma desvantagem significativa - a eficiência de tais geradores é de apenas 15%. Além disso, são mais caros que os modelos de eixo horizontal.

Os modelos de geradores eólicos diferem entre si não apenas na localização do eixo de rotação, mas também:

• número de lâminas – existem moinhos de vento com duas e três pás, e também existem modificações com múltiplas pás;
• materiais para fabricação de peças funcionais – com vela e lâminas rígidas;
• passo da hélice – ajustável ou fixo.

Os moinhos estacionários de múltiplas pás começam a girar mesmo com ventos fracos, mas os dispositivos de duas e três pás requerem ventos mais fortes para operar. Ao mesmo tempo, cada lâmina adicional no projeto cria mais resistência à roda, tornando mais difícil atingir a velocidade operacional padrão do gerador.

Dependendo do material de fabricação pás para turbinas eólicas, certas dificuldades podem surgir no seu trabalho. Os elementos de vela são mais fáceis de fabricar e, portanto, custam menos.

Mas se for necessário garantir o funcionamento confiável de um aerogerador para alimentação autônoma, vale a pena dar preferência a estruturas com pás rígidas em metal ou fibra de vidro reforçada.

Quanto ao passo da hélice, aqui também as coisas não são tão simples. O passo variável permite expandir significativamente a faixa de velocidades efetivas para operar um parque eólico, e isso é uma grande vantagem. Mas, ao mesmo tempo, tal mecanismo reduz a confiabilidade geral da instalação estacionária e torna significativamente a roda eólica mais pesada, complicando a operação da unidade.

A viabilidade de instalação de um gerador eólico

As pequenas centrais eólicas são hoje amplamente utilizadas como fontes alternativas de eletricidade, o que permite obter poupanças reais.

Esses dispositivos geralmente são instalados em chalés de verão, em áreas distantes das principais redes elétricas. Mas esta não é a única razão pela qual as pessoas preferem cada vez mais estruturas deste tipo.

Proprietários de terrenos utilizam com sucesso geradores eólicos para alcançar autonomia completa e economias de energia significativas

No entanto, nem todas as áreas são adequadas para a instalação de uma turbina eólica. Para que a miniusina funcione plenamente durante a vida útil declarada pelo fabricante, as condições climáticas da área devem atender aos requisitos de equipamentos especiais.

A velocidade média do vento não deve ser inferior a 4,5-5 m/s. Só neste caso a instalação de uma estrutura com aerogerador será economicamente justificada.

Para descobrir dados aproximados sobre a velocidade média anual do vento por região, você precisa visualizar um mapa de vento especial.Informações mais precisas podem ser obtidas usando um anemômetro e um dispositivo de leitura de sinais.

O sistema de medição deve ser instalado em uma altitude elevada para que edifícios e árvores próximos não distorçam os resultados.

Se você decidir instalar um mini parque eólico em sua casa, pense também no espaço disponível. Ao mesmo tempo, é necessário levar em conta que o vento deve “caminhar” de forma absolutamente livre ao longo das pás e, sem obstáculos em seu caminho, alcançá-las por diferentes lados.

É por isso que o local ideal para instalar uma turbina eólica é considerado o topo de morros, onde as massas de ar são compactadas com o correspondente aumento da pressão e da velocidade do vento. As regiões marinhas e a zona de estepe também são consideradas adequadas.

Para obter todos os benefícios de uma turbina eólica, ela deve ser instalada em um local onde não haja árvores ou edifícios altos.

Quaisquer obstáculos num raio de 250 m afetarão operação de gerador eólico. Para obter indicadores de eficiência máxima, é necessário instalar o eixo da turbina acima do nível dos obstáculos em pelo menos 4-5 m.

Regras de seleção de equipamentos

A seleção de um gerador eólico para sua casa deve ser abordada com responsabilidade.

Você precisa coletar informações básicas com antecedência:

1. Calcule a quantidade nominal e máxima de eletricidade para atender às necessidades da casa.
2. Veja a velocidade média anual do vento em sua área para determinar quando seu moinho estará ocioso.
3. Leve em consideração as características climáticas da região. Se houver geadas severas no inverno, não valerá a pena instalar um parque eólico.
4. Descubra a intensidade do ruído criado quando os geradores eólicos operam.
5. Compare as características técnicas dos dispositivos de diferentes fabricantes.

A seleção dos elementos funcionais componentes de uma usina eólica é realizada de acordo com o valor da potência nominal. Neste caso, a velocidade nominal do vento também desempenha um papel - os valores nos quais o gerador eólico gera a quantidade calculada de energia elétrica.

Se a instalação produz potência máxima a uma velocidade do vento de 11 m/s, e na sua área a média chega a 4,5 m/s, o aerogerador não produzirá a quantidade de energia declarada pelo fabricante

É preciso também atentar para o fato de que a potência de um gerador eólico depende do diâmetro da roda formada pelas pás. Se o tamanho for duplicado, o moinho de vento produzirá 4 vezes mais eletricidade com a mesma velocidade do vento.

A capacidade das baterias também é importante. Se não houver vento, eles deverão ter energia suficiente para abastecer a casa.

É preferível confiar a instalação de uma minicentral eólica privada a uma empresa especializada na realização deste tipo de trabalho. O principal objetivo é garantir a máxima segurança. O projeto geral da turbina eólica deve ser garantido para permanecer estável mesmo em condições climáticas extremas

Modelos de geradores eólicos de baixa potência com mastros leves e baixos podem ser instalados de forma independente. O suporte central deve ser montado sobre uma fundação de concreto armado. Para estabilidade lateral da estrutura, são utilizadas 3-4 estrias.

Preços aproximados e retorno financeiro dos geradores eólicos

A popularidade das turbinas eólicas cresce a cada dia. São benéficos para equipar chalés grandes e caros, cuja manutenção requer muita energia elétrica.

É aconselhável instalar turbinas eólicas em áreas povoadas onde não haja fornecimento de energia centralizado ou onde o fornecimento de energia seja constantemente interrompido.

É nesses casos que virão em socorro os geradores eólicos, cuja utilização apresenta uma série de vantagens:

• transformação da energia do fluxo de ar em eletricidade gratuita;
• segurança ambiental das turbinas eólicas;
• ausência de matérias-primas e resíduos na produção de eletricidade;
• desgaste mínimo de peças funcionais;
• longa vida útil - 25-30 anos;
• não há necessidade de monitorar constantemente o funcionamento do parque eólico.

As desvantagens incluem variabilidade e imprevisibilidade da força do vento. Para minimizar as perdas, é necessário duplicar a fonte ou instalar um buffer adicional para armazenamento de energia. Além disso, uma roda eólica giratória representa uma ameaça potencial para os pássaros voadores.

As centrais eólicas criam um ruído comparável ao ruído dos veículos quando conduzem a uma velocidade de cerca de 70 km/h. O aumento dos níveis de ruído não apenas assusta os animais, mas também causa desconforto às pessoas

Outra desvantagem significativa das turbinas eólicas para uso doméstico é o seu alto custo. Essas estruturas volumosas são feitas de materiais caros e incluem um controlador, baterias, uma instalação de inversor e um mastro.

Deve-se notar que os geradores eólicos domésticos de fabricantes russos, bem como as turbinas eólicas de alta qualidade produzidas na China, são muito mais baratos do que os seus homólogos europeus. O custo das turbinas eólicas domésticas de eixo vertical com potência nominal de até 2 kW varia na faixa de US$ 1.300-2.500.

Mas com esse preço o pacote inclui apenas um gerador com pás.Os restantes equipamentos deverão ser adquiridos separadamente ou Faça Você Mesmo. Instalações completas custam aproximadamente 40-50% mais.

O preço dos parques eólicos para uso doméstico com potência de 3 kW a 7 kW é muito mais elevado. Esses geradores com equipamentos associados custarão ao comprador entre US$ 5.000 e US$ 12.000.

Atualmente, o uso de turbinas eólicas como alternativa ao fornecimento centralizado de energia não é rentável devido ao alto custo dos equipamentos

E mesmo quando há interrupções no fornecimento de energia elétrica da rede, nem sempre é aconselhável instalar um gerador eólico. Será mais fácil e barato instalar um sistema de alimentação ininterrupta baseado em baterias industriais em combinação com um UPS.

Faz sentido instalar uma usina eólica em locais onde o acesso a um fornecimento centralizado de energia é completamente ausente. O período de retorno neste caso é de 25 anos.

Antes de adquirir componentes para montagem e instalação de um gerador eólico, é aconselhável realizar cálculos usando fórmulasfornecido em nosso artigo recomendado. Aqui você encontrará a ordem e as regras para realização de cálculos.

Revisão das melhores marcas e instalações

O mercado russo de geradores eólicos oferece dispositivos confiáveis ​​​​e relativamente baratos de marcas nacionais e modelos de turbinas eólicas de fabricantes estrangeiros que variam em funcionalidade. Para decidir a escolha da instalação para sua casa, é necessário comparar as características das diferentes unidades.

Nº 1 - geradores eólicos Condor Home (Rússia)

Uma série de turbinas eólicas para uso doméstico inclui dispositivos com potência de 0,5 a 5 kW. Eles podem servir como fonte principal de eletricidade ou adicional.As estações Home Condor estão adaptadas para operar em condições de baixas temperaturas e são capazes de produzir energia mesmo com ventos fracos.

Dependendo do modelo, a carcaça do gerador é de plástico ou alumínio fundido, as pás são de fibra de vidro. Existe um sistema de travagem duplo eficaz. O mastro é composto, sobre cabos de sustentação, e tem altura de 8 a 12 m. Para instalar essas unidades é necessária uma estaca ou fundação de concreto.

Os geradores eólicos domésticos Condor Home são produtos totalmente prontos que não requerem conhecimentos especiais ou habilidades técnicas para operar. Os dispositivos são projetados para eletrificação de edifícios independentes e pequenos assentamentos como parte de usinas eólicas

O pacote básico inclui um mastro e cabos de sustentação, um gerador, um rotor e pás, um controlador de carga e fixadores.

Nº 2 - Minicentrais Falcon Euro (Rússia)

São geradores eólicos de eixo vertical de alta tecnologia com potência de 1 a 15 kW. Eles são usados ​​para fornecimento de energia primária/reserva para consumidores distantes das linhas de energia. Pode ser utilizado como parte de um complexo com painéis solares e gerador de combustível.

Os moinhos de vento são equipados com poderosos ímãs de neodímio. A velocidade inicial do vento para iniciar a instalação é de 1,5 m/s, a velocidade nominal é de 11 m/s. O freio aerodinâmico instalado ajuda a limitar a velocidade das rodas. A vida útil declarada pelo fabricante é de 20 anos, a garantia de fábrica da miniusina é de 36 meses.

Os geradores eólicos Falcon Euro são confiáveis ​​na operação e despretensiosos na manutenção. Com a ajuda de dispositivos desta série é fácil resolver os problemas de fornecimento de energia de instalações locais e insulares

O kit básico de instalação do Falcon Euro inclui vários elementos funcionais: uma roda eólica, um gerador e controlador, um mastro e peças embutidas. A instalação do inversor e as baterias são selecionadas separadamente.

Nº 3 - turbinas eólicas Sokol Air Vertical (Rússia)

Pequenas usinas eólicas desta marca podem fornecer eletricidade tanto para pequenas casas quanto para médias empresas. Para uso doméstico, são produzidos dispositivos SAV com potência de 0,5 a 15 kW.

Caracterizam-se pela alta eficiência em ventos fracos, operam suavemente em baixas e altas temperaturas na faixa de -50 °C a +50 °C, caracterizam-se por baixos níveis de ruído e resistência a influências externas.

A geração de eletricidade pelas unidades Sokol Air Vertical não depende da direção do vento. As instalações verticais-axiais operam em modo automático sem pessoal de manutenção. O design fornece um sistema de frenagem eletromagnética e aerodinâmica para limitar a velocidade da roda eólica.

As lâminas são confeccionadas em poliéster reforçado ou alumínio aeronáutico (dependendo do modelo) e possuem perfil autodesenrolável. O gerador é um gerador trifásico multipolar com excitação de ímãs permanentes.

As turbinas eólicas Sokol Air Vertical produzem potência nominal de 7 a 8 m/s, o que permite seu uso em regiões com baixas velocidades médias anuais do vento

O pacote básico de uma usina eólica inclui: uma turbina eólica com controlador de carga de bateria, um mastro com cabos e um kit de instalação. O inversor e as baterias são selecionados separadamente de acordo com as especificações técnicas.

Nº 4 - geradores eólicos Energy Wind (Rússia)

Os compradores têm acesso a modelos de produtos de uso universal com uma e três lâminas com potência de 1 a 10 kW. Essas turbinas eólicas são perfeitas para a criação de projetos de fornecimento de eletricidade a edifícios residenciais e chalés privados.

As unidades Energy Wind são baseadas em pás duráveis ​​​​feitas de fibra de vidro reforçada, pintadas com esmalte automotivo e um sistema de exaustão de fluxo de ar confiável. Essas unidades com eixo de rotação horizontal operam de forma estável em temperaturas de -40 a +40 graus Celsius.

A velocidade operacional mínima do vento é de 2 m/s, em algumas posições das pás - 3 m/s, a altura recomendada do mastro é de 8 a 20 m. A vida útil média das instalações da marca russa é de 25 anos, a garantia oficial do fabricante é 3 anos.

Energia Os geradores eólicos eólicos não necessitam de cuidados ou manutenção constantes, o que contribui para o rápido reinvestimento dos recursos investidos

O equipamento básico das instalações inclui um gerador elétrico de ímã permanente com unidade de montagem do mastro e mecanismo giratório, pás e um conjunto de fixadores para montagem de um aerogerador. O mastro, assim como o controlador, inversor e baterias para armazenamento de energia elétrica devem ser adquiridos separadamente.

Nº 5 - Turbinas eólicas Altek EW (China)

Tipo de turbinas eólicas – com eixo de rotação horizontal. Dispositivos com potência nominal de 1 kW a 10 kW são ideais para solucionar problemas de fornecimento de energia para casas de campo e chalés.

A caixa protetora das turbinas eólicas Altek EW é feita de liga de alumínio, o que facilita significativamente o projeto. As partes metálicas funcionais do gerador são revestidas com silicone para resistência ao calor.

As lâminas são feitas de plástico reforçado com fibra.A velocidade inicial do vento para lançamento de unidades domésticas da marca chinesa é de 2,5 m/s, a velocidade nominal é de 12 m/s.

Os geradores eólicos Altek EW são um dos dispositivos mais acessíveis para geração de eletricidade apresentados no moderno mercado de energia alternativa

O pacote básico inclui pás, gerador e controlador. Os restantes elementos funcionais do moinho de vento devem ser adquiridos.

Se o custo de um kit produzido em fábrica parecer muito alto para você, faz sentido construir Gerador eólico faça você mesmo. O artigo que recomendamos descreve como fazer um eletrodoméstico útil a partir de uma máquina de lavar.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Perspectivas de utilização de usinas eólicas:

O princípio de funcionamento das turbinas eólicas modernas. Como a energia eólica é convertida em eletricidade:

Ainda hoje, o uso de turbinas eólicas exige desenvolvimento constante. As capacidades e perspectivas a longo prazo deste método alternativo de geração de electricidade são promissoras. No entanto, são necessárias certas medidas tanto por parte dos fabricantes de equipamentos como das administrações locais.

A instalação de pequenos geradores eólicos para residências não resolverá completamente o problema do abastecimento de energia nas regiões. Mas para alguns proprietários de terras esta opção pode ser uma saída.

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