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El moderno generador de viento cinético le permite utilizar la potencia del flujo de aire, convirtiéndolo en electricidad. Para este propósito, existen modelos de dispositivos de fábrica y caseros que se utilizan tanto en la industria como en granjas privadas.

Hablaremos de cómo se organizan los molinos de viento de este tipo, conoceremos las características del dispositivo y las opciones constructivas. El artículo propuesto por nosotros muestra las fortalezas y debilidades de la planta de energía eólica. Maestros independientes aquí encontrarán esquemas y recomendaciones útiles para el montaje.

El principio de funcionamiento del generador eólico.

La base del funcionamiento del generador eólico es la transformación de la energía cinética del viento en la energía mecánica del rotor, que luego se convierte en electricidad.

El principio de funcionamiento es bastante simple: la rotación de las cuchillas montadas en el eje del dispositivo conduce a movimientos circulares del generador del rotor, lo que genera electricidad.

La energía eólica es una de las industrias de energía renovable más prometedoras. Los diseños modernos permiten el uso rentable de la fuerza del flujo de aire, usándolo para generar electricidad

La corriente alterna inestable resultante "fluye" hacia el controlador, donde se convierte en un voltaje constante que puede cargar las baterías. Desde allí, se suministra energía al inversor, donde se transforma en una tensión alterna con un indicador de 220/380 V, que se alimenta a los consumidores.

La potencia del generador eólico depende directamente de la potencia del flujo de aire (N), calculada de acuerdo con la fórmula N = pSV 3/2, donde V es la velocidad del viento, S es el área de trabajo, p es la densidad del aire.

Dispositivo generador de viento

Las diferentes versiones de los generadores eólicos son significativamente diferentes entre sí.

El diagrama muestra la estructura interna del generador eólico horizontal clásico. Estos modelos se utilizan con mayor frecuencia tanto en la industria como en la vida cotidiana.

Los dispositivos industriales son un diseño complejo de varios metros, cuya instalación requiere una base, mientras que el modelo doméstico puede constar de un mínimo de componentes (un motor eléctrico de CC 3-12V, un condensador eléctrico 1000 μF 6V, un diodo rectificador de silicio).

La instalación típica incluye los siguientes componentes:

  • alternador (la potencia depende de la velocidad del viento);
  • las cuchillas que transmiten la rotación al eje del generador (a menudo también están equipadas con cajas de engranajes, estabilizadores de velocidad del rotor);
  • el mástil del molino de viento, al que están unidas las palas (cuanto más altos son estos elementos, mayor es la cantidad de energía eólica que pueden obtener);
  • Baterías que acumulan energía, lo que permite su uso con un pequeño flujo de viento o su ausencia. La batería también realiza la función de estabilizar la energía eléctrica del generador;
  • controlador - convertidor de voltaje alterno, obtenido del generador, en una constante, que se utiliza para cargar la batería. El controlador se controla girando las cuchillas, lo que permite tener en cuenta dónde fluye el aire;
  • AVR: el dispositivo de conmutación automática que conecta el generador eólico con otras fuentes de energía (paneles solares, la red eléctrica);
  • sensor de dirección del viento: un dispositivo que facilita la búsqueda de las palas de flujo del viento;
  • Inversor para convertir la corriente continua de las baterías a la tensión alterna, que se utiliza en las comunicaciones eléctricas.

Para satisfacer mejor las necesidades de los usuarios, el dispositivo puede equiparse con varios tipos de inversores:

  • Dispositivos con onda sinusoidal invertida, emitiendo una onda sinusoidal cuadrada. Los dispositivos de este tipo son adecuados para elementos de calefacción, lámparas incandescentes y otros dispositivos que no requieren la calidad de la red;
  • inversores trifásicos de tensión diseñados para redes eléctricas trifásicas;
  • plantas de onda sinusoidal pura que producen energía para equipos más sensibles;
  • Inversores de red capaces de funcionar sin baterías. Dichos dispositivos están diseñados para circuitos que involucran el ingreso de energía eléctrica directamente a la red común.

Al elegir los modelos, asegúrese de prestar atención al tipo de inversor.

Tipos de generadores eólicos

La clasificación de los aerogeneradores puede tener en cuenta características tales como:

  • cita previa
  • características de diseño;
  • el número de cuchillas;
  • los materiales con los que están hechos;
  • eje de rotación;
  • paso de tornillo.

Consideremos en detalle las dos clasificaciones más utilizadas.

Clasificación de aerogeneradores por finalidad.

Hay variedades de aerogeneradores que difieren en el propósito. Las principales características de los dispositivos, por ejemplo, la potencia, dependen de ello.

Aerogeneradores industriales

Dichos dispositivos son instalados por las principales compañías de energía o por el estado para suministrar electricidad a las instalaciones industriales. Las turbinas con una capacidad de decenas de megavatios se ubican generalmente en parcelas eólicas (elevaciones abiertas, costas).

Los parques eólicos, donde se instalan docenas de aerogeneradores, se rompen no solo en el suelo, sino también en aguas poco profundas. La electricidad resultante se utiliza generalmente para fines industriales.

La electricidad generada, por regla general, va directamente a la red, mientras que para la estabilidad y el control de la frecuencia de rotación de las palas de la turbina eólica están equipadas con mecanismos adicionales.

Aerogeneradores comerciales

Estas plantas se utilizan para generar electricidad para la venta o para proporcionar electricidad a industrias en regiones con una red de baja potencia (o con su ausencia completa). Tales parques eólicos están formados por grupos de generadores de energía que pueden tener diferentes capacidades.

La energía de las instalaciones comerciales puede fluir directamente a las comunicaciones eléctricas o utilizarse para cargar una gran variedad de baterías, donde se acumula y se convierte para alimentar la red eléctrica.

Electrodomésticos de viento

Las unidades de baja potencia se utilizan para uso privado. De acuerdo con las reglas, los propietarios pueden instalar turbinas eólicas con mástiles de menos de 25 metros de altura sin el consentimiento de las autoridades; para los mástiles más altos, se requiere un permiso especial.

Los aerogeneradores de baja y media potencia pueden servir como una fuente de energía eléctrica para casas de campo, villas, casas de campo, granjas.

Los generadores eólicos domésticos son adecuados para cargar baterías con un voltaje de 12/24 / 48V, cuya energía se transforma en un voltaje de 220 voltios. Dichos dispositivos permiten resolver total o parcialmente el problema del suministro de electricidad a pequeños objetos que se encuentran alejados de la red eléctrica centralizada.

Con los puntos de referencia de una opción del generador de viento para el mantenimiento con energía de la casa particular, se dará a conocer el artículo dedicado a esta interesante pregunta.

Variedades de diseños de molinos de viento.

De acuerdo con las características de diseño del dispositivo, también se puede dividir en varias categorías, aunque todos los tipos se reducen a dos tipos principales: vertical y horizontal.

Generadores eólicos horizontales clásicos.

Dichas instalaciones (también denominadas hélice o ala) suelen tener 3-5 palas montadas en un eje horizontal. Girando a alta velocidad, tales elementos permiten obtener la máxima cantidad de energía (KIEV hasta 0, 4).

Al mismo tiempo, la cantidad de electricidad generada depende en gran medida de la altura del dispositivo (cuanto más alta es, mayor es el resultado).

Un generador de viento horizontal utiliza una fuerza de elevación que se produce cuando la presión aumenta en el punto donde el flujo de aire directo pasa a través de las aspas, reflejándose desde estos elementos.

Estos dispositivos generalmente se instalan en parques eólicos, donde la energía se genera para uso industrial y comercial, pero también son adecuados para uso doméstico.

Turbinas de viento vertical

El elemento operativo de tales instalaciones es una rueda de viento giratoria. Debido a las características de diseño, tales construcciones difieren en los tipos ("Barril", "Savonius").

A pesar del bajo KIEV (0.1-0.2), son ampliamente utilizados: las instalaciones verticales actúan sobre los flujos de aire turbulentos, de modo que pueden colocarse incluso en áreas donde los vientos fuertes rara vez soplan.

El trabajo de los aerogeneradores verticales no depende de la dirección de los vientos. Son fáciles de instalar y operar, además de estos dispositivos se pueden colocar cerca del suelo

Para mejorar el rendimiento de los molinos de viento verticales, los fabricantes a menudo aumentan sus parámetros dimensionales, lo que lleva a un aumento significativo en el costo. Dado que tales instalaciones son bastante frágiles, requieren una mayor protección contra huracanes y otros fenómenos naturales.

Generadores de viento "Rotor Daria"

Tales dispositivos pertenecen a la categoría de aerogeneradores verticales, sin embargo, tienen diferencias pronunciadas en el diseño. Debido a las características similares, se logra la reducción de ruido, y también crece KIEV, que está cerca del rendimiento de los modelos horizontales.

La turbina de baja presión propuesta en 1931 por el diseñador de aviones francés Georges Daryet, con un eje de rotación perpendicular al entorno aéreo, ha encontrado una amplia aplicación en la ingeniería de energía eólica.

La desventaja de tales estructuras es un punto de inicio bajo (debido a la presencia de solo dos cuchillas, es difícil que el dispositivo arranque de forma independiente). Para resolver el problema se suele utilizar el híbrido "Savonius + Darya".

Instalaciones eólicas de vela.

Para tales instalaciones, se puede aplicar el principio de aerogeneradores tanto verticales como horizontales. La característica principal del diseño es una rueda de viento, cubierta con múltiples palas o velas, mientras que el perfil aerodinámico de tales modelos está ausente.

Hay muchos modelos de aerogeneradores de vela, que difieren en el número de palas, peso y potencia. Todos estos parámetros deben considerarse al elegir un dispositivo.

A pesar de que las instalaciones de navegación se caracterizan por su baja velocidad y baja eficiencia, a menudo se utilizan en la economía nacional. Dichos diseños son fáciles de instalar y operar, y la combinación de un alto torque con bajas revoluciones le permite poner en marcha directamente varios mecanismos útiles, por ejemplo, una bomba para bombear agua.

Generador de turbina eólica

Para el funcionamiento de los molinos de viento se necesitan los generadores trifásicos habituales. El diseño de tales dispositivos es similar a los modelos utilizados en los automóviles, pero tiene parámetros grandes.

Los dispositivos de turbina eólica tienen un devanado de estator trifásico (conexión tipo estrella), desde el cual tres cables van al controlador, donde la tensión alterna se transforma en una constante.

El rotor del generador para la turbina eólica se fabrica con imanes de neodimio: en tales construcciones no es práctico utilizar excitación eléctrica, ya que la bobina consume mucha energía.

Para aumentar la velocidad suele emplearse multiplicador. Dicho dispositivo le permite aumentar la potencia del generador actual o usar un dispositivo más pequeño, lo que reduce el costo de instalación.

Los multiplicadores se usan más a menudo en generadores de viento verticales, en los que el proceso de rotación de la rueda de viento es más lento. Para los dispositivos horizontales con una alta velocidad de rotación de las cuchillas, no se requieren multiplicadores, lo que simplifica y reduce el costo de construcción.

Los detalles del montaje e instalación de un generador eólico de una lavadora y una turbina eólica de un generador de automóvil se detallan en nuestros artículos recomendados.

Pros y contras de un generador eólico

Consideremos en detalle las ventajas y desventajas de las turbinas eólicas, ya que depende de ellas decidir si comprar o no una turbina eólica.

Ventajas de los aerogeneradores.

Las ventajas de los dispositivos que utilizan energía eólica incluyen:

  • Amabilidad ambiental. Las instalaciones utilizan una fuente de energía renovable, que se puede usar de manera continua, sin causar daños al medio ambiente. La electricidad generada por los generadores eólicos reemplaza la energía de las centrales térmicas, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Versatilidad . La energía eólica se puede construir en casi todas partes: en las llanuras, en las montañas, en los campos, en las islas e incluso en aguas poco profundas. La energía eólica se aprecia especialmente en lugares remotos donde es difícil estirar las comunicaciones eléctricas habituales. En este caso, los generadores eólicos permiten ajustar el suministro de energía a las instalaciones, asegurando que sea independiente de factores aleatorios (por ejemplo, del combustible que no se entrega a tiempo).
  • Eficiencia de uso . Los modelos modernos reciclan energía incluso con vientos débiles, el límite mínimo es de 3.5 m / s. De manera similar, es posible realizar un suministro adicional de electricidad a una red centralizada, así como organizar el suministro de energía a objetos individuales (isla o local), independientemente de su capacidad.
  • Una alternativa digna a las fuentes tradicionales. Los parques eólicos estacionarios pueden proporcionar completamente una casa residencial o incluso una pequeña instalación de producción con electricidad. En este caso, la turbina acumulará en las baterías el suministro de electricidad requerido para su uso durante los períodos sin viento.
  • La eficiencia En comparación con las fuentes tradicionales de energía eléctrica (gas, turba, carbón, petróleo), las turbinas de ciclo pueden reducir significativamente los costos de energía. En muchos casos, construir un parque eólico es más barato que conectarse a los sistemas de energía existentes.

El uso de aerogeneradores puede ser una alternativa al uso de generadores diesel caros, lo que reduce aún más el costo de transporte y almacenamiento de combustible hasta un 80%.

La potencia media de la turbina eólica es varias veces diferente de la carga máxima. El generador de viento es responsable solo de la cantidad de producción de energía durante un cierto período de tiempo con una velocidad de viento mensual promedio característica del área.

Para una evaluación más precisa de los recursos eólicos, puede utilizar datos derivados especialmente (parámetros de Weibull). Estas figuras reflejan la distribución característica de los vientos de diferentes fuerzas para una localidad en particular. Dicha información es importante a considerar cuando se desarrollan proyectos para parques eólicos con una capacidad de decenas de MW.

La potencia generada por el aerogenerador es proporcional a la velocidad del viento triplicada. En consecuencia, este indicador es muy pequeño en caso de flujos de viento débiles, sin embargo, cuando aumentan, aumenta dramáticamente. Debido a la variabilidad de la dirección de los vientos y su velocidad, es necesario proporcionar componentes estabilizadores en el diseño del aerogenerador.

Las reglas y fórmulas para calcular la potencia de un generador eólico se dan aquí; le recomendamos que se familiarice con información muy útil.

En pequeños sistemas autónomos, su función es realizada por baterías, cuya carga comienza a aumentar tan pronto como la potencia del generador de viento excede el indicador de carga.

A medida que aumenta la carga, la batería puede agotarse. Es importante tener en cuenta esta característica del trabajo al elegir una unidad doméstica, su potencia debe coincidir con la tasa mensual o anual de consumo de electricidad.

Cabe señalar que el uso efectivo de los flujos de viento contribuye a una variedad de diseños de generadores eólicos.

Las turbinas horizontales producen altas tasas en áreas planas donde hay mucho viento, mientras que las turbinas verticales funcionan mejor en regiones con flujos turbulentos observados desde el suelo (en la parte superior de las colinas, cordilleras).

Las principales desventajas de los aerogeneradores.

Al mismo tiempo, los aerogeneradores tienen sus lados negativos:

  • La magnitud de la fuerza del viento es difícil de predecir de antemano, ya que a menudo cambia. Debido a esto, es aconsejable pensar en la red de seguridad, proporcionando una fuente de energía de respaldo (paneles solares, conexión eléctrica).
  • Los dispositivos verticales están expuestos al riesgo de destrucción de las palas de la hélice debido a las fuerzas centrífugas durante la rotación de las palas alrededor del eje principal. Debido a este efecto, los elementos importantes de la estructura con el tiempo se deforman y se destruyen, y el mecanismo falla.
  • Es mejor instalar turbinas eólicas en el espacio libre, ya que los edificios adyacentes pueden "apagar" el viento, formando una zona de aire "muerto".
  • Para ahorrar el exceso de energía de los aerogeneradores, es necesario prever en el diseño el uso de baterías y otros dispositivos adicionales que sirvan para convertir la electricidad resultante en corriente con características adecuadas para el consumidor.
  • Cuando funcionan, los generadores eólicos emiten un ruido que puede causar incomodidad a las personas y asustar a los animales. Las cuchillas de las instalaciones también pueden causar la muerte de las aves que vuelan hacia ellas.
  • Según algunos expertos, los aerogeneradores pueden empeorar la recepción de emisiones de radio y televisión.

Los aspectos negativos también pueden atribuirse al costo relativamente alto de tales unidades, sin embargo, el bajo costo de la fuente de energía elimina en gran medida este factor.

Esquemas de conexión y métodos.

Si bien una turbina eólica puede funcionar de manera autónoma, se puede lograr un resultado mucho mejor con la ayuda de circuitos combinados que incluyen una combinación de un dispositivo eólico con paneles solares, una red eléctrica centralizada, fuentes de energía a diesel o gas.

Trabajo autónomo . En este caso, se coloca una única instalación, con la ayuda de la energía eólica que se captura y se acumula, que luego se convierte en una corriente eléctrica requerida por los consumidores.

El diagrama muestra la forma más fácil de usar un generador de viento, que se recomienda utilizar en regiones donde soplan vientos fuertes constantemente

Combinación del generador eólico con paneles solares . La opción combinada se considera una forma confiable y eficiente de suministro de energía. En ausencia de viento, la batería funciona con paneles solares, y en clima nublado y durante la noche, la carga se realiza desde una instalación de viento.

La opción ideal para la casa privada o la economía ubicada en la distancia de la red de suministro de energía centralizada. Tal esquema combinado permite utilizar dos tipos de energía renovable.

El trabajo combinado del generador eólico y la red eléctrica . El aerogenerador se puede combinar con comunicaciones electrónicas.

Tal esquema es típico para dispositivos industriales y comerciales. La conexión a las comunicaciones eléctricas también incluye algunos modelos de generadores eólicos domésticos.

Con un exceso de electricidad producida, ingresa a la red centralizada, y con su escasez es posible utilizar la corriente eléctrica de la red eléctrica común.

Matices del uso de aerogeneradores.

Actualmente, los aerogeneradores se utilizan en diversos campos de la economía nacional. Los modelos industriales de diferentes capacidades son utilizados por las empresas de petróleo y gas, telecomunicaciones, estaciones de perforación y exploración geológica, instalaciones de producción y agencias gubernamentales.

El molino de viento se puede utilizar como una fuente adicional de energía en hospitales y otras instituciones para garantizar un suministro de energía ininterrumpido en situaciones de emergencia.

Cabe destacar la importancia de utilizar turbinas eólicas para la rápida restauración de la electricidad alterada durante cataclismos y desastres naturales. Con este fin, las unidades del Ministerio de Situaciones de Emergencia suelen utilizar los aerogeneradores.

Las turbinas eólicas domésticas son perfectas para organizar la iluminación y el calentamiento de aldeas de casas de campo y casas privadas, así como también para fines económicos en granjas.

Debe tener en cuenta algunos puntos:

  • Los dispositivos de hasta 1 kW pueden proporcionar una cantidad suficiente de electricidad solo en lugares con viento. Por lo general, la energía que producen solo es suficiente para la iluminación LED y para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.
  • Para proporcionar electricidad a la cabaña (casa de campo), necesitará un generador de viento con una capacidad de más de 1 kW. Esta cifra es suficiente para alimentar los dispositivos de iluminación, así como una computadora y un televisor, pero su potencia no es suficiente para proporcionar electricidad las 24 horas del día al refrigerador moderno.
  • Para proporcionar energía a la casa de campo, necesitará un aerogenerador con una capacidad de 3-5 kW, pero incluso esta cifra no es suficiente para calentar los hogares. Para aprovechar esta característica se requiere una poderosa opción, que va desde los 10 kW.

Al elegir un modelo, se debe tener en cuenta que el indicador de energía indicado en el dispositivo se logra solo a la velocidad máxima del viento. Por lo tanto, una instalación de 300 V producirá la cantidad especificada de energía solo a la velocidad del aire de 10-12 m / s.

Para aquellos que desean construir un generador de viento con sus propias manos, proponemos el siguiente artículo, que detalla información útil.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

El video a continuación presenta información detallada sobre el principio de operación y el dispositivo de un modelo doméstico de un generador eólico:

Un generador eólico es una excelente fuente de producción de energía eléctrica, que será especialmente apreciada por los residentes de áreas remotas. Различные российские и зарубежные предприятия предлагают большой ассортимент ветряных конструкций, кроме того, бытовые модели можно сделать и своими руками.

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Categoría:

Construcción