型號選擇
一套風力發電機、逆變器、桅杆、SHAVRA（自動轉換開關櫃）的成本直接取決於功率和效率。
| 最大功率千瓦 | 轉子直徑 m | 桅杆高度 米 | 額定速度m/s | 電壓 週二 |
| 0,55 | 2,5 | 6 | 8 | 24 |
| 2,6 | 3,2 | 9 | 9 | 120 |
| 6,5 | 6,4 | 12 | 10 | 240 |
| 11,2 | 8 | 12 | 10 | 240 |
| 22 | 10 | 18 | 12 | 360 |
如您所見，為了為莊園提供全部或部分電力，需要使用大功率發電機，而您自己安裝這些發電機是很成問題的。無論如何，高額的資本投資和借助特殊設備安裝桅杆的需求顯著降低了私人使用風能係統的普及率。
有便攜式低功率風力渦輪機，您可以隨身攜帶。這些模型結構緊湊，可快速安裝在地面上，不需要特別照顧，並為在大自然中舒適的消遣提供足夠的能量。
而這樣的機型雖然最大功率只有450W，但這足以照亮整個露營地，讓遠離文明的家用電器成為可能。
對於中小型企業而言，安裝多個發電風電場可以顯著節省能源成本。許多歐洲公司都從事此類產品的生產。
這些是複雜的工程系統，需要預防性維護和維護，但它們的額定功率足以滿足整個生產的需求。例如，在美國最大的風電場德克薩斯州，只有 420 台這樣的發電機每年可發電 735 兆瓦。
安裝風力渦輪機的利弊
該設備與太陽能電池板一樣，屬於替代能源類別。但是，與需要陽光的光伏電池不同，風力渦輪機可以一年 365 天、一天 24 小時高效運行。
| 優點 | 缺陷 |
| 任何地方的免費能源 | 設備價格 |
| 生態能源 | 安裝費用 |
| 能源獨立於國家及其關稅 | 服務費用。 |
| 獨立於陽光 | 取決於風速 |
為了平衡所有這些優點和缺點，他們經常製作一堆：帶有太陽能電池板的風力發電機。這些裝置相輔相成，從而減少了發電對太陽和風的依賴。
風力發電機功率計算
在大多數情況下，安裝風電場的可行性過程將取決於特定區域的平均風速。風力渦輪機的安裝是合理的，最小風力為每秒四米。在風速為每秒 9 到 12 米的情況下，風力渦輪機將以最大速度運行。
臥式風力發電機
此外，此類裝置的功率還取決於所用葉片的表面和轉子裝置的直徑尺寸。在給定區域已知平均風速的情況下，可以使用特定螺旋槳尺寸選擇所需的發電機。
計算按公式：P \u003d 2D * 3V / 7000 kW，其中P為功率，D為螺桿裝置的直徑尺寸，V等參數表示風力，單位為米/秒.但這個公式只適用於臥式風力發電機。
可替代能源
風荷載也可以帶來好處，例如，通過在風力渦輪機中轉換風力。因此，在風速 V = 10 m/s，圓直徑為 1 米的情況下，風車的葉片 d = 1.13 m，可產生約 200-250 W 的有用功率。消耗如此大量能量的電動犁將能夠在一小時內在個人土地上耕種約五十（50平方米）的土地。
如果應用大尺寸的風力發電機——最高可達3米，平均氣流速度為5米/秒，可以獲得1-1.5千瓦的功率，完全可以為一個小鄉間別墅提供免費的電力。隨著所謂“綠色”關稅的推出，設備的投資回收期將縮短至3-7年，未來可帶來淨利潤。
風力渦輪機螺旋槳的計算
在設計風車時，通常使用兩種類型的螺釘：
- 在水平面上旋轉（葉片）。
- 垂直平面內的旋轉（Savonius 轉子、Darrieus 轉子）。
可以使用以下公式計算在任何平面上旋轉的螺桿設計：
Z=長*寬/60/V
對於這個公式： Z 是螺旋槳的速度（低速）程度； L是葉片所描述的圓的長度大小； W是螺旋槳的轉速（頻率）； V 是空氣流量。
這是名為“Rotor Darier”的螺桿的設計。該版本的螺旋槳被認為在製造小功率和尺寸的風力渦輪機方面是有效的。螺桿的計算有一些特點
根據這個公式，你可以很容易地計算出轉數W——旋轉的速度。並且可以在網絡上可用的表格中找到轉數和風速的工作比。例如，對於具有兩個葉片且 Z=5 的螺旋槳，以下關係成立：
| 刀片數量 | 速度等級 | 風速 m/s |
| 2 | 5 | 330 |
另外，風車螺旋槳的重要指標之一就是螺距。該參數可以使用以下公式確定：
H=2πR*tgα
這裡：2π是一個常數（2*3.14）； R是葉片描述的半徑； tg α 為截面角。
風力發電機功率計算
自行製造風車也需要初步計算。沒有人願意花時間和材料來製造誰知道什麼，他們想提前了解安裝的能力和預期功率。實踐表明，期望和現實之間的相關性很差，基於近似估計或未經準確計算支持的假設創建的裝置會產生較弱的結果。
因此，通常採用簡化計算方法，得到的結果足夠接近真實，不需要使用大量數據。
計算公式
為了 必須進行風力發電機的計算 以下行動：
- 確定您家的電力需求。為此，有必要計算所有設備、設備、照明和其他消費者的總功率。結果量將顯示為房屋供電所需的能量。
- 結果值必須增加 15-20%，以便有一些動力儲備以防萬一。毫無疑問，需要這種儲備。相反，它可能會被證明是不夠的，儘管在大多數情況下，能量不會被充分利用。
- 知道所需的功率，可以估計可以使用或製造哪台發電機來解決任務。使用風車的最終結果取決於發電機的能力，如果它們不能滿足房屋的需求，那麼您將不得不更換設備或構建額外的套件
- 風力渦輪機計算。實際上，這一刻是整個過程中最艱難、最有爭議的時刻。使用確定流動功率的公式
例如，考慮一個簡單期權的計算。公式如下所示：
P=k R V³ S/2
其中 P 為流動功率。
K 是風能利用係數（本質上接近效率的值），取值在 0.2-0.5 之間。
R是空氣密度。它有不同的值，為簡單起見，我們取 1.2 kg/m3。
V 是風速。
S為風輪的覆蓋面積（被旋轉葉片覆蓋）。
我們考慮：風輪半徑為 1 m，風速為 4 m/s
P = 0.3 x 1.2 x 64 x 1.57 = 36.2 W
結果表明，功率流為 36 瓦。這個很小，但是米葉輪太小了。實際使用的風輪葉片跨度為3-4米，否則性能太低。
考慮什麼
在計算風車時，應考慮轉子的設計特點。葉輪有立式和臥式兩種，具有不同的效率和性能。水平結構被認為是最有效的，但它們需要高安裝點。
確保足夠的葉輪功率來旋轉發電機轉子也同樣重要。具有剛性轉子的設備可以獲得良好的能量輸出，需要在軸上提供相當大的動力，這只能由具有大面積和葉片直徑的葉輪提供。
同樣重要的一點是旋轉源——風的參數。在進行計算之前，您應該盡可能多地了解給定區域的強度和盛行風向。考慮到颶風或狂風的可能性，找出它們發生的頻率。流量的意外增加對於風車的破壞和轉換電子設備的故障是危險的。
現成的垂直定向風力發電機
人們對風力渦輪機重新產生了興趣，尤其是在最近幾年。有更方便實用的新型號。
直到最近，主要使用具有三個葉片的水平風力渦輪機。由於風輪軸承上的重載，垂直視圖沒有擴展，結果增加了摩擦力，吸收了能量。
但是由於使用了磁懸浮原理，釹磁鐵上的風力發電機開始精確垂直定向，並具有明顯的自由慣性旋轉。目前，它已被證明比水平更有效。
由於磁懸浮原理，實現了輕鬆啟動。並且由於多極在低速時提供額定電壓，因此可以完全放棄齒輪箱。
有些設備在風速只有每秒一厘米半的時候就可以開始工作，而當風速只有每秒三四米的時候，就已經可以和設備的發電量相等了。
風電場的回報
對於以銷售電力為目的（即作為工業生產）而創建的風力發電廠來說，回報問題看起來更成功一些。產品的銷售 - 電流 - 可以讓您償還購買、操作和維修風車的成本。同時，實際結果並不總是看起來很出色。因此，世界上現存最大的風力發電廠，擁有大量能源，盈利能力極低，其中一些被認為是不可持續的。
造成這種情況的原因在於設備成本，使用壽命和綜合體性能的不幸比例。簡而言之，在渦輪機的使用壽命期間，沒有時間產生足夠的能量來證明其購買和維護成本的合理性。
這種情況是大多數風電場的典型情況。如果我們純粹從經濟上講，能源的不穩定性，設計的低效率，總的來說形成了低利潤的生產。在提高盈利能力的機會中，最有效的是：
- 提高生產力
- 降低運營成本
考慮到俄羅斯氣象的特殊性，一個有希望的方法是增加站內風力渦輪機的數量，但降低其功率。事實證明，這個系統有很多優點：
- 當大型模型無法啟動時，單個風車能夠在微風中發電
- 設備採購和維護成本降低
- 單個單元的故障不會給整個工廠造成嚴重問題
- 降低調試和運輸成本
最後一點對於我國來說尤為重要，因為風力發電廠的安裝地點在偏遠或山區，結構的交付和組裝問題非常尖銳。
另一種提高盈利能力的方法是使用垂直結構。在世界實踐中，這種選擇被認為是低產的，適合為個人消費者提供能源——私人住宅、照明、水泵等。
哪種風力渦輪機效率最高
| 水平的 | 垂直的 |
| 這種類型的設備最受歡迎，其中渦輪機的旋轉軸線與地面平行。這種風力渦輪機通常被稱為風車，其中葉片逆風轉動。該設備的設計包括一個用於自動滾動頭部的系統。需要找到風流。還需要一個裝置來轉動葉片，這樣即使是很小的力也可以用來發電。 在工業企業中使用這種設備比在日常生活中更合適。在實踐中，它們更常用於創建風電場系統。 | 這種類型的設備在實踐中不太有效。渦輪葉片的旋轉平行於地球表面進行，與風的強度及其矢量無關。流動的方向也無關緊要，只要有任何影響，旋轉元件都會逆著它滾動。結果，風力發電機損失了部分功率，從而導致整個設備的能源效率下降。但在安裝和維護方面，葉片垂直排列的單元更適合家庭使用。 這是因為變速箱組件和發電機安裝在地面上。這種設備的缺點包括昂貴的安裝和嚴重的運行成本。安裝發電機需要足夠的空間。因此，在小型私人農場中使用垂直設備更合適。 |
| 雙刃 | 三葉 | 多刀片 |
| 這種類型的單位的特點是存在兩個旋轉元件。這個選項在今天實際上效率低下，但由於其可靠性而相當普遍。 | 這種類型的設備是最常見的。三葉機組不僅用於農業和工業，還用於私人家庭。這種類型的設備因其可靠性和效率而廣受歡迎。 | 後者可以有 50 個或更多的旋轉元素。為了確保產生所需的電量，不必滾動葉片本身，而是將它們帶到所需的轉數。每個額外的旋轉元件的存在提供了風輪總阻力參數的增加。結果，設備在所需轉數下的輸出將是有問題的。 配備有多個葉片的旋轉木馬裝置以很小的風力開始旋轉。但是，如果滾動的事實發揮作用，例如，當需要抽水時，它們的使用就更重要了。為有效保證大量能源的生產，不採用多葉片機組。對於它們的操作，需要安裝齒輪裝置。這不僅使整個設備的整體設計複雜化，而且與兩葉和三葉的設備相比，它的可靠性也較低。 |
| 帶硬刀片 | 帆船單位 |
| 由於旋轉部件的生產成本高，這種裝置的成本較高。但與航海設備相比，剛性葉片的發電機更可靠，使用壽命更長。由於空氣中含有灰塵和沙子，因此旋轉元件承受高負荷。當設備在穩定的條件下運行時，需要每年更換葉片末端的防腐膜。沒有這個，隨著時間的推移，旋轉元件開始失去其工作特性。 | 這種類型的刀片在生產方面更簡單，並且比金屬或玻璃纖維便宜。但是，製造方面的節省可能會導致未來的嚴重成本。風輪直徑為三米，當設備轉數約為每分鐘600轉時，葉尖的速度可達500公里/小時。即使對於剛性部件，這也是一個嚴重的負載。實踐表明，航行設備上的旋轉元件必須經常更換，尤其是在風力很大的情況下。 |
根據迴轉機構的類型，所有單元可分為以下幾種類型：
- 正交 Darier 設備；
- 帶有 Savonius 旋轉組件的裝置；
- 具有單元垂直軸向設計的設備；
- 具有螺旋型旋轉機構的設備。
風速
無論您是打算購買現成的發電機還是自己建造，風速都將是決定裝置功率的最重要參數之一。
首先，每種類型的風力渦輪機都有自己的初始速度。對於大多數安裝，這是 2-3 m/s。如果風速低於這個閾值，發電機將根本不工作，因此也會產生電力。
除了初始速度之外，還有一個標稱速度，在該初始速度下，風力發電機達到其額定功率。對於每種型號，製造商會分別標明此數字。
但是，如果速度高於初始速度，但低於標稱速度，則發電量將顯著降低。為了不被斷電，您應該首先關注您所在地區的平均風速，並直接關注您的站點。您可以通過查看風圖或查看您所在城市的天氣預報（通常顯示風速）來找出第一個指標。
理想情況下，第二個數字應該在風力渦輪機將站立的地方直接用特殊儀器測量。畢竟，你的房子既可以在山上，那裡的風速會更高，也可以在低地，那裡幾乎沒有風。
在這種情況下，那些經常遭受颶風陣風的人處於更好的位置，並且可以指望更高的風力渦輪機性能。
什麼是風荷載
沿地球表面的氣團流動以不同的速度發生。撞到任何障礙物時，風的動能轉化為壓力，產生風荷載。任何逆流而行的人都能感受到這種努力。產生的負載取決於幾個因素：
- 風速，
- 空氣射流的密度， - 在高濕度下，空氣的比重分別變大，傳遞的能量增加，
- 靜止物體的形狀。
在後一種情況下，指向不同方向的力作用在建築結構的各個部分上，例如：
風車發電機的選擇
有了通過上述方法獲得的螺旋槳轉數（W）的計算值，就可以選擇（製造）合適的發電機。例如，轉速 Z = 5 時，葉片數為 2，轉速為 330 rpm。風速為 8 m/s 時，發電機功率應約為 300 瓦。
風力發電廠的發電機“在上下文中”。由我自己組裝的家用風力發電系統發電機的可能設計之一的示例副本
這就是電動自行車電機的樣子，在此基礎上，有人提議為家用風車製造發電機。自行車電機的設計非常適合在很少或不需要計算和修改的情況下實施。然而，他們的力量很低。
電動自行車電機的特點大致如下：
| 範圍 | 價值觀 |
| 電壓，V | 24 |
| 功率，W | 250-300 |
| 旋轉頻率，rpm | 200-250 |
| 扭矩，牛米 | 25 |
自行車電機的一個積極特點是它們實際上不需要重做。它們在結構上被開發為低速電動機，可成功用於風力渦輪機。
如何切割刀片
沿著從 葉根 注意刀片半徑的尺寸 - 在綠色列的“刀片半徑”列中。根據這些尺寸，在葉片根部的左側和右側的線上放置點。向左看，如果從葉片根部向尖端看，將會有 Rear mm 圖案的坐標，而線條的右側，則是 Front mm 圖案的坐標。連接點後，您就有了刀片，通常用鋼鋸的刀片或電動拼圖切割出刀片。
用於將葉片連接到輪轂的孔嚴格沿著葉片的中心線製作，該中心線在一開始就畫在管道上，如果移動孔，葉片將與風呈不同的角度並失去所有它的品質。 刀刃 有必要加工，磨圓刀片的前部，磨尖後部，並修圓刀片的尖端，以免發出嘯叫聲和噪音。 Excel 電子表格在計算中已經考慮了邊緣處理，如下圖所示。
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我希望您能更清楚地了解如何使用該板以及如何為發電機選擇螺絲。比如我當然選擇了參數不合適的發電機，因為12v電池的充電開始太早了，24v和48v的結果會不一樣，功率會更高，但你不能描述所有的例子。
最重要的是要明白原理，比如選擇一個螺旋槳，一個轉速下功率好，這並不代表實際會有，如果發電機過早加載螺旋槳，就達不到它的速度並且不會發展應該在較低速度下的功率，儘管風將被計算甚至更高。 刀片定制 到一定的速度，並會以它們的速度從風中獲取最大的能量。
裝置及工作原理
風力發電機在風力的幫助下工作。該設備的設計必須包括以下元素：
- 渦輪葉片或螺旋槳；
- 渦輪;
- 發電機；
- 發電機的軸線；
- 逆變器，其功能是將交流電轉換為直流電；
- 旋轉葉片的機構；
- 使渦輪旋轉的機構；
- 電池;
- 桅杆；
- 旋轉運動控制器；
- 阻尼器；
- 風傳感器；
- 風傳感器柄；
- 貢多拉等元素。
工業單元有電源櫃、防雷裝置、旋轉機構、可靠的基礎、滅火裝置和電信。
風力發電機是將風能轉化為電能的裝置。現代骨料的先驅是用穀物生產麵粉的磨坊。但是，發電機的連接方案和工作原理並沒有太大變化。
- 由於風力，葉片開始旋轉，其扭矩傳遞到發電機軸。
- 轉子的旋轉產生三相交流電。
- 通過控制器，交流電被發送到電池。為了使風力發電機穩定運行，電池是必需的。如果有風，該裝置會為電池充電。
- 為了抵禦颶風，風力發電系統具有使風輪遠離風的元件。這是通過折疊尾巴或用電動制動器製動車輪來實現的。
- 要給電池充電，您需要安裝控制器。後者的功能包括監控電池的充電情況以防止其擊穿。如有必要，該設備可以將多餘的能量傾倒到鎮流器中。
- 電池具有恆定的低電壓，但它必須以 220 伏的電壓到達消費者手中。出於這個原因，逆變器安裝在風力渦輪機中。後者能夠將交流電轉換為直流電，將其強度提高到 220 伏。如果沒有安裝逆變器，則只需要使用那些專為低壓設計的設備。
- 轉換後的電流被發送給消費者，為加熱電池、房間照明和家用電器供電。
舊概念的新理由
現代發展應該顯著提高風力渦輪機效率的毫無根據的假設根本沒有根據。現代水平模型的效率達到其理論 Bentz 極限的 75%（效率約為 45%）。畢竟，調節風力渦輪機效率的物理學部分是流體動力學，其定律從被發現的那一刻起就一成不變。
一些設計師正試圖通過增加葉片的數量來提高效率，使它們變得更薄。您可以增加它們的長度，由於掃過區域的增長，這會產生更大的效果。
但是，仍然需要在風速減慢和剩餘風速之間保持平衡。
還有另一個方向 - 通過使風速穿過擴散器來增加風速。但是流體動力學充滿了已經發現的沿著阻力最小的路徑繞過障礙物的流動效應。
有或多或少成功的大錐角 DAWT 模型，但這些“欺騙風”的嘗試並沒有像宣傳的那樣提高效率。
最成功的現代風力渦輪機是帶有 Darrieus 葉片的垂直模型，安裝在磁懸浮推力軸承 (MAGLEV) 上。它們幾乎無聲地工作，開始以小於 1 m / s 的風速旋轉，並能承受高達 200 km / h 的強陣風。正是在這種替代能源的基礎上，形成一個私有的獨立能源系統是最有利可圖的。
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過程值
如果你忽視空氣流動負荷的計算，正如他們所說，你可以把整個事情毀在萌芽狀態，危及人們的生命。
如果建築物牆壁上的雪壓力通常沒有困難 - 這種負載可以看到，可以稱重，甚至可以觸摸 - 那麼一切都會因風而變得複雜得多。它是不可見的，很難直觀地預測它。是的，當然，風對支撐結構有一些影響，在某些情況下甚至可能是破壞性的：它會扭曲廣告橫幅，壓倒柵欄和牆框，並撕毀屋頂。但是如何預測和考慮這種力量呢？真的可以計算嗎？
屈服！然而，這是一項沉悶的工作，非專業人士不喜歡計算風荷載。對此有一個明確的解釋：計算的意義是一件非常負責任和困難的事情，比雪荷載計算要復雜得多。如果專門為此專門設計的合資企業中的雪荷載只有兩頁半，那麼風荷載的計算量是三倍！另外，它被分配了一個強制性應用程序，它們被放置在 19 頁上，指示空氣動力學係數。
如果俄羅斯公民仍然對此感到幸運，那麼對於白俄羅斯居民來說，這將更加困難 - 規範標準和計算的文檔 TKP_EN_1991-1-4-2O09“風效應”有 120 頁！
按照歐洲規範 (EN_1991-1-4-2O09) 的規模建造私人風效結構，很少有人願意在家里處理一杯茶。建議有專業興趣的人下載並徹底研究，並有專家顧問在身邊。否則，由於錯誤的方法和理解，計算的後果可能是災難性的。
風電利用係數
應該注意的是，對於風力渦輪機，有一個特定的效率指標 - KIEV（風能利用係數）。它表示通過工作部分的氣流有多少百分比直接影響風車的葉片。或者，更科學的說，它表示的是設備軸上接收到的功率與作用在葉輪風面上的流量的功率之比。因此，KIEV 是一種特定的、僅適用於風力渦輪機的效率類似物。
迄今為止，KIEV 的數值從原來的 10-15%（舊風車指標）增加到了 356-40%。這是由於風車設計的改進以及新的、更有效的材料和技術細節的出現，以及有助於減少摩擦損失或其他微妙影響的組件。
理論研究確定風能的最大利用係數為0.593。
總結以上內容：風力渦輪機是否有利可圖？
上述結果清楚地證明了購買和啟動風力發電機成本的回報。特別是從：
- 由於通貨膨脹，一千瓦的成本不斷增長。
- 使用風車時，該物體變為非易失性。
- 借助不間斷電源系統，可以在天氣平靜的情況下積累和儲存發電的“盈餘”。
- 許多遠離集中供電網絡的物體被迫在沒有電的情況下存在，因為它們的連接是無利可圖的。
所以，風力發電機是有利可圖的。為沒有電源的能源密集型消費者購買它在經濟上是可行的。城外的酒店、農業農場或畜牧企業、小屋定居點——無論如何，連接替代電力來源的成本是合理的。在製造商的建議的指導下，只需選擇合適的風車型號並進行安裝即可。設備的功率應與您所在地區的平均風速相對應。您可以使用特殊的風圖或根據當地氣象站指定它。
請注意：對於中國製造商的風力渦輪機，設備的額定功率是根據地面 50-70% 的風速計算得出的。在這樣的高度安裝風車是有問題的
太高的桅杆價格昂貴，而且它的強度有嚴格的要求。此外，在指定高度，陣風會形成強渦流。它們不僅會減慢風力發電機的運行速度，還會導致葉片斷裂。解決方案是將設備安裝在 30-35m 的高度，這將提供強風通道，但會防止風車損壞。
