Comment calculer une éolienne: formules + exemple pratique de calcul

L'énergie alternative reçue des éoliennes présente un grand intérêt pour la société. Il existe de nombreuses confirmations à ce sujet au niveau de la pratique domestique réelle.

Les propriétaires d'immeubles de banlieue construisent des moulins à vent de leurs propres mains et se contentent du résultat, même si l'effet peut être de courte durée. La raison - lors de l'assemblage, l'éolienne n'a pas été calculée correctement.

D'accord, je ne voudrais pas dépenser du temps et de l'argent sur le projet, pour obtenir une installation inefficace. Par conséquent, il est important de comprendre comment calculer l'éolienne et par quels paramètres choisir les principales unités de travail de l'éolienne.

L'article est consacré à la solution de ces questions. La partie théorique du matériel est complétée par des exemples illustratifs et des recommandations pratiques pour l'assemblage d'une éolienne.

Calcul d'une éolienne

Par où commencer pour calculer le système de reproduction de l'électricité à partir de l'énergie éolienne? Étant donné que nous parlons d'un générateur de vent, une analyse préliminaire de la rose des vents dans une zone particulière semble logique.

Les paramètres de conception tels que la vitesse du vent et sa direction caractéristique pour un territoire donné sont des paramètres de conception importants. Ils déterminent dans une certaine mesure le niveau de puissance du moulin à vent, qui sera réalisable.

Il est difficile d'imaginer des éoliennes d'une telle puissance. Mais des conceptions similaires existent et fonctionnent efficacement. Cependant, les calculs de telles structures montrent une puissance relativement faible par rapport aux sources d'énergie traditionnelles.

Ce qui est remarquable, ce processus est de nature à long terme (au moins 1 mois), ce qui est assez évident. Il est impossible de calculer les paramètres les plus probables de la vitesse du vent et de sa direction la plus fréquente avec une ou deux mesures.

Des dizaines de mesures seront nécessaires. Néanmoins, cette opération est vraiment nécessaire si l'on souhaite construire un système productif efficace.

Comment calculer la puissance d'un moulin à vent

Les éoliennes domestiques, en particulier celles fabriquées de leurs propres mains, n'ont pas encore eu à surprendre les personnes à forte puissance. C'est compréhensible. Il suffit d'imaginer un mât massif de 8 à 10 m de haut, équipé d'un générateur avec une portée de pales d'hélice de plus de 3 m, et ce n'est pas l'installation la plus puissante. Seulement environ 2 kW.

Pour entretenir des éoliennes d'une telle puissance, des hélicoptères et des équipes de spécialistes, comptant jusqu'à une douzaine de personnes, sont utilisés. Pour calculer une telle centrale, un nombre encore plus important d'artistes est impliqué

En général, si vous vous fiez à un tableau standard indiquant le rapport entre la puissance de l'éolienne et la portée requise des pales du rotor, il n'y a rien à surprendre. Selon le tableau, une hélice de 10 mètres est requise pour un moulin à vent de 10 W.

Une vis d'un diamètre de 14 m sera nécessaire pour une conception de 500 W. De plus, le paramètre d'envergure de la lame dépend de leur nombre. Plus il y a de lames, plus la portée est petite.

Mais ce n'est qu'une théorie, car la vitesse du vent ne dépasse pas 4 m / s. Dans la pratique, tout est quelque peu différent, et la puissance des installations domestiques en vigueur depuis longtemps n'a jamais dépassé 500 watts.

Par conséquent, le choix de la puissance ici est généralement limité à une plage de 250 à 500 W avec une vitesse moyenne du vent de 6 à 8 m / s.

Tableau de la dépendance de la puissance du système éolien sur le diamètre du rotor et le nombre de pales. Ce tableau peut être utilisé pour les calculs, mais en tenant compte de sa compilation pour un paramètre de vitesse du vent jusqu'à 4 m / s (+)

D'un point de vue théorique, la puissance d'une centrale éolienne est calculée par la formule:

N = p * S * V³/2,

où:

• p - densité des masses d'air;
• S - surface totale soufflée des pales d'hélice;
• V - débit d'air;
• N - débit d'air.

Étant donné que N est un paramètre qui affecte considérablement la puissance de l'éolienne, la puissance réelle de l'installation sera proche de la valeur calculée de N.

Calcul des vis des éoliennes

Lors de la conception d'un moulin à vent, deux types de vis sont généralement utilisés:

• ailé - rotation dans le plan horizontal;
• Rotor Savonius, rotor Daria - rotation dans un plan vertical.

La conception des vis avec rotation dans l'un des plans peut être calculée à l'aide de la formule:

Z = L * W / 60 / V

où:

• Z - le degré de vitesse (faible vitesse) de la vis;
• L - la taille de la longueur décrite par les lames du cercle;
• W - vitesse (fréquence) de rotation de la vis;
• V - débit d'air.

Sur la base de cette formule, on peut facilement calculer le nombre de tours W - la vitesse de rotation.

C'est la conception de la vis appelée "Daria Rotor". Cette version de l'hélice est considérée comme efficace dans la fabrication d'éoliennes de petite puissance et de petite taille. Le calcul de la vis a quelques fonctionnalités

Un rapport de travail des révolutions et de la vitesse du vent peut être trouvé dans les tableaux disponibles sur le réseau. Par exemple, pour une vis à deux lames et Z = 5, la relation suivante est vraie:

L'un des indicateurs importants d'un accessoire d'éolienne est également une étape.

Ce paramètre peut être déterminé à l'aide de la formule:

H = 2πR * tan α,

où:

• 2π - constant (2 * 3,14);
• R - le rayon décrit par la lame;
• tg α - angle de coupe.

Des informations complémentaires sur le choix de la forme et du nombre de lames, ainsi que des instructions pour leur fabrication sont données dans cet article.

Sélection de générateurs pour éoliennes

Ayant la valeur calculée de la vitesse de rotation de la vis (W) obtenue par la méthode ci-dessus, il est déjà possible de sélectionner (faire) le générateur correspondant.

Par exemple, lorsque le degré de vitesse Z = 5, le nombre de pales est égal à 2 et une vitesse de 330 tr / min. À une vitesse du vent de 8 m / s. la puissance du générateur doit être d'environ 300 watts.

Générateur d'une installation éolienne "en section".Un exemple représentatif d'une des conceptions possibles d'un générateur d'un système éolien domestique, assemblé indépendamment

Avec ces paramètres, le moteur utilisé dans la construction de vélos électriques modernes peut être un choix approprié comme générateur pour un parc éolien domestique. Le nom traditionnel de la pièce est un moteur à cycle (production du PRC).

Il ressemble à un moteur à cycle électrique, sur la base duquel il est proposé de réaliser un générateur pour une éolienne domestique. La conception du moteur de cycle est idéale pour la mise en œuvre sans pratiquement aucun calcul ni amélioration. Cependant, leur puissance est faible

Les caractéristiques du moteur à cycle électrique sont approximativement les suivantes:

Une caractéristique positive des moteurs à cycle est qu'ils n'ont pratiquement pas besoin d'être refaits. Ils ont été développés de manière constructive en tant que moteurs électriques à basse vitesse et peuvent être utilisés avec succès pour les éoliennes.

Pour fabriquer un moulin à vent, vous pouvez utiliser un générateur de voiture ou recueillir unité de machine à laver.

Calcul et choix du contrôleur de charge

Un contrôleur de charge de batterie est requis pour tout type d'installation d'énergie éolienne, y compris une construction domestique.

Le calcul de cet appareil se réduit à la sélection du circuit électrique de l'appareil, qui correspondrait aux paramètres calculés du système éolien.

Parmi ces paramètres, les principaux sont:

• tension nominale et maximale du générateur;
• la puissance maximale possible du générateur;
• courant de charge de batterie maximum possible;
• tension de la batterie;
• température ambiante;
• niveau d'humidité de l'environnement.

Sur la base des paramètres présentés, ensemble contrôleur de charge faites-le vous-même ou la sélection d'un appareil fini.

Contrôleur de charge de batterie utilisé dans le cadre d'une centrale éolienne. Un appareil de fabrication industrielle, en choisissant celui dont vous avez seulement besoin pour étudier attentivement les spécifications techniques pour une coordination exacte avec le système existant

Bien sûr, il est souhaitable de sélectionner (ou assembler) un dispositif dont les circuits assureraient une fonction de démarrage facile dans le flux de faibles flux d'air. Un contrôleur conçu pour être utilisé avec des batteries de tensions différentes (12, 24, 48 volts) est également le bienvenu.

Enfin, lors du calcul (sélection) du circuit du contrôleur, il est recommandé de ne pas oublier la présence d'une fonction telle que la commande de l'onduleur.

Sélection de la batterie pour le système

Dans la pratique, différents types de batteries sont utilisés et presque tous conviennent parfaitement à une utilisation dans le cadre d'un système éolien. Mais le choix concret devra quand même être fait. En fonction des paramètres du système éolien, la sélection de la batterie s'effectue en fonction de la tension, de la capacité, des conditions de charge.

Les composants classiques des éoliennes domestiques sont considérés comme des batteries au plomb classiques. Ils ont montré de bons résultats dans un sens pratique. De plus, le coût de ce type de batterie est plus acceptable par rapport aux autres types.

Les batteries plomb-acide sont particulièrement sans prétention aux conditions de charge / décharge, mais il est inacceptable de les inclure dans le système sans contrôleur.

S'il y a un contrôleur de charge de fabrication professionnelle dans le groupe éolien qui a un système d'automatisation à part entière, l'utilisation de batteries AGM ou d'hélium est considérée comme rationnelle.

Éolienne domestique pour batterie. Pas la meilleure option, étant donné le chaos des fils et les exigences de stockage. Avec cet état de stockage d'énergie, on ne peut pas compter sur leur effet à long terme.

Les deux types de dispositifs de stockage d'énergie se caractérisent par une plus grande efficacité et une longue durée de vie, mais ils ont des exigences élevées en termes de conditions de charge.

Il en va de même pour les batteries dites blindées de type hélium. Mais le choix de ces batteries pour un moulin à vent domestique est considérablement limité par le prix. Cependant, la durée de vie de ces batteries coûteuses est la plus longue par rapport à tous les autres types.

Ces batteries se distinguent également par un cycle de charge / décharge plus important, mais soumis à l'utilisation d'un chargeur de haute qualité.

Calcul de l'onduleur d'une éolienne domestique

Il convient de noter tout de suite: si la conception d'une éolienne à énergie domestique contient une batterie de 12 volts, il est logique de mettre un onduleur sur un tel système complètement.

En moyenne, la consommation électrique des ménages est d'au moins 4 kW aux pointes de charge. D'où la conclusion: le nombre de batteries pour une telle puissance doit être d'au moins 10 pièces et de préférence sous une tension de 24 volts. Pour un tel nombre de batteries, il est déjà judicieux d'installer un onduleur.

Cependant, afin de fournir pleinement l'énergie à 10 batteries d'une tension de 24 W chacune et de maintenir leur charge de manière stable, une éolienne d'une puissance d'au moins 2-3 kW sera nécessaire. De toute évidence, pour les conceptions simples des ménages, une telle puissance ne peut pas être tirée.

Un petit onduleur (600 W) qui peut être utilisé pour une petite installation électrique domestique. Vous pouvez alimenter un téléviseur ou un petit réfrigérateur à partir d'un tel équipement avec une tension de 220 volts. Il n'y a pas assez de courant pour les lampes du lustre

Cependant, la puissance de l'onduleur peut être calculée comme suit:

1. Résumez le pouvoir de tous les consommateurs.
2. Déterminez le moment de la consommation.
3. Déterminez la charge de pointe.

Pour un exemple concret, cela ressemblera à ceci.

Qu'il y ait des appareils électroménagers comme charge: lampes d'éclairage - 3 pièces. 40 W chacun, récepteur de télévision - 120 W, réfrigérateur compact 200 W. Nous résumons la puissance: 3 * 40 + 120 + 200 et nous obtenons 440 watts de puissance.

Nous déterminons la puissance des consommateurs pour une durée moyenne de 4 heures: 440 * 4 = 1760 watts. Sur la base de la valeur de puissance obtenue en fonction du moment de la consommation, il semble logique de sélectionner un onduleur parmi ces appareils d'une puissance de sortie de 2 kW.

Sur la base de cette valeur, la caractéristique courant-tension de l'appareil requis est calculée: 2000 * 0,6 = 1200 V / A.

Le schéma classique de reproduction et de distribution d'énergie reçue d'une éolienne de type domestique. Cependant, pour fournir de l'énergie à long terme avec un tel nombre d'appareils, une installation suffisamment puissante est nécessaire (+)

En fait, la charge du ménage pour une famille de trois personnes, où il y a un équipement complet pour les appareils électroménagers, sera plus élevée que celle calculée dans l'exemple. Habituellement, en termes de temps de connexion de charge, le paramètre dépasse 4 heures prises. Par conséquent, l'onduleur du système éolien en aura besoin d'un plus puissant.

Le calcul préliminaire du moulin à vent est utile non seulement pour son assemblage indépendant. Il est nécessaire de déterminer les paramètres optimaux lorsque choisir une éolienne finie.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment l'analyse des données source et comment les formules sont appliquées est présentée dans la vidéo:

Il est nécessaire d'utiliser les données calculées dans tous les cas. Qu'il s'agisse d'une centrale électrique industrielle ou fabriquée pour les conditions de vie, le calcul de chaque nœud entraîne toujours l'efficacité maximale de l'appareil et, surtout, la sécurité de fonctionnement.

Des calculs préétablis déterminent la faisabilité du projet, aident à établir le coût ou l'économie du projet.

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