В наше время значительно ужесточились требования, предъявляемые к экологической чистоте источников энергии, благодаря чему люди с повышенным вниманием стали относиться к возможностям ветра. Так, особой популярностью пользуются ветрогенераторы – устройства, способные превращать кинетическую силу ветра в электроэнергию. Кроме своей экологичности ветрогенераторы хороши тем, что с их помощью можно электрифицировать даже самые отдаленные поселки. Судите сами: если человек живет в отдаленном районе и тянуть провода к его жилищу дорого, то ветрогенеротор станет отличным решением проблем с обеспечением людей электроэнергией.
Разработчики придумали и запатентовали множество типов генераторов, вырабатывающих электрический ток под воздействием ветра. Все эти устройства можно разделить на 3 группы:
1) вращающиеся в горизонтальной плоскости и имеющие ось, расположенную параллельно потоку воздуха;
2) вращающиеся в горизонтальной плоскости и имеющие ось, расположенную перпендикулярно потоку воздуха;
3) вращающиеся в вертикальной плоскости и имеющие ось, расположенную перпендикулярно потоку воздуха.
Остальные типы ветрогенераторов не столь эффективны, и потому не используются так широко.
Сегодня чаще всего можно увидеть генераторы, имеющие горизонтальную ось, благодаря чему они способны превращать энергию ветра в подъемную силу или силу сопротивления. Этот вариант встречается чаще остальных по той простой причине, что мощность ветряков такого типа максимальна. Что же касается остальных параметров, по ним движитель также выигрывает по сравнению со своими конкурентами: он эффективнее как по экономическим показателям, так и по важному в технике соотношению масса/мощность. Ветроколесо при этом может быть оборудовано от 1 до 50 лопастей, но чаще всего встречаются варианты с тремя лопастями.
Если ветрогенератор устанавливается в такой местности, где направление ветра практически неизменно, ветроколесо фиксируют в одном положении, в противном случае эта деталь ветряка может свободно вращаться за ветром. Если говорить о небольших устройствах, то такие ветряки разворачиваются за ветром благодаря хвостовому оперению, более же мощные модели оснащены электронным датчиками.
В процессе разработки новой модели конструкторы должны учитывать не только то, как будет работать ветрогенератор при низкой скорости ветра, а и задумываться над тем, как уберечь устройство от шквального ветра или урагана. Вариантами решения последней проблемы может стать механизм, отвечающий за автоматическое складывание лопастей или же создание карманов, препятствующих негативному воздействию шквального ветра на установку.
Что же касается горизонтальных ветряков, ось которых расположена перпендикулярно направлению потока воздуха, то такие установки используются намного реже. Связано это с необходимостью наладки специальных систем ориентации ветрогенератора и низким КПД. Ветряки с вертикальной осью имеют некоторые особенности в своей конструкции, благодаря чему они значительно лучше горизонтальных генераторов. Так, к преимуществам можно отнести такие моменты, как:
- отсутствие необходимости в установке дополнительных приборов, отвечающих за определение направление ветра;
- очевидное упрощение конструкции;
- снижение гироскопических нагрузок на систему передачи энергии и сами лопасти ветряка;
Одновременно с этим ветрогенераторы с вертикальной осью выдают меньшую мощность и менее быстроходны.
Если говорить о деталях малого ветряка, то он состоит из:
- мачты, поддерживаемой специальными растяжками;
- ветряной турбины с оперением хвоста;
- генератора, ответственного за выработку тока напряжением 24-48 Вольт;
- аккумуляторные батареи, в которых накапливается ток в то время, когда нет ветра;
- инвертора, ответственного за преобразование электрического тока в привычные нам 200В с частотой в 50Гц.
Промышленные же генераторы комплектуются более высокой башней, низ которой крепится к фундаменту. Кроме этого в состав таких ветрогенераторов входит поворотный механизм, работающий под управлением электроники, тормозная система, система, отвечающая за угол атаки лопастей, защитой от попадания молнии, а также системой тушения пожара и точкой связи.
По выдаваемой мощности ветряки можно разделить на 2 типа: предназначенные для персонального использования (мощность до 5 кВт) и промышленные (мощность до 8МВт). При этом высота промышленных ветрогенераторов может достигать нескольких сотен метров, при массе в тысячи тонн. Ещё одним отличием промышленных ветряков от малых можно считать необходимость синхронизировать частоту и напряжение тока с показателями электрических сетей. По этой причине экономически выгоднее применять именно малые ветрогенераторы, в результате работы которых энергии хватит на отопление и освещение жилья или небольших промышленных комплексов.