Ветрогенераторы, как и солнечные батареи, являются экологически чистыми восполняемым источником энергии. В первом случае в электроэнергию преобразуется энергия ветра, во втором энергия солнца. Ветрогенераторы и солнечные батареи относят к "зеленой" энергетике, не требующей никакого топлива для генерации электрической энергии и не изменяющей тепловой баланс планеты.
Возможно ли и целесообразно ли использование ветрогенераторов для генерации электроэнергии в частном хозяйстве, т. е. не в промышленных объемах для собственного использования в частном доме? Какой источник энергии, солнечные батареи или ветрогенератор, лучше? Попробуем разобраться.
В своих материалах мы уже касались вопросов преобразования солнечной энергии и сравнивали системы преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую. Поэтому, сначала кратко рассмотрим принцип действия ветрогенераторов а потом уже сравним их с солнечными преобразователями, а так же оценим эти способы применительно к нашим условиям - использованию "зеленой" энергии в частном доме в условиях Крыма, или аналогичных по климату.
Ветер - явление давно известное человеку, и использование ветра для получения энергии так же уходит в глубину веков. Ветряные мельницы появились задолго до изобретения электричества и поэтому, как только люди научились делать электрические генераторы, стало совсем нетрудно прикрутить генератор к оси крыльев мельницы и получить электрический ток. Вероятно, за это даже не дали нобелевскую премию.
Использование энергии ветра для получения электроэнергии в промышленных масштабах в некоторых государствах - суть основы энергетики. Например, ветрогенераторы Дании произвели в 2017 году 43,6 % от всего объема электричества, а в 2020 году датчане ожидают что произведут более половины всей электроэнергии таким способом.
Солнечные батареи не так интенсивно используются в промышленном производстве электроэнергии, доля "солнечной" энергетики составляет всего около 1,5% от общемирового производства. Но, например, Великобритания (кстати, тоже остров, причем с туманами и холодами), около 25 % электроэнергии производит именно солнечными батареями.
Итак, о ветрогенераторах. Существуют два основных вида ветрогенераторов - горизонтальные и вертикальные, по расположению оси вращения.
Горизонтальный ветрогенератор построен по классической схеме - ветер "дует" прямо на лопасти генератора и вращает их. лопасти через ось передают вращение генератору. Чтобы лопасти всегда были перпендикулярны направлению ветра, хвостовое оперение на оси вращения поворачивает лопасти всегда в направлении ветра. Так-же устроен флюгер, указывающий направление ветра, который можно увидеть на метеостанции и крыше деревенского дома.
Горизонтальный ветрогенератор хорошо работает при скорости ветра от 15 м/сек и выше. Есть еще один параметр, который существенен для оценки применения - скорость ветра для "страгивания" ветрогенератора, которая составляет от 5 м/сек и более.
В промышленном производстве электроэнергии используются ветрогенераторы с горизонтальным расположением оси. Ось генератора располагают на мачтах на высоте от 100 метров. Ветер на высоте посвежее.
Вертикальные ветрогенераторы имеют вертикально расположенную ось и широкие лопасти, вращающиеся вокруг вертикальной оси генератора.
Практическим положительным отличием от ветрогенераторов с горизонтальной осью, является более низкая "скорость страгивания", около 1-3 м/сек и более низкая рабочая скорость ветра - около 10 м/сек или даже ниже. Кроме того, лопасть вертикального ветрогенератора не рассекает поток воздуха, а какое-то время движется вместе с потоком, эффективно отбирая мощность у воздушного потока. Вертикальные ветрогенераторы практически бесшумны.
Оценивая непромышленное использование ветрогенераторов, следует учитывать силу и скорость ветра в регионе.
Как видно из приведенной карты, интенсивность ветра в России невелика, но Краснодарский край и Крым, входят в область, где среднегодовая скорость ветра составляет свыше 5 м/сек, что максимально для России. Следовательно, использование ветрогенераторов в этих регионах целесообразно.
В домашних условиях расположить ветрогенератор на мачте высотой в несколько десятков метров весьма проблематично и очень дорого, поэтому необходимо использовать ветрогенераторы с низкой "скоростью страгивания" - т. е. ветрогенераторы с вертикально расположенной осью вращения.
Рассмотрим теперь сильные и слабые стороны ветрогенераторов и солнечных батарей.
- Интенсивность. Региональная интенсивность определяется из географического положения и статистических данных. Применительно к региону, и солнце и ветер имеют эффективность, достаточную для использования в качестве источника энергии;
- Цикличность. Солнце садится и восходит с завидной регулярностью. Цикл составляет 24 часа, проектируя оборудование электроснабжения, расчеты привязывают к суточному циклу. Ветер "гуляет сам по себе", без какой-либо цикличности. Если пасмурная погода скорее аномалия, то безветренная погода больше норма. Ветер возможен в любое время суток, и днем и ночью, а вот солнце - только днем ..;
- Стоимость. Конечно стоимость зависит от производителя и качества оборудования. По нашему мнению, полный комплект оборудования солнечных батарей будет ненамного, но дороже, чем полный комплект оборудования ветрогенератора. Заметим так-же, что стоимость основного элемента - непосредственно солнечной батареи в силу массового производства постоянно снижается;
- Надежность. Ветрогенераторы имеют вращающиеся части, поэтому по надежности и долговечности, они явно уступают солнечным батареям;
- Порог срабатывания и мощность. Как уже отмечалось, ветрогенераторы имеют "точку страгивания", вращение ветрогенератора начинается с какой-то определенной величины скорости ветра, и невращающийся ветрогенератор не производит никакой энергии, совсем. Мощность ветрогенератора нелинейна, уменьшение скорости ветра сильно уменьшает отдаваемую мощность. Солнечные батареи наоборот, не имеют порога срабатывания вообще, и вырабатывают электроэнергию не только под прямыми лучами солнца, но и в пасмурную погоду. Зависимость мощности солнечных батарей линейно зависима от интенсивности освещения. В этом сравнении солнечные батареи значительно выигрывают у ветряных генераторов по этим параметрам.
- Масштабируемость. Добавить пару солнечных батарей в систему намного легче, чем увеличить производительность ветрогенератора.
Как видим из сравнения, использование солнечных батарей предпочтительнее, чем использование ветрогенераторов. И если вопрос стоит только вопрос выбора - то мы рекомендуем солнечные батареи.
Ветрогенераторы, безусловно, эффективный способ производства электрической энергии, но использование его в домашних условиях проблематично.
В некоторых случаях, точнее в некоторых регионах или отдельных местностях региона есть такие местности, количество ясных солнечных дней настолько мало, а ветер наоборот, настолько интенсивный, что фактически не остается выбора - придется использовать ветровые генераторы.
В таком случае необходимо учитывать прежде всего отсутствие цикличности ветра. Создавая, например, систему отопления на основе ветрогенератора+теплового насоса и дровяной печи, нужно быть готовым к тому, что периоды, когда нужно будет топить печь дровами, могут быть непредсказуемо длительны.
Как вариант, возможно создание гибридных систем, т.е. необходимо подключить к ветрогенератору несколько солнечных батарей, которые спасут ситуацию в полный штиль. Сами производители ветрогенераторов оборудования "наталкивают" на такое решение, предусматривая возможность подключения солнечных батарей к инверторам (преобразователям) ветрогенераторов.
Ну и, конечно, остается вопрос, который является одним из основополагающих в концепции строительства - зачем выбирать участок в такой местности ...
================================================================
Для тех, кто только мечтает об этом и для тех, кто полон решимости воплотить свою мечту в жизнь этот блог, который поможет воплотить мечту в реальность. Подпишитесь на наш канал, это бесплатно. Материалы, которые мы будем размещать здесь помогут вам сэкономить много времени и средств и самое главное - получить свой загородный дом, именно такой, который нужен именно Вам а не тот, который вам продадут.