Marzec 07, 2024
Celem posiadania i obsługi systemu turbin wiatrowych o wielkości domowej jest wytwarzanie energii elektrycznej z dowolnego powodu, niezależnie od tego, czy jest to użytek domowy, zysk czy produkcja do celów przemysłowych. Całkowita produkcja energii elektrycznej przez system turbin wiatrowych zależy od wielu różnych czynników, z których na wiele mogą mieć wpływ czynniki wewnętrzne i zewnętrzne samego systemu lub miejsca jego umiejscowienia. Oznacza to, że ma znaczenie nie tylko moc znamionowa turbiny, ale także to, jak wydajna jest ona w pozyskiwaniu energii z wiatru i przekształcaniu jej w energię elektryczną w miejscu jej zużycia. Na przykład generator o mocy 5 kW w turbinie może, ze względu na nieefektywność systemu, generować jedynie 500 W mocy z powodu strat energii w systemie, jeśli będzie zarządzany nieprawidłowo. Dlatego ważne jest, aby scharakteryzować i zrozumieć różne przyczyny nieefektywności oraz sposoby ich zwalczania.
Jak najlepiej wykorzystać wiatr
Zaczniemy od perspektywy wiatru i będziemy pracować nad każdą z nieefektywności, aż dotrzemy do energii elektrycznej wykorzystywanej do ładowania akumulatorów w Twoim domu. Niestety nie można w każdej chwili kontrolować tego, co robi wiatr, więc niestety nie możemy wiele zrobić z jego stanem. Nie ma jednak znaczenia , że im bardziej laminarny jest przepływ wiatru (naukowa nazwa płynnego przepływu powietrza), tym większa jest efektywność konwersji energii kinetycznej wiatru na energię kinetyczną ruchu obrotowego łopaty turbin wiatrowych.
Przepływ turbulentny jest odwrotny. Wtedy powietrze jest chaotyczne i wiruje wokół nieprzewidywalności. Lokalne punkty przepływu wiatru mogą popychać wiatr do tyłu lub na boki, powodując niespójne siły przykładane do łopatek turbiny. Ograniczona kontrola, jaką masz nad wiatrem oddziałującym z turbiną, polega na tym, jak środowisko wokół turbiny wpływa na warunki przepływu. Przeszkody w przepływie, takie jak drzewa, budynki lub inne turbiny wiatrowe, spowodują wzrost przepływu turbulentnego docierającego do turbiny. Dlatego podczas instalowania turbiny powinieneś spróbować umieścić ją na ładnej, otwartej przestrzeni z minimalnymi przeszkodami w pobliżu.
Warto również sprawdzić prędkość wiatru, na którą będzie narażona turbina w różnych pozycjach instalacji, ponieważ może ona się różnić. Najważniejszą kwestią, którą należy wziąć pod uwagę, jest wysokość turbiny. Im wyżej zainstalowana jest turbina, tym większa jest prędkość wiatru. Dzieje się tak dlatego, że gdy wiatr oddziałuje z ziemią, zwalnia, spowalniając powietrze tuż nad nim, następnie to powietrze spowalnia powietrze nad nim itd.… aż wrócisz do nieograniczonego przepływu, gdzie wiatr wieje z pełną prędkością. Zjawisko to w dynamice płynów nazywane jest warstwą graniczną: warstwą przepływu blisko granicy (powietrze-ziemia), która ma gradient prędkości na całej swojej wysokości.
Podnieś lub przeciągnij
Drugą i dość istotną nieefektywnością w przypadku systemów turbin wiatrowych jest teoretyczne ograniczenie ilości mocy, jaką może wydobyć z wiatru dana łopata turbiny. Zależy to głównie od kształtu łopaty wykorzystywanej do pozyskiwania energii wiatru. Istnieje kilka popularnych konstrukcji łopatek turbin, w szczególności TESUP wykorzystuje w swoich konstrukcjach łopatki typu lift i drag.
Przykład łopaty typu lift można zobaczyć na turbinie Magnum 5. Ostrze ma kształt znany jako płat. To jest kształt skrzydła samolotu, jeśli spojrzeć na jego przekrój. Kształt ten wytwarza siłę nośną, gdy wiatr przepływa po jego powierzchni w dokładnie taki sam sposób, jak skrzydło samolotu. Dobrym przykładem turbiny typu drag jest turbina TESUP AtlasX. Turbina tego typu ma łopatkę w kształcie litery „C” i wykorzystuje wiatr, który bezpośrednio „naciska” na łopatki turbiny w celu ich obracania.
Teoretyczne maksimum dla turbin typu lift wynosi około 40% i wiem, że na pierwszy rzut oka może się to wydawać niskie, ale maksymalna wydajność każdej turbiny wynosi tylko 45%! Więc naprawdę nie jest źle! Turbiny typu drag mają zazwyczaj niższą wydajność. Wynika to głównie z konstrukcji turbiny. Ponieważ dwie łopaty (po obu stronach turbiny) są popychane przez wiatr w dowolnym momencie, jedna z łopatek przeciwdziała obrotowi turbiny (co za niegrzeczność!). Kształt łopaty w kształcie litery C zapewnia większą powierzchnię łopaty jest wystawiona na działanie wiatru i dlatego jedna z łopatek łapie więcej wiatru i jest dociskana mocniej, powodując obrót.
Być może myślisz sobie: och, to bzdura, niska wydajność? Ledwo dostaję jakąkolwiek moc z mojej turbiny TESUP! Ale nie martw się, istnieje kompromis, i to świetny! Turbiny typu drag mają niższą prędkość rozruchu i dlatego wirują częściej niż turbiny typu lift, bardzo podobnie do żółwia i zająca w wytwarzaniu energii! TESUP ciężko pracuje, aby zapewnić wyższą wydajność swoich turbin, starannie projektując ich łopatki. Spójrz tylko na przeprojektowane ostrza AtlasX! Nie tylko poprawiły wydajność turbiny i zwiększyły obszar zlewni wiatru, ale także świetnie wyglądają!
Konieczność dobrych komponentów w systemie operacyjnym
Ostatnią przeszkodą pomiędzy energią wiatrową a wytwarzaniem energii elektrycznej jest nieefektywność elektryczna. Mogą one występować i będą występować we wszystkich elementach elektrycznych, niezależnie od tego, czy będzie to generator elektryczny w turbinie, czy najmniejszy przewód w systemie. Niestety komponenty elektryczne mają tendencję do marnowania energii elektrycznej poprzez wytwarzanie energii cieplnej (przypomnij sobie sytuację, gdy dotknąłeś ładowarki telefonu, a po naładowaniu telefonu była ciepła). Każdy etap niezbędny w systemie turbiny wiatrowej do wytwarzania, przesyłania i magazynowania energii elektrycznej będzie z natury wiązał się z pewnymi stratami. Straty te można oczywiście zmniejszyć!
Najlepszym sposobem na osiągnięcie wzrostu wydajności elektroniki niskim kosztem jest zakup dobrej jakości podzespołów elektronicznych do swojego systemu. TESUP może dostarczyć sterowniki ładowania, przetwornice mocy i systemy okablowania, które są dobrze dopasowane i specjalnie zaprojektowane dla turbin TESUP. Zakup jednego lub wszystkich tych systemów w celu uzupełnienia systemu wytwarzania energii opartego na turbinie wiatrowej to dobry sposób na zmniejszenie strat w systemie i ostatecznie wygenerowanie ogólnie większej mocy!
TESUP ma nadzieję, że ten mały przewodnik po niektórych nieefektywnościach, które możesz napotkać, był przydatny! Mamy nadzieję, że jesteś teraz nieco lepiej poinformowany o systemach turbin wiatrowych i o tym, jak interesujące są one!