Ветрогенераторы с жёсткими и парусными лопастями

Различают два вида лопастей ветрогенераторов по жесткости: жесткие и парусные.

Жёсткие лопасти для ветрогенератора

Роторы могут изготавливаться с лопастями из различных материалов и разной степени жесткости. Классические установки промышленного образца используют жесткие материалы. Это дает возможность стабилизировать эксплуатационные параметры изделий во времени, обеспечить повторяемость характеристик ветрогенераторов и увеличить ресурс лопастей ротора, так как жесткая поверхность лучше противостоит воздействию внешней среды.

Ветер несет частицы пыли, сверху льется дождь и сыпется град. Поверхность крыльев, изготовляемых серийно различными предприятиями из соответствующих жестких материалов, сохраняет форму и качество поверхности в течение всего срока эксплуатации изделия.

Не стоит забывать, что от того, насколько гладка поверхность крыла зависит сопротивление крыла в потоке воздуха, особенно на высоких скоростях вращения ротора. Профиль крыла рассчитывается таким образом, чтобы добиться максимальной эффективности использования ветра, и внешнее воздействие снижает эту эффективность.

Поэтому, для производства жестких лопастей для ветрогенератора предприятия используют различные пластмассы, металл и наборное дерево, обработанное особым образом.

Парусный ветрогенератор

Главным отличием лопастей парусного вида является намного меньшая стоимость материала, простота изготовления и ремонта. Эти преимущества привлекают многих, кто делает ветрогенератор своими руками.

В качестве материала может использоваться ткань, фанера, тонкие металлические листы и другие, доступные в быту и легкие в обработке подходящие товары из хозяйственного магазина. Какие же еще положительные особенности привлекают строителей ветроустановок?

Самая важная особенность – большая суммарная рабочая поверхность парусных лопастей. Дело в том, что парусный ветрогенератор может стартовать и давать энергию при мизерных значениях скорости ветра – меньше полуметра в секунду. Конечно, парусная лопасть за счет своей неаэродинамической формы снизит эффективность работы по мере увеличения скорости вращения, но задача в данном случае состоит в отборе энергии именно слабого ветра, преобладающего в средних широтах. И с этой задачей ротор данного вида справляется лучше остальных, так как принцип его действия отличается от принципа ротора с жестким крылом.

Выше по тексту было написано “профиль крыла рассчитывается таким образом, чтобы добиться максимальной эффективности”. Но проблема состоит в том, что нет просто максимальной эффективности, а есть максимальная эффективность при определенных условиях, таких как скорость движения в воздушном потоке и угол атаки. Поэтому, для того, чтобы получить нужную величину эффективности необходимо, чтобы жесткая лопасть достигла той суммарной векторной скорости движения относительно потока воздуха, которая была заложена при расчете профиля крыла. А до того момента лопасть работает крайне неэффективно. И именно этого недостатка лишен парусный ротор.

Затраты на изготовление лопастей для ветрогенератора

Рассмотрим, что включают затраты на изготовление жесткого и парусного роторов.

Поскольку штатный режим работы жесткого ротора предполагает высокую скорость вращения, то понятно, что к профилю лопасти предъявляются повышенные требования. Это приводит к увеличению затрат на высококачественные материалы и дорогостоящее оборудование.

Парусные роторы вращаются с невысокой скоростью, поэтому на форме и чистоте обработки поверхностей можно сэкономить. Но низкая скорость приводит к появлению другой проблемы. Мощность электрического тока, вырабатываемого генератором, напрямую зависит от скорости вращения ротора. Чем быстрее вращается ротор – тем больше энергии вырабатывается.

Эту проблему можно решить двумя способами – подключив генератор через редуктор-мультипликатор с высоким КПД, или применив специальный низкооборотный генератор.

Оба варианта достаточно дороги, но второй предпочтительнее, потому что, каким бы ни был высоким КПД редуктора, он не может достичь 100%, и часть энергии будет теряться.

Таким образом, на вопрос о том, какой ветрогенератор обойдется дороже в изготовлении можно ответить так.

Если вы собираетесь ставить его в средних широтах, где среднегодовая скорость ветра не превышает 4 м/с, то дороже обойдется жесткое крыло, поскольку в среднем ротор будет находиться не в штатном режиме работы. А фактически, он большее время будет просто стоять, так как не сможет стартовать.

Парусная ветроустановка, в самом худшем случае будет практически постоянно давать энергию, т.к. 4 м/с для нее хоть и невысокая, но вполне подходящая скорость.

Материалы лопастей ветровых установок

Для изготовления жестких роторов в настоящее время активно используют металл, стекло- и углепластик. Иногда лопасти печатают на широко распространенных в последнее время 3-D принтерах.

При создании парусного ротора применяются всевозможные современные ткани -, NewSkytex, Toray ,Cuben, Gelvenor, Sofly и другие.

В случае применения низкооборотного генератора высокая скорость вращения  не понадобиться. В таком случае необходимо предусмотреть устройства регулирования шага винта.