Рассмотрим рукавные всесезонные гидроэлектростанции Луч-1, Луч-2, Луч-4 и Луч-10 мощностью 1, 2, 4 и 10 кВт (подробности на http://www.306.ru/mges. htm). Они предназначены для выработки элек­троэнергии без сооружения плотины за счет использования энергии самотечного потока. Основные технические характеристики рукав­ных микроГЭС приведены в табл. 4.1.

При использовании каскадного монтажа данные рукавные микро­ГЭС могут использоваться как в малых хозяйствах, так и для промыш­ленного производства электроэнергии, особенно в местах, удаленных от ЛЭП (рис. 4.8).

Конструктивно микроГЭС состоит из энергоблока, блока управле­ния, блока возбуждения, блока нагрузки и рукавного водовода.

Энергоблок выполнен в виде рамы, на которой расположены направляющий аппарат, двухкратная турбина и электрический гене­ратор. Для удобства эксплуатации блок управления, блок возбужде­ния и блок балластных нагрузок смонтированы вместе с энергобло­ком на той же раме. Все узлы на раме закрыты кожухом.

Водовод состоит из водозаборного устройства, переходника и напорных рукавов (или труб).

Срок службы микроГЭС не менее 10 лет. МикроГЭС — надеж­ные, экологически чистые, компактные, быстроокупаемые источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских

хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в отдаленных горных и труднодоступных районах, где нет поблизо­сти линий электропередач, а строить такие линии сейчас и дольше и дороже, чем приобрести и установить микроГЭС.

Срок окупаемости установки не превышает 2-х лет. Опытный обра­зец рукавной микро ГЭС прошел испытания на натурном водном полигоне.

При среднесезонной скорости ветра в 5 м/с, качественно изготов­ленной гирлянде и общем КПД мультипликатора и генератора 70%, один квадратный метр ВЭУ выдаст 20—21 Вт электроэнергии. Для производства одного киловатта понадобится 50 м2, или сто погонных метров при диаметре 50 см.

Ясно, что вместо одной очень длинной гирлянды в большинстве слу­чаев придется вешать несколько коротких. Здесь возможны две стра­тегии. Во-первых, устанавливать на каждую гирлянду многополюсный генератор на постоянных’магнитах соразмерной мощности. Гирлянда диаметром 80 см и длиной 25 м имеет площадь 20 м2, как у ветроколеса диаметром 5 м, — теоретически можно раскошелиться и на отдельный генератор, суммируя затем уже электрическую мощность.

Однако есть и альтернатива установке мультипликатора и генера­тора под каждой гирляндой. Можно с помощью механических передач
замыкать их на один генератор. Этому способствует маленький диа­метр гирлянд, — их можно располагать достаточно близко. Очевидный вариант объединения механической мощности таков: угловые редук­торы с парой конических шестерен передают вращающий момент от гирлянд общему горизонтальному тросу, закрепленному одним кон­цом на валу генератора.

Это приведет к потере 3—5 процентов мощности на каждой гир­лянде в одном ряду, и если рядов несколько, то еще столько же при вторичном суммировании рядов.

Примечание.

Эти потери (включая стоимость редукторов и горизонтальных тросов) будут экономически оправданы, если стоимость большого числа маленьких мультипликаторов/генераторов в сравнении со стоимостью такого же числа угловых редукторов и одного мощ­ного мультипликатора/генератора окажется много больше.

Так же вполне возможно, что оптимальной будет установка одного генератора промежуточной мощности на один ряд гирлянд, гибко сочетая оба вида суммирования: механический внутри ряда и элек­трический между рядами.

Подшипники вверху и внизу гирлянды необходимы в любом случае. В сущности, подвес и редуктор — единственные узлы ветродвигателя как такового, требующие серьезного механического производства.

Поскольку для ВЭУ достаточной мощности их потребуется не один и не два, а действительно много, их себестоимость в достаточно круп­носерийном производстве должна быть умеренной.

Возможно, для удешевления механических редукторов подойдет стратегия их изготовления на китайский манер, — из пластика с огра­ниченным сроком службы и последующей периодической заменой быстроснашиваемых деталей.

Внимание.

Чтобы соседние гирлянды не перекрывали друг друга, желательна минимальная дистанция между ними в 10 диаметров.

По крайней мере, Такого правила придерживаются при сооружении ветропарков традиционных пропеллерных установок. Не исключено, что гирлянды можно будет разместить и несколько плотнее. В любом
случае, не следует без особой нужды ставить их очень близко друг к другу, экономя пару десятков рублей на стоимости нескольких лиш­них метров троса, и теряя гораздо больше на фактическом снижении эффективной площади ветродвигателя.

Разновидности солнечных коллекторов

Простейшим способом утилизации солнечной энергии является использование ее для нагрева. Все знают, как нагреваются на солнце раз­личные предметы. И чем темнее поверхность, тем больше нагрев. Именно на этом и основан принцип работы солнечного коллектора — солнеч­ное тепло поглощается темной поверхностью (абсорбером) и передается теплоносителю. Далее полученное тепло либо накапливается:

♦ либо в специальном теплоаккумуляторе;

♦ либо сразу используется для нагрева.

Определение.

Солнечный коллектор — установка для прямого преобразования энергии Солнца в тепловую энергию.

Принципы солнечного отопления известны на протяжении тыся­челетий. Люди нагревали воду при помощи Солнца до того, как иско­паемое топливо заняло лидирующее место в мировой энергетике. Солнечный коллектор — наиболее известное приспособление, непо­средственно использующее энергию Солнца, они были разработаны около двухсот лет назад.

Немного истории. Самый известный из коллекторов — плоский — был изготовлен в 1767 году швейцарским ученым по имени Гораций де Соссюр. Позднее им воспользовался для приготовления пищи сэр Джон Гершель во время своей экспедиции в Южную Африку в 30-х годах XIX века.

Совет.

Чтобы коллектор отдавал основную часть поглощенного тепла теплоносителю, его надо, по возможности, изолировать от окру­жающей среды.

Можно выделить несколько основных типов солнечных коллекто­ров: плоские, вакуумные, концентраторы.

В плоских солнечных коллекторах за плоским абсорбером (чаще всего это металлическая пластина с темным поглощающим покры­тием) находится система трубок, по которым пропускается теплоно­ситель. Чтобы предотвратить потери энергии в окружающую среду обратная сторона и торцы такого коллектора закрываются теплоизо­лирующим материалом.

Фронтальная часть накрывается стеклом. Солнечный свет прак­тически беспрепятственно проходит через стекло, а вот инфракрас­ное излучение от нагретого абсорбера назад не проникает. Тепло как бы запирается внутри коллектора, работает парниковый эффект. Фронтальное стекло также в некоторой степени препятствует охлаж­дению коллектора за счет тепловой конвекции воздуха.

Примечание.

Изредка в плоских коллекторах применяют двойное остекление (как в оконных рамах), что еще больше увеличивает КПД (двойное остекление лучше «держит» тепло), но и несколько утяжеляет и удорожает конструкцию.

Самые качественные плоские солнечные коллекторы могут нагре­вать теплоноситель до температуры более 150 °С, но в большинстве конструкций температура не поднимается выше точки кипения воды. Поэтому считается, что плоские коллекторы можно оставлять на дол­гое время без присмотра.

Вакуумные коллекторы обязаны своим названием способу нако­пления тепла. В них теплопоглощающие элементы запаяны в стеклян­ные трубки, в которых создан вакуум. Стекло препятствует выходу инфракрасного излучения от нагретых элементов, а вакуум идеальная среда для теплоизоляции, т. к. в нем охлаждение из-за конвекции про­сто отсутствует.

Вакуумные коллекторы эффективно работают даже в сильные морозы и в пасмурную погоду, а на солнце они способны нагревать

теплоноситель до 300 градусов. Именно из-за этого системы с ваку­умным коллектором обычно гораздо сложнее. Они включают в себя специальные контроллеры и клапаны, обеспечивающие сброс избы­точного тепла при перегреве.

И, наконец, коллекторы-концентраторы представляют собой отдель­ный класс устройств, которые чаще всего используют, когда необходимо получить очень высокую температуру. Простейшим примером кон­центратора может служить обычная линза. Наверное, все мы, будучи детьми, выжигали с ее помощью узоры на лавочках во дворе. Правда, в современных концентраторах линзы практически не используются. Там, в основном, применяют зеркала. Принцип тот же — солнечные лучи сводятся в одну точку параболическим зеркалом. В фокусе концен­тратора температура составляет несколько сотен градусов. Нагретый до такой высокой температуры теплоноситель используется для получе­ния пара, который вырабатывает энергию уже в паровой турбине.

На http://forum. ixbt. com/topic. cgi? id=48:8814:3 появилась хорошая статья о практически собранном солнечный заряднике для электрове­лосипеда. Покупать элементы автор решил на ebay. Для такой покупки нужна долларовая карта Visa Classic, регистрация на самом ebay и на PayPal — платежной системе, без которой ничего не сделать.

PayPal, в отличие от ebay, имеет русский сайт.

Самая долгая процедура — так называемая привязка карты на PayPal. С вас снимают доллар с чем-то денег, вы идете в банк и узна­ете код операции, который вбиваете в форму на сайте PayPal, после чего можете без проблем с ним работать. Пользоваться всякими там посредниками типа ebaytoday. ru обычно нет никакой необходимости.

Далее. В городе Фремонт в штате Калифорния нашлись ячейки фирмы Evergreen Cell Specifications: мощность 1,75 Wp; ток (Amps) 3,5 Imax; напряжение 0,5 Vmax; толщина 190 мкм = 0,19 мм; размер: 3,25 х 6 дюймов (80×150 мм); вес: 6 гр.

Конфигурация системы. Исходя из них, определилась общая кон­фигурация системы. Собираем 3 панели по 36 ячеек каждая. Они имеют номинальное напряжение 18 В и могут соединяться:

♦ или последовательно, заряжая аккумулятор электровелосипеда на 36 В;

♦ или параллельно — для зарядки свинцовокислого аккумулятора 12 В.

От него работает инвертор, дающий 220 В для питания компьютера или другой нагрузки. На роль инвертора был выбран недорогой ком­пьютерный ИБП. Заряд велоаккумулятора контролируется по темпе­ратуре электронным термометром.

Примечание.

Для свинцовокислого необходим еще контроллер—устройство, не дающее вскипятить в нем электролит и позволяющее постоянно держать солнечную батарею подключенной к нему, ни о чем не бес­покоясь.

Размеры. Панели складываются книжкой, для обеспечения мобиль­ного использования. Габарит 520×560 мм.

Варианты мобильного использования — зарядка электровелоси­педа в длительной поездке (3 шт.) или работа с ноутбуком где-нибудь на природе (1 шт.).

Покупки и бюджет. Вышеупомянутые ячейки Evergreen Solar, с мелкими повреждениями краев (chipped) — 100 шт. за 169 $ плюс 40$ за доставку из США. Реально подавец дает еще 10 ячеек в качестве бонуса, что как нельзя более уместно, ведь нам надо 108 шт.

Плоский провод для пайки ячеек и шин (Solar Cells/Panels Tabbing Wire) — 100 футов за 11 долларов плюс 6 $ доставка из США. Оргстекло 1100x1300x2 мм — 3 листа по 960 руб./лист. Аккумулятор Leoch DJW12-18 4 штуки с доставкой на дом (из Москвы) — 6000 руб. Необслуживаемый, срок службы 8 лет. Источник бесперебой­ного питания Ippon Comfo Pro 400 — 1300 руб в соседнем магазине. Понравился ценой. Контроллер на 10 А — за 27 + 6 $ от тайваньского производителя. Привлек малым собственным потреблением энергии и возможностью (чисто теоретической, впрочем) конфигурить его через компьютер. Три диода Шоттки 5 А по 20 руб./шт. Профиль алю­миниевый, рейка сосновая, краска, винты, гайки, разьемы, провода и т. п. — учету практически не поддаются.

Об электросхеме. Провода от солнечных батарей собираются на две трехштырьковые вилки (обычные для сетевых шнуров на компьютерной технике). Вилки соединены изолентой вместе, получается разъем с шестью контактами. Ответные части объединены в «розетки» — 2 шт. Режим использования меняется переключением вилки в другую «розетку».

На одной из розеток контакты соединены последовательно, сни­мается 36 В для электровелосипеда, которые далее идут через ампер­метр штатного сетевого зарядного устройства на кабель к велосипеду. На тот же кабель подключен и вывод сетевого зарядника (через диод, чтобы на него не попадали 36 В).

Таким образом, можно заряжать велосипед от сети (параллельно три цепочки 12 В), либо от солнца (всю батарею 36 В).

На другой розетке все три минуса собраны вместе, плюсы также, только не напрямую, а через 3 диода Шоттки, назначение которых — исключить обратный ток через параллельно включаемые солнечные модули. Дальше плюс и минус идут на вход контроллера. К нему также подключена аккумуляторная батарея.

Примечание.

Попытка включать нагрузку на соответствующий выход контрол­лера не была успешной, т. к. он ограничивает ток на выходе значе­нием 10 А и периодически отключает ИБП в самый неподходящий момент.

Пришлось ИБП подключать к батарее напрямую, т. е. минус непо­средственно к его входу аккумулятора, а плюс — через два парал­лельно включенных тумблера. ТВ-1-2. Рычажки тумблеров соединены планкой. Ток идет параллельно через 4 пары контактов с номиналом по 5 А. Собственный ИБПшный аккумулятор (малой емкости) не используется.

ИБП служит в качестве инвертора, к нему не подключено 220 В. Его мощность 240 Вт. Он включается в режим «холодный старт», при под­соединении аккумулятора. Писк при работе можно отключить про­граммно, но я предпочел просто удалить динамик.

Кнопка включения выпаяна, на ее место подключен провод с выключателем, выведенный на щиток управления всей системой, честно говоря, в нем нет большой необходимости. Выключается он автоматически через 5 мин. после снятия нагрузки (это называется «Green Power») Нагрузкой для ИБП в настоящее время служит ноут­бук с подключенным к нему 17-дюймовым внешним дисплеем.

Индикация разряда батареи есть на контроллере, — меняется цвет светодиода. ИБП ограничивает разряд батареи не менее 9 В под нагрузкой, чего испытать пока не пришлось. Планируется еще под­ключить вольтметр на аккумулятор, он автору представляется инфор­мативнее, чем светодиоды.

Пайка. Первый опыт пайки заставил автора понервничать. Нормального соединения получить не удавалось. Более того, при повторении попыток пропаять одно и то же место серебряное напыле­ние, быстро разрушилось. Пришлось внести поправки в технологию.

Была уменьшена мощность паяльника (изначально 65 Вт), просто включив последовательно с ним патрон с лампочкой 100 Вт. Все стало
на свои места! Вместо кислоты стал использоваться раствор канифоли в спирте. Стал зачищать контактные площадки. Это сильно влияет на результат. Они не повреждаются при зачистке. Стал наносить припой на соединитель, невзирая на уверения продавца, что на нем уже есть слой припоя.

Конструкция панели. Каждая панель состоит из двух половин, скла­дывающихся «книжкой» на дверных петлях. Обе половины — коробки из оргстекла. Оргстекло выбрано из следующих соображений:

♦ меньший (по сравнению со стеклом или поликарбонатом) коэф­фициент преломления дает меньшие потери энергии за счет от­ражения света;

♦ меньшая прозрачность для инфракрасного излучения снижает ненужный нагрев ячеек, сопровождаемый уменьшением КПД;

♦ легкость и ударостойкость, важные при мобильном использовании;

♦ простота механической обработки.

Резка оргстекла. Режьте пакет из четырех слоев, лучше и для скоро­сти, и для качества. Можно бы, наверно, электролобзиком, но автору пришлось вручную. Разметку нужно проводить на каждом слое, чтобы ее можно видеть при резке. Нормальная скорость резки около 2 мм/с (один слой).

Совет.

Меняйте чаще полотна, они тупятся довольно быстро! Опилки собираем на лист бумаги. Растворив их в дихлорэтане, получаем клей для оргстекла.

Склейка и подготовка коробки. Полученный пакет из четырех листов (на один модуль) сверлим по периметру диаметром 5,5 мм, раз­метив верхний лист. После приклеивания окантовки шириной 15 мм (один слой на тыльный лист и два слоя на лицевой) стягиваем листы вместе струбцинами и сверлим окантовки диаметром 3,2 мм по цен­трам отверстий 5,5 мм. Лицевые и тыльные листы соединяем винтами М3 с полукруглой головкой. Головки и гайки получаются заподлицо с поверхностью листа, гайки не нужно держать, т. к. они входят в отверстия с некоторым натягом. Готовим отверстия под петли, ручки сверху, болты крепления на раме.

Про склейку. Клей разводим до густоты канцелярского. Для рас­творения порошка из оргстекла в дихлорэтане лучше оставить его на 1—1,5 ч. Склеиваем однократным сильным прижатием, выдавливая
воздух, хорошо видимый между слоями стекла. Помещать под пресс нет особого смысла.

Ячейки и провода. Ячейки соединяем последовательно: 18 шт. на полупанели, обе полупанели также последовательно. Лицевая сто­рона с двумя длинными дорожками — это минус, тыльная с шестью посеребренными квадратиками — плюс. Заранее распаянные пло­ским проводом ячейки укладываем лицом на стол, обеспечивая зазор 10 мм с помощью крестиков для укладки кафеля. Паяем ячейки, ряды ячеек соединяем шинами, укладываем провода для выводов наружу и в смежный полумодуль.

Провод — акустический кабель в силиконовой изоляции. Для сое­динения внутренних полостей полупанелей с атмосферой провода с зазором вставлены в 10 см отрезки силиконовой трубки (от капель­ницы, можно купить в аптеке). Трубки при сборке вклеиваются сили­коновым герметиком в окантовку.

Сборка панели. На каждую ячейку наносим шприцем по две «капли» силиконового герметика. Размещаем их по линиям плоских проводов, так как по этим линиям будут передаваться усилия от тер­мического расширения панели.

Внимание.

Важно, чтобы они замыкались на плоский провод, в минимальной степени воздействуя на тонкий керамический лист ячейки.

Плоский провод в зазоре между ячеек сложен слегка гармошкой. Прижимаем тыльный лист к ячейкам. Благодаря его прозрачности легко видеть результат. Получившиеся пятна контакта после затвер­дения герметика сохраняют хорошую эластичность, что важно для снижения термонапряжений.

Для большей жесткости всей конструкции на тыльный лист в зазоры между рядами ячеек вклеиваем четыре «опоры» — кубики из оргстекла 5x5x6 мм. Их назначение — исключить возможность «про­давить» лицевой лист до касания ячеек каким-либо случайным нажа­тием. Наносим тонкий слой герметика на боковины и стягиваем вин­тами тыльную и лицевую панели, ставим петли и ручки.

Рама. Весьма нетривиальный вопрос, как оказалось. Всевозможный бытовой (мебельный) алюминиевый профиль имеет, как оказалось, близкую к нулю способность противостоять скручиванию. В общем, только второй вариант конструкции устроил автора. В основе —
4 направляющих, в пазы которых вставляются панели. Каждая из направляющих состоит из соснового прямоугольного бруска 30×12 мм.

На передней (узкой) стороне шурупами крепится плоский алю­миниевый профиль (в строймагазинах фигурирует как «окантовка порога»). На длинных сторонах крепится штапик оконный образ­цового качества, образующий с алюминиевой полосой паз глубиной 10 мм и шириной 12 мм для панелей.

На каждую направляющую ставятся три поперечных опоры (из 16 мм фанеры), в месте контакта с балконом на них клеился резинка — амортизатор. Средняя из поперечных опор воспринимает вес панели, она имеет углубления — гнезда для несущих болтов, ввернутых в верхнюю полупанель каждого модуля-«книжки».

Внизу алюминиевый профиль изогнут, образуя захват за край бал­кона. Внутри алюминиевого захвата находится близкий по форме захват, выполненный из упругой стальной полосы, так что для уста­новки в штатное положение необходим некоторый натяг вверх. Это обеспечивает отсутствие люфтов и возможности разбалтывания сое­динения ветровой нагрузкой.

Сверху имеются кронштейны под болты 50×6 мм, которыми направляющие крепятся к балконной раме. Направляющие связаны двумя поперечинами из алюминиевого Т-образного профиля. Все, кроме лицевого алюминия, красится белой нитрокраской.

Полезные соображения. Во-первых, согласно Evergreen Solar 2% несортированных ячеек могут иметь пониженную мощность, и если вы соединяете ячейки последовательно, мощность панели равна мощ­ности самой слабой ячейки, умноженной на число ячеек. Точно так же, как расход воды определяется самой тонкой трубой в трубопроводе.

Во-вторых, можно построить большую панель из 144 ячеек, но, наверное, лучше сделать две панели из 72 ячеек. Почему? Потому что в больших группах, которые вы хотите создать, нужно множество диодов для сегменирования последовательных серий ячеек, чтобы свести к минимуму потери энергии в случае выхода из строя одной ячейки. Например, если на ячейку падает лист с дерева, и она выго­рает. Для более крупных панелей настоятельно рекомендуется при­менять диоды.

Подбор ячеек по характеристикам. Производителем рекомен­дуется самостоятельно подбирать близкие по мощности ячейки для соединения их в панель. Вытаскиваем панели на травку, ориентируем на солнце и мерим ток в режиме короткого замыкания. Это довольно показательный режим, поскольку максимальная мощность достига­ется при токе 90% от тока КЗ.

Получаем 2,88 А на открытой панели (без лицевого стекла), 2,55 А — на закрытой. Другие две панели (закрытые) дают 2,58 и 2,52 А. Ячейки сильно греются, так что долго в КЗ лучше не держать.

Реально при зарядке велоаккумулятора от батарей уже в боевой позиции на балконе можно видеть ток 1,8 А при напряжении 45 В. Т. е. заряжает он быстрее сетевого зарядника, но только если небо чистое.

Даже слабое облачко снижает ток раз в 5—10. В принципе, это серьезный минус, т. к. NiMH очень малыми токами заряжать нельзя. На ноутбук с дисплеем часа этак на 4 в день энергии вполне хватает и независимо от погоды, по крайней мере, сейчас, летом.

Кошмары от Ippon. Оказалось, что ИБП отключается ровно через 5 мин, если нагрузкой служит только ноутбук. Функция Green Power неумолима, и нагрузки от ноута видеть она не хочет.

При подключении еще и внешнего дисплея с Green Power все при­ходит в норму, но отключается все теперь через 10 мин., так что про­гресс небольшой. Выясняется, что это время заложено программно по умолчанию, его можно изменить вплоть до нескольких суток, под­ключив ИБП к ПК через СОМ порт и USB.

Еще для этого нужно инсталлировать в ПК небольшую ути­литу (мегабайт этак на 20, большое количество всяких advpack’oe). Количество записей, которые она вам сделает в реестр, тоже впечат­ляет. Автор воспользовался программой Reg Organaiser, чтобы все их вытереть после однократного пользования этой штукой.

Кстати, она НЕ позволяет отключить функцию Green Power, тех. поддержка Ippon советует покупателям САМИМ выпаивать рези­сторы (говорит какие), если они хотят избавиться от этого чуда инже­нерной мысли.

Также тех. поддержка, в общем, не возражает против внешних аккумуляторов на ИБП, предупреждая только о возможном перегреве устройства при долгой работе (чего, к счастью, не наблюдается).

Кошмары… от контроллера. В жару при попадании прямых сол­нечных лучей светодиоды беспорядочно мигают, а батарея не заря­жается — от перегрева. Пришлось укрывать от Солнца. При 40 °С на балконе — работает нормально.

В холодную погоду при почти заряженной батарее и при ярком солнце прямо против прерывает зарядку — срабатывает ограничение
по напряжению от солнечной батареи на аккумуляторе — не более 17 В. Потом снова сам включается. Пока имел место единичный такой случай.

Опасения — реалии. Как вообще паять кремниевую пластинку толщиной менее 0,2 мм? Треснет, рассыплется и т. д. — реально «очень средние» навыки пайки вполне достаточны.

Толщина панели всего 10 мм, будет ли она достаточно жесткой? — Да, будет. Размягчение оргстекла в жару — пока было до 35 °С, не наблюдается. Хотя, наверно в принципе лучше ТОСН вместо ТОСП.

Навеска на балкон не выдержит сильного ветра — было метров до 15, ничего…

Итог. Во Всемирный день окружающей среды автор взгромоздил все сооружение на балкон. На электровелосипеде ездим и комп в сеть больше не включаем!!!

В домашнем хозяйстве ветряк должен рассматриваться в плане существенной экономии затрат на производство тепла, на досвечива — ние растений в теплицах и, в какой-то мере, снижения потребляемой электроэнергии от электросети. Но задача автомного или почти авто­номного снабжения жилища от энергии ветра очень сложна. Ветряк должен быть диаметром порядка 20 м.

Кроме перечисленных причин, сложность использования ветра заключена в его непостоянстве. Построить генераторную и стабили­зирующую установку для ВЭУ составляет самостоятельную и очень сложную задачу.

Примечание.

Главный тормоз внедрения ветроэнергетических установок— высокая стоимость киловатта установленной мощности. К тому же не следует забывать повышенные эксплуатационные расходы ветряков.

Домашний умелец может прикинуть мощность ветроустановки в зависимости от диаметра пропеллера и скорости ветра. При средне­годовой скорости в 3,5 м/с, характерной для континентальной части России, можно принять, что среднеэнергетическая скорость составит около 5 м/с. А ветряк будет работать треть всего времени.

Важнейшей характеристикой ветряка является т. н. КИЭВ — коэффициент использования энергии ветра. У самых лучших образ­цов ветряков он составляет до 60—80%! (в среднем 40—45%). У люби­тельских (самопалов) — порядка 35%. Т. о. при скорости ветра 5 м/с получим действительную мощность 0,35×90=31,5 Вт.

В табл. 1.2 в числителе мощность самодельного ветряка в килова­тах при КИЭВ 35%, в знаменателе обороты пропеллера в об/мин при быстроходности Z=6.

Прикидочная таблица мощности ветроустановки

в зависимости от диаметра пропеллера и скорости ветра Таблица 1.2

На этой фотографии (рис. 1.43) показаны контроллер, аккумулятор й всяческая, подключенная к ним, электроника и электротехника. Вы можете видеть инвертор на 120 В (вариант для Северной Америки. Прим, редактора) и мультиметр для наблюдения за напряжением аккумулятора и турбины.

К инвертору подключены электробритва и зарядное устройство для аккумуляторов. Позднее с помощью сетевого удлинителя автор провел электричество прямо в свою палатку.

На рис. 1.43 электроника видна крупным планом. Мультиметр показывает, что турбина вырабатывает напряжение 13,32 В. А электро­бритва и зарядное устройство через инвертор нагружают систему.

А на рис. 1.44 мультиметр показывает, что турбина вырабатывает напряжение 13,49 В. Следует отметить, что напряжение нагружен­ной турбины от скорости ветра зависит мало. Как только начинает дуть ветер, турбина разворачивается к нему и начинает вращаться. Турбина раскручивается все быстрее и быстрее, до тех пор, пока ее выходное напряжение не превысит сумму напряжения на аккумуля­торе и падения на диоде (это что-то около 13,2 В, в зависимости от степени заряда аккумулятора).

Как только напряжение превышается, турбина сразу получает нагрузку из-за подключения аккумулятора. Теперь, чем сильнее дует ветер, тем большим током заряжается аккумулятор, а скорость враще­ния турбины от скорости ветра почти не зависит. Система прекрасно саморегулируется.

Конечно, как поведет себя турбина при шторме, сказать сложно. Но очевидно, что балластная нагрузка, подключаемая контроллером к турбине, очень эффективно выполняет функцию тормоза, даже при сильных порывах ветра. А замыкание турбины накоротко тормозит ее еще лучше.

А купить можно, например, отечественный солнечный коллектор «Сокол» с оптическим, многослойным, селективным покрытием, нане­сенным в вакуумной установке. Это покрытие поглощает 95% солнеч­ного света, а излучает только 5% тепла. Данный метод был разработан специалистами НПО машиностроения и был отмечен серебряными Медалями на международных выставках в Брюсселе (1999 г.) и Женеве (2000 г.). Этот слой, в отличие от «псевдо селективных» покрытий других производителей, обладает высокой степенью поглощения как видимых солнечных лучей, так и солнечной радиации в облачную погоду.

Из-за низкого коэффициента черноты обратное излучение тепла минимально (до 5%). Благодаря этому солнечная энергия эффективно используется в системах нагрева воды и отопления, а не излучается с поверхности коллектора. Получается «солнечная ловушка» с высо­кими показателями эффективности в условиях низких температур и малой солнечной инсоляции. Все части коллектора алюминиевые, что значительно увеличивает срок службы коллектора. Средний КПД кол­лектора — 75%.

В настоящее время разработана серия солнечных аэростатных электростанций типа СА среднесуточной номинальной мощностью 300—450 кВт, 1200—1800 кВт и 2700—4000 кВт (мощность меняется в зависимости от времени года). Рассмотрим СА-200.

Технические характеристики электростанции СА-200:

♦ TOC o "1-5" h z внутренний диаметр баллона, м………………………………………… 200;

♦ среднесуточная номинальная мощность при 8-часовом суточ­ном солнечном освещении, кВт 1200;

♦ среднесуточная номинальная мощность при….. 12—часовом суточ­ном солнечном освещении, кВт 1800;

♦ масса баллона, т……………………………………………………………….. 120;

♦ подъемная сила баллона, т………………………………………………… 280;

♦ температура пара на входе в турбину, °С…………………………… 120;

♦ термический КПД электростанции……………………………………. 0,13.

Прозрачная оболочка выполнена из полиэстровой пленки

(рис. 3.26). Полиэстровая пленка отличается высокой прозрачностью, прочностью, долговечностью и не мутнеет в течение всего срока экс­плуатации установки. Для поглощающего слоя используется селек­тивное покрытие, коэффициент поглощения которого в солнечном спектре составляет 0,95, а коэффициент собственного излучения при рабочей температуре покрытия 0,03.

Поглощающее покрытие представляет собой систему каналов и клапанов, по которой с помощью газодувки мощностью 50 кВт про­качивается водяной пар.

Работа системы клапанов организована таким образом, что пар движется только по каналам, освещенным солнцем.

Внутренняя часть баллона изолирована от атмосферного воздуха многослойной пленочной теплоизоляцией толщиной 1 метр.

Многослойная пленочная теплоизоляция при малой массе обла­дает высокой теплоизолирующей способностью. Потери тепла за счет

теплообмена с атмосферным воздухом составляют не более 10% за сутки. Таким образом, многослойная оболочка баллона является тер­мическим полупроводником, который «закачивает» тепловую энер­гию внутрь баллона.

Пленочные конструкции раскреплены к каркасу из капроновых кана­тов. Конструкция рассчитана на ураганный ветер скоростью до 50 м/с. Солнечные аэростатные электростанции серии СА предназначены для размещения в районах с количеством солнечных дней в году не менее трехсот. Это район Средиземного моря, Северная Африка, Ближний и Средний Восток, Средняя Азия, район Каспийского моря, Забайкалье, Монголия, Западный Китай, Австралия и другие подобные регионы.

Однако наиболее перспективным представляется морское бази­рование подобных электростанций. В этом случае открывается воз­можность полного энергообеспечения многих стран исключительно за счет солнечной энергии.

Неплохие перспективы в этом случае открываются и для России. Использование в Каспийском и Черном морях площади 20 000 ква­дратных километров для размещения солнечных электростанций позволит полностью покрыть потребности европейской части России в электроэнергии.

Выбор электрогенератора

Первым определяющим параметром является частота вращения, которая должна быть малой. Вторым определяющим параметром является мощность, третьим — надежность.

Если мощность ветроэлектростанции 50—100 Вт, то может быть использован генератор, применяемый на тракторах марки Г-31 А, мощ­ность 60 Вт. Это синхронный шестиполюсный генератор с вращающи­мися магнитами и шестью неподвижными катушками (см. рис. 1.17).

Электрогенераторы такого типа хороши тем, что требуют минимального ухода: здесь нет ни угольных щеток, ни коллектора, которые время от времени нужно чистить.

Для более мощной ветроэлек­тростанции подойдет электро­генератор используемый на авто­бусах, например, Г-2 мощность 720 Вт, напряжением 12 В и током отдачи 60 А. Такой генератор имеет небольшой диаметр (0,25 м) и при частоте вращения 500—600 об/мин уже может давать ток заряда.

Примечание.

Этот генератор снабжен двумя катушками внешнего возбуждения, что позволяет иметь мощность, меняющуюся в широких пределах.

Ток возбуждения подводится к катушкам через три угольные щетки с тремя контактными кольцами и может изменяться от долей ампера до 1,5 А.

Поскольку в электромагнитных генераторах имеется остаточных магнетизм, то с помощью диодов можно использовать это явление для самовозбуждения генератора, самовозбуждающийся генератор позво­ляет ветродвигателю легко трогаться с места и быстро набирать обо­роты.

Состав ветроэлектростанции

Рассмотрен ветрогенератор, сделанный практически из отходов (http://www. velacreations. com/makechispito. html). Большинство инстру­ментов могут оказаться в вашей мастерской или легко куплены.

Система использует мотор постоянного тока с напряжением 260 В и с током 5 А.

Материалы: квадратная трубка толщиной 25 мм и длиной 90 см; фланец 5 см; ниппель (патрубок) 5×15 см; 3 фиксирующих винта дли­ной 20 мм.

Для мотора: собственно мотор 260 В 5 А; блокирующие диоды на 30—50 А; два болта для мотора на 9 мм; полихлорвиниловую трубку 8×30 мм.

Для хвостовика: примерно 30×30 см легкого материала; 2 винта по 9 мм.

Для лопастей: полихлорвиниловая трубка длиной 600 мм диаме­тром 200 мм; 6 болтов 7 мм диаметром; 9 шайб по 7 мм.

Чертеж лопастей и хвостовика показан на рис. 1.47.