Потребление энергии, а вместе с ним и ее стоимость увеличиваются во всем мире, и наша страна здесь не исключение. Вот почему постоянно растет интерес к нетрадиционным, экологически чистым источникам энергии – ветру, солнцу, волнам. Острую нехватку энергии испытывают фермеры, садоводы, вахтовики, геологи, животноводы. Да и в относительно благополучных, с точки зрения энергоснабжения, районах все обстоит далеко не лучшим образом. Отключения электричества из-за природных катаклизмов, неплатежей и просто краж проводов становятся привычным явлением. А мы уже давно привыкли жить в освещенных домах, смотреть телевизор, пользоваться холодильником, компьютером и прочими бытовыми приборами, поэтому даже кратковременное отключение электроэнергии воспринимаем как маленькую, но все же настоящую катастрофу.
Подсчитана средняя “энергетическая корзина“ сельского жителя, к которым, по меньшей мере в летний период, вполне можно причислить и владельцев дачных коттеджей. Она составляет примерно 115 киловатт-часов в месяц. Эта цифра складывается из требований обеспечения так называемого “интеллектуального быта“. Это освещение, радио, телевидение, бытовой холодильник, электробритва, кипятильник, мелкий электроинструмент, компьютер, огородный насос, утюг. Не забудем и то, что в последнее время появилось много бытовой техники, работающей от встроенных аккумуляторов, которые необходимо периодически подзаряжать: фонарики, мобильные телефоны, электроинструмент и др. Так, где же взять этот самый необходимый минимум? Ответ очевиден: энергию в жилище принесет ветер!
Современные ветроэнергетические установки делятся на два класса: мощные, в сотни тысяч киловатт, называются сетевыми потому, что при безветрии обеспечение потребителей энергией идет из сети, и автономные, работающие в паре с аккумулятором. Как правило, мощность автономных установок не превышает 5–10 кВт. Они называются ветроэлектрические установки малой мощности (ВЭУММ). Они дешевы и просты в монтаже, эксплуатации и ремонте, экологичны, не требуют при работе практически никакого обслуживания, периодической подстройки и др. Пара ветродвигатель-генератор вполне обходится без редуктора, что еще более упрощает и удешевляет конструкцию, повышает ее надежность.
Таким комплексным набором важнейших свойств не обладает ни один другой класс нетрадиционных энергетических установок. Ветроустановки могут обеспечить энергоснабжение в регионах со средней скоростью ветра всего 3-5 м/с. Фактически обладатель ВЭУММ приобретает почти полную независимость как от традиционных производителей энергии, так и от природных явлений. По сравнению с Европой и США ветроустановок в нашей стране выпускается намного меньше. Возможно, здесь сказывается недостаточная информированность потенциальных потребителей или относительная дешевизна жидкого топлива, однако изготовители ветровых генераторов в стране есть, и их продукция по качеству не уступает зарубежной, а по стоимости – в два-три раза дешевле…
К автономным, недорогим и способным удовлетворить все требования частного потребителя относятся установки мощностью до 1000 Вт. В качестве примера можно привести установки М-750 и М-1000 выходной мощностью соответственно 750 и 1000 Вт постоянного тока при скорости ветра менее 6-7 м/сек и напряжением на аккумуляторной батарее 24V.
Это мобильное устройство с двух- и трехлопастным ветровым колесом, монтаж которого достаточно прост, настолько, что справиться с ним потребитель способен самостоятельно. Установка может быть смонтирована на телескопической мачте высотой 8,5 метра, не имеющей растяжек, крепящих мачту на грунте. В основании данной мачты конус из металлических деталей, высотой 1,8 метра. Эта мачта поднимается до заданной высоты или опускается при помощи несложного устройства, включающего в себя ручную тросовую лебедку и специальное приспособление. Работа по монтажу ветрогенератора, флюгерной системы и воздушного винта, а также подъему мачты осуществляется силами 2 человек на высоте не более 2 метров. Мачта крепится на грунте при помощи анкерных болтов, забетонированных в фундамент глубиной около 0.5 метра. (4 шурфа размерами 0,5 х 0,2 х 0,2 метра каждый). В упакованном виде установка (без аккумуляторов) размещается в нескольких деревянных ящиках общей массой около 200 кг.
Трехфазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, не имеет коллектора, надежен, долговечен, практически не требует обслуживания в процессе эксплуатации.
Установка имеет оригинальную флюгерную систему, которая постоянно ориентирует ветроколесо на ветер и одновременно защищает устройство от слишком большого ветрового давления, отклоняя генератор с винтом от вертикали и уменьшая тем самым угол атаки лопастей воздушного винта. С уменьшением оборотов винта генератор самостоятельно возвращается в исходное положение. Специальное пружинное устройство не позволяет винту с генератором и флюгером поворачиваться под воздействием ветра на угол более 450 градусов, возвращая их в исходное положение, и тем самым предотвращает от закручивания электрический кабель, проходящий внутри мачты.

Установка может быть смонтирована и на трубчатой коленчатой мачте с растяжками, крепящими мачту на грунте. Высота такой мачты 6 метров. В основании плоский подпятник, крепящийся на грунте 2 металлическими штырями для предотвращения горизонтального смещения мачты. Монтаж системы производится на грунте в горизонтальном положении, после чего мачта с генератором, винтом и флюгером поднимается в вертикальное положение силами 3-4 человек и крепится 8 растяжками из металлических тросов с талрепами-натяжителями к 4 металлическим штырям, вбитым в грунт на расстоянии 3 метра от мачты (2 яруса растяжек, по 4 на каждом ярусе).

Если потребителю нужно больше электроэнергии, то нет никакой необходимости создавать новые мощные моноустановки огромных размеров. Достаточно создать энергетический комплекс включающий в себя несколько (не менее 2-х) ветроустановок, аккумуляторную батарею (состоящую из нескольких аккумуляторов в зависимости от требуемой мощности), инверторов различной мощности (для обеспечения питания бытовых электроприборов 220V 50 Гц). Подобный комплекс способен обеспечить электроэнергией не только крупное хозяйство или загородный дом, но и небольшой поселок, куда ЛЭП не дотягивается.

Для обеспечения электропитанием 220V 50Гц бытовых приборов в составе ветрокомплекса применяются преобразователи тока-напряжения (инверторы). В зависимости от моделей они различаются по входному постоянному напряжению (12V, 24V, 48V) и по мощности подключаемой к ним нагрузки (от 500 Вт до 5 КВт и более). Как правило, все инверторы обеспечивают защиту от перегрузки, короткого замыкания, перезаряда и полного разряда аккумуляторов. Большинство инверторов обладает функцией автоматического переключения питания бытовых приборов на аккумулятор и обратно при «пропадании» сети 220V 50Гц и её «появлении», а также способностью автоматической зарядки аккумуляторов после использования их в качестве источника электроэнергии.

Кроме того, инверторы различаются по форме выходного напряжения (квадратичная, трапециевидная и синусоидальная). Для ламп накаливания, нагревательных приборов, телевизоров, компьютеров электроинструмента данный фактор значения не имеет. Особый случай – двигатели асинхронного типа (насосы, холодильники, кондиционеры и системы, содержащие в своём составе такие элементы). Эти устройства и некоторые другие предъявляют повышенные требования к форме питающего их напряжения. Наибольшей популярностью пользуются инверторы с формой выходного напряжения, представляющей квазисинусоиду (близкая к чистой синусоиде кривая или ломанная линия). По сравнению с приборами, выдающими «чистый синус» они дешевле, легче, меньше в габаритах и, в основном, удовлетворяют всем требованиям.

ВЭУММ выгодно отличаются от всех других средств нетрадиционной энергетики, позволяя строить автономную систему, т.к. для них подходит накопитель энергии (электрический аккумулятор), простой, надежный, дешевый, тиражируемый сегодня в десятках миллионов экземплярах. Именно аккумулятор обеспечивает многие характеристики ВЭУММ: является накопителем энергии, позволяет осуществлять большие пиковые перегрузки, стабилизирует выходное напряжение, облегчает разгон ВЭУ, является хорошим сумматором для различных источников энергии.
Роль ВЭУММ возросла тогда, когда появилась качественная и дешевая инфраструктура: преобразователи, инверторы, качественные аккумуляторы.
ВЭУММ не требуют ни традиционных энергоносителей, ни горюче-смазочных материалов, ни средств их транспортировки, ни линий электропередач. Они просты и дешевы в эксплуатации, транспортировке, монтаже, ремонте, экологичны, не требуют в процессе эксплуатации никакого обслуживания, периодической подстройки и др. Удельную стоимость ВЭУММ можно сделать ниже одного $ за Вт энергии.
Согласование характеристик ветродвигателя и генератора происходит без редуктора, что упрощает конструкцию, повышает надежность, удешевляет.

Зависимость непрерывного времени работы полностью заряженной аккумуляторной батареи от нагрузки

(без учета подзаряда от ветроэлектрической установки)

Емкость АKБ	Нагрузка
	500 Вт	900 Вт	1500 Вт	2000 Вт	3000 Вт	4500 Вт	6000 Вт
1 х 190 А/час	3ч. 50 мин.	1ч. 50 мин.	1ч. 20 мин.	45 мин.	30 мин.	15 мин.
2 х 190 А/час (380 А/ч)	7ч. 25 мин.	4 час.	3ч. 10 мин.	1ч. 45 мин.	1ч. 10 мин.	40 мин.	15 мин.
4 х 190 А/час (760 А/ч)	17 час.	8ч.30 мин.	6ч. 20 мин.	4 час.	2ч. 30 мин.	1ч. 15 мин.	30 мин.
6 х 190 А/час (1140 А/ч)	26час.	13ч 10 мин.	9ч. 40 мин.	6ч. 15 мин.	4 час.	2ч. 05 мин.	55 мин.
8 х 190 А/час (1520 А/ч)	35 час.	17ч 30 мин.	12ч. 50 мин.	8ч. 20 мин	5ч. 25 мин.	2ч. 40 мин.	1ч. 10 мин.
10 х 190 А/час (1900 А/ч)	44ч. 30 мин.	22ч. 30 мин.	16ч. 15 мин.	10ч. 40 мин.	7 час.	3ч. 35 мин.	1ч. 55 мин.
12 х 190 А/час (2280 А/ч)	54 час.	27ч. 20 мин.	19ч. 30 мин.	12ч. 50 мин.	8ч. 15 мин.	4ч. 15 мин.	2ч. 30 мин.

 

Аккумуляторы обладают свойством остаточной емкости. Так, например, если используя аккумулятор емкостью 190 А/час. Вы работали газонокосилкой мощностью 1500Вт в течение 1час. 20 мин., после чего инвертор отключил потребитель - уменьшите нагрузку до 900 Вт (подключив к примеру электродрель) и работайте еще 1 час 50 мин.! Затем можно подключить 500-Ваттный электролобзик на 3ч.50 мин. И так далее.
Наконец, после отключения Инвертора при работе 30-Ваттной лампочки, Вы "вычерпаете" не более 80% емкости аккумулятора. "Вычерпывание" 100% не рекомендуется во избежание быстрого сокращения ресурса аккумулятора. Из этого следует, что используя при работе ветроустановку для постоянной подзарядки аккумуляторной батареи Вы можете значительно увеличить приведенное в таблице время работы потребителей (в зависимости от количества используемых УВЭ).

При потребляемой мощности ниже расчетной продолжительность работы потребителей увеличивается. Время работы потребителей указано среднее приблизительное и зависит от состояния, срока службы аккумуляторной батареи, степени заряженности, устойчивости ветра, температуры аккумуляторов.
Выбирая необходимое количество аккумуляторов для обеспечения желаемой длительности обеспечения электроэнергией Ваших электроприборов, все же необходимо учитывать, что:
- увеличение ёмкости батареи (количества аккумуляторов) влечет за собой увеличение времени их восстановления (заряда);
- указанные в таблицах параметры работы аккумуляторной батареи с ветрогенераторами возможны при наличии необходимого для ветрогенераторов ветра (не менее 6-7 м /сек.);
- использование электроэнергии в бытовых целях не является круглосуточной потребностью. Как правило, пик потребления электроэнергии приходится на вечернее время (продолжительностью 4-5 часов), и в утренние часы (2-2,5 часа). Таким образом имеется достаточно времени, чтобы при работе ветрогенераторов полностью зарядить аккумуляторы до готовности к обеспечению энергией Ваших электроприборов;
- в случае хотя бы непродолжительного наличия обычной бытовой электросети 220V 50 Гц используя инвертор в режиме зарядного устройства параллельно с ветрогенератором, Вы можете значительно сократить время «восстановления» ёмкости аккумуляторов и увеличить время работы электроприборов от аккумуляторной батареи.

Примерная потребляемая мощность различными электроприборами
(в зависимости от конкретной модели)

Электроприбор	Потребляемая мощность (Вт)
Компьютер	100 - 300
Холодильник	100 - 200
Телевизор	80 - 150
Пылесос	400 - 1500
Обогреватель	500 - 2000
Электрокипятильник	300 - 500
Электрочайник	1500 - 2000
Люминесцентная лампа	(светимость 100 Вт) 20
СВЧ-печь	600 - 1200
Электродрель (перфоратор)	200 - 800
Цепная пила	1300 - 1700
Электрорубанок	400 - 1000
Шлифовальная машина	600 - 2200
Триммер (газонокосилка)	400 - 1000
Компрессор	750 - 2500
Водяной насос	250 - 1500