A szélenergia átalakítása az olcsó villamos energia beszerzésének egyik módja. A szélturbináknak számos kialakítása létezik. Némelyiküket a maximális hatékonyságra tervezték, mások szerények a használat során. A második csoportba tartozik a mintegy 100 éve készült Savonius rotor, amelyet máig sikeresen alkalmaznak különféle műszaki problémák megoldására.
A teremtés története
Sigurd Johannes Savonius (1884-1931) - finn feltaláló, a szélenergia tanulmányozásával kapcsolatos fizikai munkáival szerzett hírnevet. Élete során számos szabadalmat kapott, amelyeket nem csak szélturbinák létrehozására használnak, hanem a hajógyártásban, valamint a modern vasúti kocsik és buszok szellőzőrendszereiben is.
Egy másik német feltaláló – Anton Flettner (1888-1861) a múlt század elején a klasszikus vitorla alternatívájával állt elő, megalkotva az úgynevezett Flettner-rotort. A találmány lényegea következőre redukálódott: a szél által fújt forgó henger vízszintes irányú erőt kapott, amely meghaladja a légáramlás erejének 50-szeresét. Ennek a felfedezésnek köszönhetően több hajó épült, amelyek a szél erejét használják a mozgáshoz. A hagyományos vitorlásokkal ellentétben ezek a hajók nem voltak teljesen energiafüggetlenek. A rotor forgatásához motorokra volt szükség.
Flettner vitorlájára töprengve Savonius arra a következtetésre jutott, hogy a szélenergiát is fel lehet használni annak megpörgetésére. 1926-ban kifejlesztette és szabadalmaztatta egy nyitott henger kialakítását ellentétes irányú lapátokkal.
Egy kis fizikából
Először is egy kis elmélet. Mindenki észrevette, hogy biciklizéskor a levegő jelentős ellenállást kelt a mozgással szemben. És minél nagyobb a sebesség, annál nagyobb ez az érték. A második ellenállást befolyásoló tényező a légáramlás által érintett test keresztmetszete. De van egy harmadik mennyiség is, amely a test geometriájához kapcsolódik. A karosszériatervezők pontosan ezt próbálják csökkenteni az aerodinamikát illetően.
Például azt mondhatjuk, hogy három azonos keresztmetszeti területű, de különböző formájú lemez: homorú, egyenes és domború, nagyon eltérő légellenállási együtthatóval rendelkezik. Konvex alaknál ez 0,34, egyenesnél 1,1, homorúnál 1,33 A Savonius rotor lapátjainál ezt a homorú formát vették fel. A leghatékonyabb gazdaszervezetként ismerik elszélenergia.
A Savonius rotor működési elve
Flettner vitorlájával ellentétben Savonius azt javasolta, hogy a hengert két felére osztsák, és egymáshoz képest mozgassák el, hogy megkapják a pengéket és a köztük lévő helyet. Savonius ötletének lényege az volt, hogy az egyik lapátot érő légáram ezután nem csak oldalra ment, hanem az axiális résen áthaladva a második lapátra terelődött, ami jelentősen megnövelte a szél hatását.
Ez a működési elv lehetővé teszi, hogy a Savonius rotor gyenge szélben is működjön.
Több profillehetőség van:
- A pengék úgy vannak a tengelyen rögzítve, hogy ne legyen közöttük légrés. Ez a Savonius rotor számos leírásának legegyszerűbb változata.
- Az egyik penge talpa be van helyezve a másik pengébe. Jelentős rés marad a tengelyvonal mentén. Ez az opció lehetővé teszi, hogy a szél a rotor egyik felétől a másik felé mozogjon. Hatékonyabb profil.
- Ugyanúgy, mint a második lehetőség, csak a pengék területét növeljük egy egyenes lemez hozzáadásával a belső oldalon.
Alkalmazási kör
A múlt század 60-as éveiben a Savonius rotorokat a vasúti szellőzőrendszerekben használták. A kocsik tetejére szerelték fel. A mozgás során a rotor felpörögni kezdett, és levegőt pumpált az utcáról a helyiségbe. Hasonló rendszereket telepítettek a buszokra is.
Ma a forgórész fő alkalmazása elérhetőfüggőleges tengelyű szélturbinák. Számos hasonló kialakítás létezik, amelyek két tényezőt kombinálnak:
- függőleges forgástengely;
- igénytelenség a szél áramlási irányával szemben.
A függőleges szélturbinák mellett vannak vízszintes tengelyű eszközök is. Megkülönböztetik őket az azonos szélerősség melletti nagy visszatérés. Szerkezetileg a repülőgépek légcsavarjaira hasonlítanak, amelyek vízszintes tengelyen helyezkednek el, és a szélhez igazodó vezető farokkal rendelkeznek.
A Savonius szélturbina előnyei
Annak ellenére, hogy a szélturbinák függőleges axiális rotorjai veszítenek hatékonyságukból a vízszintes axiális rotorokhoz képest, még mindig számos tagadhatatlan előnnyel rendelkeznek:
- Dolgozz bármilyen éghajlati övezetben. Kis keresztirányú területüknek köszönhetően nem félnek a hurrikán széltől.
- Nincs szükség további eszközökre az indításhoz. A lapátok homorú alakja miatt a kilövés minimális szélerősség mellett - 0,3 m/s. A generátor 5 m/s légáramlási sebességnél éri el az optimális értékeket.
- Az alacsony, akár 20 dB-es zajszint miatt a szélmalom a ház közvetlen közelébe is telepíthető, ami fontos az alacsony teljesítményű villamosenergia-termelés és a vezetékek áramvesztesége szempontjából.
- Ne igényeljen meghatározott szélirányt. Úgy kezdenek dolgozni, hogy bármilyen szögben áramlik a levegő.
- Az egyszerű kialakítás csökkenti a karbantartási költségeket.
- Nem veszélyes olyan madarakra, amelyek a szerkezet egészét érzékelik, és nem próbálnak átrepülni a pengéken.
A függőleges szélturbinák hátrányai közé tartozik a viszonylag alacsony hatásfok, a magasabb építőanyag-költségek, a szükséges teljesítmény eléréséhez szükséges nagy méretek.
Hogyan készítsünk szélturbinát saját kezűleg
Valószínűtlennek tűnik, hogy olyan eszközt készítsenek, amely egy vidéki házat teljesen ellátna elektromos árammal. A kis teljesítményű eszközök (öntözőszivattyú, ház előtti közvilágítás, automata kapunyitás) működését biztosító, ingyenes áramot termelő kis szélmalom készítése azonban minden mesterembernek megvan a lehetősége. Ehhez szüksége lesz:
- 3 alumíniumlemez 33 cm oldalhosszúsággal, körülbelül 1 mm vastagsággal;
- lefolyócső 15 cm átmérőjű és 60 cm hosszú;
- 4 cm-es vízcső;
- elektromos generátor (autó használható);
- szerelvények (acél szögek, önmetsző csavarok, anyák, csavarok).
Főzési útmutató
Egy egyszerű Savonius rotor elkészítéséhez a következőkre van szüksége:
- Vágjon ki 3 33 cm átmérőjű korongot alumíniumlapokból.
- Vágjon ki egy 15 cm átmérőjű vízcsövet a tengely mentén, hogy 2 darab nyersdarabot készítsen a pengék számára. Ezután vágja le az egyes darabokat a közepén. Így 4 egyforma, 30 cm hosszú pengét kapsz.
- Fúrjon egy lyukat a korongok közepébe, amelyen keresztül 4 cm-es vízcsövet helyezhet be.
- Csatlakoztassa mind a három lemezt egy csővel és közöttükhelyezze be a pengéket. Két lemez között kettő. A pengéket úgy kell beállítani, hogy a tengelyeik közötti szög 90 fok legyen. Ez lehetővé teszi, hogy még enyhe szél is megforgatja a generátort.
- Használjon sarkokat és önmetsző csavarokat a pengék alumínium felnikre való rögzítéséhez.
- Nyomja be a generátor tengelyét a cső alsó részébe, amely a tengely.
A szélgenerátor készen áll. Csak olyan telepítési helyet kell választani, amely megfelelően nyitott a légáramlatokra. Ha nincs elég szél, akkor készíthet egy magas árbocot, amelyre helyezze a generátort.
Előregyártott függőleges szélturbinák
Az alternatív energiaforrások fejlődésével egyre nagyobb az igény az autonóm tápegység termékek iránt. Jelenleg orosz gyártású szélturbinák vannak a piacon, amelyek ára 60 ezer rubeltől kezdődik.
Ezek az egységek a magánszektorban is használhatók, 250 W-tól 250 kW-ig terjedő villamosenergia-igény kielégítésére.
