W ostatnich latach w Europie i na świecie obserwuje się rozwój energetyki odnawialnej, w tym wiatrowej.

Powstają zarówno duże farmy z elektrowniami wiatrowymi o mocy „wiatraków” do 2000 kW każdy, jak też małe, przydomowe elektrownie wiatrowe zwane potocznie wiatrakami.

Produkcja energii elektrycznej z wiatru w celu jej odsprzedaży do sieci energetycznej jest uwarunkowana wieloma przepisami i obostrzeniami, co dla przeciętnego Kowalskiego jest znaczącym utrudnieniem. Również koszt takiej inwestycji jest bardzo wysoki, dlatego tego typu rozwiązania nie będą tu omawiane. W niniejszej publikacji proponuje się budowę małych  przydomowych wiatraków, które są sposobem na pozyskanie tzw. darmowej energii przy niskich kosztach inwestycyjnych.

 

zobacz także:

Małe turbiny wiatrowe

Małe elektrownie wiatrowe

 

Energia ta może być wykorzystywana do dogrzewania budynku lub do ogrzewania wody użytkowej. Podejmując decyzję o budowie wiatraka należy wziąć pod uwagę szereg informacji jak:

– średnią prędkość wiatru w miejscu przeznaczonym na wiatrak,

– roczne koszty energii elektrycznej oraz innych paliw (węgiel, gaz, drewno itp.) zużywanych od ogrzewania bądź oświetlania obiektu,

– ceny gotowych elektrowni wiatrowych (np. wiatrak o mocy 3 kW to wydatek co najmniej 12 ÷ 15 tys. zł, wiatrak 6 kW to już 30 do 60 tys. zł)

– wiatrak może wyprodukować w ciągu roku energię równą mocy znamionowej wiatraka pomnożoną przez ilość godzin (ok. 8000 h) oraz współczynnik 0.2 do 0.3,

– konieczność uzyskania pozwolenia na budowę.

 


Polak potrafi – budowa wiatraków sposobem gospodarczym

Z reguły inwestorom indywidualnym nie są znane nawet średnie prędkości wiatru, dlatego aby zminimalizować koszty przedsięwzięcia oraz koszty ewentualnych nietrafnych lokalizacji wiatraków poleca się budowę wiatraka tzw. sposobem gospodarczym oraz przygotowanie konstrukcji bez fundamentów (mocowanie masztu na odciągach) – nie trzeba wtedy uzyskiwać pozwolenia na budowę.

Jako przykład takiego rozwiązania może posłużyć wiatrak o mocy znamionowej 4 kW (rys. 1) wybudowany w Beskidach (powiat Żywiec).  Został on wykonany  sposobem gospodarczym z materiałów dostępnych w gospodarstwie. Jedynym istotnym zakupionym elementem (ok. 3000 zł ) była prądnica z magnesami trwałymi produkcji Ośrodka Komel w Katowicach.

Wiatrak o mocy 4 kW wybudowany sposobem gospodarczym

Rys. 1 Wiatrak o mocy 4 kW wybudowany sposobem gospodarczym


Kilka rad praktycznych

Przygotowując inwestycję, korzystając z danych literaturowych oraz specjalistycznego programu komputerowego Wiatrak 1.1 dobrano moc prądnicy do założonej średnicy koła wiatrowego (5.4m). Jako generator, po pierwszych niezbyt udanych próbach z alternatorem samochodowym, postanowiono zastosować profesjonalną bezszczotkową prądnicę z magnesami trwałymi (rys. 2). Tego rodzaju prądnice cechuje bardzo wysoka sprawność oraz niezawodność ruchowa. Pozwala ona uzyskać znacznie więcej energii elektrycznej niż miało by to miejsce stosując prądnice innego rodzaju (asynchroniczne, prądu stałego itp.). Ponadto, z uwagi na niską prędkość obrotową prądnicy (nn=375obr/min) możliwym jest zmniejszenie przełożenia przekładni, a tym samym ograniczenie strat w niej występujących.

Prądnica PMSg132L16

Rys. 2. Prądnica PMSg132L16, 2.5 kW, 375 obr/min produkcji Komel

Przekrój łopaty (śmigła) wiatraka 4 kW

Rys. 3. Przekrój łopaty (śmigła) wiatraka 4 kW

Następnie obliczono konieczne przełożenie przekładni (1:3.5), którą to przekładnię wykonano z kół zębatych i łańcucha motocykla Jawa. Wiatrak ustawia się do wiatru za pomocą steru głównego, ma też zabezpieczenie przeciwburzowe powodujące ustawianie się koła wiatrowego bokiem do kierunku wiatru w przypadku bardzo silnego wiatru (rys. 4). Zabezpieczenie to wykorzystuje dodatkowy boczny ster oraz system linek i ciężarek.

Sposób zabezpieczenia przed zbyt silnym wiatrem

Rys. 4. Sposób zabezpieczenia przed zbyt silnym wiatrem

Masa całego wiatraka wynosi około 150 kg, dlatego można było go umieścić na drewnianym maszcie o wysokości 12 m – maszt nie posiada fundamentów i jest utrzymywany za pomocą odciągów. Energia elektryczna uzyskiwana z wiatraka jest obecnie wykorzystywana do ogrzewania wody w bojlerze oraz do podgrzewania pomieszczeń. Na rys. 6 przedstawiono schemat podłączenia grzałek w zależności od siły wiatru. Podczas prób w czasie silnego wiatru uzyskiwano moc elektryczną około 3.5 do 4 kW.


…wiatrak się opłaca

Jak wspomniano elektrownię wykonano z materiałów i elementów dostępnych w danej chwili w gospodarstwie. Jedynym większym wydatkiem była prądnica z magnesami trwałymi (3000 zł). Koszt pozostałych materiałów, które zostały zakupione do budowy wiatraka szacuje się na 500÷600 zł. Zatem całkowity koszt, z wyłączeniem robocizny, wyniósł około 3600 zł.

Zakłada się, że po zmianie lokalizacji posadowienia wiatraka (zostanie on przeniesiony na szczyt wzniesienia), będzie on rocznie produkował około 6000 kWh energii elektrycznej (PN *365dni *24godz *0.2), co stanowi wartość około 2000 zł. Ponieważ część energii będzie produkowana wtedy gdy nie jest ona potrzebna (np. latem gdy nie ma potrzeby dogrzewania pomieszczeń, a woda jest już i tak ogrzewana panelami słonecznymi, zresztą też wykonanymi we własnym zakresie) roczny uzysk, czyli koszt zaoszczędzonej energii (elektrycznej oraz opału) szacuje się na 1200÷1500zł. Zatem zwrot poniesionych nakładów nastąpi po około 2÷3 latach.

Obecnie rozważane jest gromadzenie energii elektrycznej w baterii akumulatorów i wykorzystanie jej do oświetlenia, bądź przy zastosowaniu przetwornicy częstotliwości w celu zasilania urządzeń domowych które wymagają napięcia przemiennego (np. lodówka). Takie rozwiązanie pozwoliłoby skrócić okres zwrotu poniesionych nakładów, gdyż w sezonie letnim można by wykorzystać większą ilość energii produkowanej przez wiatrak.

 

dr inż. JAKUB BERNATT

 

Więcej