FONTOS FIGYELMEZTETÉS! : A szélgenerátor veszélyes üzem! A szakszerűtlen telepítése, vagy üzemeltetése súlyos veszélyt jelent Önre és környezetére! Alapos fizikai, elektrotechnika ismeretek nélkül ne végezzen telepítést! Jelen áttekintés szakemberek számára nyújt segítséget a szélgenerátoros rendszerek telepítéséhez és üzemeltetéséhez.

ELMÉLET:

Nézzük meg, milyen energia az amit hasznosítani kívánunk? Ez az energia a levegő mozgási energiája. Középiskolai tanulmányaiból mindenki tudja, hogy egy m tömegű v sebességgel mozgó test energiája:

E = m * v² / 2 [J]

Ennyi energiát nyerhetünk, ha a testet teljesen lefékezzük. Esetünkben viszont nem szilárd testről, hanem légnemű anyagról van szó. A levegő sűrűsége 1,22 kg/m³. Az A keresztmetszeten, v sebességgel, másodpercenként áthaladó levegő tömege:

m/t = 1.22 kg/m³ * A * v [kg/s]

A két képletet összevonva megkapjuk a szél teljesítményét:

P = 1.22 * A * v³ / 2 [J/s = W]

Nézzük meg grafikusan, hogy a szélsebesség függvényében 1 m² felületen mekkora teljesítmény áramlik keresztül:

Ez a teljesítmény azonban még elméletileg sem nyerhető ki, hiszen kinyeréséhez teljesen meg kellene állítani a szelet. Ekkor azonban a keresztmetszeten már nem halad át tömeg. Határérték-számítással meghatározható a maximális hatásfok, ami 59.3 %-ra adódik. Gyakorlatban a lapát és generátor hatásfokát is figyelembe véve 20-35%-át lehet hasznosítani ennek az energiának az általunk tárgyalt kisméretű szélgenerátorok esetében.

Nézzük meg a gyakorlatban mekkora teljesítmény vehető ki egy 3 m rotorátmérőjű (A=7.068 m²) szélgenerátorral:

A kék görbe a 20%-os hatásfoknál kinyerhető teljesítményt mutatja, míg a piros görbe a 35%-os hatásfokhoz tartozót. Az egyik leggyakrabban megadott névleges szélsebesség a 10m/s (36km/h). Ennél a sebességnél a kivehető teljesítmény 860-1500 W közötti 3 méteres rotorátmérő esetén. Ugyanez a berendezés fele ekkora szélsebességnél (18km/h) már csak 108-188 W teljesítményt szolgáltat.

A tapasztalatok szerint földközeli kis magasságokban (10 m alatt) ritka a stabil, turbulenciáktól mentes 10m/s-os szél. Ezért arra lehet számítani, hogy a szelesnek érzett helyeken is inkább a folyamatos, de kis teljesítményű működés lesz a jellemző.

A környező tereptárgyak (épületek, fák, stb.) által keltett turbulenciák – elsősorban az állandóan változó szélirány miatt – jelentősen csökkenthetik a hasznosítható teljesítményt.

Ahhoz, hogy a telepítési helyen várható éves energiatermelést megbecsülhessük, mindenképpen szükség van 3-12 hónapi szélmérésre a tervezett telepítési magasságban.

A GENERÁTOR:

A jellemző generátorfelépítés ebben a kis szélgenerátor kategóriában:

Áttétel nélküli, állandómágneses forgórészű, sokpólusú, háromfázisú generátor. A sokpólusú tekercselés teszi lehetővé, hogy a generátor alacsony fordulatszámon tudja leadni a szükséges feszültséget és teljesítményt. A korábbi példában említett 3 m rotorátmérőjű 1 kW teljesítményű generátorhoz jellemzően 400 ford./perc érték tartozik.

Egyszerűen meghatározható a szárnyvégek sebessége a névleges fordulaton:

v = π * D * r / 60 = 62.8 m/s = 226.2 km/h

Ez az érték egyben választ ad arra is, hogy miért nem lehet határok nélkül növelni a rotorátmérőt. Minél nagyobb ez a sebesség, annál nagyobb mechanikai terheléssel kell számolni a lapátokon, és annál nagyobb gondot fog okozni már egy kis kiegyensúlyozatlanság is.

A TÖLTÉSVEZÉRLŐ:

A töltésvezérlő feladatai:

• A generátor által termelt 3 fázisú váltakozófeszültség egyenirányítása
• Az akkumulátor töltöttségi állapotának figyelése, a túltöltés megakadályozása
• Ha a generátorról jövő teljesítmény nem felhasználható (akkumulátorok teljesen feltöltött állapotban vannak), a generátor befékezése.
• Az akkumulátorok mélykisütésének megakadályozása a fogyasztók leválasztásával (opcionális).

NAGYON FONTOS !

A SZÉLGENERÁTORT SEMMILYEN KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT SEM SZABAD TERHELÉS, ILLETVE SZABÁLYOZÁS NÉLKÜL HAGYNI ! A SZÉLGENERÁTOR RENDSZERT ÚGY KELL KIALAKÍTANI, HOGY ÜZEMZAVAR ESETÉN A GENERÁTOR AUTOMATIKUSAN BEFÉKEZŐDJÖN.

A terheletlen szélgenerátor már kis szélben is túlpöröghet (jóval a névleges fordulatszám fölé). A kritikus fordulatszámot elérve valamelyik elem nem bírja tovább a terhelést és eltörik. A hirtelen fellépő kiegyensúlyozatlanság miatt a berendezés darabjaira törik és nagy sebességgel szétrepül.

Telepítéskor, karbantartáskor, esetleges meghibásodás esetén a mechanikus fékkel (ha van ilyen), vagy a generátor pólusainak rövidre zárásával elektronikusan be kell fékezni a rendszert.

A töltésvezérlő a fékezést egy olyan nagy terhelő ellenállás (fűtőpatron) generátorra kapcsolásával végzi, aminek hatására a generátor fordulatszáma 10 fordulat/percre csökken.

Ezen a fordulaton a szélgenerátor hatásfoka lényegesen kisebb, mint az üzemi munkapontban, ezért a terhelő ellenálláson csak a lassítás alatt disszipálódik jelentős teljesítmény.

A szélgenerátorok adatlapján általában több szélsebesség értéket adnak meg:

indulási szélsebesség - az a szélsebesség, amelyen a lapátok elkezdenek forogni (példánkban: 2m/s)

belépési szélsebesség - az a szélsebesség, amelyen a fordulatszám és a generátorfeszültség eléri a névleges értéket, az akkumulátor töltése megindul (példánkban: 3m/s)

névleges szélsebesség - az a szélsebesség, amelyen a generátor a névleges teljesítményt adja le (példánkban: 12m/s)

túlélési szélsebesség - amit még a szakszerűen telepített szélgenerátor károsodás nélkül elvisel.

Jól látható a fordulatszám / feszültség görbében az éles törés, amikor beindul az akkumulátor töltése. Ettől a ponttól kezdve a generátor fordulatszáma már alig változik, a szélsebesség további növekedésével csak az akkumulátorok töltőárama növekszik. Ez a magyarázat a leggyakoribb vásárlói panaszra is: „ Pörgött egész nap a generátor mint a veszedelem, mégsem termelt semmit!” Ebben az esetben egész nap 2-4 m/s (7.2 – 14.4 km/h) szél fújt, aminek energetikai hasznosítása minimális.

Az ábrából az is jól látható, hogy terhelés nélkül a generátor fordulatszáma meredeken emelkedik. Ha nincs terhelés, már 4 m/s szélben is túl tud pörögni a szélgenerátor!

TELEPÍTÉSI TANÁCSOK:

Személygépkocsink esetén természetesnek vesszük, hogy a felszerelt kerekeket centríroztatjuk. Ezeknek a kerekeknek az átmérője 1 m alatti, és a kerületi sebessége sem lehet hivatalosan több, mint 130 km/h. Épp ilyen természetes, hogy egy 3 m átmérőjű, üzemszerűen 200 km/h feletti kerületi sebességű szélgenerátort is ki kell egyensúlyoznunk.

Ezt két lépésben tehetjük meg:

• Lapátgeometria ellenőrzése. A lapátok végei közti távolságot úgy kell beállítani, hogy ezek a távolságok egymással megegyezzenek. Ekkor biztosított, hogy a lapátok egymással 120 fokos szöget zárnak be.
• Tömegközéppont beállítása. Az összeszerelt és felállított szélgenerátor lapátjait forgatva, bármely állásban megmaradónak kell lennie. Ha szükséges, megfelelően elhelyezett súlyokkal, vagy a nehezebbnek bizonyuló lapát faragásával el kell végezni a beállítást.

A leggyakrabban ledönthető csőoszlopra kerül a generátor. Ilyenkor az oszlop kifeszítése 4 irányban sodronyhuzallal történik. A feszítést úgy kell beállítani, hogy a generátor működési tartományába ne essen rezonanciapont.

Telepítés után, az első élénkebb szél alkalmával, ellenőrizni kell a kiegyensúlyozást és a fellépő rezonanciákat. Ha szükséges, újra el kell végezni a beállításokat. 

 Magyarország széltérképét  megtalálja az Országos Meteorológiai Intézet honlapján. Ez a térkép 30 éven keresztül gyűjtött adatok átlagát mutatja meg kb. 10 méteres magasságban. Az adatokból látszik, hogy hazánk nem kifejezetten szeles ország. Az ország túlnyomó részén az évi átlagos szélsebesség nem haladja meg a 3m/s-ot. A szélgenerátorok termelése kb. 3m/s-nál kezdődik. Még 4m/s-os szélsebesség esetében is névleges teljesítményüknek csak a 6-8 %-át, 5m/s-os szélsebességnél kb. 10%-át, 8m/s-os szélsebességnél kb. 30%-át tudják leadni. A névleges teljesítmény ezektől a kisteljesítményű szélgenerátoroktól kb. 12m/s-os szélsebesség esetén várható. Tehát az éves várható termelés messze elmarad a tengerparti országokban elérhetőtől, ahol szinte folyamatos széláramlatok vannak.

Ha a pillanatnyi széljárásra kíváncsi, azt az  időkép oldalán  nézheti meg animált formában.

Hazánkban csak olyan helyen érdemes szélgenerátort telepíteni, ahol kiegészítő elektromos ellátás érdekében több "lábra" szeretnénk állni. Ott is mindenképpen előzetes szélmérési adatokra alapozva lehet csak a szélgenerátor optimális helyét kiválasztani. Csak szélenergiából Magyarországon szinte sehol nem lehet a folyamatos energia-ellátást biztosítani. Mindenképpen szükséges többféle energiaforrás telepítése. A szélenergiával nagyon jól párosíthatóak a napelemek. Ugyanis szikrázó napsütéses időjárás a legritkább esetben párosul nagy sebességű, energiát adó széllel. Viszont amikor erős szél fúj, általában vonulnak a felhők, vagy éppenséggel teljesen felhős idő van, nem zavartalan a napsütés. Tehát vagy az egyik, vagy a másik energiaforrásból lesz az energia-felhasználásra utánpótlásunk.

Olyan helyen érdemes szélgenerátort telepíteni, ahol a vezetékes villany több km távolságra van. A szélgenerátor telepítési költsége ebben az esetben összemérhető a több km-nyi villanyvezeték kiépítési költségével. Ilyenkor sziget üzemmódú energia-ellátó központot kell létesíteni. Ha szükséges a folyamatos, zavartalan energia-ellátás, még a "több lábon állás" mellett is biztonsági berendezésként egy aggregátor beszerzése indokolt. Az aggregátor üzemelését tudjuk kiváltani a megújuló energia-forrásokat hasznosító berendezésekkel, így gyakorlatilag az aggregátor üzemelését tesszük olcsóbbá a megújuló energia-források hasznosításával.

És ha már megújuló energiákról esik szó, mindenképpen meg kell említeni: ha az ingatlannak melegvíz-fogyasztása is van, a napkollektor telepítése az elsődleges, leggazdaságosabb beruházás. Az általunk forgalmazott vákuumcsöves napkollektor napos időben kb. tizedannyi befektetett elektromos energiával állítja elő a melegvizet, mintha elektromos fűtőbetéttel tennénk ugyanezt. A háztartásokban használatos berendezésekből pedig olyanokat kell választani (elsősorban mosógépről és mosogatógépről van szó), amelyek tudják fogadni a melegvizet (ennek hiányában termosztatikus csapteleppel biztosítható a gép számára megfelelő vízhőmérséklet beállítása).

videofilm egy magyarországi szélgenerátorpár telepítéséről: