Szélgenerátor

Háztartási méretű szélgenerátort szeretnék. Tudnak nekem ebben segíteni? Mit kell tudnom vásárlás előtt? Itt most választ kaphat rá, ha tovább olvas. Ha hasznosnak tartja az alábbi cikkeket, iratkozzon fel hírlevelünkre, hogy mindig értesüljön az újdonságokról:


Érdemes tudni ...



A szélenergia hasznosítása

Már az ókorban is használták a szél erejét különböző célokra. Először az ókori Egyiptomban i.e. 5000 táján vitorlás hajókon fogták be a szelet a jármű hajtására.

az első vitorláshajók egyike

Később Mezopotámiában kenyérgabona őrlésére építettek függőleges tengelyű szélmalmokat.

perzsa szélmalom

A ma ismert alakú szélmalmok már a középkorban, a XII. században kezdtek elterjedni. Ezeket a szélmalmokat úgy alkották, meg, hogy emberi vagy állati erővel a lapátok tengelyét egy elmés szerkezet segítségével szélirányba lehetett állítani. Ezt a célt szolgálja a tetőszerkezet aljához kapcsolódó fa háromszög. Ezekből a szélmalmokból több tízezer darab működött Európa-szerte a XIX. század végére. Majd a dízel és elektromos meghajtású örlőgépek elterjedésével jelentőségük csökkent. Ma gyakorlatilag csak muzeális értékük van, az ipartörténelem nagykövetei. Úgy használták, hogy a lapátok fa kereteire vásznat feszítettek ki, azzal fogták be a szél erejét.

szélmalom szélmalom irányba állítása

A középkorban Amerikában kezdték el a szélkerekeket vízkiemelésre használni. Először ennek a lapátjait fából készítették, amit később vaslemezzel helyettesítettek. Az újítástól a lapátok könnyebbek lettek, a szélkerék hatásfoka javult.

vízkiemelő szélkerék

A vízkiemelő szélkerekek mindig soklapátosak. Az elektromos energia előállítására használt szélgenerátorok jellemzően kettő- vagy háromlapátosak.

háromlapátos szélgenerátor

A szélből elektromos energiát először a XIX. században nyertek. Az USA farmjain eleinte így állították elő a szükséges áramot. Akkoriban általában 10kW körüli teljesítményű szélgenerátorokat állítottak fel. Ez a teljesítmény elegendő egy négytagú család teljes energia-ellátására. - Később, a vezetékhálózatok elterjedésével szerepük visszaszorult. Az 1970-es évektől kezdtek aztán tömegesen nagyobb szélgenerátorokat telepíteni világszerte. Először csak a tengerpartok közelébe, később azonban onnan távolabbra is. Ma a többszáz kW-tól 1-2 MW-ig terjedő teljesítményű gépek a legelterjedtek nagy szélgenerátor parkokban. Kisebb teljesítményűeket inkább csak egyesével, farmokra telepítenek.
A szélgenerátor előnye, hogy a területen, ahol felállítják, a mezőgazdasági művelés zavartalanul folytatható.
Hátránya, hogy energiatermelése az időjárás függvénye. Csak akkor fog elektromos energiát termelni, ha elegendő a szélsebesség.

szélerőmű park

» oldal tetejére
Szeretnék az újdonságokról értesülni



GYIK

GYIK , azaz GYakran Ismételt Kérdések

1. Egy falu szeles végén lakunk. Szeretnénk szélgenerátort az udvarunkra. Hogyan tehetjük ezt meg?

A szélgenerátor veszélyes üzem. Biztonságos működése feltétele, hogy épülettől, tereptárgyaktól legalább 150 méterre legyen elhelyezve. Ha a kert ennél nagyobb (a szomszéd irányából is!), akkor semmi akadálya egy szélgenerátor telepítésének. Ekkora védőtávolságot mindenképpen be kell tartani!

2. És mennyi energiatermelést várhatunk el tőle?

Az, hogy az udvart szelesnek érezzük, még nem jelenti azt, hogy a szélerősség a szélgenerátor számára is elégséges. Mindenképpen szükség van előzetes szélmérésre a szélgenerátor legoptimálisabb helyének a kiválasztására. Ezek a kisteljesítményű (maximum néhány tíz kW-os) szélgenerátorok kb. 3m/s (= 10,8 km/h) szélsebességnél kezdenek el elektromos energiát termelni. Ekkora szélben még kevesebb, mint névleges teljesítményük 10%-át tudják csak leadni. Névleges teljesítményüket általában 12m/s (= 43,2 km/h) szélsebességnél érik el. A teljesítmény-növekedés nem lineáris, hanem a szélsebesség harmadik hatványával arányosan növekszik. Az átlagos magyarországi szélviszonyok között nem szabad túl nagy elvárásokat támasztanunk a termelést illetően.

3. Mégis kinek érdemes szélgenerátort telepítenie?

Ha Ön vezetékes villanytól távol lakik vagy dolgozik, és szeretne elektromosságot igénylő berendezéseket üzemeltetni, akkor egy napelem + szélgenerátor kombinált energiatermelő rendszer jöhet szóba. Még ha 'szeles'  helyre is van telepítve a szélgenerátor, Magyarországon sok év átlagában a napok kb. egyharmadában fúj a szél, a többi napon szélcsend van. Ha minél nagyobb rendelkezésre állást szeretnénk elérni, akkor mindenképpen a jóval hosszabb időn keresztül termelő napelemmel kell kiegészíteni energiatermelő rendszerünket. Ha 100%-os rendelkezésre állás az igény, akkor ezt a két termelő egységet egy dízel generátorral kell támogatni arra az esetre, ha már kihasználtuk az akkukból az összes energiát, és sem a Nap nem süt, sem a szél nem fúj.

4. Hogy válasszam meg a napelemek és a szélgenerátor névleges teljesítményét?

A rendszer teljesítményét mindenképpen a tervezett fogyasztáshoz kell méretezni. Ha kiválasztottuk, hogy mekkora napelem csomagot szeretnénk telepíteni, akkor annak a névleges méretnek a kb. 4-5-szöröse névleges teljesítményű szélgenerátorra lesz szükség. Ez az adat tapasztalati úton átlagos magyar szélviszonyokra jellemző. Nem biztos, hogy Önnél is megfelelő lesz ilyen arányú szélgenerátor választása. Egy szélgenerátor telepítése előtt mindenképpen előzetes, hosszú időn keresztül végzett szélmérés javasolt, csak így lehet megbecsülni, hogy valóban várhatunk-e termelést az adott helyen egy szélgenerátortól.

5. Szélmérés? Azt meg hogy csináljam?

Nem ördöngösség: lehet kapni több különböző fajta időjárás állomást, melyek a hőmérsékleten és a csapadékon kívül a szél irányát és sebességét is rögzítik az előre beállított időközönként. Ez az időköz a másodperctől a 10 percen át akár óra hosszúságú is lehet, attól függően, hogy mennyi időnként tudjuk kiolvasni a berendezésből számítógéppel az adatokat. Minden időjárás-állomásra meg van határozva, hogy hány adatcsomagot tud tárolni. Ez az adat például a WS1080-as típusú időjárás állomásnál 4000. Ha minden nap ki tudjuk olvasni a gyűjtött adatokat, akkor kb. 30 másodpercenkénti adatgyűjtés beállítása a jó ahhoz, hogy ne legyen adatvesztés. Ha csak hetente egyszer tudjuk kiolvasni a mérés-adatgyűjtőt, akkor kb. 4 perces időközöket beállítva, hetenként kiolvasva, folyamatos lesz az adatsorunk.

6. És hogy lehet az így kapott adatsort feldolgozni?

Az már bizony kézimunka, és sok időt igényel. Össze kell számolni azokat az időtartamokat, amikor 3m/s, vagy annál erősebb szelet jegyzett fel a készülék. A telepíteni kívánt szélgenerátor adatlapján lévő termelési görbéből le kell olvasni, hogy a feljegyzett szélsebességeken a gép mennyi energiát tud termelni. A két adat (vagyis az idő és a teljesítmény) szorzatával megkapjuk az összesen megtermelhető energia mennyiségét. Ez persze egy idealizált állapot, ennél néhány százalékkal valószínűleg kevesebbet termelt volna a szélgenerátorunk.
VIGYÁZAT! Ez az adatsorozat csak akkor ad reális becslést, ha pontosan azon a helyen és magasságban gyűjtöttük az adatokat, ahová a szélgenerátort szánjuk!

7. És ha az így becsült adatokkal elégedett vagyok, máris kezdődhet a telepítés?

Magyarországon a legtöbb helyen a szélgenerátor telepítése építési engedély köteles! Erről tájékozódjon az illetékes Építésügyi Hatóságnál. Ha ott zöld utat engednek a szélgenerátor telepítéséhez, akkor azt is felsorolják, az adott területen még milyen engedélyek beszerzése válhat szükségessé. Ezen dokumentumok megszerzését mindenképpen javasoljuk, hogy később ne érje Önt kellemetlen meglepetés!

 

» oldal tetejére
Szeretnék az újdonságokról értesülni



Telepítés előtti információ

 

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 * v? / 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/m?. Az A keresztmetszeten, v sebességgel, másodpercenként áthaladó levegő tömege:

m/t = 1.22 kg/m? * A * v [kg/s]

A két képletet összevonva megkapjuk a szél teljesítményét:

P = 1.22 * A * v? / 2 [J/s = W]

Nézzük meg grafikusan, hogy a szélsebesség függvényében 1 m? 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 m?) 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 = ? * 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. 

» oldal tetejére
Szeretnék az újdonságokról értesülni



Széltérkép

 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).

 

» oldal tetejére
Szeretnék az újdonságokról értesülni



Videofilm szélgenerátorok telepítéséről

 

videofilm egy magyarországi szélgenerátorpár telepítéséről:
 

 

 

 

 

» oldal tetejére
Szeretnék az újdonságokról értesülni