Sprawność turbiny: Co musisz wiedzieć?

Celem posiadania i eksploatacji systemu turbin wiatrowych o rozmiarach domowych jest generowanie energii elektrycznej z dowolnego powodu, czy to do użytku domowego, zysku lub wytwarzania do celów przemysłowych. Całkowite wytwarzanie energii elektrycznej przez system turbiny wiatrowej zależy od wielu różnych czynników, z których wiele może mieć wpływ na czynniki wewnętrzne i zewnętrzne samego systemu lub jego umiejscowienia. Oznacza to, że ma znaczenie nie tylko moc znamionowa twojej turbiny, ale także to, jak wydajna jest ta turbina w pobieraniu energii z wiatru i przekształcaniu jej w energię elektryczną w miejscu jej zużycia. Na przykład generator o mocy 5 kW w turbinie może, z powodu nieefektywności systemu, generować tylko 500 W mocy z powodu strat energii w systemie, jeśli jest niewłaściwie zarządzany. Dlatego ważne jest, aby scharakteryzować i zrozumieć różne przyczyny nieefektywności oraz sposoby ich zwalczania.

Jak najlepiej wykorzystać wiatr

Zaczniemy z perspektywy wiatru i będziemy przebrnąć przez każdą z nieefektywności, aż dojdziemy do energii elektrycznej używanej do ładowania akumulatorów w Twoim domu. Niestety nie możesz cały czas kontrolować tego, co robi wiatr, więc niestety nie możemy wiele zrobić z jego stanem. Warto jednak zauważyć, że generalnie im bardziej laminarny jest przepływ wiatru (nazwa naukowa dla płynnego przepływu powietrza), tym wyższa jest sprawność konwersji energii kinetycznej wiatru na obrotową energię kinetyczną łopaty turbin wiatrowych.

Przepływ turbulentny jest odwrotny. To wtedy powietrze jest chaotyczne i wiruje wokół nieprzewidywalności. Lokalne punkty w strumieniu wiatru mogą popychać wiatr do tyłu lub na boki, powodując niespójne siły przykładane do łopat turbiny. Ograniczona kontrola, jaką masz nad wiatrem, który współdziała z twoją turbiną, polega na tym, jak środowisko wokół turbiny wpływa na warunki przepływu. Przeszkody w przepływie, takie jak drzewa, budynki lub inne turbiny wiatrowe, spowodują wzrost przepływu turbulentnego docierającego do turbiny. Dlatego podczas instalowania turbiny powinieneś spróbować umieścić ją na ładnej otwartej przestrzeni z minimalnymi przeszkodami w pobliżu.

Warto również przyjrzeć się prędkości wiatru, z jaką będzie narażona twoja turbina w różnych pozycjach montażowych, ponieważ może się ona różnić. Głównym punktem, który powinieneś wziąć pod uwagę, jest wysokość twojej turbiny. Im wyżej zainstalowana jest turbina, tym generalnie wyższe są prędkości wiatru. Dzieje się tak dlatego, że gdy wiatr wchodzi w interakcję z ziemią, zwalnia, spowalnia powietrze tuż nad nią, a następnie powietrze spowalnia powietrze nad nim itd., aż wrócisz do nieograniczonego przepływu, w którym wiatr płynie z pełną prędkością. Zjawisko to nosi nazwę warstwy granicznej w dynamice płynów: warstwa przepływu w pobliżu granicy (powietrze do ziemi), która ma gradient prędkości na całej swojej wysokości.

Podnieś lub przeciągnij

Drugą i dość istotną nieefektywnością, jeśli chodzi o systemy turbin wiatrowych, jest teoretyczna granica ilości mocy, jaką może wydobyć z wiatru dana łopata turbiny. Zależy to głównie od kształtu łopaty wykorzystywanej do pozyskiwania energii wiatru. Istnieje kilka popularnych konstrukcji łopatek turbin, w szczególności TESUP wykorzystuje w swoich konstrukcjach łopaty typu windy i typu drag.

Przykład łopatki typu lift można zobaczyć na turbinie Magnum 5. Ostrze jest ukształtowane w sposób znany jako profil aerodynamiczny. Jest to kształt skrzydła samolotu, jeśli spojrzeć na jego przekrój. Kształt ten zapewnia siłę nośną, gdy wiatr przelatuje nad jego powierzchnią w dokładnie taki sam sposób, jak skrzydło samolotu. Dobrym przykładem turbiny typu drag jest turbina TESUP AtlasX. Ten typ turbiny ma łopatki w kształcie litery „C” i opiera się na wietrze, który bezpośrednio „naciska” łopatki turbiny, aby je obracać.

Teoretyczne maksimum dla turbin typu winda wynosi około 40% i wiem, że na pierwszy rzut oka może wydawać się niskie, ale maksymalna sprawność każdej turbiny to tylko 45%! Więc naprawdę nie jest tak źle! Turbiny typu drag mają ogólnie niższą wydajność. Wynika to głównie z konstrukcji turbiny. Ponieważ dwie łopatki (po jednej z każdej strony turbiny) są popychane przez wiatr w dowolnym momencie, jedna z łopatek działa przeciw obrotowi turbiny (jak niegrzecznie!) kształt łopatki w kształcie litery C zapewnia większą powierzchnię łopatek jest wystawiona na działanie wiatru i dlatego jedna z łopat chwyta więcej wiatru i jest mocniej pchana, powodując obrót.

Możesz myśleć o, to bzdury, niska wydajność? Ledwo dostanę moc z mojej turbiny TESUP! Ale nie martw się, jest kompromis i to świetny! Turbiny typu drag mają niższą prędkość rozruchu i dlatego obracają się częściej niż turbiny typu windy, bardzo podobnie jak żółw i zając wytwarzający energię! TESUP ciężko pracuje, aby ich turbiny miały wyższą wydajność, starannie projektując łopatki. Wystarczy spojrzeć na przeprojektowane ostrza AtlasX! Nie tylko poprawiły wydajność turbiny i zwiększyły obszar chwytu wiatru, ale również świetnie wyglądają!

Konieczność dobrych komponentów w Twoim systemie operacyjnym

Ostatnią przeszkodą między wiatrem a wytwarzaniem energii elektrycznej jest nieefektywność elektryczna. Mogą i będą występować we wszystkich komponentach elektrycznych, czy to w generatorze elektrycznym w turbinie, czy w najmniejszym przewodzie w systemie. Niestety elementy elektryczne mają tendencję do marnowania energii elektrycznej poprzez wytwarzanie energii cieplnej (pomyśl o tym, kiedy dotknąłeś ładowarki telefonu i po naładowaniu telefonu było ciepło). Każdy krok niezbędny w systemie turbiny wiatrowej do wytwarzania, przesyłania i magazynowania energii elektrycznej będzie z natury wiązał się z pewnymi stratami. Straty te można oczywiście zredukować!

Najlepszym sposobem na osiągnięcie tego wzrostu wydajności elektronicznej przy niskich kosztach jest zakup dobrej jakości komponentów elektronicznych do swojego systemu. TESUP może dostarczyć kontrolery ładowania, falowniki mocy i systemy okablowania, które są dobrze dopasowane i specjalnie zaprojektowane dla turbin TESUP. Zakup jednego lub wszystkich tych systemów w celu uzupełnienia systemu wytwarzania energii opartego na turbinie wiatrowej jest dobrym sposobem na zmniejszenie strat w systemie i ostatecznie generowanie większej mocy!

TESUP ma nadzieję, że ten mały przewodnik po niektórych nieefektywnościach, które możesz napotkać, był przydatny! Mam nadzieję, że jesteś teraz nieco lepiej poinformowany o systemach turbin wiatrowych io tym, jakie są interesujące!