Transformácia veternej energie je jedným zo spôsobov, ako získať lacnú elektrinu. Existuje veľa návrhov veterných turbín. Niektoré z nich sú navrhnuté pre maximálnu efektivitu, iné sú nenáročné na používanie. Do druhej skupiny patrí rotor Savonius, ktorý vznikol asi pred 100 rokmi, dodnes sa úspešne používa na riešenie rôznych technických problémov.
História stvorenia
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - vynálezca z Fínska, sa preslávil svojou prácou vo fyzike súvisiacou so štúdiom veternej energie. Počas svojho života získal niekoľko patentov, ktoré sa využívajú nielen pri výrobe veterných turbín, ale aj pri stavbe lodí, ako aj vo ventilačných systémoch moderných železničných vagónov a autobusov.
Ďalší vynálezca z Nemecka - Anton Flettner (1888 - 1861) začiatkom minulého storočia prišiel s alternatívou klasickej plachty a vytvoril takzvaný Flettnerov rotor. Podstata vynálezusa zredukoval na nasledovné: rotujúci valec, fúkaný vetrom, dostal silu smerujúcu v horizontálnom smere, presahujúcu 50-násobok sily prúdu vzduchu. Vďaka tomuto objavu bolo postavených niekoľko lodí, ktoré využívajú na pohyb silu vetra. Na rozdiel od bežných plachetníc neboli tieto plavidlá úplne energeticky nezávislé. Na roztočenie rotora boli potrebné motory.
Pri úvahách o Flettnerovej plachte Savonius dospel k záveru, že na jej roztočenie sa dá využiť aj veterná energia. V roku 1926 vyvinul a patentoval dizajn otvoreného valca s opačne orientovanými lopatkami vo vnútri.
Trošku fyziky
Najprv trocha teórie. Každý si všimol, že pri jazde na bicykli vzduch vytvára výrazný odpor voči pohybu. A čím vyššia je rýchlosť, tým vyššia je táto hodnota. Druhým faktorom ovplyvňujúcim odpor je plocha prierezu tela ovplyvnená prúdením vzduchu. Ale je tu ešte tretia veličina, ktorá súvisí s geometriou tela. To je presne to, čo sa dizajnéri karosérií snažia znížiť, pokiaľ ide o aerodynamiku.
Môžeme napríklad povedať, že tri platne s rovnakou plochou prierezu, ale s rôznymi tvarmi: konkávne, rovné a konvexné, budú mať veľmi odlišný koeficient odporu. Pre konvexný tvar to bude 0,34, pre rovný - 1,1, pre konkávny - 1,33. Bol to konkávny tvar, ktorý bol použitý pre lopatky rotora Savonius. Je uznávaný ako najefektívnejší hostiteľveterná energia.
Princíp činnosti rotora Savonius
Na rozdiel od Flettnerovej plachty, Savonius navrhol rozdeliť valec na dve polovice a vzájomne ich posunúť, aby získali lopatky a priestor medzi nimi. Podstatou Savoniovej myšlienky bolo, že prúd vzduchu narážajúci na jednu lopatku už potom nešiel len do strany, ale prechádzajúc cez axiálnu medzeru bol presmerovaný na druhú lopatku, čo výrazne zvýšilo účinok vetra.
Tento princíp fungovania umožňuje rotoru Savonius pracovať aj pri slabom vetre.
Existuje niekoľko možností profilu:
- Nože sú upevnené na osi tak, že medzi nimi nie je žiadna vzduchová medzera. Toto je najjednoduchšia verzia z mnohých popisov rotora Savonius.
- Základňa jednej čepele je vložená do základne druhej. Pozdĺž osovej línie zostáva výrazná medzera. Táto možnosť umožňuje, aby sa vietor z jednej polovice rotora presúval do druhej. Efektívnejší profil.
- Rovnako ako druhá možnosť, len plocha lopatiek sa zväčší pridaním rovnej dosky na vnútornej strane.
Rozsah aplikácie
V 60. rokoch minulého storočia sa rotory Savonius používali v železničných ventilačných systémoch. Boli inštalované na strechách vozňov. Počas pohybu sa rotor začal točiť a pumpovať vzduch z ulice do miestnosti. Podobné systémy boli nainštalované aj na autobusoch.
Dnes je hlavná aplikácia rotora inveterné turbíny s vertikálnou osou. Existuje množstvo podobných návrhov, ktoré kombinujú dva faktory:
- vertikálna os rotácie;
- nenáročnosť na smer prúdenia vetra.
Okrem vertikálnych veterných turbín existujú zariadenia s horizontálnou osou. Vyznačujú sa veľkým návratom pri rovnakej sile vetra. Štruktúrou pripomínajú listy leteckých vrtúľ, ktoré sú umiestnené na vodorovnej osi a majú vodiaci chvost na vyrovnanie s vetrom.
Výhody veternej turbíny Savonius
Napriek tomu, že vertikálne axiálne rotory veterných turbín strácajú účinnosť v porovnaní s horizontálnymi axiálnymi rotormi, stále majú množstvo nepopierateľných výhod:
- Pracujte v akomkoľvek klimatickom pásme. Vďaka svojej malej priečnej ploche sa neboja hurikánových vetrov.
- Na ich spustenie nie sú potrebné ďalšie zariadenia. Vďaka konkávnemu tvaru lopatiek dochádza k vystreleniu pri minimálnych hodnotách vetra - 0,3 m/s. Generátor dosahuje optimálne hodnoty pri rýchlosti prúdenia vzduchu 5 m/s.
- Vďaka nízkej hlučnosti až 20 dB môže byť veterný mlyn inštalovaný v tesnej blízkosti bývania, čo je dôležité pre výrobu elektriny s nízkou spotrebou energie a stratu prúdu vo vedení.
- Nevyžadujte konkrétny smer vetra. Začínajú pracovať od prúdenia vzduchu v akomkoľvek uhle.
- Jednoduchý dizajn znižuje náklady na údržbu.
- Nie je nebezpečné pre vtáky, ktoré vnímajú štruktúru ako celok a nesnažia sa preletieť cez lopatky.
Nevýhody vertikálnych veterných turbín zahŕňajú relatívne nízku účinnosť, vyššie náklady na stavebné materiály, veľké rozmery potrebné na dosiahnutie požadovaného výkonu.
Ako vyrobiť veternú turbínu vlastnými rukami
Vytvoriť zariadenie, ktoré by úplne zásobovalo vidiecky dom elektrickou energiou, sa zdá nepravdepodobné. Vyrobiť malý veterný mlyn na výrobu bezplatnej elektriny, ktorý zabezpečí chod zariadení s nízkym výkonom (zavlažovacie čerpadlo, pouličné osvetlenie pred domom, otváranie automatických brán), je však v moci každého remeselníka. Na to budete potrebovať:
- 3 hliníkové plechy s dĺžkou strany 33 cm, hrúbkou približne 1 mm;
- odtoková rúra s priemerom 15 cm a dĺžkou 60 cm;
- 4 cm vodná fajka;
- elektrický generátor (možno použiť auto);
- tvarovky (oceľové uholníky, samorezné skrutky, matice, svorníky).
Pokyny na varenie
Na výrobu jednoduchého rotora Savonius potrebujete:
- Z hliníkových plechov vyrežte 3 kotúče s priemerom 33 cm.
- Odrežte vodnú rúrku s priemerom 15 cm pozdĺž osi, aby ste vytvorili 2 polotovary pre čepele. Potom rozrežte každý kus cez stred. Takto získate 4 rovnaké čepele s dĺžkou 30 cm.
- V strede diskov vyvŕtajte otvor, cez ktorý môžete vložiť 4 cm vodnú rúrku.
- Spojte všetky tri disky potrubím a medzi nimivložte čepele. Dva medzi dvoma diskami. Lopatky musia byť orientované tak, aby uhol medzi ich osami bol 90 stupňov. To umožní, aby generátor roztočil aj mierny vietor.
- Na upevnenie nožov na hliníkové ráfiky použite rohy a samorezné skrutky.
- Zatlačte hriadeľ generátora do spodnej časti potrubia, čo je os.
Veterný generátor je pripravený. Zostáva len vybrať miesto inštalácie, ktoré je dostatočne otvorené pre prúdenie vzduchu. Ak nie je dostatočný vietor, môžete postaviť vysoký stožiar, na ktorý umiestnite generátor.
Prefabrikované vertikálne veterné turbíny
S rozvojom alternatívnej energie rastie dopyt po produktoch autonómneho napájania. V súčasnosti sú na trhu veterné turbíny ruskej výroby, ktorých cena začína od 60 tisíc rubľov.
Tieto jednotky je možné použiť v súkromnom sektore a pokrývajú spotrebu elektrickej energie od 250 W do 250 kW.
