Transformisanje energije vetra je jedan od načina da dobijete jeftinu električnu energiju. Postoji mnogo dizajna vjetroturbina. Neki od njih su dizajnirani za maksimalnu efikasnost, drugi su nepretenciozni u upotrebi. U drugu grupu spada Savonius rotor, nastao prije oko 100 godina, i danas se uspješno koristi za rješavanje raznih tehničkih problema.
Historija stvaranja
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - pronalazač iz Finske, stekao je slavu svojim radom u fizici vezanim za proučavanje energije vjetra. Tokom života dobio je nekoliko patenata koji se koriste ne samo za izradu vjetroturbina, već iu brodogradnji, kao i u ventilacijskim sistemima modernih željezničkih vagona i autobusa.
Još jedan pronalazač iz Njemačke - Anton Flettner (1888 - 1861) je početkom prošlog stoljeća smislio alternativu klasičnom jedru, kreirajući takozvani Flettner rotor. Suština pronalaskaje svedeno na sljedeće: rotirajući cilindar, koji je nanio vjetar, primio je silu usmjerenu u horizontalnom smjeru, koja je 50 puta veća od sile strujanja zraka. Zahvaljujući ovom otkriću izgrađeno je nekoliko brodova koji koriste snagu vjetra za kretanje. Za razliku od konvencionalnih jedrilica, ova plovila nisu bila potpuno energetski neovisna. Motori su bili potrebni za okretanje rotora.
Razmišljajući o Flettnerovom jedru, Savonius je došao do zaključka da se energija vjetra također može koristiti za njegovo okretanje. Godine 1926. razvio je i patentirao dizajn otvorenog cilindra sa suprotno usmjerenim noževima unutra.
Malo fizike
Prvo, malo teorije. Svi su primijetili da prilikom vožnje bicikla zrak stvara značajan otpor kretanju. I što je veća brzina, to je veća ova vrijednost. Drugi faktor koji utiče na otpor je površina poprečnog presjeka tijela na koju utiče strujanje zraka. Ali postoji i treća veličina, koja je povezana sa geometrijom tela. To je upravo ono što dizajneri karoserije automobila pokušavaju smanjiti kada je u pitanju aerodinamika.
Na primjer, možemo reći da će tri ploče sa istom površinom poprečnog presjeka, ali različite oblike: konkavna, ravna i konveksna, imati vrlo različit koeficijent otpora. Za konveksni oblik bit će 0,34, za ravan - 1,1, za konkavni - 1,33. To je bio konkavni oblik koji je uzet za lopatice Savonius rotora. Prepoznat je kao najefikasniji domaćinenergija vjetra.
Princip rada Savonius rotora
Za razliku od Flettnerovog jedra, Savonius je predložio da se cilindar podijeli na dvije polovine i da se pomjere jedna u odnosu na drugu kako bi se dobile oštrice i razmak između njih. Suština Savoniusove ideje je bila da struja vazduha koja udari u jednu lopaticu nakon toga ne ide samo u stranu, već se, prolazeći kroz aksijalni zazor, preusmjerava na drugu lopaticu, što značajno povećava učinak vjetra.
Ovaj princip rada omogućava Savonius rotoru da radi čak i na slabom vjetru.
Postoji nekoliko opcija profila:
- Oštrice su fiksirane na osi na takav način da između njih nema zračnog razmaka. Ovo je najjednostavnija verzija mnogih opisa Savonius rotora.
- Osnova jedne oštrice je umetnuta u bazu druge. Duž linije osovine ostaje značajan jaz. Ova opcija omogućava da se vjetar iz jedne polovine rotora kreće u drugu. Efikasniji profil.
- Isto kao i druga opcija, samo se površina oštrica povećava dodavanjem ravne ploče sa unutrašnje strane.
Oblast primjene
Šezdesetih godina prošlog veka, Savonius rotori su korišćeni u sistemima za ventilaciju železnica. Postavljeni su na krovove vagona. Tokom kretanja, rotor je počeo da se okreće i pumpa vazduh sa ulice u prostoriju. Slični sistemi su instalirani i na autobusima.
Danas je glavna primjena rotoravetroturbine sa vertikalnom osovinom. Postoji niz sličnih dizajna koji kombinuju dva faktora:
- vertikalna os rotacije;
- nepretencioznost prema smjeru strujanja vjetra.
Pored vertikalnih vetroturbina, postoje uređaji sa horizontalnom osom. Odlikuje ih veliki povratak uz istu snagu vjetra. Strukturno, oni podsjećaju na lopatice propelera aviona, smještene na horizontalnoj osi i imaju rep vodilice za poravnanje s vjetrom.
Prednosti Savonius vjetroturbine
Uprkos činjenici da vertikalni aksijalni rotori vjetroturbina gube u efikasnosti od horizontalnih aksijalnih rotora, oni i dalje imaju niz neospornih prednosti:
- Radite u bilo kojoj klimatskoj zoni. Zbog svoje male poprečne površine, ne boje se orkanskih vjetrova.
- Ne trebaju vam dodatni uređaji za njihovo pokretanje. Zbog konkavnog oblika lopatica, lansiranje se odvija pri minimalnim vrijednostima vjetra - 0,3 m/s. Generator postiže optimalne vrijednosti pri brzini protoka zraka od 5 m/s.
- Zbog niskog nivoa buke do 20 dB, vjetrenjača se može instalirati u neposrednoj blizini kućišta, što je važno za proizvodnju električne energije male snage i gubitak struje u žicama.
- Ne zahtijevaju određeni smjer vjetra. Počinju da rade od strujanja vazduha pod bilo kojim uglom.
- Jednostavan dizajn smanjuje troškove održavanja.
- Nije opasno za ptice koje percipiraju strukturu kao cjelinu i ne pokušavaju letjeti kroz oštrice.
Nedostaci vertikalnih vjetroturbina uključuju relativno nisku efikasnost, veće troškove građevinskog materijala, velike veličine potrebne za postizanje potrebne snage.
Kako napraviti vjetroturbinu vlastitim rukama
Napraviti uređaj koji bi seosku kuću u potpunosti opskrbio električnom energijom čini se malo vjerojatnim. Međutim, izrada male vjetrenjače za generiranje besplatne električne energije koja osigurava rad uređaja male snage (pumpa za navodnjavanje, ulična rasvjeta ispred kuće, otvaranje automatskih kapija) je u moći svakog majstora. Za ovo će vam trebati:
- 3 aluminijumske ploče sa bočnom dužinom od 33cm, debljine oko 1mm;
- odvodna cijev prečnika 15 cm i dužine 60 cm;
- 4 cm vodovodna cijev;
- električni generator (može se koristiti auto);
- fitingi (čelični uglovi, samorezni vijci, navrtke, vijci).
Upute za kuvanje
Da napravite jednostavan Savonius rotor trebate:
- Izrežite 3 diska prečnika 33 cm od aluminijumskih limova.
- Izrežite cijev za vodu promjera 15 cm duž ose da napravite 2 prazna mjesta za oštrice. Zatim prerežite svaki komad po sredini. Tako ćete dobiti 4 identična sečiva, dužine 30 cm.
- Izbušite rupu u sredini diskova kroz koju možete umetnuti cijev za vodu od 4 cm.
- Povežite sva tri diska sa cijevi i između njihumetnite oštrice. Dva između dva diska. Oštrice moraju biti orijentirane tako da ugao između njihovih osa bude 90 stepeni. Ovo će omogućiti čak i lagani vjetar da vrti generator.
- Koristite uglove i samorezne vijke da pričvrstite oštrice na aluminijske felge.
- Utisnite osovinu generatora u donji dio cijevi, a to je os.
Vjetrogenerator je spreman. Ostaje samo odabrati mjesto ugradnje koje je dovoljno otvoreno za zračne struje. Ako nema dovoljno vjetra, onda možete napraviti visoki jarbol, na vrh kojeg postavite generator.
Prefabricirane vertikalne turbine na vjetar
Sa razvojem alternativne energije, sve je veća potražnja za proizvodima za autonomno napajanje. Trenutno na tržištu postoje vjetroturbine ruske proizvodnje, čija cijena počinje od 60 hiljada rubalja.
Ove jedinice se mogu koristiti u privatnom sektoru, zadovoljavajući potrebe za električnom energijom od 250 W do 250 kW.
