Tipi di Generatore di Turbina del Vento
Una turbina eolica è costituito da due componenti principali e dopo aver guardato uno di loro, il design delle pale del rotore nel precedente tutorial, ora siamo in grado di guardare l’altro, il Generatore di Turbina del Vento o WTG che è la macchina elettrica utilizzata per generare elettricità. Un generatore elettrico a basso numero di giri viene utilizzato per convertire la potenza rotazionale meccanica prodotta dall’energia dei venti in elettricità utilizzabile per fornire le nostre case ed è al centro di qualsiasi sistema di energia eolica.
La conversione della potenza meccanica rotazionale generata dalle pale del rotore (nota come motore primario) in energia elettrica utile per l’uso in applicazioni domestiche di alimentazione e illuminazione o per caricare le batterie può essere eseguita da uno dei seguenti principali tipi di macchine elettriche rotazionali comunemente utilizzate in un sistema di generazione di energia eolica:
- 1. La macchina a corrente continua ( DC), nota anche come dinamo
- 2. La corrente alternata (AC ) macchina sincrona, noto anche come un generatore AC
- 3. La macchina a induzione a corrente alternata ( AC), nota anche come alternatore
Tutte queste macchine elettriche sono dispositivi elettromeccanici che funzionano sulla legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Cioè operano attraverso l’interazione di un flusso magnetico e una corrente elettrica, o flusso di carica. Poiché questo processo è reversibile, la stessa macchina può essere utilizzata come motore elettrico convenzionale per convertire la potenza elettrica in potenza meccanica o come generatore che converte la potenza meccanica in energia elettrica.
La macchina elettrica più comunemente utilizzata per le applicazioni delle turbine eoliche sono quelle che fungono da generatori, con il generatore sincrono e il generatore di induzione (come mostrato) comunemente utilizzati nei sistemi di generatori di turbine eoliche più grandi. Di solito le turbine eoliche più piccole o fatte in casa tendono ad utilizzare un generatore DC a magneti permanenti a bassa velocità o dinamo in quanto sono piccole, economiche e molto più facili da collegare.
Così fa la differenza che tipo di generatore elettrico possiamo usare per produrre energia eolica. La risposta semplice è Sì e No, in quanto tutto dipende dal tipo di sistema e applicazione che si desidera. L’uscita CC a bassa tensione da un generatore o da una dinamo di stile precedente può essere utilizzata per caricare le batterie mentre l’uscita sinusoidale AC più alta da un alternatore può essere collegata direttamente alla rete locale.
Inoltre, la tensione di uscita e la domanda di potenza dipendono interamente dagli apparecchi che hai e da come desideri utilizzarli. Inoltre, la posizione del generatore di turbina eolica, sarebbe la risorsa vento tenerlo costantemente in rotazione per lunghi periodi di tempo o sarebbe la velocità del generatore e quindi la sua uscita variare su e giù con variazioni del vento disponibile.
Generazione di elettricità
Un generatore di turbina eolica è ciò che rende la vostra elettricità convertendo l’energia meccanica in energia elettrica. Cerchiamo di essere chiari qui, non creano energia o producono più energia elettrica rispetto alla quantità di energia meccanica utilizzata per far girare le pale del rotore. Maggiore è il “carico”, o la domanda elettrica posta sul generatore, maggiore è la forza meccanica necessaria per ruotare il rotore. Questo è il motivo per cui i generatori sono disponibili in diverse dimensioni e producono diverse quantità di elettricità.
Nel caso di un “generatore a turbina eolica”, il vento spinge direttamente contro le pale della turbina, che converte il movimento lineare del vento nel movimento rotatorio necessario per far girare il rotore dei generatori e più il vento spinge, più energia elettrica può essere generata. Quindi è importante avere un buon design della lama della turbina eolica per estrarre quanta più energia possibile dal vento.
Tutti i generatori elettrici a turbina funzionano a causa degli effetti dello spostamento di un campo magnetico oltre una bobina elettrica. Quando gli elettroni fluiscono attraverso una bobina elettrica, viene creato un campo magnetico attorno ad esso. Allo stesso modo, quando un campo magnetico si muove oltre una bobina di filo, una tensione è indotta nella bobina come definito dalla legge di Faraday di induzione magnetica causando elettroni a fluire.
Generatore semplice che utilizza l’induzione magnetica
Quindi possiamo vedere che spostando un magnete oltre un singolo anello di filo, una tensione nota come e emf (electro-motive force) viene indotta all’interno del ciclo del filo a causa del campo magnetico del magnete.
Quando una tensione viene indotta attraverso il ciclo del filo, una corrente elettrica sotto forma di un flusso di elettroni inizia a fluire attorno al ciclo generando elettricità.
Ma cosa succede se invece di un singolo loop di filo come mostrato, abbiamo avuto molti loop avvolti insieme sullo stesso precedente per formare una bobina di filo, molto più tensione e quindi corrente potrebbe essere generato per la stessa quantità di flusso magnetico.
Questo perché il flusso magnetico attraversa più fili producendo una maggiore emf e questo è il principio fondamentale della legge di induzione elettromagnetica di Faraday e un generatore CA utilizza questo principio per convertire un’energia meccanica come la rotazione da una turbina eolica o idroelettrica, in energia elettrica producendo una forma d’onda sinusoidale.
Quindi possiamo vedere che ci sono tre requisiti principali per la generazione elettrica e questi sono:
- Una bobina o un insieme di conduttori
- Un campo magnetico di sistema
- moto Relativo tra il conduttore e il campo
Quindi il più veloce della bobina di filo ruota, maggiore è il tasso di variazione che il flusso magnetico viene tagliato dalla bobina e maggiore è la fem indotta all’interno della bobina. Allo stesso modo, se il campo magnetico è reso più forte, l’emf indotto aumenterà per la stessa velocità di rotazione. Quindi: emf indotto Φ Φ * n. Dove: “Φ “è il flusso del campo magnetico e” n ” è la velocità di rotazione. Inoltre, la polarità della tensione generata dipende dalla direzione delle linee magnetiche del flusso e dalla direzione del movimento del conduttore.
Esistono due tipi fondamentali di generatore elettrico e alternatore: il generatore a magneti permanenti e il generatore a campo avvolto con entrambi i tipi costituiti da due parti principali: lo statore e il rotore.
Lo statore è la parte “stazionaria” (da cui il nome) della macchina e può avere un insieme di avvolgimenti elettrici che producono un elettromagnete o un insieme di magneti permanenti all’interno del suo design. Il rotore è la parte della macchina che “ruota”. Ancora una volta, il rotore può avere bobine di uscita che ruotano o magneti permanenti. Generalmente, generatori e alternatori utilizzati per generatori di turbine eoliche sono definiti da come fanno generare il loro magnetismo, elettromagneti o magneti permanenti.
Non ci sono vantaggi e svantaggi reali di entrambi i tipi. La maggior parte dei generatori eolici residenziali sul mercato utilizza magneti permanenti all’interno del loro design del generatore di turbina e che crea il campo magnetico richiesto con la rotazione della macchina, anche se alcuni usano bobine elettromagnetiche.
Questi magneti ad alta resistenza sono solitamente realizzati con materiali di terre rare come il ferro al neodimio (NdFe) o il cobalto di samario (SmCo), eliminando la necessità che gli avvolgimenti di campo forniscano un campo magnetico costante, portando a una costruzione più semplice e robusta.
Gli avvolgimenti a campo avvolto hanno il vantaggio di abbinare il loro magnetismo (e quindi potenza) con la velocità del vento variabile, ma richiedono una fonte di energia esterna per generare il campo magnetico richiesto.
Ora sappiamo che il generatore elettrico fornisce un mezzo di conversione di energia tra la coppia meccanica generata dalle pale del rotore, chiamato motore principale, e un certo carico elettrico.
Il collegamento meccanico del generatore a turbina eolica alle pale del rotore avviene attraverso un albero principale che può essere un semplice azionamento diretto o utilizzando un cambio per aumentare o diminuire la velocità del generatore rispetto alla velocità di rotazione delle pale.
L’uso di un cambio consente una migliore corrispondenza della velocità del generatore a quella della turbina, ma lo svantaggio di utilizzare un cambio è che come componente meccanico è sottoposto a usura riducendo l’efficienza del sistema. L’azionamento diretto tuttavia può essere più semplice ed efficiente, ma l’albero del rotore e i cuscinetti dei generatori sono sottoposti a tutto il peso e alla forza di rotazione delle pale del rotore.
Vento generatore di turbina Curva di uscita
Così il tipo di generatore di turbina eolica richiesto per una particolare posizione dipende l’energia contenuta nel vento e le caratteristiche della macchina elettrica stessa. Tutte le turbine eoliche hanno determinate caratteristiche legate alla velocità del vento.
Il generatore (o alternatore) non produrrà potenza di uscita fino a quando la sua velocità di rotazione è superiore alla sua velocità del vento di taglio in cui la forza del vento sulle pale del rotore è sufficiente per superare l’attrito e le pale del rotore accelerano abbastanza per il generatore per iniziare a produrre potenza utilizzabile.
Al di sopra di questa velocità di cut-in, il generatore dovrebbe generare potenza proporzionale alla velocità del vento cubato ( K. V3 ) fino a raggiungere la sua potenza nominale massima come mostrato.
Al di sopra di questa velocità nominale, i carichi del vento sulle pale del rotore si avvicineranno alla forza massima della macchina elettrica e il generatore produrrà la sua potenza massima o nominale quando sarà stata raggiunta la finestra di velocità del vento nominale.
Se la velocità del vento continua ad aumentare, il generatore di turbina eolica si fermerebbe al suo punto di cut-out per evitare danni meccanici ed elettrici, con conseguente zero generazione elettrica. L’applicazione di un freno per fermare il generatore per danneggiarsi può essere un regolatore meccanico o un sensore di velocità elettrico.
Acquistare un generatore di turbina eolica come l’ECO-DEGNO generatore di turbina eolica da 400 Watt per la ricarica della batteria non è facile e ci sono molti fattori da tenere in considerazione. Il prezzo è solo uno di loro. Assicurati di scegliere una macchina elettrica che soddisfi le tue esigenze. Se si installa un sistema collegato alla rete, scegliere un generatore di tensione di rete CA.
Se si intende installare un sistema basato su batteria, cercare un generatore CC di carica della batteria. Inoltre consideri la progettazione meccanica di un generatore quali la dimensione ed il peso, la velocità di funzionamento e la protezione dall’ambiente poichè passerà tutta la sua vita montata alla cima di un palo o di una torre.
Nel prossimo tutorial sui generatori a turbina eolica vedremo le macchine DC e come possiamo usare un generatore PMDC per produrre elettricità dalla potenza del vento. Per saperne di più su “Generatori di turbine eoliche”, o ottenere ulteriori informazioni sull’energia eolica sui vari sistemi di generazione di turbine eoliche disponibili, o per esplorare i vantaggi e gli svantaggi dell’energia eolica, clicca qui per ottenere la tua copia di una delle migliori “Guide di turbine eoliche” oggi direttamente da Amazon.