Transformacija energije vjetra jedan je od načina da dobijete jeftinu električnu energiju. Postoji mnogo dizajna vjetroturbina. Neki od njih su dizajnirani za maksimalnu učinkovitost, drugi su nepretenciozni u uporabi. U drugu grupu spada Savonius rotor, nastao prije oko 100 godina, i danas se uspješno koristi za rješavanje raznih tehničkih problema.
Povijest stvaranja
Sigurd Johannes Savonius (1884. - 1931.) - izumitelj iz Finske, stekao je slavu svojim radom u fizici vezanim za proučavanje energije vjetra. Tijekom života dobio je nekoliko patenata koji se koriste ne samo za izradu vjetroagregata, već i u brodogradnji, kao i u ventilacijskim sustavima modernih željezničkih vagona i autobusa.
Još jedan izumitelj iz Njemačke - Anton Flettner (1888. - 1861.) početkom prošlog stoljeća smislio je alternativu klasičnom jedru, stvorivši takozvani Flettner rotor. Bit izumasveden je na sljedeće: rotirajući cilindar, koji je puhao 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 za kretanje koriste snagu vjetra. Za razliku od konvencionalnih jedrilica, ova plovila nisu bila potpuno energetski neovisna. Za okretanje rotora bili su potrebni motori.
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 s suprotno usmjerenim oštricama 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 ta vrijednost veća. Drugi čimbenik koji utječe na otpor je površina poprečnog presjeka tijela na koju utječe strujanje zraka. Ali postoji i treća veličina, koja je povezana s geometrijom tijela. To je upravo ono što dizajneri karoserije automobila pokušavaju smanjiti kada je u pitanju aerodinamika.
Na primjer, možemo reći da će tri ploče s 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 najučinkovitiji domaćinenergija vjetra.
Princip rada Savonius rotora
Za razliku od Flettnerovog jedra, Savonius je predložio da se cilindar podijeli na dvije polovice i da ih pomakne jedna u odnosu na drugu kako bi se dobile oštrice i razmak između njih. Suština Savoniusove ideje bila je da struja zraka koja udari u jednu lopaticu nakon toga ne ide samo u stranu, već se, prolazeći kroz aksijalni razmak, preusmjerava na drugu lopaticu, što značajno povećava učinak vjetra.
Ovaj princip rada omogućuje Savonius rotoru da radi čak i pri slabom vjetru.
Postoji nekoliko opcija profila:
- Oštrice su fiksirane na osi na način da između njih nema zračnog razmaka. Ovo je najjednostavnija verzija mnogih opisa Savonius rotora.
- Baza jedne oštrice je umetnuta u podnožje druge. Duž linije osi ostaje značajan jaz. Ova opcija omogućuje da se vjetar s jedne polovice rotora pomakne na drugu. Učinkovitiji profil.
- Isto kao i druga opcija, samo se površina oštrica povećava dodavanjem ravne ploče s unutarnje strane.
Opseg primjene
Šezdesetih godina prošlog stoljeća, Savonius rotori su korišteni u željezničkim ventilacijskim sustavima. Postavljeni su na krovove vagona. Tijekom kretanja, rotor se počeo okretati i pumpati zrak s ulice u prostoriju. Slični sustavi instalirani su i na autobusima.
Danas je glavna primjena rotoravjetroturbine s okomitom osovinom. Postoji niz sličnih dizajna koji kombiniraju dva čimbenika:
- vertikalna os rotacije;
- nepretencioznost prema smjeru strujanja vjetra.
Pored vertikalnih vjetroagregata, postoje uređaji s horizontalnom osi. Odlikuje ih veliki povrat s istom snagom vjetra. Strukturno podsjećaju na lopatice propelera zrakoplova, smještene na vodoravnoj osi i imaju rep vodilice za poravnavanje s vjetrom.
Prednosti Savonius vjetroturbine
Unatoč činjenici da vertikalni aksijalni rotori vjetroturbina gube u učinkovitosti 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 događa pri minimalnim vrijednostima vjetra - 0,3 m/s. Generator postiže optimalne vrijednosti pri brzini protoka zraka od 5 m/s.
- Zbog niske razine buke do 20 dB, vjetrenjača se može postaviti u neposrednoj blizini kućišta, što je važno za proizvodnju električne energije male snage i gubitak struje u žicama.
- Ne zahtijevaju određeni smjer vjetra. Počinju raditi od strujanja zraka pod bilo kojim kutom.
- 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 učinkovitost, veće troškove građevinskog materijala, velike veličine potrebne za postizanje potrebne snage.
Kako napraviti vjetroturbinu vlastitim rukama
Izraditi uređaj koji bi seosku kuću u potpunosti opskrbio električnom energijom čini se malo vjerojatnim. No, izrada male vjetrenjače za generiranje besplatne električne energije koja osigurava rad uređaja male snage (pumpa za navodnjavanje, ulična rasvjeta ispred kuće, otvaranje automatskih vrata) u moći je svakog majstora. Za to će vam trebati:
- 3 aluminijske ploče sa bočnom dužinom od 33 cm, debljine oko 1 mm;
- odvodna cijev promjera 15 cm i duljine 60 cm;
- 4 cm vodovodna cijev;
- električni generator (može se koristiti auto);
- okovi (čelični kutnici, samorezni vijci, matice, vijci).
Upute za kuhanje
Za izradu jednostavnog Savonius rotora trebate:
- Izrežite 3 diska promjera 33 cm od aluminijskih limova.
- Izrežite cijev za vodu promjera 15 cm duž osi kako biste napravili 2 praznine za oštrice. Zatim svaki komad prerežite po sredini. Tako ćete dobiti 4 identične oštrice, dužine 30 cm.
- Izbušite rupu u sredini diskova kroz koju možete umetnuti cijev za vodu od 4 cm.
- Sva tri diska spojite cijevi i između njihumetnite oštrice. Dva između dva diska. Oštrice moraju biti orijentirane tako da kut između njihovih osi bude 90 stupnjeva. To će omogućiti čak i lagani vjetar da vrti generator.
- Koristite kutove i samorezne vijke da pričvrstite oštrice na aluminijske felge.
- Utisnite osovinu generatora u donji dio cijevi, što 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 vjetroturbine
Razvojom alternativne energije, sve je veća potražnja za proizvodima za autonomno napajanje. Trenutno na tržištu postoje vjetroturbine ruske proizvodnje, čija cijena počinje od 60 tisuća rubalja.
Ove se jedinice mogu koristiti u privatnom sektoru, zadovoljavajući potrebe za električnom energijom od 250 W do 250 kW.
