Transformace větrné energie je jedním ze způsobů, jak získat levnou elektřinu. Existuje mnoho návrhů větrných turbín. Některé z nich jsou navrženy pro maximální efektivitu, jiné jsou nenáročné na používání. Do druhé skupiny patří rotor Savonius, vytvořený asi před 100 lety, dodnes se úspěšně používá k řešení různých technických problémů.
Historie stvoření
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - vynálezce z Finska, proslulý svou prací ve fyzice související se studiem větrné energie. Během svého života získal několik patentů, které se používají nejen k výrobě větrných turbín, ale také ve stavbě lodí a také ve ventilačních systémech moderních železničních vozů a autobusů.
Další vynálezce z Německa - Anton Flettner (1888 - 1861) na začátku minulého století přišel s alternativou ke klasické plachtě a vytvořil tzv. Flettnerův rotor. Podstata vynálezubyl redukován na následující: rotující válec, foukaný větrem, dostal sílu směrovanou v horizontálním směru, přesahující 50násobek síly proudu vzduchu. Díky tomuto objevu bylo postaveno několik lodí, které k pohybu využívají sílu větru. Na rozdíl od běžných plachetnic nebyla tato plavidla zcela energeticky nezávislá. K roztočení rotoru byly potřeba motory.
Při úvahách o Flettnerově plachtě Savonius dospěl k závěru, že k jejímu roztočení lze využít i větrnou energii. V roce 1926 vyvinul a patentoval konstrukci otevřeného válce s opačně orientovanými lopatkami uvnitř.
Trocha fyziky
Nejprve trocha teorie. Každý si všiml, že při jízdě na kole vzduch vytváří značný odpor pohybu. A čím vyšší je rychlost, tím vyšší je tato hodnota. Druhým faktorem ovlivňujícím odpor je plocha průřezu těla ovlivněná prouděním vzduchu. Existuje ale ještě třetí veličina, která souvisí s geometrií těla. To je přesně to, co se designéři karoserií snaží omezit, pokud jde o aerodynamiku.
Například můžeme říci, že tři desky se stejnou plochou průřezu, ale s různými tvary: konkávní, rovná a konvexní, budou mít velmi odlišný koeficient odporu. Pro konvexní tvar to bude 0,34, pro rovný - 1,1, pro konkávní - 1,33. Byl to konkávní tvar, který byl převzat pro lopatky rotoru Savonius. Je uznáván jako nejúčinnější hostitelvětrná energie.
Princip činnosti rotoru Savonius
Na rozdíl od Flettnerovy plachty Savonius navrhl rozdělit válec na dvě poloviny a vzájemně je posouvat, aby získal lopatky a prostor mezi nimi. Podstatou Savoniovy myšlenky bylo, že proud vzduchu narážející na jednu lopatku poté nešel jen do strany, ale procházející axiální mezerou byl přesměrován na druhou lopatku, což výrazně zvýšilo účinek větru.
Tento princip fungování umožňuje rotoru Savonius pracovat i při slabém větru.
Existuje několik možností profilu:
- Břity jsou upevněny na ose tak, že mezi nimi není žádná vzduchová mezera. Toto je nejjednodušší verze z mnoha popisů rotoru Savonius.
- Základna jedné čepele je vložena do základny druhé. Podél osové linie zůstává výrazná mezera. Tato možnost umožňuje, aby se vítr z jedné poloviny rotoru pohyboval na druhou. Efektivnější profil.
- Stejné jako u druhé možnosti, pouze plocha lopatek se zvětší přidáním rovného plátu na vnitřní stranu.
Rozsah aplikace
V 60. letech minulého století se rotory Savonius používaly v železničních ventilačních systémech. Byly instalovány na střechy vagonů. Během pohybu se rotor začal roztáčet a pumpovat vzduch z ulice do místnosti. Podobné systémy byly také instalovány na autobusech.
Dnes je hlavní aplikace rotoru invětrné turbíny s vertikální osou. Existuje řada podobných návrhů, které kombinují dva faktory:
- svislá osa rotace;
- nenáročnost na směr proudění větru.
Kromě vertikálních větrných turbín existují zařízení s horizontální osou. Vyznačují se velkým návratem při stejné síle větru. Strukturálně připomínají listy leteckých vrtulí, které jsou umístěny na vodorovné ose a mají vodicí ocas pro vyrovnání s větrem.
Výhody větrné turbíny Savonius
Navzdory skutečnosti, že vertikální axiální rotory větrných turbín ztrácí účinnost ve srovnání s horizontálními axiálními rotory, stále mají řadu nepopiratelných výhod:
- Pracujte v jakékoli klimatické zóně. Díky své malé příčné ploše se nebojí hurikánových větrů.
- Nepožadujte pro jejich spuštění další zařízení. Díky konkávnímu tvaru lopatek dochází ke startu při minimálních hodnotách větru - 0,3 m/s. Generátor dosahuje optimálních hodnot při rychlosti proudění vzduchu 5 m/s.
- Vzhledem k nízké hladině hluku až 20 dB může být větrný mlýn instalován v těsné blízkosti bydlení, což je důležité pro výrobu elektřiny s nízkou spotřebou a ztrátu proudu v drátech.
- Nevyžadujte konkrétní směr větru. Začínají pracovat od proudění vzduchu, který probíhá pod jakýmkoli úhlem.
- Jednoduchý design snižuje náklady na údržbu.
- Není nebezpečné pro ptáky, kteří vnímají strukturu jako celek a nesnaží se proletět lopatkami.
Nevýhody vertikálních větrných turbín zahrnují relativně nízkou účinnost, vyšší náklady na stavební materiály, velké rozměry potřebné k dosažení požadovaného výkonu.
Jak vyrobit větrnou turbínu vlastníma rukama
Vyrobit zařízení, které by plně zásobovalo venkovské sídlo elektřinou, se zdá nepravděpodobné. Vyrobit malý větrník na výrobu bezplatné elektřiny, který zajistí provoz zařízení s nízkým výkonem (zavlažovací čerpadlo, pouliční osvětlení před domem, automatické otevírání vrat), je však v silách každého řemeslníka. K tomu budete potřebovat:
- 3 hliníkové plechy o délce strany 33 cm, tloušťce asi 1 mm;
- odtoková trubka o průměru 15 cm a délce 60 cm;
- 4 cm vodní dýmka;
- elektrický generátor (lze použít auto);
- kování (ocelové úhelníky, samořezné šrouby, matice, šrouby).
Pokyny k vaření
K výrobě jednoduchého rotoru Savonius potřebujete:
- Vyřízněte 3 disky o průměru 33 cm z hliníkových plechů.
- Odřízněte vodní trubku o průměru 15 cm podél osy, abyste vytvořili 2 polotovary pro čepele. Poté každý kus rozřízněte uprostřed. Získáte tak 4 stejné čepele o délce 30 cm.
- Uprostřed disků vyvrtejte otvor, kterým můžete prostrčit 4 cm vodní trubku.
- Propojte všechny tři disky trubkou a mezi nimivložit čepele. Dva mezi dvěma disky. Lopatky musí být orientovány tak, aby úhel mezi jejich osami byl 90 stupňů. To umožní i mírný vítr roztočit generátor.
- Použijte rohy a samořezné šrouby k upevnění nožů na hliníkové ráfky.
- Zatlačte hřídel generátoru do spodní části trubky, což je osa.
Větrný generátor je připraven. Zbývá pouze vybrat místo instalace, které je dostatečně otevřené pro proudění vzduchu. Pokud nefouká dostatečný vítr, můžete postavit vysoký stožár, na který umístěte generátor.
Prefabrikované vertikální větrné turbíny
S rozvojem alternativní energie roste poptávka po produktech autonomního napájení. V současné době jsou na trhu větrné turbíny ruské výroby, jejichž cena začíná od 60 tisíc rublů.
Tyto jednotky lze používat v soukromém sektoru a splňují požadavky na elektřinu od 250 W do 250 kW.
