Elektrownia wiatrowa jak i gdzie.

Jeżeli są Państwo zainteresowani zamontowaniem małej, przydomowej elektrowni wiatrowej, która ma wytwarzać energię na własne potrzeby gospodarstwa domowego to właśnie tutaj wyjaśnimy gdzie i jaką warto zamontować.

Elektrownie wiatrowe składają się z kilku podzespołów. Pierwszy i w praktyce najważniejszy to turbina wiatrowa (łopatki z piastą). Od jej kształtu i wymiarów będzie zależało ile energii wiatru da się uzyskać. Drugim elementem jest generator prądotwórczy (prądnica). W praktyce generator tylko przekształca energię obrotową wirnika na prąd elektryczny. Musi być tak dobrany, żeby odpowiadał mocy turbiny. Przy zbyt małej mocy ulegnie spaleniu, przy zbyt dużej mocy będzie stawiał większe opory (powodujące straty) i moc znamionową będzie uzyskiwał dopiero przy większej sile wiatru. Generator jest zawsze wyposażony w obrotnice zapobiegająca skręcaniu przewodów wokół masztu. Następnym zespołem elektrowni jest regulator (kontroler). Jego zadaniem jest sterować przepływam prądu i napięcia z generatora do odbiorników. Nie należy zapominać, że maszt jest również częścią elektrowni wiatrowej. Zwykle im wyższy maszt tym lepsze warunki wietrzności. Czasem podwyższenie masztu o 3m może zwiększyć wydajność elektrowni nawet o 20%.

Elektrownie wiatrowe występują jako urządzenia samodzielnie. Czyli mogą pracować jako jedyne, podstawowe źródło energii elektrycznej. Ze względu na zmienność warunków atmosferycznych wskazane jest żeby elektrownie wiatrowe współpracowały z innymi źródłami energii. Najbardziej oczywistym uzupełnienie zasilania jest podłączenie fotoogniw. Tym niemniej elektrownie wiatrowe mogą współpracować również z innymi źródłami energii. Dzięki temu, że elektrownie wiatrowe zajmują relatywnie mało miejsca (niewielka powierzchnia jaką zajmuje maszt), można je montować prawie na każdej działce. Generatory o pionowej osi obrotu (tzw. VAWT) można też montować na budynkach lub innych konstrukcjach. Elektrownie wiatrowe należą do najefektywniejszych źródeł pozyskiwania energii odnawialnej. Podstawowy podział wynika z położenia osi obrotu wirnika. Występują turbiny o pionowej i o poziomej osi obrotu.

W praktyce zdecydowana większość to klasyczne turbiny takie jak na farmach wiatrowych z trzema łopatkami. Charakteryzują się najwyższą sprawnością i są stosunkowo proste w budowie (czytaj tańsze). W praktyce jeżeli tylko warunki na to pozwalają warto wybierać elektrownie wiatrowe klasyczne o poziomej osi obrotu. Wytwarzają one znacznie więcej energii. Prosta konstrukcja umożliwia samodzielny montaż a koszty serwisowania nie są wysokie.

Turbiny o pionowej osi obrotu mają zdecydowanie niższą sprawność a co za tym idzie, żeby uzyskać taką samą moc, potrzebują wiatru o większej sile. Turbiny pionowe ze względu na niskie obroty wirnika są praktycznie całkowicie bezgłośne (przynajmniej modele, które mają prędkość znamionową poniżej 80rpm). Są one cięższe ponieważ ich budowa wymaga stosowania większej ilości materiałów. Z uwagi na mniejszą skalę produkcji zdecydowanie droższe. Ponieważ nie obracają się szybko, nie wytwarzają drgań i można je montować na budynkach mieszkalnych. Nie stwarzają też żadnych problemów dla ptactwa. Z uwagi na mniejsze obroty zużycie łożysk jest mniejsze i ilość prac konserwacyjnych jest ograniczona.

Elektrownie wiatrowe zaczynają się kręcić przy niewielkiej sile wiatru. Niestety bez względu na prędkość rozruchową, jakąkolwiek energię są w stanie wytworzyć dopiero przy prędkości wiatru około 3,5m/s. Nie zależy to od modelu, konstrukcji czy jakości wykonania podzespołów a jedynie z energii jaką niesie ze sobą wiatr. Często producenci podają prędkość startową elektrowni ale ona nie ma nic wspólnego z ilością wytwarzanej energii. Mało tego jeżeli elektrownia się obraca to zużywają się części mechaniczne. Jaki to ma sens skoro i tak nie wytworzy żadnej energii w tym czasie?

Jako odbiorniki elektrowni wiatrowej mogą być grzałki, akumulatory lub sieć energetyczna. W naszych warunkach prawnych to ostatnie w praktyce jest nie do zrealizowania, ponieważ chcąc włączyć się w państwową sieć energetyczną trzeba być koncesjonowanym producentem energii elektrycznej, prowadzić działalność, płacić podatki, poza tym potrzebna jest stosunkowo droga przetwornica do synchronizacji z siecią. Pozostają grzałki lub magazynowanie prądu w akumulatorach i z nich przetwarzanie na własne potrzeby do zasilania odbiorników na 12V , 24V DC lub 230V AC. Tak po prostu wpiąć grzałki do elektrowni nie można. Duża grzałka będzie stanowiła zbyt durzy opór i elektrownia nie będzie chciała w ogóle ruszyć. Mała grzałka nie wykorzysta mocy elektrowni przy większym wietrze. W praktyce stosuje się dedykowany sterownik do każdej elektrowni z odpowiednią grzałką. Taki sterownik decyduje jaką maksymalną ilość mocy w danym momencie można przekazać na grzałkę tak, żeby nie zatrzymać elektrowni.

 Prądem zmagazynowanym w akumulatorach można zasilać odbiorniki nawet kiedy elektrownia nie pracuje (brak wiatru). Kiedy nie korzysta się z akumulatorów (np. nocą) mogą być one doładowane. Najczęściej  najmniejsze elektrownie (do 500W) służą do zasilania odbiorników stałoprądowych o napięciu 12V lub 24V (np. oświetlenie LED, stacje pomiarowe, przekaźniki i sterowanie, WiFi itp.). Specjalne kontrolery do takich odbiorników (Light Street) dbają o to, żeby nie rozładować nadmiernie akumulatorów. Elektrownie przydomowe zasilają odbiorniki 230V za pomocą przetwornic. Przetwornice zazwyczaj wyposażone są w przełącznik zasilania (Power Swith). W przypadku rozładowania akumulatorów przełączają zasilanie na sieć energetyczną. Dzięki temu odbiorniki cały czas pracują. Odbywa się to niezauważanie dla odbiorcy. Po naładowaniu przełącznik przywraca zasilanie z akumulatorów również w sposób całkowicie bezobsługowy. Przetwornica powinna być dobrana do mocy odbiorników do niej podpiętych.

W naszych warunkach elektrownia wiatrowa pracuje najczęściej jako wspomaganie zasilania. Nie bardzo można odciąć się od zasilania z sieci energetycznej lub zrezygnować z innego sposobu podgrzewania wody ponieważ zawsze może zdarzyć się taka sytuacja, że nie będzie wiatru przez dłuższy czas i grzałka wody nie ogrzeje a akumulatory się rozładują.

Można przyjąć, że dla przeciętnego domku jednorodzinnego elektrownia o mocy 1kW powinna wystarczyć do zasilania oświetlenia (zakładam, że to będzie oświetlenie energooszczędne  a nie zwykłe żarówki). Elektrownia wiatrowa o mocy 2kW zwykle sprawdza się przy zasilaniu oświetlenia i podstawowych odbiorników RTV i AGD bez takich urządzeń jak pralka czy żelazko. Elektrownia o mocy 3KW może już zasilić prawie wszystko w gospodarstwie domowym (o ile nie będzie to jednocześnie włączone) poza piecykiem i kuchenką elektryczną. 5kW elektrownia wiatrowa wystarczy do zasilenia całego obiektu może poza okresem świątecznym, kiedy włącza się wyjątkowo dużo odbiorników równocześnie.

W przypadku grzania wody elektrownia o mocy 1kW może służyć jedynie jako wspomaganie. Sama elektrownia wiatrowa 1kW nagrzeje wodę w zbiorniku jedynie na działce letniskowej, kiedy nie ma zużycia  do kąpieli a jedynie do mycia rąk czy naczyń. Elektrownia o mocy 2kW może już ogrzać 200l zbiornik wody użytkowej do 40oC w ciągu doby.  Może też wspomagać centralne ogrzewanie. 3kW elektrownia wiatrowa  może grzać wodę użytkową i wspomagać ogrzewanie. Nawet elektrownia wiatrowa o mocy 5kW może służyć tylko do wspomagania ogrzewania centralnego budynku. W bezwietrzne dni i tak będzie trzeba dogrzać klasycznym paliwem. Wynika to z tego, że piec ma zwykle od 15kW do 25kW mocy grzewczej, a elektrownia wiatrowa, o której mówimy to 5kW. Wprawdzie Piec nie zawsze pracuje pełna mocą, ale elektrownia wiatrowa też nie zawsze daje pełne 5kW.

Stosowanie elektrowni wiatrowych o mocy 10kW i więcej ma uzasadnienie jedynie wtedy, gdy mamy do czynienia z rzeczywiście dużym regularnym odbiorem większych ilości energii elektrycznej lub cieplnej (rachunki miesięczne zdecydowanie ponad 500zł). Elektrownie o mocy 10kW-30kW polecane są szczególnie dla osób prowadzących gospodarstwo rolne. Kiedy czasem wyłącznie zasilania może wpłynąć negatywnie na produkcję. Na terenach rolniczych zwykle nie ma problemu na postawienie wyższych masztów dedykowanych do większych elektrowni wiatrowych.

Elektrownie wiatrowe należy montować na masztach o możliwie dużej wysokości o ile pozwalają na to warunki zabudowy. Zwykle kiedy nie ma planu zagospodarowania przestrzennego to można stawiać obiekty o wysokości do 30m. Konstrukcje nie związane trwale z gruntem, tzw. tymczasowe, bez fundamentów nie wymagają pozwolenia na budowę. Dlatego rekomendujemy montowanie elektrowni na masztach z linami odciągowymi. Takie konstrukcje nie mają fundamentów i można je uznać za nietrwale związane z gruntem. Elektrownie o mocy 1kW- 2kW zalecamy montować na wysokości min. 9m. 3kW i 5kW na wysokości 12m. Maszty wolnostojące (posiadamy podnoszone hydraulicznie) stosuje się zwykle do większych elektrowni. Najmniejszy maszt wolnostojący jaki oferujemy ma wysokość 8m a największy 24m.

Pomiary wiatru ze stacji pogodowych IMGW nie nadają się do określania wietrzności terenu pod elektrownie wiatrowe. Jeżeli w pasie nadmorskim przyjmuje się dobre warunki wietrzności, a lokalizacja jest gdzieś w dolinie to zapewniam, że znacznie lepsze warunki będą na Mazowszu na otwartej przestrzeni. Podobnie w górach, na szczycie będą korzystne warunki a w dolinie słabe mimo, że może w dolinie być odczucie występowania częstych tzw. przeciągów.

Żeby określić, czy miejsce na postawienie elektrowni jest optymalne należy rozejrzeć się w około punktu, na którym ma stanąć maszt elektrowni. Jeżeli teren jest otwarty, jak okiem sięgnąć nie ma wysokich przeszkód dla wiatru to jest to dobre miejsce. Jeżeli w pobliżu jest las lub zabudowania a nie można postawić masztu ponad wysokość przeszkód, to takie miejsce nie jest dobre dla elektrowni wiatrowej. Pomiary wiatru wykonane ręcznym anemometrem czy stają pogodową z marketu nie mają zastosowania. Dlatego należy postępować zgodnie ze zdrowym rozsądkiem. Dominujący kierunek wiatrów w Polsce jest zachodni. Jeżeli teren od strony zachodniej jest otwarty dla wiatru to 70% sukcesu. Jeżeli od strony zachodniej poniżej 100m znajduje się chociaż jedno wysokie drzewo (małe drzewo 50m) to stawiane elektrowni wiatrowej w takim miejscu jest obarczone stratą wydajności o 25% w stosunku do czystego terenu.

Zwykle elektrownie wiatrowe uzyskują moc znamionową przy prędkości wiatru 9-10m/s. Elektrownie wiatrowe, które osiągają prędkość znamionową powyżej 10m/s nie nadają się w praktyce do naszych warunków wietrzności. Elektrownie, które mają prędkość znamionową poniżej 9m/s są podejrzane ze względu na prawdopodobnie źle dobrane łopatki do generatora. Takie elektrownie bez odpowiednich systemów zabezpieczeń przed silnym wiatrem mogą łatwo ulec uszkodzeniu. Ponieważ energia jaka niesie ze sobą wiatr jest w trzeciej potędze prędkości to można przyjąć, że przy połowie prędkości wiatru ilość energii jaką wytwarza elektrownia wiatrowa jest około 4 razy mniejsza niż moc znamionowa. Czyli przy 5m/s elektrownia 1kW wytworzy około 250W mocy.  Tak tez się przyjmuje, że moc jaką można pobierać z elektrowni jest około 4 razy mniejsza od mocy znamionowej. Czyli jeżeli mamy elektrownię o mocy 1kW to średnio przez 6 godzin na dobę możemy zasilać odbiorniki o mocy 1kW. To trochę teoria bo średnio nie zawsze potrzebujemy tyle mocy i to akurat w czasie kiedy elektrownia pracuje ale po to są też akumulatory i przełącznik Power Swith, żeby prądu nie zabrakło.

Na przydomowe elektrownie wiatrowe do mocy 20kW, które wytwarzają prąd na własne potrzeby, nie potrzeba koncesji. Nie trzeba też zgłaszać ich użytkowania do zakładu energetycznego jeżeli nie są podłączone do sieci publicznej.

Polecamy też zapoznanie sie z materiałami na stronach www.fotoogniwa-hurt.pl oraz www.ubezpieczenia.gdynia.pl.



Wykorzystując elektrownie wiatrowe, fotoogniwa i inne odnawialne źródła energii chronisz środowisko.