Створення моделі вертикально-осьової вітроенергетичної установки та аналіз її ефективності

Сьогодні питання енергетичної незалежності України стоїть надзвичайно гостро. Це створює нагальну потребу у розробці та впровадженні нових вітроенергетичних установок, особливо таких, що здатні ефективно працювати при малих швидкостях вітру (нижче 3-4 м/с).

Обґрунтування вибору конструкції

Для дослідження було обрано вертикально-осьову конструкцію. Основні переваги даного вибору:

• Всеспрямованість: відсутність потреби у механізмах орієнтації на вітер.

• Низький поріг запуску: робота починається при швидкості вітру від 1,3 м/с, тоді як горизонтальні аналоги потребують 3-4 м/с.

• Екологічність: низький рівень шуму та вібрацій, що дозволяє встановлювати прилад у міських умовах (на дахах та балконах).

Методологія та розрахунки

Дослідження базувалося на аналізі метеорологічних даних м. Кам’янець-Подільський за 2021-2023 рр. Оскільки вимірювання зазвичай проводяться близько до землі, для розрахунку потенціалу на висоті дахів будинків була використана формула:

v = v0·(h/h0)α

де v - швидкість на висоті h; v0 - швидкість на висоті вимірювання h0; α - коефіцієнт шорсткості поверхні (для України прийнято α = 0,2).

Технічна реалізація моделі

Пристрій складається з механічної частини (лопаті, вал) та електричного блока. В основі лежить колекторний двигун постійного струму (24 В), що працює в режимі генератора. Система доповнена сонячною панеллю для створення гібридної установки.

Компоненти схеми:

• Генератор Двигун DC 24V

• Акумулятор Li-Pol 8000 мА·год (3,7 В)

• Контролер Модуль заряду TP4056

• Додаткове джерело Сонячна панель 3-6 В

Результати експерименту

Під час тестування було встановлено пряму залежність вихідної напруги від швидкості повітряного потоку. Модель продемонструвала стабільну генерацію навіть при слабких поривах вітру.

Накопичена енергія зберігається в літій-полімерному акумуляторі, що вирішує головну проблему вітроенергетики - нестабільність постачання енергії.

Висновки

Розроблена модель підтвердила свою ефективність як мобільне та безшумне джерело енергії. Вона може бути використана для автономного живлення малопотужних приладів або як навчальний посібник для вивчення відновлюваних джерел енергії. Отримані дані розрахунків дозволяють рекомендувати встановлення таких систем на висоті від 10 метрів для досягнення оптимальних показників ККД у міській забудові.