Het transformeren van windenergie is een manier om goedkope elektriciteit te krijgen. Er zijn veel ontwerpen van windturbines. Sommige zijn ontworpen voor maximale efficiëntie, andere zijn pretentieloos in gebruik. De tweede groep omvat de Savonius-rotor, die ongeveer 100 jaar geleden is gemaakt en nog steeds met succes wordt gebruikt om verschillende technische problemen op te lossen.
Geschiedenis van de schepping
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - uitvinder uit Finland, verwierf bekendheid door zijn werk in de natuurkunde met betrekking tot de studie van windenergie. Tijdens zijn leven ontving hij verschillende patenten die niet alleen worden gebruikt om windturbines te maken, maar ook in de scheepsbouw, evenals in ventilatiesystemen van moderne treinwagons en bussen.
Een andere uitvinder uit Duitsland - Anton Flettner (1888 - 1861) kwam aan het begin van de vorige eeuw met een alternatief voor het klassieke zeil, en creëerde de zogenaamde Flettner-rotor. De essentie van de uitvindingwerd teruggebracht tot het volgende: een roterende cilinder, geblazen door de wind, kreeg een kracht die in horizontale richting was gericht, meer dan 50 keer de kracht van de luchtstroom. Dankzij deze ontdekking werden verschillende schepen gebouwd die de kracht van de wind gebruiken om zich voort te bewegen. In tegenstelling tot conventionele zeilboten waren deze schepen niet volledig energie-onafhankelijk. Er waren motoren nodig om de rotor te laten draaien.
Nadenkend over Flettners zeil, kwam Savonius tot de conclusie dat windenergie ook kan worden gebruikt om het te laten draaien. In 1926 ontwikkelde en patenteerde hij het ontwerp van een open cilinder met tegengesteld gerichte bladen erin.
Een beetje natuurkunde
Eerst een beetje theorie. Iedereen merkte op dat de lucht tijdens het fietsen een aanzienlijke weerstand tegen beweging creëert. En hoe hoger de snelheid, hoe hoger deze waarde. De tweede factor die de weerstand beïnvloedt, is het dwarsdoorsnede-oppervlak van het lichaam dat wordt beïnvloed door de luchtstroom. Maar er is nog een derde grootheid, die verband houdt met de geometrie van het lichaam. Dit is precies wat carrosserieontwerpers proberen te verminderen als het gaat om aerodynamica.
We kunnen bijvoorbeeld zeggen dat drie platen met hetzelfde dwarsdoorsnede-oppervlak, maar met verschillende vormen: concaaf, recht en convex, een heel andere luchtweerstandscoëfficiënt zullen hebben. Voor een convexe vorm is dit 0,34, voor een rechte - 1,1 en voor een concave - 1,33. Het was de concave vorm die werd aangenomen voor de bladen van de Savonius-rotor. Het wordt erkend als de meest effectieve gastheerwindenergie.
Het werkingsprincipe van de Savonius-rotor
In tegenstelling tot het zeil van Flettner, stelde Savonius voor om de cilinder in twee helften te verdelen en ze ten opzichte van elkaar te verplaatsen om de bladen en de ruimte ertussen te krijgen. De essentie van Savonius' idee was dat de luchtstroom die één blad raakt daarna niet alleen naar de zijkant ging, maar door de axiale opening werd omgeleid naar het tweede blad, wat het effect van de wind aanzienlijk verhoogde.
Door dit werkingsprincipe kan de Savonius-rotor zelfs bij lichte wind werken.
Er zijn verschillende profielopties:
- De bladen zijn zo op de as bevestigd dat er geen luchtspleet tussen zit. Dit is de eenvoudigste versie van de vele beschrijvingen van de Savonius-rotor.
- De basis van het ene mes wordt in de basis van het andere gestoken. Langs de aslijn blijft een aanzienlijke opening over. Met deze optie kan de wind van de ene helft van de rotor naar de andere bewegen. Efficiënter profiel.
- Hetzelfde als de tweede optie, alleen het gebied van de bladen wordt vergroot door een rechte plaat aan de binnenkant toe te voegen.
Toepassingsgebied
In de jaren 60 van de vorige eeuw werden Savonius-rotoren gebruikt in spoorwegventilatiesystemen. Ze werden geïnstalleerd op de daken van de wagons. Tijdens de beweging begon de rotor te draaien en lucht van de straat de kamer in te pompen. Soortgelijke systemen werden ook op bussen geïnstalleerd.
Vandaag is de belangrijkste toepassing van de rotor binnenverticale as windturbines. Er zijn een aantal vergelijkbare ontwerpen die twee factoren combineren:
- verticale rotatie-as;
- pretentieloos in de richting van de windstroom.
Naast verticale windturbines zijn er apparaten met een horizontale as. Ze onderscheiden zich door een groot rendement bij dezelfde windkracht. Structureel lijken ze op de bladen van vliegtuigpropellers, die zich op een horizontale as bevinden en een geleidestaart hebben voor uitlijning met de wind.
Voordelen van de Savonius-windturbine
Ondanks het feit dat verticale axiale rotoren van windturbines aan efficiëntie inboeten aan horizontale axiale rotoren, hebben ze toch een aantal onmiskenbare voordelen:
- Werk in elke klimaatzone. Door hun kleine dwarsgebied zijn ze niet bang voor orkaanwinden.
- Vereist geen extra apparaten voor hun lancering. Door de concave vorm van de bladen vindt de lancering plaats bij minimale windwaarden - 0,3 m/s. De generator bereikt optimale waarden bij een luchtstroomsnelheid van 5 m/s.
- Door het lage geluidsniveau tot 20 dB kan de windmolen in de buurt van woningen worden geïnstalleerd, wat belangrijk is voor een laag vermogen elektriciteitsopwekking en stroomverlies in de draden.
- Vereist geen specifieke windrichting. Ze beginnen te werken vanuit de luchtstroom onder elke hoek.
- Eenvoudig ontwerp verlaagt de onderhoudskosten.
- Niet gevaarlijk voor vogels die de structuur als geheel waarnemen en niet proberen door de bladen te vliegen.
De nadelen van verticale windturbines zijn onder meer een relatief laag rendement, hogere kosten voor bouwmaterialen, grote afmetingen die nodig zijn om het vereiste vermogen te bereiken.
Hoe maak je een windturbine met je eigen handen
Een apparaat maken dat een landhuis volledig van elektriciteit zou kunnen voorzien, lijkt onwaarschijnlijk. Het maken van een kleine windmolen om gratis elektriciteit op te wekken die zorgt voor de werking van apparaten met een laag vermogen (irrigatiepomp, straatverlichting voor het huis, automatische poorten openen) ligt echter binnen de macht van elke vakman. Hiervoor heb je nodig:
- 3 aluminium platen met een zijlengte van 33 cm, ongeveer 1 mm dik;
- afvoerpijp met een diameter van 15 cm en een lengte van 60 cm;
- 4 cm waterpijp;
- elektrische generator (auto kan worden gebruikt);
- fittingen (stalen hoeken, zelftappende schroeven, moeren, bouten).
Kookinstructies
Om een simpele Savonius rotor te maken heb je nodig:
- Snijd 3 schijven met een diameter van 33 cm uit aluminium platen.
- Snijd een waterleiding met een diameter van 15 cm langs de as om 2 spaties voor de bladen te maken. Snijd vervolgens elk stuk doormidden. U krijgt dus 4 identieke mesjes van 30 cm lang.
- Boor een gat in het midden van de schijven waar je een waterleiding van 4 cm doorheen kunt steken.
- Verbind alle drie de schijven met een pijp, en tussen hensteek mesjes in. Twee tussen twee schijven. De bladen moeten zo worden georiënteerd dat de hoek tussen hun assen 90 graden is. Hierdoor kan zelfs een lichte wind de generator laten draaien.
- Gebruik hoeken en zelftappende schroeven om de bladen op aluminium velgen te bevestigen.
- Druk de generatoras in het onderste deel van de pijp, dat is de as.
De windgenerator is klaar. Het blijft alleen om een installatieplaats te kiezen die voldoende openstaat voor luchtstromen. Als er niet genoeg wind is, kun je een hoge mast maken, waarop de generator kan worden geplaatst.
Geprefabriceerde verticale windturbines
Met de ontwikkeling van alternatieve energie is er een toenemende vraag naar autonome stroomvoorzieningsproducten. Momenteel zijn er windturbines van Russische makelij op de markt, waarvan de prijs begint bij 60 duizend roebel.
Deze units kunnen worden gebruikt in de particuliere sector en voldoen aan elektriciteitsbehoeften van 250 W tot 250 kW.
