Gerador eólico para residência: estrutura, tipos, análise das melhores ofertas

Os aerogeradores há muito deixaram de ser uma novidade exótica; atualmente, são considerados uma das possíveis opções de economia. Os fluxos de ar sobre a superfície terrestre carregam uma enorme quantidade de energia, que hoje é utilizada com sucesso em turbinas eólicas industriais e pequenas instalações eólicas para uso privado.

Nós explicaremos como escolher e instalar corretamente um gerador eólico para residência particular. O artigo que oferecemos descreve as regras de montagem e operação de miniusinas elétricas. Aos compradores interessados, são fornecidas recomendações de escolha e uma classificação dos modelos mais populares.

Estrutura e princípio de funcionamento das turbinas eólicas

Os geradores eólicos são dispositivos especiais que transformam a energia cinética do vento em energia elétrica. São fontes independentes de eletricidade, ideais para instalação em residências particulares, em pequenas e médias propriedades rurais e em bases produtivas.

A estrutura de uma miniusina elétrica padrão para uso doméstico inclui os seguintes elementos funcionais:

1. Pás de formato aerodinâmico para capturar o vento.
2. Gerador para produzir corrente alternada.
3. Controlador para o gerenciamento automático da estação eólica. Permite regular a recarga das baterias e distribuir os fluxos de energia entre os dispositivos.
4. Acumulador. Baterias especiais para armazenar a eletricidade gerada.
5. Inversor para adequar os parâmetros da energia gerada aos padrões da rede elétrica.
6. Mastro, que eleva as pás a uma determinada altura acima do nível do solo.

Os mastros podem ser de diferentes tipos: autoportantes sem estais, rigidamente fixados e pivotantes com estais. Estes últimos podem ser baixados e levantados para manutenção e para a realização de trabalhos de reparo e restauração.

Sob a ação do vento, as pás montadas no eixo do gerador começam a girar, acionando o rotor. Como resultado, a energia cinética das correntes de ar é convertida em energia mecânica e, em seguida, em energia elétrica. É assim que funciona, de forma bastante simplificada, um aerogerador.

Na realidade, a energia da central eólica não é fornecida diretamente ao consumidor. O sistema deve incluir obrigatoriamente dispositivos especiais para converter a corrente elétrica.

No circuito, após o gerador, é instalado um controlador. Ele converte a corrente alternada em corrente contínua. Dessa forma, a eletricidade é acumulada e armazenada em baterias e, depois, a partir delas, por meio de um inversor que transforma a corrente contínua em alternada, a energia é fornecida à rede elétrica privada.

Esse esquema permite atenuar a instabilidade da tensão e também acumular energia nos períodos de total ausência de consumo. Isso, por sua vez, possibilita usar geradores eólicos com potência menor que a potência total dos eletrodomésticos.

Durante a conversão da corrente elétrica no esquema alternada-contínua-alternada, ocorrem certas perdas de energia, que representam cerca de 20%.

Juntamente com uma central eólica autônoma, é possível instalar tanto módulos solares quanto geradores a combustível.

Se vários dispositivos de geração de eletricidade forem usados ao mesmo tempo, o esquema é complementado por mais um elemento: uma chave de transferência automática (QTA). Ela é necessária para que, quando uma fonte de energia alternativa for desligada, outra (de reserva) seja acionada.

Nas centrais eólicas modernas, são usados diferentes modelos de rotores, que são as partes giratórias. Eles têm suas vantagens e desvantagens, diferentes níveis de eficiência e capacidades funcionais. Atualmente, existem muitos projetos de sistemas autônomos capazes de operar com ventos de diferentes velocidades e intensidades.

Tipos de usinas eólicas

De acordo com o tipo de consumidor, distinguem-se aerogeradores autônomos e instalações conectadas à rede. Os primeiros fornecem energia a consumidores distantes das redes elétricas centrais.

As segundas podem contar com várias dezenas ou centenas de aerogeradores, que formam um único sistema e entregam energia à rede comum. A potência das unidades autônomas raramente ultrapassa 75 kW, enquanto a potência das instalações conectadas à rede começa em 100 kW.

Dependendo do tipo de construção, os geradores eólicos classificam-se em:

• com eixo de rotação vertical;
• com eixo de rotação horizontal.

Esses dispositivos são usados em diferentes condições de operação, mas os modelos com eixo horizontal são os mais comuns. Eles funcionam como cata-ventos comuns e têm estrutura semelhante. O eixo do rotor gira paralelamente à superfície terrestre.

Esses agregados possuem altos índices de eficiência (cerca de 40%), ajuste simples de potência e preço mais acessível, mas também são caracterizados por alto nível de ruído e vibrações. Além disso, eles precisam ser orientados na direção do vento.

Para a instalação de um aerogerador com disposição horizontal do rotor, são necessários cerca de 120 m de espaço livre e um mastro com altura mínima de 8 m.

Geradores eólicos com eixo de rotação vertical possuem construção mais compacta e são menos suscetíveis a fatores ambientais.

Neste tipo de dispositivo, a turbina fica perpendicular ao plano da Terra. Essas construções são acionadas mesmo com vento fraco e não dependem da direção do fluxo de ar.

O baixo nível de ruído (até 30 dB) permite instalar aerogeradores verticais em telhados de edifícios

No entanto, há uma desvantagem significativa – a eficiência desses geradores é de apenas 15%. Além disso, são mais caros que os modelos com eixo de rotação horizontal.

Os modelos de aerogeradores diferem entre si não apenas pela disposição do eixo de rotação, mas também:

• pelo número de pás – existem aerogeradores com duas e três pás, e também modificações com múltiplas pás;
• pelos materiais das peças funcionais – com pás de vela (flexíveis) e rígidas;
• pelo passo da hélice – ajustável ou fixo.

A rotação dos aerogeradores estacionários com múltiplas pás começa mesmo com vento fraco, enquanto para dispositivos de duas e três pás é necessário vento mais forte. Ao mesmo tempo, cada pá adicional na construção cria maior resistência na roda, dificultando atingir as rotações padrão de trabalho do gerador.

Dependendo do material de fabricação das pás para aerogeradores, podem surgir certas dificuldades operacionais. Os elementos de vela (flexíveis) são mais simples de fabricar, portanto custam menos.

Mas se for necessário garantir o funcionamento confiável da turbina eólica para fornecimento autônomo de energia, deve-se dar preferência a construções com pás rígidas, fabricadas em metal ou fibra de vidro reforçada.

Quanto ao passo da hélice, também não é tão simples. O passo ajustável permite ampliar consideravelmente a faixa de velocidades eficientes para o funcionamento da estação eólica, o que é uma grande vantagem. Mas, ao mesmo tempo, esse mecanismo reduz a confiabilidade geral da instalação estacionária e aumenta significativamente o peso do rotor eólico, dificultando a operação do equipamento.

Viabilidade da instalação de um gerador eólico

Pequenas centrais eólicas são amplamente utilizadas hoje como fontes alternativas de energia elétrica, permitindo obter economia real.

Tais dispositivos são geralmente instalados em terrenos de campo, em áreas afastadas das redes elétricas principais. Mas esta não é a única razão pela qual as pessoas estão cada vez mais preferindo estruturas deste tipo.

Proprietários de terrenos utilizam com sucesso geradores eólicos para alcançar total autonomia e economia significativa de energia elétrica

No entanto, nem toda área é adequada para instalação de uma turbina eólica. Para que a mini-usina funcione plenamente durante a vida útil declarada pelo fabricante, as condições climáticas do local devem atender aos requisitos do equipamento especial.

A velocidade média do vento não deve ser inferior a 4,5-5 m/s. Somente neste caso a instalação de uma estrutura com aerogerador será economicamente justificável.

Para obter dados aproximados sobre a velocidade média anual do vento por região, é necessário consultar um mapa de ventos especializado. Informações mais precisas podem ser obtidas usando um anemômetro e um dispositivo de leitura de sinais.

O sistema de medição deve ser instalado em uma grande altura para que edifícios e árvores próximos não distorçam os resultados.

Se você decidiu instalar uma mini-usina eólica para casa, também deve considerar a disponibilidade de espaço livre. Além disso, é preciso levar em conta que o vento deve 'passear' livremente pelas pás e, sem obstáculos em seu caminho, atingi-las de diferentes direções.

Por isso, os topos de colinas são considerados o local ideal para instalar uma turbina eólica, onde as massas de ar se comprimem com o correspondente aumento de pressão e velocidade do vento. Regiões marinhas e zonas de estepe também são consideradas adequadas.

Para obter o máximo rendimento do aerogerador, ele deve ser instalado em um local onde não haja árvores ou edifícios altos

Qualquer obstáculo em um raio de 250 m terá influência no funcionamento do aerogerador. Para obter os índices máximos de eficiência, é necessário instalar o eixo da turbina pelo menos 4-5 m acima do nível dos obstáculos.

Regras para a escolha do equipamento

A seleção de um gerador eólico para casa deve ser feita com responsabilidade.

Antecipadamente, é necessário reunir informações básicas:

1. Calcular a quantidade nominal e máxima de eletricidade para atender às necessidades da casa.
2. Revisar os dados sobre a velocidade média anual do vento na área de residência para determinar os períodos em que o aerogerador ficará inativo.
3. Considerar as características climáticas da região. Se no inverno ocorrerem geadas severas, a instalação de uma estação eólica não se justificará.
4. Verificar a intensidade do ruído gerado durante o funcionamento dos aerogeradores.
5. Realizar a comparação das características técnicas dos dispositivos de diferentes fabricantes.

A seleção de componentes funcionais para uma instalação de energia eólica é feita com base no valor nominal de potência. A velocidade nominal do vento também desempenha um papel – são os valores nos quais o gerador eólico produz a quantidade calculada de energia elétrica.

Se a potência máxima for atingida com velocidade do vento de 11 m/s, e na sua região a média chega a 4,5 m/s, a turbina eólica não produzirá a quantidade de energia declarada pelo fabricante

Deve-se atentar também ao fato de que a potência do gerador eólico depende do diâmetro do rotor formado pelas pás. Ao duplicar as dimensões, a turbina eólica, com a mesma velocidade do vento, produzirá 4 vezes mais eletricidade.

A capacidade das baterias também é importante. Em caso de falta de vento, elas devem ter energia suficiente para abastecer a casa.

A instalação de uma miniusina eólica particular deve ser confiada a uma empresa especializada nesse tipo de trabalho. O principal objetivo é garantir a máxima segurança. A estrutura de grande porte da turbina eólica deve manter a estabilidade garantida mesmo em condições climáticas extremas

Modelos de baixa potência de geradores eólicos com torres leves e baixas podem ser instalados por conta própria. O suporte central deve ser montado sobre uma fundação de concreto armado reforçado. Para a estabilidade lateral da estrutura, são usadas 3-4 estacas de tensionamento.

Preços aproximados e retorno do investimento dos geradores eólicos

A popularidade dos equipamentos eólicos cresce a cada dia. Vale a pena equipar casas grandes e caras, cuja manutenção requer muita energia elétrica.

Também é recomendável instalar turbinas eólicas em localidades onde não há fornecimento centralizado de eletricidade ou onde o fornecimento é feito com interrupções constantes.

É exatamente nesses casos que os geradores eólicos vêm em auxílio, cujo uso oferece uma série de vantagens:

• transformação da energia dos fluxos de ar em eletricidade gratuita;
• segurança ambiental das turbinas eólicas;
• ausência de matérias-primas e resíduos na produção de eletricidade;
• desgaste mínimo das peças funcionais;
• longa vida útil – 25-30 anos;
• não há necessidade de monitorar constantemente o funcionamento da estação eólica.

As desvantagens incluem a variabilidade e imprevisibilidade da força do vento. Para minimizar perdas, é necessária uma fonte de backup ou a instalação de um buffer adicional para armazenamento de energia. Além disso, o rotor eólico giratório representa uma ameaça potencial para pássaros em voo.

As usinas eólicas geram ruído comparável ao do tráfego de veículos a uma velocidade de cerca de 70 km/h. O nível elevado de ruído não apenas afasta os animais, mas também causa desconforto às pessoas.

Outra desvantagem significativa das turbinas eólicas para uso doméstico é o alto custo. Essas estruturas volmosas são fabricadas com materiais caros e incluem controlador, baterias, inversor e mastro.

Vale ressaltar que os geradores eólicos domésticos de fabricantes russos, assim como as turbinas eólicas de qualidade produzidas na China, custam muito menis do que os equivalentes europeus. O custo das turbinas eólicas nacionais de eixo verttical com potência nomimal de atá 2 kW varía entre 1300 e 2500$.

Mas, com esse preço, o conunto inclui apenas o gerador com pás. O restante do equipamento terá que ser adquirdo separadamente ou feito por cont prória. As unidades comletas custam cerca de 40-50% a mais.

O preço das turbinas eólicas para uso doméstico com potência de 3 kW a 7 kW é muito maior. Esses geradores com equipamentos auxiliares custarã ao comprador entre 5000 e 12000$.

Atualmente, o uso de turbinas eólicas como alternativa ao fornecimento centralizado de eletricidade não é lucrativo devido ao alto custo do equipamento.

E mesmo quando há interrupções no fornecimento de eletricidade da rede, nem sempre é viável instalar um gerador eólico. Será mais simples e barato montar um sistema de alimentação ininterrupta baseado em baterias industriais combinadas com um UPS.

Faz sentido instalar um sistema de energia eólica em locais onde o acesso ao fornecimento centralizado de energia é totalmente ausente. O período de retorno do investimento, nesse caso, é de 25 anos.

Antes de adquirir os componentes para montagem e instalação de um gerador eólico, é recomendável realizar cálculos por meio de fórmulas apresentadas no artigo que recomendamos. Aqui você também encontrará o procedimento e as regras para realizar os cálculos.

Análise das melhores marcas e instalações

No mercado russo de geradores eólicos, estão disponíveis tanto dispositivos confiáveis e relativamente baratos de marcas nacionais quanto modelos de turbinas eólicas de fabricantes estrangeiros com diferentes funcionalidades. Para decidir a escolha da unidade para a casa, é necessário comparar as características dos diferentes equipamentos.

Nº1 — geradores eólicos Condor Home (Rússia)

A série de turbinas eólicas para uso doméstico inclui dispositivos com potência de 0,5-5 kW. Eles podem servir como fonte principal de eletricidade ou auxiliar. As estações Condor Home são adaptadas para operação em condições de baixas temperaturas, sendo capazes de produzir energia mesmo com vento fraco.

Dependendo do modelo, o corpo do gerador é feito de plástico ou alumínio fundido, as pás são de fibra de vidro. Possui um eficiente sistema de dupla frenagem. A torre é composta, com estais, e tem altura de 8 a 12 m. Para instalação desses equipamentos é necessária uma fundação sobre estacas ou de concreto.

Os geradores eólicos domésticos Condor Home são produtos completamente prontos, que não exigem conhecimentos especiais ou habilidades técnicas para operar. Os dispositivos são destinados à eletrificação tanto de construções isoladas quanto de pequenos assentamentos como parte de parques eólicos.

A configuração básica inclui torre e estais, gerador, rotor e pás, controlador de carga, elementos de fixação.

Nº2 — miniusinas elétricas Falcon Euro (Rússia)

São geradores eólicos de eixo vertical de alta tecnologia com potência de 1 a 15 kW. São utilizados para alimentação principal/reserva de consumidores distantes das linhas de transmissão de energia. Podem ser usados em conjunto com painéis solares e gerador a combustível.

As turbinas são equipadas com potentes ímãs de neodímio. A velocidade do vento para partida da instalação é de 1,5 m/s, a velocidade nominal é de 11 m/s. O freio aerodinâmico instalado ajuda a limitar as rotações da roda. A vida útil declarada pelo fabricante é de 20 anos, a garantia de fábrica para as miniusinas é de 36 meses.

Os geradores eólicos Falcon Euro se destacam pela confiabilidade operacional e baixa necessidade de manutenção. Com os dispositivos desta série, é fácil resolver problemas de fornecimento de energia para objetos locais e insulares.

O kit básico de instalação Falcon Euro inclui vários elementos funcionais: rotor eólico, gerador e controlador, torre, peças embutidas. O inversor e as baterias são selecionados separadamente.

Nº3 — unidades eólicas Sokol Air Vertical (Rússia)

As pequenas instalações eólicas desta marca podem fornecer eletricidade tanto para pequenas casas quanto para médias empresas. Para uso doméstico, são produzidos dispositivos SAV com potência de 0,5 a 15 kW.

Elas se caracterizam pela alta eficiência em ventos fracos, funcionam ininterruptamente em baixas e altas temperaturas na faixa de -50 °C a +50 °C, possuem baixo nível de ruído e resistência a influências externas.

A geração de eletricidade pelas unidades Sokol Air Vertical não depende da direção do vento. As instalações de eixo vertical operam em modo automático sem pessoal de manutenção. O projeto inclui um sistema de freio eletromagnético e aerodinâmico para limitar as rotações do rotor eólico.

As pás são fabricadas em poliéster armado ou alumínio aeronáutico (dependendo do modelo) e possuem um perfil de auto-rotação. O gerador é trifásico multipolar com excitação por ímãs permanentes.

As turbinas eólicas Sokol Air Vertical fornecem potência nominal em velocidades de 7-8 m/s, o que permite usá-las em regiões com baixa velocidade média anual do vento.

A configuração básica da usina eólica inclui: aerogerador com controlador de carga de baterias, mastro com estais, kit de montagem. O inversor e as baterias são selecionados conforme especificação técnica separadamente.

Nº4 — geradores eólicos Energy Wind (Rússia)

Os clientes têm acesso a modelos de uma e três pás de uso universal com potência de 1-10 kW. Essas turbinas eólicas são ideais para projetos de fornecimento de eletricidade para residências particulares e casas de campo.

A base das unidades Energy Wind são pás resistentes em fibra de vidro armada, pintadas com esmalte automotivo, e um sistema confiável de saída do fluxo de ar. Esses equipamentos com eixo horizontal de rotação operam de forma estável em temperaturas de -40 a +40 graus Celsius.

A velocidade mínima de operação do vento é de 2 m/s, em algumas posições da pá é de 3 m/s, a altura recomendada do mastro é de 8-20 m. A vida útil média das unidades da marca russa é de 25 anos, garantia oficial do fabricante é de 3 anos.

Os aerogeradores Energy Wind não exigem manutenção ou cuidados constantes, o que favorece o rápido reinvestimento dos recursos financeiros investidos.

A configuração básica das unidades inclui gerador elétrico de ímãs permanentes com suporte de fixação ao mastro e mecanismo de rotação, pás, conjunto de fixadores para montagem do aerogerador. O mastro, bem como controlador, inversor e baterias para armazenamento de energia devem ser adquiridos separadamente.

Nº5 — aerogeradores Altek EW (China)

Tipo de turbinas eólicas: com eixo horizontal de rotação. Dispositivos com potência nominal de 1 kW a 10 kW são ideais para atender às necessidades de eletricidade de residências suburbanas e casas de campo.

A carcaça protetora das turbinas eólicas Altek EW é feita de liga de alumínio, o que reduz significativamente o peso da estrutura. As partes metálicas funcionais do gerador são revestidas com silicone para resistência térmica.

As pás são fabricadas em plástico reforçado com fibra. A velocidade inicial do vento para acionar as unidades domésticas da marca chinesa é de 2,5 m/s, a velocidade nominal é de 12 m/s.

Os aerogeradores Altek EW são um dos dispositivos mais acessíveis para geração de eletricidade disponíveis no mercado atual de energia alternativa.

Na configuração básica estão incluídas as pás, o gerador e o controlador. Os demais elementos funcionais para o aerogerador precisam ser adquiridos separadamente.

Se o custo do kit de fábrica lhe parecer excessivamente alto, vale a pena construir um aerogerador caseiro. No artigo que recomendamos, é descrita a fabricação de um equipamento útil para a casa a partir de uma máquina de lavar.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Perspectivas de uso de sistemas de energia eólica:

Princípio de funcionamento das turbinas eólicas modernas. Como a energia do vento é convertida em eletricidade:

Mesmo hoje, o uso de aerogeradores exige desenvolvimento contínuo. As possibilidades e perspectivas de longo prazo deste método alternativo de geração de eletricidade são promissoras. No entanto, são necessárias certas medidas tanto por parte dos fabricantes de equipamentos quanto das administrações municipais.

A instalação de pequenos geradores eólicos para residências particulares não resolverá completamente o problema de fornecimento de energia nas regiões. Mas para proprietários de terrenos individuais, esta opção pode ser uma saída.

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