การเปลี่ยนรูปพลังงานลมเป็นวิธีหนึ่งเพื่อให้ได้ไฟฟ้าราคาถูก กังหันลมมีหลายแบบ บางส่วนได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด บางส่วนได้รับการออกแบบมาให้ใช้งานได้อย่างไม่โอ้อวด กลุ่มที่สอง ได้แก่ โรเตอร์ Savonius ที่สร้างขึ้นเมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้ว ยังคงใช้แก้ปัญหาทางเทคนิคต่างๆ ได้สำเร็จ
ประวัติศาสตร์การสร้างสรรค์
Sigurd Johannes Savonius (1884 - 1931) - นักประดิษฐ์จากฟินแลนด์ ได้รับชื่อเสียงจากผลงานด้านฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาพลังงานลม ในช่วงชีวิตของเขา เขาได้รับสิทธิบัตรหลายฉบับที่ไม่เพียงแต่ใช้ในการผลิตกังหันลมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการต่อเรือ ตลอดจนในระบบระบายอากาศของรถยนต์และรถโดยสารประจำทางด้วยรถไฟด้วย
นักประดิษฐ์อีกคนหนึ่งจากเยอรมนี - Anton Flettner (1888 - 1861) เมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมาได้คิดค้นทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการแล่นเรือแบบคลาสสิก ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าใบพัด Flettner สาระสำคัญของการประดิษฐ์ลดลงดังนี้ กระบอกหมุนซึ่งถูกลมพัดพาไปรับแรงในแนวราบ เกิน 50 เท่าของแรงลม ต้องขอบคุณการค้นพบครั้งนี้ ทำให้มีการสร้างเรือหลายลำที่ใช้พลังของลมในการเคลื่อนตัว ไม่เหมือนกับเรือใบทั่วไป เรือเหล่านี้ไม่ได้เป็นอิสระจากพลังงานโดยสิ้นเชิง จำเป็นต้องใช้มอเตอร์เพื่อหมุนโรเตอร์
เมื่อสะท้อนการแล่นเรือของ Flettner ซาโวเนียสได้ข้อสรุปว่าพลังงานลมก็สามารถนำมาใช้ปั่นได้เช่นกัน ในปีพ.ศ. 2469 เขาได้พัฒนาและจดสิทธิบัตรการออกแบบกระบอกสูบแบบเปิดที่มีใบมีดตรงด้านใน
ฟิสิกส์นิดหน่อย
อย่างแรก ทฤษฎีเล็กๆ ทุกคนสังเกตว่าเมื่อขี่จักรยาน อากาศจะสร้างแรงต้านต่อการเคลื่อนไหวอย่างมาก และยิ่งความเร็วยิ่งสูง ค่านี้จะยิ่งสูงขึ้น ปัจจัยที่สองที่ส่งผลต่อความต้านทานคือพื้นที่หน้าตัดของร่างกายที่ได้รับผลกระทบจากการไหลของอากาศ แต่มีปริมาณที่สามซึ่งเกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของร่างกาย นี่คือสิ่งที่นักออกแบบตัวถังรถพยายามจะลดเมื่อพูดถึงแอโรไดนามิก
ตัวอย่างเช่น เราสามารถพูดได้ว่าเพลตสามแผ่นที่มีพื้นที่หน้าตัดเหมือนกัน แต่มีรูปร่างต่างกัน: เว้า ตรง และนูน จะมีค่าสัมประสิทธิ์การลากต่างกันมาก สำหรับรูปร่างนูน มันจะเป็น 0.34 สำหรับอันตรง - 1.1 สำหรับอันเว้า - 1.33 มันเป็นรูปร่างเว้าที่ใช้สำหรับใบมีดของโรเตอร์ Savonius เป็นที่ยอมรับว่าเป็นเจ้าบ้านที่มีประสิทธิภาพสูงสุดพลังงานลม
หลักการทำงานของโรเตอร์ Savonius
ไม่เหมือนเรือของ Flettner Savonius เสนอให้แบ่งกระบอกสูบออกเป็นสองส่วนและเคลื่อนสัมพันธ์กันเพื่อให้ได้ใบมีดและช่องว่างระหว่างพวกเขา แก่นแท้ของความคิดของซาโวเนียสคือกระแสลมที่กระทบใบมีดหนึ่งใบไม่เพียงไปด้านข้างหลังจากนั้น แต่เมื่อผ่านช่องว่างตามแนวแกนก็ถูกเปลี่ยนเส้นทางไปยังใบมีดอันที่สอง ซึ่งเพิ่มผลกระทบของลมอย่างมาก
หลักการทำงานนี้ทำให้โรเตอร์ Savonius ทำงานได้แม้ในลมเบา
มีตัวเลือกโปรไฟล์หลายแบบ:
- ใบมีดยึดติดกับแกนเพื่อให้ไม่มีช่องว่างอากาศระหว่างกัน นี่เป็นเวอร์ชันที่ง่ายที่สุดของคำอธิบายมากมายของโรเตอร์ Savonius
- ฐานของใบมีดหนึ่งถูกสอดเข้าไปในฐานของอีกใบหนึ่ง ช่องว่างที่สำคัญยังคงอยู่ตามแนวแกน ตัวเลือกนี้ช่วยให้ลมจากครึ่งหนึ่งของโรเตอร์เคลื่อนไปยังอีกอันหนึ่ง โปรไฟล์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
- เหมือนกับตัวเลือกที่สอง เพิ่มเฉพาะพื้นที่ใบมีดโดยเพิ่มแผ่นตรงด้านใน
ขอบเขตการใช้งาน
ในยุค 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา โรเตอร์ Savonius ถูกใช้ในระบบระบายอากาศของรางรถไฟ ติดตั้งบนหลังคาเกวียน ระหว่างการเคลื่อนที่ โรเตอร์เริ่มหมุนและสูบลมจากถนนเข้ามาในห้อง ระบบที่คล้ายคลึงกันได้รับการติดตั้งบนรถเมล์ด้วย
วันนี้แอปพลิเคชั่นหลักของโรเตอร์อยู่ในกังหันลมแกนตั้ง มีการออกแบบที่คล้ายกันจำนวนหนึ่งที่รวมสองปัจจัย:
- แกนแนวตั้งของการหมุน
- ไม่โอ้อวดตามทิศทางลม
นอกจากกังหันลมแนวตั้งแล้วยังมีอุปกรณ์ที่มีแกนนอนอีกด้วย พวกมันโดดเด่นด้วยผลตอบแทนมหาศาลด้วยแรงลมเท่าเดิม โครงสร้างมีลักษณะคล้ายใบพัดเครื่องบิน ซึ่งตั้งอยู่บนแกนนอนและมีหางนำทางสำหรับปรับให้เข้ากับลม
ข้อดีของกังหันลมซาโวเนียส
แม้ว่าใบพัดแนวดิ่งของกังหันลมจะสูญเสียประสิทธิภาพไปเทียบกับโรเตอร์แนวแกนในแนวนอน แต่ก็ยังมีข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้อีกหลายประการ:
- ทำงานในเขตภูมิอากาศใด ๆ เนื่องจากพื้นที่ตามขวางขนาดเล็กจึงไม่กลัวพายุเฮอริเคน
- ไม่ต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมในการเปิดตัว เนื่องจากรูปร่างของใบมีดเว้า การเปิดตัวเกิดขึ้นที่ค่าลมขั้นต่ำ - 0.3 m / s เครื่องกำเนิดไฟฟ้าถึงค่าที่เหมาะสมที่สุดที่ความเร็วการไหลของอากาศ 5 เมตร/วินาที
- เนื่องจากระดับเสียงรบกวนที่ต่ำถึง 20 dB กังหันลมสามารถติดตั้งใกล้กับตัวเครื่องได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตไฟฟ้าพลังงานต่ำและการสูญเสียกระแสไฟฟ้าในสายไฟ
- ไม่ต้องการทิศทางลมเฉพาะ พวกมันเริ่มทำงานจากการไหลของอากาศในทุกมุม
- การออกแบบที่เรียบง่ายลดต้นทุนการบำรุงรักษา
- ไม่อันตรายสำหรับนกที่รับรู้โครงสร้างโดยรวมและไม่พยายามบินผ่านใบมีด
ข้อเสียของกังหันลมแนวตั้งนั้นมีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ ต้นทุนวัสดุก่อสร้างสูงขึ้น ขนาดใหญ่ต้องใช้เพื่อให้ได้พลังงานที่ต้องการ
วิธีทำกังหันลมด้วยมือของคุณเอง
การทำอุปกรณ์ที่จะให้ไฟฟ้ากับบ้านในชนบทนั้นดูไม่น่าจะเป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม การทำกังหันลมขนาดเล็กเพื่อผลิตไฟฟ้าฟรีที่รับประกันการทำงานของอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ (ปั๊มชลประทาน ไฟถนนหน้าบ้าน การเปิดประตูอัตโนมัติ) อยู่ในอำนาจของช่างฝีมือทุกคน สำหรับสิ่งนี้ คุณจะต้อง:
- 3 แผ่นอลูมิเนียมด้านยาว 33 ซม. หนาประมาณ 1 มม.
- ท่อระบายน้ำขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ซม. ยาว 60 ซม.
- ท่อน้ำ 4 ซม.
- เครื่องปั่นไฟ (รถใช้ได้);
- ฟิตติ้ง (มุมเหล็ก น๊อต น็อต โบลท์)
วิธีทำอาหาร
ในการสร้างโรเตอร์ Savonius แบบง่ายๆ คุณต้อง:
- ตัดแผ่นอลูมิเนียม 3 แผ่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 33 ซม. จากแผ่นอลูมิเนียม
- ตัดท่อน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 ซม. ตามแกนเพื่อทำใบมีด 2 ช่อง จากนั้นตัดแต่ละชิ้นตรงกลาง ดังนั้นคุณจะได้ใบมีดที่เหมือนกัน 4 ใบ ยาว 30 ซม.
- เจาะรูตรงกลางจานเพื่อสอดท่อน้ำ 4 ซม.
- เชื่อมต่อทั้งสามดิสก์ด้วยไพพ์และระหว่างพวกเขาใส่ใบมีด สองระหว่างสองดิสก์ ใบมีดต้องอยู่ในแนวเดียวกันเพื่อให้มุมระหว่างแกนของมันคือ 90 องศา นี้จะช่วยให้แม้แต่ลมเล็กน้อยเพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
- ใช้มุมและสกรูเกลียวปล่อยเพื่อยึดใบมีดบนขอบล้ออะลูมิเนียม
- กดเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้าไปในส่วนล่างของท่อซึ่งเป็นแกน
กังหันลมพร้อม เหลือเพียงการเลือกสถานที่ติดตั้งที่เปิดรับกระแสลมเพียงพอ หากมีลมไม่เพียงพอ คุณสามารถสร้างเสาสูง วางเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไว้ด้านบน
กังหันลมแนวตั้งสำเร็จรูป
ด้วยการพัฒนาพลังงานทดแทน ทำให้มีความต้องการผลิตภัณฑ์แหล่งจ่ายไฟอัตโนมัติเพิ่มขึ้น ปัจจุบันมีกังหันลมที่ผลิตในรัสเซียออกสู่ตลาดซึ่งมีราคาเริ่มต้นที่ 60,000 รูเบิล
หน่วยเหล่านี้สามารถใช้ในภาคเอกชนเพื่อตอบสนองความต้องการไฟฟ้าตั้งแต่ 250 W ถึง 250 kW
