Вертикальный или горизонтальный ветрогенератор и какая нужна мачта: что важнее модели
Для выработки ветрогенератора высота и место установки мачты важнее, чем тип ротора. У земли, рядом с домом, деревьями и забором ветер слабый и турбулентный, и любой ветряк там даёт мало, горизонтальный он или вертикальный. Тип ротора влияет на эффективность, шум и обслуживание, но он вторичен: хороший ветряк на плохом месте работает хуже посредственного на открытом. Если на участке нет открытого ветра, деньги разумнее вложить в солнечные панели.
Ниже — сравнение двух типов, правило выноса над препятствиями, почему крыша — плохое место, как устроена мачта и как читать паспорт. Нужен ли ветряк частному дому вообще, разобрано в статье «Ветрогенератор для частного дома»; здесь — только выбор типа и мачты.
Горизонтальный и вертикальный: сравнение
Горизонтальный ветряк — это пропеллер на горизонтальной оси: он разворачивается по ветру, а лопасти вращаются как у самолёта. Вертикальный — ротор с вертикальной осью, например Дарье или Савониуса и их варианты; он принимает ветер с любой стороны и не нуждается в развороте.
| Критерий | Горизонтальный | Вертикальный |
|---|---|---|
| Ровный сильный поток | обычно эффективнее | обычно слабее |
| Смена направления и порывы | должен успеть повернуться, в порывах теряет | терпимее, направление не важно |
| Шум | выше на больших оборотах | чаще тише, оборотов меньше |
| Вибрация, передаваемая на опору | зависит от балансировки лопастей | может быть заметной в порывах из-за пульсирующей нагрузки |
| Пуск на слабом ветре | зависит от модели; страгивание у лёгких лопастей хорошее | у некоторых типов роторов самостарт слабый |
| Обслуживание | на мачте, нужен подъём или опускание | проще: подшипники ниже, ось вертикальна |
| Безопасность | быстрые лопасти опасны вблизи | вращается медленнее, но тоже требует ограждения |
Цифры КПД и мощности конкретных моделей мы не приводим: они разные и указываются в паспорте изделия. Общее правило такое. Горизонтальный ветряк берут там, где ветер ровный и открытый: поле, берег, возвышенность. Вертикальный выбирают там, где ветер меняется и тишина важнее максимальной выработки. Но и вертикальный не превращает плохое место в хорошее.
Высота и место: что на самом деле решает выработку
Ветер у земли тормозится поверхностью, домами, деревьями, забором. За препятствием образуется зона турбулентности — воздух закручивается и меняет направление. Ротору в такой зоне не хватает ровного потока: выработка падает, а нагрузка на подшипники и лопасти растёт из-за рывков.
Правило формулируем качественно, без норм: ветряк должен стоять выше любых препятствий поблизости, а зона турбулентности за ними должна оставаться под ним. Чем дальше и ниже препятствие, тем меньше его влияние; чем ближе и выше, тем больше. Если рядом дом в два этажа и несколько высоких деревьев, мачта должна заметно подниматься над их верхушками, а не стоять «на уровне крыши». Точную высоту для вашего участка определяют по месту, лучше с замером ветра в течение сезона.
Первый практический вывод: поставив ветряк на низкую мачту у дома, вы получите шум и ничтожную выработку. Второй: ветер открытого места с высотой растёт, поэтому высокая мачта — не прихоть, а основа расчёта выработки.
Почему ветряк на крыше дома — плохая идея
- Вибрация. Ротор раскачивает опору, а крыша передаёт колебания в конструкцию и в дом. Это шум в комнатах и усталость материалов кровли.
- Шум. Он слышен прямо в доме, особенно ночью.
- Турбулентность. Крыша и коньковая зона сами создают завихрения, ветер рвётся и меняет направление.
- Нагрузка на крышу. Ветровая нагрузка на мачту при сильном ветре передаётся на стропила. Рассчитывать это должен инженер, а не монтажник «на глаз».
- Молния. Высокий металлический объект над домом требует молниезащиты и заземления; подробности — в статье «Молниезащита дома с солнечными панелями».
Если ветряк нужен, его ставят на отдельную мачту на расстоянии от дома, а не на конёк.
Какая мачта нужна
Для малых ветряков обычно используют мачту на растяжках или опускаемую мачту. Растяжки позволяют сделать мачту выше и легче, чем самонесущая, но им нужен участок для якорей по нескольким направлениям. Опускаемая мачта на шарнире удобна для обслуживания: ветряк можно опустить к земле, не залезая наверх, и осмотреть подшипники, лопасти и контакты. Тип мачты, фундамент и якоря для конкретной модели указаны в её документации.
Помните о нагрузке. Ветровая нагрузка на мачту и ротор растёт быстрее, чем скорость ветра, поэтому в шторм мачта и фундамент испытывают значительное усилие. Ветровой район определяется по своду правил СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия», а прикинуть нагрузку для вашего случая помогает калькулятор ветровой нагрузки; принцип расчёта описан в статье «Ветровая нагрузка: как не потерять панели в шторм». Расчёт фундамента, растяжек и подъём на высоту выполняет подрядчик; самостоятельно устанавливать высокую мачту опасно.
Как читать кривую мощности в паспорте
У каждого ветряка есть кривая мощности — график зависимости мощности от скорости ветра. На нём важны три точки.
- Скорость старта. При какой скорости ветряк начинает вращаться. Ниже неё он стоит.
- Скорость выхода на номинал. Номинальная мощность в названии модели достигается только при сильном ветре, указанном в паспорте. Этот ветер на большинстве участков бывает редко.
- Скорость остановки или защиты. При какой скорости ветряк включает защиту и сбрасывает нагрузку.
Главная ловушка — номинал. Ветряк «на 3 кВт» выдаёт 3 кВт только при определённой сильной скорости ветра. При скорости вдвое меньше мощность падает во много раз, потому что она зависит от скорости в кубе. Поэтому ориентироваться на цифру в названии нельзя: смотрите на мощность при тех скоростях, которые реально бывают на вашем участке, и на средний ветер на высоте мачты.
Когда ветряк не нужен
Если участок закрыт лесом и застройкой, а выше препятствий мачту не поднять, ветряк работать не будет. В этом случае вложения лучше направить в панели: у них нет подвижных частей, они не шумят и не требуют высотных работ. Ветер ценен там, где он есть, особенно как дополнение к солнцу зимой; как собрать такую систему, написано в статье «Ветрогенератор и солнечные панели в одной системе». Ассортимент ветряков — в разделе ветрогенераторов.
Частые вопросы
Что лучше для дома: вертикальный или горизонтальный?
Зависит от места. На открытом участке с ровным ветром выгоднее горизонтальный, при порывистом ветре и важности тишины — вертикальный. Но высота мачты влияет на выработку сильнее, чем тип.
Можно ли поставить ветряк на крышу?
Лучше нет: вибрация, шум и нагрузка на кровлю. Ветряк ставят на отдельную мачту на удалении от дома.
Какой высоты должна быть мачта?
Выше всех препятствий поблизости, чтобы зона турбулентности осталась под ротором. Точную высоту определяют по месту, лучше с измерением ветра на участке.
Кто должен устанавливать мачту?
Подрядчик с опытом высотных работ. Нужны расчёт фундамента и растяжек, молниезащита и заземление; делать это без подготовки опасно.