Pergerakan baling-baling rotorKebanyakan keadaan artinya menggunakan tenaga angin dengan daya angkat yang memiliki prinsip turbin angin dengan sebuah tangkai horizontal, contohnya sebuah baling-baling berputar pada bidang vertikal dengan respek untuk pemusatan angin. Selama operasi dari turbin angin, dibutuhkan catatan mengenai
Udara (kecepatan angin v1) dan
Baling-baling (lingkar kecepatan vu, disebabkan oleh pergerakan putaran baling-baling )
Ada dua kecepatan sudut yang satu sama lain (berlawanan dengan sayap).Sejak kedua perpindahan mengambil tempat secara simultan, datangnya kecepatan efektif v’ (contohnya indikasi kecepatan udara oleh hipotesis pengukuran menjulang peralatan baling-baling yang dipindahkan) tidak sama dengan kecepatan angin. Malahan, ketenangan dari kecepatan angin v1 dan lingkar kecepatan baling-baling rotor Vu. gerakan baling-baling rotor Cara yang paling umum memanfaatkan kekuatan angin dengan prinsip angkat adalah turbin angin dengan poros horisontal, yaitu baling-baling berubah pada bidang vertikal sehubungan dengan arah angin.selama pengoperasian turbin angin tersebut, maka perlu dicatat bahwa berada dalam gerakan.
-Udara (kecepatan angin v₁) dan
-Baling-baling (melingkar kecepatanvu, yang disebabkan oleh baling-baling bergerak berputar) kedua kecepatan ini di sudut kanan satu sama lain (sebagai lawan dari sayap pesawat terbang). karena kedua gerakan terjadi secara simultan, efektif pendekatan kecepatan Vu
Gambar 48
vektor kecepatan
karena kedua gerakan terjadi secara simultan, efektif pendekatan kecepatan v' (yaitu kecepatan udara yang ditunjukkan oleh alat ukur hipotetis dipasang pada baling-baling bergerak) tidak sama dengan kecepatan angin. sebagai gantinya, itu terdiri dari kecepatan v₁ angin dan baling-baling rotor yang melingkar kecepatan vu. Mendekati intinya, vu jauh lebih rendah dari dekat ujung baling-baling, kecepatan pendekatan akibatnya bervariasi sepanjang panjang baling-baling.
Gambar 49
Gambar 50
Karena sumbu dari baling-baling pada bidang vertikal sehubungan dengan kecepatan angin, v' dapat dihitung dengan mudah menggunakan teorema Pythagoras:
V’² = V₁² + V₁₁²i.e. V’ =
√
V₁2 +V₁ ₁²efektif menunjukkan aliran Seperti terlihat dalam diagram, arah v’ berbeda dengan yang ada pada v₁ kecepatan angin, yakni diputar oleh sudut β. efektif pendekatan kecepatan v ' menentukan ukuran dan besarnya gaya angkat dan ketahanan baling-baling. Dengan perbandingan, sudut serang α menunjukkan kecenderungan profil sehubungan dengan kecepatan angin efektif.
Gambar 51
penyesuaian sudut serang:
pada kecepatan vu = 0 (rotor macet), sudut penyesuaian Y sama dengan sudut α. Dengan meningkatnya kecepatan melingkar, begitu juga sudut β. untuk mempertahankan sudut konstan yang berkaitan dengan kecepatan angin efektif, sudut penyesuaian γ harus ditingkatkan Sejalan. seperti yang ditunjukkan di atas, sudut terhadap baling-baling pembangkit listrik tenaga angin tergantung pada pendekatan yang efektif kecepatan v ' dimana pada gilirannya, tergantung pada
besar sedang
kecepatan vu melingkar. setiap titik imajiner pada baling-baling rotor berada pada jarak tertentu (radius) ke hub rotor. Titik A selalu lebih jauh memiliki kecepatan melingkar lebih tinggi dari
pada Vu titik dekat inti.
titik imajiner di ujung baling-baling rotor yang memiliki sudut tertentu α (sudut antara angin dan rotor baling-baling). sebagai titik tersebut akan dipindahkan lebih dekat ke inti, kecepatan keliling menurun, yaitu bagian dari aliran udara menimpa baling-baling rotor dari depan (yaitu angin seperti itu), meningkat dibandingkan dengan bagian dari aliran udara disebabkan oleh kecepatan melingkar.
Mengingat ketentuan yang mengatur penyesuaian sudut Y dalam praktek, baling-baling rotor memutar dari kedekatan inti (kecepatan keliling rendah) menuju ujung baling-baling (kecepatan keliling tinggi), mirip dengan pisau pada baling-baling pesawat. dalam kasus rotor bergerak dengan kecepatan konstan (Vu = const.), sekarang juga menjadi jelas mengapa sudut penyesuaian baling-baling tetap Y hanya dapat membuktikan optimal pada kecepatan angin V₁ tertentu. Mekanisme penyesuaian rotor baling-baling otomatis memungkinkan optimasi dinamis di sini.
pusat
untuk memanfaatkan angin seefisien mungkin, intuisi akan menyarankan pengaturan sudut ke nilai yang sangat tinggi. jika sudut ini menjadi terlalu besar, namun aliran udara terganggu bukannya mengalir lancar melewati airfoil. ini menghasilkan putaran acak dan penghapusan segera angkat. sebagai akibatnya, kecepatan airfoil yang tajam turun. Efek ini disebut "pusat", seperti yang biasa digunakan dalam bidang penerbangan.
Gambar52
pesawat terbang stall ketika sudut sayapnya (disesuaikan sampai batas tertentu oleh elevator) dalam aliran udara menjadi terlalu besar. dianggap sangat berbahaya oleh pilot, ini hasil situasitiba-tiba kehilangan angkat, menyebabkan pesawat untuk turun tajam dan tak terkendali.
tenaga angin
menggunakan pembangkit listrik tenaga angin khas dengan keluaran listrik 2 MW sebagai contoh, sekarang kita akan mengkaji bagaimana tenaga angin dikonversi.
diameter rotor : 75m
lingkar bepergian dengan ujung baling-baling : 236m
daerah yang dicakup oleh rotor : 4416m2 (area lapangan sepak bola : 7140m2) kecepatan rotor : 16 rpm (pada kecepatan angin 12m / s)
kecepatan ujung baling-baling : 64m / s atau 230km / h kecepatan di pusat hu: 0
kecepatan seperempat dari panjang baling-baling ini : 16m / s kekuatan angin dapat dihitung sebagai berikut:
ρ adalah densitas udara (1,3 kg / m). dengan menerapkan nilai-nilai yang ditentukan lebih lanjut di atas, diperoleh hasil sebagai berikut:
Pwind = 1 2 * 1,2 kg m³ * 4416 m² * 12³ m³ s³ Pwind ≈ 4,6 MW batas Betz
sejak pembangkit listrik tenaga angin kami memiliki nilai kapasitas hanya 2MW, namun, sekarang kita perlu menjelaskan kerugian. koefisien daya Cp yang digunakan untuk engevaluasi kekuatan yang diperoleh oleh rotor dari aliran udara. yang menunjukkan proporsi tenaga angin gratis itu diubah menjadi listrik yang berguna, koefisien ini dihitung dengan menggunakan persamaan berikut berlaku untuk turbin angin yang ideal:
Cp=Pnuts/Pwind karena impinges dengan V₁ kecepatan pada turbin angin, angin terhambat. belakang turbin, kecepatan angin (V₂) hanya sekitar 1/3 dari nilai di depan turbin. jika Cp diplot sebagai fungsi dari rasio antara V₂/V₁, atau retardasi, maksimal di Cp dapat diamati pada titik sepertiga dari jalan sepanjang sumbu V₂/V₁.
Gambar 54
Batas Betz diistilahkan, inikoefisien daya Cp max merupakan teoritis, proporsi maksimum daya mana turbin angin yang ideal dapat memperoleh dari angin
Cpmax = 1627 ≈ 0,59
Fungsi kecepatan generator terhadap kecepatan angin Tiang dan konduksi arus listrik
Dalam sistem turbin angin yang kecil, tiang biasanya di konstruksi menggunakan pipa baja. Untuk memperoleh respon kekakuan pipa yang digunakan. Bahkan untuk sistem yang lebih besar dan tinggi, tiang dengan jaring - jaring pun digunakan. Pada kebanyakan sistem turbin angin, nacelle di situasikan pada tiang sehingga turbin akan dengan bebas berputar. Rotor diputar angin akibat putaran baling – baling.
Agar nacelle bebas berputar, energi di transfer ke power line dengan menggunakan cincin slip. Pada banyak hal, sebuah rectifier diinstal dalam generator sehingga hanya dua kabel yang dibutuhkan. Pada kasus power line, yang harus diperhatikan adalah bahwa respon persilangan dipilih karena tegangan rendah dan arus tinggi terjadi.
Gambar 64
Tiang dan konduksi arus listrik Pengontrol muatan
Pada kondisi ini, pengontrol muatan digunakan untuk memastikan bahwa muatan optimal disuplai untuk hubungan baterai. Pada saat yang sama, ini mengoperasikan kabel pengontrol muatan elektronik otomatis untuk generator angin. Energi yang tidak diserap oleh baterai adalah keluaran ke resistor muatan menggunakan PWM. Inilah cara generator angin melanjutkan pengoperasian dibawah muatan listrik bahkan ketika baterai diisi penuh dan pada kondisi kecepatan angin yang tinggi.
Pengontrol muatan beroperasi menurut prinsip tegangan konstan. Tegangan baterai terbatas pada level pengisian penuh. Jika anginnya terlalu kecil (generator tegangan rendah) baterai tidak terisi.
Gambar 65 Cadangan energy
Akibat masalah ekonomi, akumulator Timbal telah memiliki cadangan energy yang besar. Akumulator ini mirip dengan baterai mobil namun sedikit dimodifikasi untuk kerja yang lebih lama.
Desain dasar sebuah akumulator Timbal diiliustrasikan dibawah ini. Ini terdiri atas dua elektroda: yang positif terbuat dari dioxide Timbal (Timbal oksigen)atau (PbO2) dan yang negatifnya terbuat dari Timbal (Pb) untuk keadaan ketika akumulator diisi. Dua isolator di pisahkan menggunakan isolator berbahan plastic. Elektroda yang telah dipisahkan kemudian dipasang dalam sebuah penggabungan elektrolit asam sulfur (H2SO4)
Gambar 73
Sebuah sel akumulator Timbal mempunyai tingkat tegangan 2v. untuk mencapai sebuah tegangan operasi dari 12V, 6 sel di hubungkan dalam hubungan seri.
Selama pengeluaran muatan, elektroda Timbal oksigen yang positif (PbO2) dan Timbal yang negatif (Pb) ereaksi dengan asam sulfur. Hasilnya, Timbal oksigen (PbSO4) meningkat pada elektroda negatif dan electron dikeluarkan. Elektroda positif menerima electron, juga meningkatkan Timbal oksigen (PbSO4) selain air (H2O). Proses ini di elicida pada animasi dibawah ini.
Gambar 74
Pada aplikasi tegangan muatan untuk akumulator bertolak belakang dengan reaksi pelepasan muatan. Elektroda negative menerima electron dan Timbal oksigen dipisahkan, meninggalkan Timbal murni pada elektroda.Timbal oksigen juga dipisahkan pada elektroda positif, bersamaan dengan pelepasan electron, sehingga yang tertinggal adalah Timbal oksigen seperti yang ditunjukkan pada animasi selanjutnya.
Gambar 75 Perawatan Dari Sebuah Akumulator
Ketika menggunakan aki, pastikan untuk melindunginya dari pengisian yang berlebihan dan pemberhentian yang dalam, kenaikan pemberian akhir mengarahkan pada sulfat kristal yang sangat sulit atau tidak mungkin untuk terurai selama pengisian ulang. Pelepasan yang dalam dapat dicegah dengan menonaktifkan beban terhubung keakumulator segera setelah tegangan turun di bawah 11,4V.
Sebuah masalah yang berbeda terjadi jika akumulator diisi dengan sebuah tegangan yang terlalu tinggi (overcharging). Dari tegangan sekitar 13.8 V, akumulator memulai untuk memancarkan gas. Elektrolisis menguraikan air elektrolit ke dalam hidrogen dan oksigen yang melepaskan diri dari akumulator. Periksa tingkat air akumulator pada interval biasa dan isi dengan air sulingan bila dibutuhkan.
Sejak keluaran oxyhydrogen siap meledak, pastikan ruangan memiliki ventilasi yang baik.
Buka the wind control centre virtual instrument. Untuk tujuan ini, mesin servo tahan uji harus sudah diaktifkan dan terhubung ke P Cmelalui USB intervace.
Pilih mode the wind control.
Mulai pengujian mesin melalui tombol power.
Atur kecepatan angin yang diperlukan dan ukur arus yang sesuai. Masukkan nilai arus beban dibawah ni.
Kecepatan angin : 0 m/s Lampu halogen : mA Lampu LED : mA Kecepatan angin : 4 m/s Lampu halogen : mA Lampu LED : Ma Kecepatan angin : 8 m/s Lampu halogen : mA Lampu LED : mA Kecepatan angin : 12 m/s Lampu halogen : mA Lampu LED : mA
Ubah pengkabelan yang ditampilkan dibawah dan ukur arus total ( beban dan pengisian arus) pada berbagai jenis kecepatan angin.
Gambar 78
Masukkan nilai arus total dibawah ini.
Pengisian baterai memilki peran yang signifikan pada pengukuran ini.
Kecepatan angin : 0 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A Kecepatan angin : 4 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A Kecepatan angin : 8 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A Kecepatan angin : 12 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A
Gunakan nilai pengukuran untk menghitung pengisian arus baterai pada masalah yang lain. Kecepatan angin : 0 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A Kecepatan angin : 4 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A Kecepatan angin : 8 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A Kecepatan angin : 12 m/s Lampu halogen : A Lampu LED : A
Gunakan nilai pengukuran yang diperoleh untuk arus beban dan asumsikan bahwa baterai bisa mengalirkan hingga 65 % dari kapasitasnya untuk beban.Hitung waktu otonomi (masa dimana beban dapat didukung secara eksklusif oleh baterai).
Waktu otonomi lampu halogen : jam Waktu otonomi lampu LED : jam Mengintegrasikan sebuah inverter
Mengintegrasi sebuah inverter
Jika peralatan rumah tangga standar yang didukung oleh pembangkit listrik tenaga angin kecil, itu dibutuhkan untuk merubah keluaran arus / tegangan DC ke dalam arus/tegangan AC.
Konversi dilakukan dengan menggunakan katup switch able yang digunakan dalam elektronika daya. Katup ini meliputi semikonduktor yang mampu mengganti tegangan di atas 1000 V dan arus di atas 1000 A. komponen semikonduktor terdiri dari :
Medan daya-pengaruh transistor
Diode yang dapat dikendalikan (tyristor) Square-gelombang inverter
Skema di bawah ini menampilkan sebuah rangkaian jembatan 2 pulsa (B2 circuit), salah satu merupakan rangkaian inverter sederhana
Gambar 79
Pasangan katup 1/4 dan 2/3 diaktifkan melalui interval waktu tetap. Hasil ini berada di sekitar tegangan alternating rectangular pada output rangkaian jembatan. Tegangan alternating rectangular bisa dibuat untuk perkiraan sebuah karakteristik sinusoidal melalui pengaktifan katup bukan pada perlintasan nol, tapi pada titik seimbang.
Inverter sinusoidal
Inverter sinusoidal modern biasanya beroperasi berdasarkan prinsip dari pulsa- modulasi lebar. Seperti dalam kasus inverter gelombang persegi, sebuah rangkaian jembatan B2 juga digunakan. Namun, katup tidak aktif / dinonaktifkan lebih dari setengah gelombang, hal itu beralih berulang kali selama siklus tersebut seperti yang digambarkan di bawah ini.
Gambar 80
Hasil pola switching dalam pulsa dari lebar yang berbeda. Urutan pulsa disaring untuk menghasilkan sebuah karakteristik tegangan yang mendekati sinus
Sistemhybriduntuk catu dayaluar jaringan listrikmenggunakanturbin angindanfotovoltaik
sistem hybrid untuk catu daya luar jaringan listrik menggunakan turbin angin dan otovoltaik
salah satu elemahan dari sistem catu daya seperti pembangkit listrik tenaga angin kecil dan pembangkit fotovoltaik berdiri sendiri yang mengandalkan angin dans inar matahari sebagai umber energi terbarukan adalah bahwa sumber-sumber ini tidak selalu tersedia. Untuk memastikan pasokan konstan listrik, jumlah energi yang tepat harus disimpan secara menengah untuk mengizinkan operasi bahkan ketika tidak ada angin atau sinar matahari tersedia. Saat ini, baterai timbal biasanya digunakan sebagai elemen penyimpanan energi, beberapa desain baru-baru ini juga menggabungkan sel bahan bakar hidrogen. Kapasitas penyimpanan tergantung pada konsumsi energi dan otonomi waktu, i. e. periode dimana fasilitas harus dapat beroperasi dalam ketiadaan angin atau sinar
matahari. Sebuah penggunaan berbagai sumber energi terbarukan mengurangi persyaratan dalam jangka waktu otonomi dan kapasitas penyimpanan. Sistem dirancang dengan cara ini disebut sistem hybrid. Mereka membuat penggunaan bersama dari dua atau lebih sumber energi untuk operasi dan penyimpanan. Diilustrasikan di bawah ini adalah tata letak dasar dari sistem hybrid menggunakan energi angin dan matahari.