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GENERATORE EOLICO SPERIMENTALE | E-MAIL | RESEARCH | TECNOLOGY

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  • GENERATORE EOLICO SPERIMENTALE
  • REALIZZAZIONE ECONOMICA
  • COSTRUZIONE MODULARE
  • PALA SINGOLA
  • CONTROLLO POTENZA PITCH
  • CONTROLLO ELETTRICO
  • ANEMOMETRO
  • FUNZIONAMENTO
  • SICUREZZA
  • CONSIDERAZIONI

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    1. GENERATORE EOLICO SPERIMENTALE
    Oggi è di estrema importanza salvaguardare l'ambiente ed in particolar modo l'atmosfera dal surriscaldamento dovuto ai gas serra per ridare il naturale equilibrio al clima oggi sempre più spesso dai caratteri estremi e particolarmente violenti.
    Ciò è possibile attraverso un uso razionale dell'energia e alla diffusione di sistemi alternativi integrati con le reti esistenti, utilizzando al meglio le risorse locali più favorevoli: eolico, solare termico e fotovoltaico, mini idraulico, ecc.
    La realizzazione di questo generatore eolico sperimentale ha lo scopo primario di acquisire dati sperimentali sull'energia eolica e sui possibili sistemi per la sua utilizzazione dal costo contenuto e dalla buona affidabilità. La sperimentazione riguarda il generatore nel suo funzionamento, nella sua affidabilità ed efficienza al variare delle caratteristiche meccaniche, anche significative, previste sin dalla sua ideazione. Il sistema attualmente è volto all'utilizzo dell'energia eolica per un discreto rendimento, senza esasperare i componenti meccanici ed aerodinamici, rientrando nelle normali caratteristiche di resistenza strutturale dei comuni ed economici materiali adoperati.

    2. REALIZZAZIONE ECONOMICA
    Il generatore realizzato ha un costo economico molto basso; infatti, essendo un modello sperimentale, si sono trascurate le lavorazioni volte alle riduzioni delle dimensioni, o all'impiego di pezzi lavorati appositamente od in materiale particolare. Si è fatto largo impiego di materiali per usi diversi per più del 50%, sia per la parte del telaio, che per i diversi componenti meccanici ed elettromeccanici. Le fasi delle lavorazioni sono avvenute artigianalmente a mano, senza l'utilizzo di macchine utensili ed è stato impiegato solo materiale largamente diffuso, come i profilati tubolari di tipo standard. Questo potrebbe favorire la realizzazione di tale tipo di generatore da parte dei Paesi in via di sviluppo, dotati di poche attrezzature e mezzi.

    3. COSTRUZIONE MODULARE
    FOTO10K La costruzione modulare del generatore permette di variare in maniera significativa le caratteristiche aerodinamiche, meccaniche ed elettriche o la rapida sostituzione delle parti. L'impostazione di base è un monopala ad asse orizzontale, ma è possibile cambiarne facilmente le caratteristiche, poichè la scomposizione delle principali parti e la loro semplice sostituzione, con altre dalle caratteristiche differenti, permettono ad esempio l'inserimento di un asse di rotazione con mozzo atto a contenere due o tre pale; oppure, la modifica del rapporto dei giri, agendo o sulla puleggia dell'alternatore o sostituendo la torretta del moltiplicatore dei giri. E' possibile sostituire l'alternatore con altri dalle caratteristiche meccaniche ed elettriche diverse, con estrema semplicità, permettendo la valutazione del rendimento, tra sistemi a due e più poli a elettromagneti o a magneti permanenti. Anche le centraline elettriche contenute in apposite scatole sono facilmente sostituibili con altre uguali o dalle caratteristiche differenti. L'elemento base è il telaio, che rimane alla fine costituito essenzialmente da due profilati tubolari saldati ortogonalmente, di cui quello verticale funge da ralla e quello orizzontale supporta l'asse di rotazione con i relativi cuscinetti.

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    4. PALA SINGOLA
    FOTO GENERATORE EOLICO 10K La scelta del monopala, come impostazione di base è avvenuta poichè al momento della realizzazione di questo generatore, a Favara nel 1995-96, non si aveva a disposizione nessun riferimento sia teorico o pratico sull'utilizzo dell'energia eolica, solo qualche esperienza con piccoli generatori autocostruiti; si è ritenuto, dal punto di vista strutturale attivo (sistema meccanico per la modifica del passo della pala), che passivo (pala a bandiera in libertà di rotazione sull'asse verticale della navicella), di ottenere il massimo possibile della sicurezza del generatore con venti forti. Di contro, si è limitata la potenza erogabile, visto il numero di giri volutamente contenuto dal sistema di controllo che il monopala dovrebbe effettuare per il raggiungimento del C.P. massimo. A ciò si è provveduto tramite una pala dalle dimensioni maggiorate, che attualmente è servita solo per il working system, dato che non risponde a criteri aerodinamici studiati in tale fase. Tuttavia è possibile, una volta acquisita una certa esperienza sulla realizzazione delle pale e sulle caratteristiche di resistenza strutturale, montare una pala efficiente ed aumentare il numero di giri al secondo; oppure, mantenendo l'attuale velocità di rotazione, montare un asse con mozzo a due pale o più.

    5. CONTROLLO POTENZA PITCH
    Sempre in riferimento alla sicurezza si è optato al pitch control che nel monopala trova semplice attuazione e permette il completo controllo del generatore; infatti, è possibile controllare la velocità di rotazione della pala e fermarla in qualsiasi momento, sia manualmente, tramite interruttore da terra, che automaticamente dal sistema di controllo elettrico. Il sistema, per la variazione dell'angolo di incidenza della pala, avviene tramite motore elettrico attuatore, ed è possibile utilizzarlo anche sostituendo l'asse di rotazione con altro dal mozzo a più pale.
    Il sistema inoltre consta di un secondo automatismo indipendente di sicurezza per la messa a bandiera rapida della pala, nel caso di malfunzionamento del motore elettrico attuatore del passo pala, la cui attivazione è separata ed indipendente dal normale sistema di controllo.

    6. CONTROLLO ELETTRICO
    FOTO 4K Il sistema di controllo del generatore è essenzialmente costituito da alcuni relè e qualche circuito di temporizzazione ed alcuni sensori magnetici, il cui costo modesto e la facile reperibilità, rendono agevole la sua realizzazione. Tuttavia, il sistema elettrico di controllo agisce in modo efficace, riuscendo attivamente ad interagire col flusso tramite i sensori come l'anemometro, ed i sistemi di rivelazione e controllo dei giri dell'asse di rotazione, dello sviluppo o meno di elettricità, regolando di conseguenza l'angolo di incidenza della pala e l'attivazione o meno dei sistemi di alimentazione e controllo.

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    7. ANEMOMETRO
    FOTO 5K E' il sensore principale del generatore è fornisce informazioni alla centralina circa l'intensità del vento o la sua assenza; la sua attivazione avviene ad una certa soglia (tarabile) di intensità del vento, tale da poter generare energia nel generatore e fornisce anche informazioni alla centralina di controllo se il vento raggiunge valori elevati per attivare i sistemi di protezione.

    8. FUNZIONAMENTO
    Alla base del traliccio metallico vi è la scatola di comando del generatore IP 65 a tenuta stagna, dentro la quale sono contenuti alcuni interruttori e spie luminose ed un amperometro per la visualizzazione di tutte le fasi di funzionamento del generatore. Attivando il generatore, tramite il pulsante di accensione, la corrente proveniente dalle batterie sale sulla centralina sul generatore, accendendo, nel quadro di comando, una spia verde di sistema attivo ma in stand by se non c'è vento.
    FOTO 4K All'arrivo del vento, l'anemometro si attiva e fornisce l'informazione alla centralina, la quale effettua una serie di operazioni: alimenta i circuiti elettromagnetici dell'alternatore;
    accende una spia rossa di sistema in azione nel quadro di comando;
    fornisce energia al motore attuatore del passo pala per aumentare l'angolo di incidenza; fornisce energia al sistema di controllo giri asse ed al temporizzatore di alimentazione. Nel frattempo, la pala inizia a ruotare fino a raggiungere i giri sufficienti a generare energia, ed a questo punto, si blocca nella posizione di sviluppo, se non ha raggiunto il massimo angolo di incidenza al fine di evitare un maggiore prelievo di energia, rispetto a quello necessario, considerata l'energia cinetica accumulata dal sistema in rotazione all'atto dell'attivazione del blocco. La fase di sviluppo di elettricità è visualizzata da una spia verde nel quadro di comando e dallo spostarsi della lancetta dell'amperometro. Se l'ntensità del vento diminuisce, con conseguente perdita di carica o per un aumento del carico il sistema reagisce aumentando l'angolo di incidenza della pala, per aumentare la velocità di rotazione;
    se l'intensità del vento aumenta, con conseguente aumento della velocità di rotazione della pala, per evitare over speeds, il sistema di controllo giri dell'asse, al superamento di un determinato numero di giri al secondo, si attiva, facendo diminuire di alcuni gradi l'angolo di incidenza, rallentando la velocità di rotazione e mantenendo il generatore ancora in fase di sviluppo di energia, ripetendo l'operazione se i giri sono ancora elevati.
    Se l'intensità del vento è eccessiva, per il corretto funzionamento del generatore e per la sicurezza, l'anemometro comanda il blocco attivo del generatore con messa a bandiera della pala, fino a quando le condizioni anemometriche non si siano stabilizzate, per un determinato periodo di tempo, al di sotto del minimo di accensione, con segnalazione tramite spia rossa sul quadro di comando, per poi ripartire automaticamente.
    Se il vento cessa o è al di sotto del minimo, il sistema spegne tutte la alimentazioni, portandosi nella condizione di stand by, con spia verde di indicazione di stato, come nella fase iniziale e pala a bandiera.

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    9. SICUREZZA
    La sicurezza occupa un ruolo fondamentale e condiziona alcune delle scelte, come la pala singola o i sistemi aggiuntivi di controllo, vista anche la fase sperimentale dell'intero sistema. Alcuni accorgimenti, come il blocco attivo del generatore, dato per vento eccessivo dall'anemometro, con perdita di energia durante tale fase, fanno parte di questo sistema per una maggiore sicurezza in questo momento di sperimentazione;
    come, i due sistemi di controllo giri dell'asse di rotazione, con componenti, sensori ed alimentazioni indipendenti, uno per la diminuzione della velocità di rotazione, e l'altro per l'attivazione del blocco controllato;
    il sistema elettromeccanico, che segue indipentendemente la corsa del motore attuatore del passo della pala, altrimenti interviene attivamente, portando a bandiera la pala nel caso di guasto del motore, in qualunque posizione esso si trovasse al momento e bloccandolo permanentemente fino al ripristino manuale;
    il blocco controllato del generatore, nel caso di un guasto all'alternatore o al sistema di moltiplica dei giri. Nel caso le batterie dovessero scaricarsi o perdere la carica, per una qualsiasi ragione, il sistema porta automaticamente la pala a bandiera. Il sistema inoltre, può essere bloccato da terra tramite il pulsante di blocco normale o quello indipendente permanente.

    10. CONSIDERAZIONI
    Vista la fase sperimentale del generatore i risultati ottenuti sono soddisfacenti, l'impiego di materiali e strumenti adeguati ed anche l'utilizzo di microcontroller programmabili potrebbero ulteriormente migliorare le caratteristiche del generatore. L'impiego di una pala o più pale dall'areodinamica studiata e di un alternatore a magneti permanenti multipolare renderebbe più efficiente il generatore.
    Attualmente l'orientamento del generatore è bloccato nella direzione di provenienza prevalente del vento a causa del cordone di cavi di controllo, che scendono al quadro di comando e che consentono di visualizzare, tramite spie, l'aumento o la diminuzione del passo della pala, e delle varie fasi su descritte, del blocco attivo e permanente. Viste ed analizzate le varie fasi del funzionamento, si può inserire la coda di direzionamento e l'elettrofreno di blocco, per il mantenimento della posizione nel caso del monopala. Il generatore riesce nello scopo di ricarica delle batterie utilizzando un alternatore di autoveicolo 12V. 55A. il cui rendimento è del 50% circa e viste le dimensioni elevate della pala si propone attualmente per l'utilizzo come turbina low wind speed, utilizzando prevalentemente i venti deboli e moderati, molto più frequenti nella zona, favorito anche dalla facilità di avviamento data dal pitch control.

    By A. Sanfilippo

    E-mail:info@windturbine.it

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    DAL 19/09/01

    Copyright © 2001, A. Sanfilippo


    Revisited - - Revision Date January/30/2003