Nie jest rzadkością widok paneli słonecznych instalowanych na domach. Dlaczego nie turbiny wiatrowe?
Wynalazca Helmuth Geiser z Fort Myers na Florydzie uznał, że jest to interesujące pytanie i z pomocą modelowania parametrycznego z Alibre Design, jego firma oferuje teraz linię małych turbin wiatrowych, które dają się we znaki technologii słonecznej.
"Zacząłem badać wydajność i ceny systemów słonecznych i wiatrowych i szybko odkryłem, że systemy fotowoltaiczne są bardzo drogie w porównaniu z wiatrem. Koszt instalacji jednego kilowata dla systemów słonecznych jest około 3 do 4 razy wyższy."
Turbiny, które widzimy w farmach wiatrowych wzdłuż autostrady mogą wykręcać od jednego do siedmiu megawatów. Finansowane i posiadane przez przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, te "megawatowe" turbiny mogą być tak duże - i drogie - jak silniki odrzutowe. Mniejsze turbiny, które generują od 1 do 100 kilowatów w produkcji, wydawało się Geiser jak sposób, aby energia odnawialna bardziej dostępne dla osób fizycznych.
Geiser twierdzi, że Europa szerzej wykorzystuje generatory z tej kategorii "małego wiatru". Również w Stanach Zjednoczonych małe turbiny mają długą historię, chociaż były one głównie ograniczone do pól uprawnych lub innych odległych obszarów, które nie są łatwo podłączone do sieci energetycznej. Tradycyjnie, turbiny pompowały wodę do nawadniania lub zwierząt gospodarskich lub zasilały wieże komunikacyjne znajdujące się poza drogą.
"Kiedy rozpocząłem badania, odkryłem, że istniejące małe produkty wiatrowe opierały się na przestarzałych technologiach, niektóre sięgające lat 30. XX wieku. Nie miały one prawie takiej wydajności ani niezawodności, która czyniłaby je praktycznymi rozwiązaniami dla zasilania gospodarstw domowych."
Geiser postanowił ulepszyć tradycyjną konstrukcję, wprowadzając trzy główne innowacje mechaniczne. Teraz Scaled Energy - LLC założona przez Geisera i inżyniera elektryka Syda Wellsa - jest w trakcie produkcji z nową linią produktów, które pozwalają właścicielom domów produkować darmową energię elektryczną z powietrza.
"Produkty Scaled Energy zwiększają wydajność o ponad 75% przy porównywalnym koszcie do istniejących konstrukcji małych turbin" - mówi Geiser.
Zwiększona wydajność oznacza również, że produkt nadaje się do wykorzystania w znacznie większej ilości miejscowości, nawet tych, które nie zostałyby uznane za wietrzne. "Inne małe turbiny, na przykład, nie mogą być używane w obszarach oznaczonych jako strefa wiatrowa numer dwa, ponieważ nie generowałyby wystarczającej mocy, ale z produktem Scaled Energy mogą."
Geiser wykonał wszystkie swoje "majsterkowania", jak również szkicowanie ostatecznych zespołów produkcyjnych na Alibre Design's aplikacji do modelowania parametrycznego. Geiser mówi, że oprogramowanie to było kluczowe w przekształceniu interesującego pytania w prawdziwy biznes produkcyjny.
Poza tworzeniem wirtualnych zespołów, inne moduły, jak Alibre Motion, pozwoliły Geiserowi przetestować ruchome części za pomocą animacji. Podobnie, Alibre CAM został użyty do przekształcenia jego projektów w precyzyjne ścieżki cięcia maszyn.
"Alibre Design oferuje dobre połączenie możliwości oprogramowania, łatwości użycia i, co nie mniej ważne, ceny. Poleciłem już Alibre wielu znajomym wynalazcom w Edison Inventors Association (EIA) i nadal będę to robił" - mówi Geiser. "Patrząc wstecz, nie sądzę, bym mógł wykonać ten projekt w tak krótkim czasie bez Alibre Design, i z taką precyzją. Alibre Design robi więcej za mniej - zarówno w czasie, jak i w pieniądzach".
W jaki sposób trzy główne ulepszenia Geisera w konstrukcji małych turbin sprawiają, że są one godne domu?
Po pierwsze, Geiser przeprojektował piastę regulującą nachylenie, urządzenie, które zmienia kąt natarcia łopatek, aby wydobyć maksymalną moc ze zmiennej prędkości ruchów powietrza. Stare metody polegają na rolowaniu i hamowaniu, aby uniknąć rozpadu turbiny, gdy wiatr wieje zbyt mocno.
"Ponieważ łopaty tych starych typów turbin mają stałe nachylenie, działają one wewnątrz tylko bardzo małej obwiedni prędkości wiatru" - mówi. Zamiast tego Geiser stworzył bardziej zaawansowany, ale wciąż niedrogi mechanizm, który reguluje piastę tylko przez ciśnienie powietrza na łopatkach, rozszerzając w ten sposób obwiednię.
Po drugie, regulator obrotów również zostaje poddany remontowi. Ten mechanizm sprawia, że wejście ruchu do generatora jest bardziej spójne. Geiser twierdzi, że "bezpośredniość" ruchu była głównym czynnikiem obniżającym wydajność turbin pracujących na farmach. Po dodaniu wysokowydajnych łopat, turbina Scaled Energy wytwarza znacznie więcej energii elektrycznej przy tej samej ilości wiatru.
Geiser wziął również pod uwagę koszty instalacji i utrzymania. Na polach uprawnych można postawić wysoki, niewygodny maszt przy pomocy ciężkich maszyn. Bardziej miejskie lokalizacje nie miałyby luksusu otwartej przestrzeni. "Tak narodził się pomysł składanego masztu" - mówi Geiser. "Właściciele domów mogą podnosić i opuszczać turbinę za pomocą hydraulicznie obsługiwanego, rozkładanego masztu. Serwisowanie urządzenia jest również mniej pracochłonne i mniej niebezpieczne niż w przypadku tradycyjnych masztów podporowych."
Już wkrótce premiera najbardziej zaawansowanej linii produktów Scaled Energy. Jak najnowsza odsłona sprawdza się w ekonomii?
Geiser szacuje, że 10-kilowatowa turbina może generować około 500 dolarów energii elektrycznej miesięcznie, w oparciu o ceny na Florydzie, więc większość nabywców może zobaczyć zwrot z inwestycji (ROI) na 45.000 dolarów systemu dobrze w ciągu 7 1/2 roku, nie licząc żadnych dostępnych ulg podatkowych.
"Dzięki poprawie wydajności, trwałości i łatwości instalacji, turbiny te sprawiają, że wiatr staje się realnym źródłem alternatywnej energii".
