Ветрогенератор: мощность и выработка

Считает мощность ветрогенератора по диаметру ветроколеса и скорости ветра, предел Бетца и выработку за год при средней скорости ветра по распределению Рэлея.

м
м/с
По данным метеостанции или своим измерениям за год. Классы малых ветроустановок ГОСТ Р 54418.2-2014 рассчитаны на среднюю скорость от 6 до 10 м/⁠с.
м
Флюгер метеостанции обычно стоит на 10 м.
м
Выше от земли ветер сильнее: скорость пересчитывается по высоте в степени 0,2 (ГОСТ Р 54418.2-2014).
У бытовых ветроустановок 2–15 кВт по сертификационным испытаниям — 0,29–0,40 в лучшей точке, у больших — до 0,5. Предел Бетца — 0,593.
Выше неё ветроустановка мощность ограничивает. Пусто — без ограничения.
м/с
По паспорту: у Bergey и Skystream — 2,5–3 м/⁠с.
°C
+15 °C на уровне моря — стандартная атмосфера, плотность воздуха 1,225 кг/⁠м³. На холоде воздух плотнее и мощность больше.
м

Результат

Выработка за год
2 490 кВт·ч
В среднем за месяц
207 кВт·ч
Средняя мощность за год
284 Вт
Коэффициент использования номинальной мощности
18,9 %
Мощность при средней скорости ветра
162 Вт
Предел Бетца при средней скорости
321 Вт
Мощность ветра через ветроколесо
541 Вт
Средняя скорость на высоте оси
5 м/с
Плотность воздуха
1,225 кг/м³
Ометаемая площадь
7,07 м²
  • Средняя за год мощность больше мощности при средней скорости: энергия ветра растёт как куб скорости, и редкие сильные ветры дают заметную часть выработки.
  • Готовность ветроустановки принята 100 %: простои, обледенение и затенение постройками не учтены.
v D Cp

Выработка за год: 2 490 кВт·ч

Формула

  • P = ½ · ρ · A · v³ · Cp, Cp ≤ 16/⁠27
  • Wгод = 8760 · Σ [F(vi) − F(vi−1)] · (Pi−1 + Pi) / 2
  • F(v) = 1 − exp(−π/⁠4 · (v / vср)²)
Подробнее о расчёте

Как считается

Мощность. Ветер несёт через ветроколесо мощность ½ · ρ · A · v³, где A = πD²/⁠4 — ометаемая площадь. Ветроустановка отбирает долю Cp: по теории Бетца — не больше 16/⁠27 ≈ 0,593, у бытовых машин с генератором на испытаниях — 0,29–0,40 в лучшей точке. При сильном ветре мощность ограничена номиналом, при слабом, ниже скорости начала выработки, ветроколесо стоит.

Плотность воздуха ρ = p / (R · T), давление по высоте — по ГОСТ 4401-81. На уровне моря при +15 °C это 1,225 кг/⁠м³, при −5 °C — на 7 % больше.

Выработка за год. Скорость ветра всё время меняется, и при известной средней скорости её распределение принимают рэлеевским, как в ГОСТ Р 54418.12.1-2011: доля времени со скоростью ниже v — F(v) = 1 − exp(−π/⁠4 · (v/⁠vср)²). Мощность складывается по интервалам скорости с весом F(vi) − F(vi−1) и умножается на 8760 часов.

Если скорость измерена ниже оси ветроколеса, она пересчитывается по высоте в степени 0,2 (ГОСТ Р 54418.2-2014).

Пример

Ветроколесо 7 м, Cp = 0,3, генератор 10 кВт, старт с 2,5 м/⁠с, средний ветер 5 м/⁠с. При 5 м/⁠с мощность 884 Вт, а средняя за год — 1600 Вт: сильные ветры дают больше, чем теряется в штиль. За год — 14 000 кВт·ч. Испытанный Bergey Excel 10 с таким же ветроколесом выработал бы по своей кривой 13 842 кВт·ч.

Что не учтено

  • Турбулентность и затенение домами и деревьями: рядом с постройками ветер слабее и порывистее.
  • Отключение при буре, простои и обледенение.
  • Потери в проводах, контроллере и аккумуляторах.

Источники

  • ГОСТ Р 54418.12.1-2011 (МЭК 61400-12-1:2005, MOD), п. 8.3, формулы (6) и (7): годовая выработка по кривой мощности и распределению Рэлея, 8760 ч, готовность 100 %; п. 8.1 — опорная плотность воздуха 1,225 кг/м³; п. 8.4, формула (8) — коэффициент мощности по электрической мощности.
  • ГОСТ Р 54418.2-2014 (МЭК 61400-2:2006, MOD): табл. 1 — классы малых ветроустановок по средней скорости ветра 6–10 м/с; формула (6) — профиль ветра по высоте с показателем 0,2; приложение Е — P = Cp · ½ρV³A.
  • ГОСТ 4401-81 «Атмосфера стандартная. Параметры» (с изм. № 1, издание 2004 года): на уровне моря 101 325 Па, 288,15 К, 1,2250 кг/м³; газовая постоянная воздуха 287,05287 Дж/(кг·К); барометрическая формула п. 7.1 с градиентом 0,0065 К/м.
  • M. Ragheb, A. M. Ragheb, «Wind Turbines Theory — The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed Ratio», в кн. «Fundamental and Advanced Topics in Wind Power», InTech, 2011: предел Бетца 16/27 = 0,593 (A. Betz, 1920).
  • Small Wind Certification Council, сводные отчёты испытаний: Bergey Excel 10 (2022) — ометаемая площадь 38,5 м², Cp 0,27–0,30 при 5–12 м/с, 13 842 кВт·ч в год при 5 м/с; Bergey Excel 15 (2022) и Skystream 3.7 (2023) — Cp до 0,40 и 0,29.

Обновлено 09.11.2026.