📅 Data publikacji: 30.06.2025
У 2024 році в Лабораторії відновлюваної енергетики Київського політехнічного інституту під керівництвом д-ра Олени Савицької стартував проєкт “Wind & Sun 3D”. Мета — створення унікальних лопаток вітрових турбін та рам для сонячних панелей за допомогою 3D-друку, з урахуванням місцевих метеоумов і архітектурних особливостей. Конвенційні компоненти часто випускають у стандартних розмірах, що не враховує варіацій швидкості вітру чи форми будівель, на яких вони монтуються. 🌀
Інженери зібрали трирічні дані по вітровим картинам за допомогою безпілотників із LiDAR та наземних метеостанцій. Цифрову модель кожного майбутнього майданчика імпортували в СFD-аналітичну систему, яка генерувала оптимальні контури лопаток із урахуванням швидкісних профілів і інверсій вдень та вночі. Кожна лопатка мала змінний кут закрутки та ширину перерізу в залежності від висоти – від 40 см біля ступи до 1,5 м на краю. 📈
Для друку лопаток обрали алюмінієвий сплав з керамічними наночастинками, що підвищував твердості й стійкість до корозії. Технологія L-PBF (Laser Powder Bed Fusion) гарантувала шар товщиною 30 μm та щільність готового виробу понад 99 %. Після друку деталі піддавали термообробці та ультразвуковому очищенню, що знімало внутрішні напруження й забезпечувало механічну міцність понад 450 МПа. 🔬
Дизайн рам сонячних панелей також персоналізували: за допомогою Multi Jet Fusion (MJF) надруковано структуру «павутиння» всередині рами, що поєднувала полікарбонат із вуглецевим волокном. Така конструкція була на 35 % легша від традиційної алюмінієвої та витримувала навантаження снігу до 300 кг/м². Вбудовані канали для охолодження та датчики температури забезпечували захист сонячних комірок від перегріву, що підвищувало ККД на 5–7 %. 🌡️
Фінальну оптимізацію провели за допомогою машинного навчання: аналітичні алгоритми прораховували точний кут нахилу і орієнтацію панелей у різні пори року. Дані з установок в режимі реального часу надходили до хмарної платформи, де система коригувала налаштування турбін і панелей, забезпечуючи максимальну віддачу енергії. Це дозволило підвищити річну генерацію на 18 % у порівнянні зі стандартними системами. 💾
Таким чином, проєкт “Wind & Sun 3D” заклав основи нової парадигми зеленої енергетики: 3D-друк як інструмент не тільки для прототипування, а й для масового виробництва кастомізованих компонентів, що відкриває шлях до підвищення ефективності та економії ресурсів. 🌿
На початку 2025 року команда встановила першу пілотну установку на узбережжі Чорного моря поблизу Очакова: три турбіни потужністю по 50 кВт з 3D-друкованими лопатками. Місцеві інженери відзначили зниження шуму на 30 дБ через покращену аеродинаміку, а середня швидкість запуску турбін при поривах вітру від 3 до 5 м/с зросла на 12 %. Жителі прибережної громади позитивно оцінили новий дизайн і тиху роботу обладнання. 🏖️
Одночасно з цим у Карпатах запустили тестовий майданчик сонячних панелей на даху гірської станції. Завдяки системі активного охолодження внутрішніх каналів рами, температура комірок трималася на 15 °C нижче за зовнішню температуру повітря, що у сонячні дні дозволило зберігати стабільний ККД понад 21 %. Висотна зміна температурного профілю на понад 20 °C не впливала на продуктивність завдяки гнучкості та міцності друкованих рам. ⛰️
У Львові спеціалісти КП «ЕнергоСвітло» інтегрували рішення “Wind & Sun 3D” у мережу міської агломерації. Дані з сенсорів турбін та панелей передавалися до центру моніторингу у реальному часі, що дало змогу оперативно коригувати віддачу енергії та знижувати пік споживання у ранкові години. Це дозволило зменшити витрати електроенергії на 10 % і значно знизити навантаження на резервні газові генератори. 🏙️
Під час випробувань вітрові турбіни показали відмовостійкість у режимі роботи тривалістю понад 5 000 годин без технічного обслуговування. Вбудовані датчики в режимі реального часу відстежували виникнення мікротріщин і контролювали деформацію лопаток, а система передбачувального обслуговування попереджала команди техніків про необхідність планового ремонту. Це знизило час простою на 25 %. ⏱️
У підсумку, пілотні впровадження засвідчили, що 3D-друк у OZE — це не експеримент, а дієвий інструмент підвищення надійності, ефективності та екологічності виробництва зеленої енергії. 🏆
Після успішних пілотів команда “Wind & Sun 3D” уклала партнерські угоди з виробниками обладнання в Норвегії та Чилі. Там надруковані лопатки встановили на офшорних вітрових фермах у Північному морі та на узбережжі Тихого океану. Використання титанового сплаву для друку з внутрішніми поперечними ребрами знизило навантаження на опори на 8 %, що дозволило зменшити вартість платформи на 15 %. 🌊
В Іспанії в Андалусії місцеві кооперативи сонячної енергії перейшли на 3D-друковані рами з переробленого поліетилентерефталату (PET), зміцненого базальтовим волокном. Цей підхід скоротив використання викопних матеріалів на 60 % і забезпечив стійкість до УФ-випромінювання і високих температур. У тренінгах для місцевих громад брали участь понад 200 учасників, які навчалися керувати мобільними 3D-принтерами для обслуговування та ремонту панелей. 👥
Майбутнім етапом є створення регіональних мікрозаводів “Energy Hubs”, де на території невеликих виробничих майданчиків розміщуватимуть 3D-принтери, автоматизовані лінії обробки та системи контролю якості. Ці хаби можуть обслуговувати цілі області, друкуючи компоненти на замовлення та забезпечуючи швидкий монтаж і сервіс без великих логістичних витрат. 🏭
Крім того, дослідники розробляють інтеграцію резервуарів для накопичення водню та суперконденсаторів безпосередньо у внутрішній каркас лопаток і рам панелей. Це дозволить отримувати гібридні станції, що поєднують вітроенергетику, сонячну генерацію та зберігання енергії у одному компактному блоці. ⚡
Як резюмує д-р Савицька: «3D-друк — це не просто інструмент, це нова філософія виробництва чистої енергії. Індивідуальні елементи, надруковані за даними конкретного регіону, — наш внесок у збереження планети та розвиток сталих громад». 🌏✨