Деятельность как отдельных людей, так и всего нынешнего человечества практически невозможна без электроэнергии. К сожалению, быстро увеличивающийся объем потребления нефти и газа, угля и торфа ведет к уменьшению запасов этих ресурсов на планете. Что же возможно сделать, пока все это еще есть у землян? Согласно выводам специалистов, именно развитием энергетических комплексов можно решить проблемы мировых экономических и финансовых кризисов. Поэтому наиболее актуальными становятся поиск и использование бестопливных источников энергии.
Возобновляемая, экологическая, «зеленая»
Возможно, не стоит напоминать, что все новое - это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.
В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.
Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:
- обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
- с низким и ультранизким уровнем энергопотребления - до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
- пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
- энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.
Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование
Как определить рентабельность собственной электростанции
Исследователи доказали, что резервные возможности ветров намного больше всех накопившихся многовековых топливных запасов. Среди способов получения энергии из возобновляемых источников ветрякам отведено особое место, так как их изготовление проще, чем создание солнцеулавливающих панелей. По сути, ветрогенератор на 5 кВт своими руками можно собрать, имея нужные составляющие, среди которых магниты, медная проволока, фанера и металл для лопастей.
Знатоки утверждают, что производительной и, соответственно, выгодной может стать конструкция не только правильной формы, но и построенная в правильном месте. Это значит, что необходимо учитывать наличие, постоянство и даже скорость воздушных потоков в каждом отдельном случае и даже в конкретном регионе. Если в местности периодически наступают штили, спокойные и безветренные дни, устройство мачты с генератором не принесет никакой пользы.
Прежде чем начинать делать ветряк своими руками (5 кВт), необходимо продумать его модель и вид. Не стоит ожидать от слабой конструкции большого выхода энергии. И наоборот, когда нужно запитать только пару лампочек на даче, нет смысла строить огромный ветряк своими руками. 5 кВт - мощность, достаточная для обеспечения электроэнергией практически всей системы освещения и домашних приборов. Будет постоянный ветер - будет и свет.
Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий
На выбранном для высокой мачты месте укрепляют сам ветряк с присоединенным к нему генератором. Вырабатываемая энергия по проводам поступает к нужному помещению. Считается, что чем выше конструкция мачты, больше диаметр ветряного колеса и сильнее воздушный поток, тем выше КПД всего устройства. На деле все не совсем так:
- например, сильный ураган может запросто поломать лопасти;
- некоторые модели можно установить на крыше обычного дома;
- правильно выбранная турбина легко запускается и отлично работает даже при ветре с очень слабой скоростью.
Основные виды ветряков
Классическими считаются конструкции с горизонтальным размещением оси вращения ротора. Обычно они имеют 2-3 лопасти и устанавливаются на большой высоте от земли. Наибольшая эффективность такой установки проявляется при постоянного направления и его скорости в 10 м/с. Существенным недостатком этой лопастной конструкции является сбой вращения лопастей при часто меняющемся, порывистом Это приводит либо к непродуктивной работе, либо к разрушению всей установки. Чтобы запустить такой генератор после остановки, необходима принудительная начальная раскрутка лопастей. Кроме того, при активном вращении лопасти издают специфические, неприятные человеческому уху звуки.
Вертикальный ветрогенератор («Волчок» 5 кВт или другой) имеет иное размещение ротора. Н-образными или бочкообразными турбинами захватывается ветер любого направления. Эти конструкции имеют меньшие размеры, запускаются даже при самых слабых воздушных потоках (при 1,5-3 м/с), не требуют высоких мачт, их можно использовать даже в городских условиях. Кроме того, номинальной мощности ветряки, своими руками (5 кВт - это реально) собранные, достигают при ветре в 3-4 м/с.
Паруса не на кораблях, а на суше
Одним из популярных направлений в ветроэнергетике сейчас стало создание горизонтального генератора с мягкими лопастями. Основным отличием является как материал изготовления, так и сама форма: созданные ветряки своими руками (5 кВт, парусный тип) имеют 4-6 треугольных тканевых лопастей. Притом, в отличие от традиционных конструкций, их сечение увеличивается в направлении от центра к периферии. Эта особенность позволяет не только «поймать» слабый ветер, но и избежать потерь при ураганном воздушном потоке.
Плюсами парусников можно назвать следующие показатели:
- большая мощность при медленном вращении;
- самостоятельная ориентировка и подстройка под любой ветер;
- высокая флюгерность и малая инерция;
- отсутствие необходимости принудительного раскручивания колеса;
- совершенно беззвучное вращение даже при больших оборотах;
- отсутствие вибраций и звуковых возмущений;
- относительная дешевизна конструкции.
Ветряки своими руками
5 кВт необходимой электроэнергии можно получить несколькими способами:
- построить простейшую роторную конструкцию;
- собрать комплекс из нескольких последовательно расположенных на одной оси парусных колес;
- использовать аксильную конструкцию с неодимовыми магнитами.
Важно помнить, что мощность ветряного колеса пропорциональна произведению кубического значения скорости ветра на ометаемую площадь турбины. Итак, как сделать ветрогенератор на 5 кВт? Инструкция далее.
За основу можно взять автомобильную ступицу и тормозные диски. 32 магнита (25 на 8 мм) располагают параллельно по кругу на будущих дисках ротора (подвижной части генератора) на каждый диск по 16 штук, притом плюсы обязательно чередуют с минусами. У противолежащих магнитов должны быть разные значения полюсов. После разметки и размещения все находящееся на круге заливают эпоксидкой.
Катушки медной проволоки располагают на статоре. Их количество должно быть меньше, чем число магнитов, то есть 12. Предварительно все провода выводят и соединяют между собой звездой или треугольником, затем тоже заливают эпоксидным клеем. Рекомендуется перед заливкой вставить внутрь катушек кусочки пластилина. После затвердения смолы и их извлечения останутся отверстия, которые нужны для вентиляции и остывания статора.
Как все это работает
Диски ротора, вращаясь относительно статора, образуют магнитное поле, и в катушках возникает электроток. А ветряк, присоединенный посредством системы шкивов, и нужен для того, чтобы двигать эти части рабочей конструкции. Как сделать ветрогенератор своими руками? Некоторые начинают изготовление собственной электростанции со сборки генератора. Другие - с создания лопастной вращающейся части.
Вал от ветряка сцепляют скользящим соединением с одним из дисков ротора. На сильный подшипник ставится нижний, второй диск с магнитами. Статор располагают посередине. Все части крепятся к фанерному кругу с помощью длинных болтов и фиксируются гайками. Между всеми «блинами» обязательно оставляют минимальные зазоры для свободного вращения дисков ротора. В итоге получается 3-фазный генератор.
«Бочка»
Осталось изготовить ветряки. Своими руками 5 кВт-ную вращающуюся конструкцию можно сделать из 3 кругов фанеры и листа самого тонкого и легкого дюраля. Металлические прямоугольные крылья крепятся к фанере болтиками и уголками. Предварительно в каждой плоскости круга выдалбливаются направляющие канавки в форме волны, в которые вставляются листы. Получившийся двухэтажный ротор имеет 4 волнистых лопасти, прикрепленные друг к другу под прямым углом. То есть между каждыми двумя скрепленными ступицами фанерными блинами расположены по 2 изогнутых в форме волны дюралевых лопасти.
Данная конструкция насажена по центру на стальную шпильку, которая и будет передавать крутящий момент генератору. Ветряки, своими руками (5 кВт) созданные, такой конструкции весят примерно 16-18 кг при высоте 160-170 см и диаметре основы 80-90 см.
Что нужно учесть
Ветряк-«бочку» можно установить даже на крыше здания, хотя вполне достаточно вышки высотой 3-4 метра. Однако обязательно нужно защитить от природных осадков корпус генератора. Рекомендуется также установить аккумуляторный накопитель энергии.
Для получения из постоянного 3-фазного тока переменного обязательно в схему нужно включить и преобразователь.
При достаточном количестве ветреных дней в регионе ветряк, своими руками (5 кВт) собранный, может обеспечить током не только телевизор и лампочки, но и систему видеонаблюдения, кондиционер, холодильник и другую электротехнику.
Одним из самых доступных вариантов использования возобновляемых источников энергии — является использование энергии ветра. О том, как самостоятельно сделать расчёт, собрать и установить ветряк, читайте в этой статье.
Классификация ветряных генераторов
Установки классифицируются исходя из следующих критериев ветродвигателя:
- расположение оси вращения;
- число лопастей;
- материал элементов;
- шаг винта.
ВЭУ, как правило, имеют конструктивное исполнение с горизонтальной и вертикальной осью вращения.
Исполнение с горизонтальной осью — пропеллерная конструкция с одной-двумя-тремя и более лопастями. Это самое распространенное исполнение воздушных энергетических установок по причине высокого КПД.
Исполнение с вертикальной осью — ортогональные и карусельные конструкции на примере роторов Дарье и Савониуса. Последние два понятия следует пояснить, так как оба имеют определенную значимость в деле конструирования ветряных генераторов.
Ротор Дарье — ортогональная конструкция ветродвигателя, где аэродинамические лопасти (две или более), расположены симметрично друг другу на некотором расстоянии и укреплены на радиальных балках. Достаточно сложный вариант ветродвигателя, требующий тщательного аэродинамического исполнения лопастей.
Ротор Савониуса — конструкции ветродвигателя карусельного типа, где две лопасти полуцилиндрической формы расположены одна против другой, образуя в целом форму синусоиды. Коэффициент полезного действия конструкций невысок (около 15%), но может быть увеличен практически вдвое, если лопасти ставить по направлению волны не горизонтально, а вертикально и применять многоярусное исполнение с угловым смещением каждой пары лопастей относительно других пар.
Преимущества и недостатки «ветряков»
Преимущества данных устройств очевидны, особенно применительно к бытовым условиям эксплуатации. Пользователи «ветряков» фактически получают возможность воспроизводства бесплатной электрической энергии, если не считать небольших издержек на сооружение и обслуживание. Однако очевидны также и недостатки ветроэлектрических установок.
Так, чтобы добиться эффективной работы установки, требуется выполнение условий стабильности ветровых потоков. Такие условия человек создать не в силах. Это чисто прерогатива природы. Ещё одним, но уже техническим недостатком, отмечается низкое качество вырабатываемого электричества, в результате чего приходится дополнять систему дорогостоящими электрическими модулями (мультипликаторами, зарядными устройствами, аккумуляторами, преобразователями , стабилизаторами).
Преимущества и недостатки в плане особенностей каждой из модификаций ветродвигателей, пожалуй, балансируют на нулевой отметке. Если горизонтально-осевые модификации отличаются высоким значением КПД, то для стабильной работы требуют применения контроллеров направления ветрового потока и устройств защиты от ураганных ветров. Вертикально-осевые модификации имеют малый КПД, но стабильно работают без механизма слежения за направлением ветра. При этом такие ветродвигатели отличаются малым уровнем шумов, исключают эффект «разноса» в условиях сильных ветров, достаточно компактны.
Самодельные ветровые генераторы
Изготовление «ветряка» собственными руками — задача вполне решаемая. Причём конструктивный и рациональный подход к делу поможет свести до минимума неизбежные финансовые траты. В первую очередь стоит набросать проект, провести необходимые расчёты балансировки и мощности. Эти действия будут не просто залогом успешной постройки ветряной электростанции, но также залогом сохранения в целостности всего приобретенного оборудования.
Начать рекомендуется с постройки микро-ветряка, мощностью в несколько десятков ватт. В дальнейшем полученный опыт поможет создать более мощную конструкцию. Создавая домашний ветряной генератор, не стоит делать упор на получение качественного электричества (220 В, 50 Гц), так как этот вариант потребует существенных финансовых вложений. Разумнее ограничиться использованием изначально полученного электричества, которое можно успешно применять без преобразования для иных целей, к примеру, для поддержки систем отопления и горячего водоснабжения, построенных на электронагревателях (ТЭН) — такие приборы не требуют стабильного напряжения и частоты. Это делает возможным создавать простую схему, работающую напрямую от генератора.
Скорее всего, никто не будет утверждать, что отопление и горячее водоснабжение в доме по значимости уступают бытовой технике и осветительным приборам, для питания которых зачастую стремятся устанавливать домашние ветряки. Устройство ВЭУ именно с целью обеспечения дома теплом и горячей водой — это минимальные затраты и простота конструкции.
Обобщенный проект домашней ВЭУ
Конструктивно домашний проект во многом повторяет промышленную установку. Правда, бытовые решения зачастую базируются на вертикально-осевых ветродвигателях и комплектуются низковольтными генераторами постоянного тока. Состав модулей бытовой ВЭУ при условии получения качественного электричества (220 В, 50 Гц):
- ветродвигатель;
- устройство ориентации по ветру;
- мультипликатор;
- генератор постоянного тока (12 В, 24 В);
- модуль заряда аккумуляторных батарей;
- аккумуляторные батареи (литий-ионные, литий-полимерные, свинцово-кислотные);
- преобразователь постоянного напряжения 12 В (24 В) в переменное напряжение 220 В.
Bетрогенератор PIC 8-6/2.5
Как это работает? Просто. Ветер крутит ветродвигатель. Крутящий момент передается через мультипликатор на вал генератора постоянного тока. Полученная на выходе генератора энергия через зарядный модуль аккумулируется в батареях. От клемм аккумуляторных батарей постоянное напряжение 12 В (24 В, 48 В) подается на преобразователь, где трансформируется в напряжение, пригодное для питания бытовых электрических сетей.
О генераторах для домашних «ветряков»
Большинство бытовых конструкций ветровых установок , как правило, конструируются с применением малооборотных электродвигателей постоянного тока. Это самый простой вариант генератора, не требующий модернизации. Оптимально — электродвигатели с постоянными магнитами, рассчитанные на питающее напряжение порядка 60-100 вольт. Имеется практика применения автомобильных генераторов, но для такого случая требуется внедрение мультипликатора, так как автогенераторы выдают нужное напряжение только на высоких (1800-2500) оборотах. Один из возможных вариантов — реконструкция асинхронного двигателя переменного тока, но также достаточно сложный, требующий точных расчётов, выполнения токарных работ, установки неодимовых магнитов в области ротора. Есть вариант для трехфазного асинхронного двигателя с подключением конденсаторов одинаковой емкости между фазами. Наконец, существует возможность изготовления генератора с нуля собственными руками. Инструкций на этот счёт имеется масса.
Вертикально-осевой самодельный «ветряк»
Достаточно эффективный и главное недорогой ветрогенератор можно соорудить на основе ротора Савониуса. Здесь в качестве примера рассматривается микро-энергетическая установка, мощность которой не превышает 20 Вт. Однако этого устройства вполне достаточно, например, для обеспечения электрической энергией некоторых бытовых приборов, работающих от напряжения 12 вольт.
Набор деталей:
- Лист алюминиевый толщиной 1,5-2 мм.
- Труба пластиковая: диаметр 125 мм, длина 3000 мм.
- Труба алюминиевая: диаметр 32 мм, длина 500 мм.
- Двигатель постоянного тока (потенциальный генератор), 30-60В, 360-450 об/мин, к примеру, электродвигатель модели PIK8-6/2.5.
- Контроллер напряжения.
- Аккумулятор.
Изготовление ротора Савониуса
Из алюминиевого листа вырезаются три «блина» диаметром 285 мм. По центру каждого просверливаются отверстия под алюминиевую трубу 32 мм. Получается что-то подобное компакт-дискам. От пластиковой трубы отрезаются два куска длиной по 150 мм и разрезаются пополам вдоль. Результат — четыре полукруглых лопасти 125х150 мм. Все три алюминиевых «компакт-диска» надеваются на трубу 32 мм и закрепляются на расстоянии 320, 170, 20 мм от верхней точки строго горизонтально, образуя два яруса. Между дисками вставляются лопасти, по две штуки на ярус и закрепляются строго одна против другой, образуя синусоиду. При этом лопасти верхнего яруса смещаются относительно лопастей нижнего яруса на угол 90 градусов. В итоге получается четырехлопастной ротор Савониуса. Для крепежа элементов можно использовать заклепки, саморезы, уголки или применить другие способы.
Соединение с двигателем и установка на мачту
Вал двигателей постоянного тока с указанными выше параметрами обычно имеет диаметр не более 10-12 мм. Для того чтобы соединить вал двигателя с трубой ветродвигателя, в нижнюю часть трубы запрессовывается латунная втулка, имеющая требуемый внутренний диаметр. Сквозь стенку трубы и втулки просверливается отверстие, нарезается резьба для вкручивания стопорного винта. Далее труба ветродвигателя надевается на вал генератора, после чего соединение жестко фиксируется стопорным винтом.
Оставшаяся часть пластиковой трубы (2800 мм) — это мачта ветроустановки. Генератор в сборе с колесом Савониуса монтируются наверху мачты — просто вставляется внутрь трубы до упора. В качестве упора используется металлическая дисковая крышка, закрепленная на переднем торце мотора, имеющая диаметр несколько больший диаметра мачты. На периферии крышки просверливаются отверстия для крепления растяжек. Так как диаметр корпуса электродвигателя меньше внутреннего диаметра трубы, для выравнивания генератора по центру применяются прокладки либо упоры. Кабель от генератора пропускается внутри трубы и выводится через окно в нижней части. Необходимо учесть при монтаже исполнение защиты генератора от воздействия влаги, используя для этого герметизирующие прокладки. Опять же с целью защиты от осадков, выше соединения трубы ветродвигателя с валом генератора можно установить зонт-колпак.
Установка всей конструкции выполняется на открытой хорошо обдуваемой площадке. Под мачту выкапывается яма глубиной 0,5 метра, нижняя часть трубы опускается в яму, конструкция выравнивается растяжками, после чего яма заливается бетоном.
Контроллер напряжения (простое зарядное устройство)
Изготовленный ветряной генератор, как правило, не способен выдавать напряжение 12 вольт по причине низкой частоты вращения. Максимальная частота вращения ветродвигателя при скорости ветра 6-8 м/сек. достигает значения 200-250 об/мин. На выходе удается получить напряжение порядка 5-7 вольт. Для заряда аккумулятора требуется напряжение 13,5-15 вольт. Выход из положения — применение простого импульсного преобразователя напряжения, собранного, допустим, на основе регулятора напряжения LM2577ADJ. Подавая на вход преобразователя 5 вольт постоянного тока, на выходе получают 12-15 вольт, что вполне достаточно для заряда автомобильного аккумулятора.
Готовый преобразователь напряжения на LM2577
Данный микро-ветрогенератор, безусловно, можно совершенствовать. Увеличить мощность турбины, изменить материал и высоту мачты, добавить преобразователь постоянного напряжения в переменное сетевое напряжение и т. д.
Горизонтально-осевая ветреная электроустановка
Набор деталей:
- Пластиковая труба диаметром 150 мм, алюминиевый лист толщиной 1,5-2,5 мм, деревянный брусок 80х40 длиной 1 м, сантехнические: фланец — 3, уголок — 2, тройник — 1.
- Электродвигатель постоянного тока (генератор) 30-60 В, 300-470 об/мин.
- Колесо-шкив для двигателя диаметром 130-150 мм (алюминий, латунь, текстолит и т. п.).
- Стальные трубы диаметром 25 мм и 32 мм и длиной соответственно 35 мм и 3000 мм.
- Зарядный модуль для аккумуляторов.
- Аккумуляторы.
- Преобразователь напряжения 12 В — 120 В (220 В).
Изготовление горизонтально-осевого «ветряка»
Пластиковая труба необходима для изготовления лопастей ветродвигателя. Отрезок такой трубы, длиной 600 мм, разрезается вдоль на четыре одинаковых сегмента. Для ветряка требуются три лопасти, которые изготавливаются из полученных сегментов путем среза части материала по диагонали на всю длину, но не точно с угла на угол, а от нижнего угла к верхнему углу, с небольшим отступом от последнего. Обработка нижней части сегментов сводится к формированию крепёжного лепестка на каждом из трёх сегментов. Для этого по одному краю вырезается квадрат размером примерно 50х50 мм, а оставшаяся часть служит крепежным лепестком.
Лопасти ветродвигателя закрепляются на колесе-шкиве с помощью болтовых соединений. Шкив насаживается непосредственно на вал электродвигателя постоянного тока — генератора. В качестве шасси ветродвигателя используется простой деревянный брусок сечением 80х40 мм и длиной 1 м. Генератор устанавливается на одном конце деревянного бруска. На другом конце бруска монтируется «хвост», изготовленный из листа алюминия. В нижней части бруска, крепится металлическая труба 25 мм, предназначенная исполнять роль вала поворотного механизма. В качестве мачты используется трехметровая металлическая труба 32 мм. Верхняя часть мачты является втулкой поворотного механизма, куда вставляется труба ветродвигателя. Опора мачты изготавливается из листа толстой фанеры. На этой опоре, в виде диска диаметром 600 мм, собирается конструкция из сантехнических деталей, благодаря которой, мачту можно легко поднимать или опускать, либо монтировать — демонтировать. Для крепления мачты применяются растяжки.
Вся электроника ветряной установки монтируется отдельным модулем, интерфейс которого предусматривает подключение аккумуляторов и потребительской нагрузки. В состав модуля входит контроллер заряда батарей и преобразователь напряжения. Подобные устройства можно собирать самостоятельно при наличии соответствующего опыта, либо приобретать на рынке. В продаже имеется множество разных решений, позволяющих получить нужные выходные значения напряжений и токов.
Комбинированные ВЭУ
Комбинированные ВЭУ — серьезный вариант домашнего энергетического модуля. Собственно, комбинация предполагает объединение в единой системе ветряного генератора, солнечной батареи, дизельной или бензиновой электростанции . Комбинировать можно всячески, исходя из возможностей и потребностей. Естественно, когда имеет место вариант — три в одном, это наиболее эффективное и надежное решение.
Также под комбинацией ВЭУ предполагается создание ветроэнергетических установок, имеющих в своём составе сразу две разные модификации. Например, когда в одной связке работают ротор Савониуса и традиционная трехлопастная машина. Первая турбина работает при малых скоростях ветрового потока, а вторая только при номинальных. Тем самым сохраняется эффективность установки, исключаются неоправданные энергетические потери, а в случае с асинхронными генераторами компенсируются реактивные токи.
Комбинированные системы — это варианты технически сложные и затратные для домашней практики.
Расчёт мощности ветряной домашней электростанции
Для расчёта мощности ветряного генератора горизонтально-осевого исполнения можно пользоваться стандартной формулой:
- N = p · S · V3 / 2
- N — мощность установки, Вт
- p — плотность воздуха (1,2 кг/м 3)
- S — продуваемая площадь, м 2
- V — скорость потока ветра, м/сек
Например, мощность установки, обладающей максимальным размахом лопастей 1 метр, при скорости ветра 7 м/сек., составит:
- N = 1,2 · 1 · 343 / 2 = 205,8 Вт
Приближенный расчёт мощности ВЭУ, созданной на основе ротора Савониуса можно посчитать, используя формулу:
- N = p · R · H · V3
- N — мощность установки, Вт
- R — радиус рабочего колеса, м
- V — скорость ветра, м/сек
К примеру, для упомянутой в тексте конструкции ветроэнергетической установки с ротором Савониуса, значение мощности при скорости ветра 7 м/сек. будет составлять:
- N = 1,2 · 0,142 · 0,3 · 343 = 17,5 Вт
Ветер является чистым источником недорогой энергии, которую довольно легко получить. По нашему мнению, каждый сам в праве выбирать, откуда получать электричество. Для этих целей нет ничего более практичного и действенного, чем постройка ветряного генератора своими руками из подручных материалов.
Общая схема ветрогенератора
Ветрогенератор в сборе
Большинство инструментов и материалов, упомянутых в этой инструкции, можно приобрести в хозяйственном магазине. Также, настоятельно рекомендуем Вам поискать указанные ниже компоненты у торговцев подержанным товаром или на местной свалке.
Вопрос безопасности имеет для нас наивысший приоритет. Ваша жизнь является гораздо более ценной, нежели дешевый источник электричества, поэтому соблюдайте все правила техники безопасности, связанные с постройкой ветряка. Быстровращающиеся детали, электрические разряды и резкие погодные условия могут сделать ветрогенератор довольно опасным.
Конструкция данного ветрогенератора для дома проста и эффективна, при этом он быстро и легко собирается. Использовать энергию ветра Вы можете без каких бы то ни было ограничений.
Комплектующие ветрогенератора
В данной инструкции используется электродвигатель постоянного тока от беговой дорожки (питание 260V, 5A), с присоединенной к нему нарезной втулкой 15 см. При скорости ветра около 48 км/ч, выходной ток достигает 7 А. Это небольшой, простой и дешевый агрегат с которым вы можете начать освоение энергии ветра.
Вы можете использовать любой другой двигатель постоянного тока, который выдает не меньше 1V на 25 об/мин и может работать при более чем 10 амперах. Если это необходимо, можно изменить список требуемых компонентов (к примеру, найти втулку отдельно от двигателя – полотно циркулярной пилы с валовым переходником на 1,6 см подойдет для этих целей).
Инструменты для сборки ветрогенератора
Дрель
- Сверла (5,5 мм, 6,5 мм, 7,5 мм)
- Электролобзик
- Газовый ключ
- Отвертка с плоским шлицем
- Разводной ключ
- Тиски и/или струбцина
- Инструмент для снятия изоляции с кабеля
- Рулетка
- Маркер
- Циркуль
- Транспортир
- Метчик для нарезания резьбы на 1/4"х20
- Помощник
Материалы для сборки ветрогенератора
Несущая планка:
- Труба квадратного сечения 25х25 мм (длина 92 см)
- Маскирующий фланец на трубу 50 мм
- Патрубок 50 мм (длина 15 см)
- Саморезы 19 мм (3 шт.)
Примечание: если у Вас есть возможность воспользоваться сварочным аппаратом, то приварите отрезок 50 мм трубы длиной 15 см квадратной трубе, без использования фланца, патрубка и саморезов.
Двигатель:
Двигатель постоянного тока от беговой дорожки (питание 260V, 5A) с присоединенной к нему нарезной втулкой 15 см
Диодный мост (30 – 50 А)
Болты для двигателя 8х19 мм (2 шт.)
Отрезок полихлорвиниловой трубы 7,5 см (длина 28 см)
Хвостовик:
Квадратный кусок жести 30х30см
Саморезы 19 мм (2 шт.)
Лопасти:
Отрезок полихлорвиниловой трубы 20 см длиной 60 см (если она устойчива к ультрафиолетовому излучению, вам не придется ее красить)
Болты 6х20 мм (6 шт.)
Шайбы 6 мм (9шт.)
Листы бумаги А4 (3 шт.)
Скотч
Сборка ветрогенератора
Вырезание лопастей – у нас получится три набора лопастей (всего девять штук) и тонкая полоска отходов.
Поместите нашу ПВХ трубу длиной 60 см на плоскую поверхность вместе с отрезком трубы квадратного сечения (можно использовать любой другой достаточно длинный предмет с ровной кромкой). Плотно прижмите их друг к другу и проведите на ПВХ трубе линию в месте их соприкосновения по всей ее длине. Эту линию назовем А.
Сделайте отметки с каждого конца линии А, отступив от края трубы по 1-1,5 см.
Склейте вместе три листа бумаги формата А4 так, чтобы они образовали длинный прямой кусок бумаги. Вам предстоит обернуть им трубу, прикладывая по очереди к только что сделанным отметкам на ней. Убедитесь, что короткая сторона куска бумаги плотно и ровно прилегает к линии А, а длиная - ровно перекрывается в тех местах, где идет внахлест сама с собой. С каждого конца трубы проведите линию вдоль края бумаги. Назовем одну из этих линий В, другую – С.
Возьмите трубу так, чтобы конец трубы, ближайший к линии В смотрел вверх. Начните там, где линии А и В пересекаются и делайте отметки на линии В каждые 145 мм, двигаясь влево от линии А. Последний отрезок должен получиться длиной около 115 мм.
Переверните трубу вверх тем концом, который является ближайшим к линии С. Начните с точки, где линии А и С пересекаются, и также наносите отметки на линии С каждые 145 мм, но двигаться нужно вправо от линии А.
При помощи квадратной трубки соедините линиями соответствующие друг другу точки на противоположных концах ПВХ трубы.
Разрежьте трубу вдоль по этим линиям, используя электролобзик, таким образом, чтобы у Вас получилось четыре полоски шириной 145 мм и одна – около 115 мм.
Разложите все полоски внутренней поверхностью трубы вниз.
Сделайте на каждой полоске отметки по узкой стороне с одного конца, отступая с левого края 115 мм.
Повторите то же самое с другого конца, отступая по 30 мм с левого края.
Соедините эти точки линиями, пересекая полоски разрезанной трубы по диагонали. Распилите пластик по этим линиям при помощи лобзика.
Полученные лопасти положите внутренней поверхностью трубы вниз.
Сделайте на каждой отметку по линии диагонального распила на расстоянии 7,5 см от широкого конца лопасти.
Сделайте другую отметку на широком конце каждой лопасти на расстоянии 2,5 см от длинной прямой кромки.
Соедините эти точки линией и отрежьте получившийся уголок по ней. Это предохранит лопасти от заламывания побочным ветром.
Обработка лопастей ветрогенератора
Вы должны обработать шкуркой лопасти для того, чтобы добиться нужного профиля. Это повысит их эффективность и, также, сделает их вращение более тихим. Передняя кромка должна быть закруглена, а задняя должна быть заостренной. Для уменьшения шума любые острые углы должны быть скруглены.
Вырезание хвостовика
Размеры хвоста не имеют решающего значения. Вам нужен кусок легкого материала размером 30х30 см, желательно металла (жести). Вы можете придать хвостовику любые очертания, главным критерием является его жесткость.
Сверление отверстий в трубе квадратного сечения – используйте сверло 7,5 мм.
Поместите двигатель на передний конец квадратной трубы таким образом, чтобы втулка выступала за край трубы, и отверстия под крепежные болты смотрели вниз. Отметьте положение отверстий на трубе и просверлите трубу в отмеченных местах насквозь.
Отверстия в маскирующем фланце – этот момент будет описан ниже, в разделе данной инструкции, посвященном монтажу, так как эти отверстия определяют баланс конструкции.
Сверление отверстий в лопастях
- используйте сверло 6,5 мм.
Отметьте два отверстия на широком конце каждой из трех лопастей вдоль их прямой (задней) кромки. Первое отверстие должно быть на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 13 мм от нижнего края лопасти. Второе – на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 32 мм от нижнего края лопасти.
Просверлите эти шесть отверстий.
Сверление и нарезание отверстий во втулке – используйте сверло 5,5 мм и метчик на 1/4".
Двигатель от беговой дорожки поставляется с прикрепленной к нему втулкой. Чтобы снять ее, плотно зафиксируйте плоскогубцами вал, выступающий из втулки, и поверните втулку по ходу часовой стрелки. Она отвинчивается по часовой стрелке, именно поэтому лопасти вращаются против хода часовой стрелки.
Сделайте шаблон втулки на листе бумаги, используя циркуль и транспортир.
Отметьте три отверстия, каждое из которых находится на расстоянии 6 см от центра круга и на равном расстоянии друг от друга.
Поместите этот шаблон на втулку и набейте на ней предварительные отверстия сквозь бумагу в отмеченных местах.
Просверлите эти отверстия сверлом 5,5 мм.
Нанесите на них резьбу метчиком 1/4"х20.
Прикрутите лопасти к втулке болтами 1/4«х20 мм. В этот момент внешние, близкие к границам втулки отверстия еще не просверлены.
Измерьте расстояние между прямыми кромками кончиков каждой лопасти. Отрегулируйте их так, чтобы они были равноудалены. Наметьте и набейте каждое отверстие на втулке сквозь каждую лопасть.
Сделайте отметки на каждой лопасти и втулке, чтобы Вы не перепутали места крепления каждой из них на более поздней стадии сборки.
Скрутите лопасти с втулки, просверлите и нанесите резьбу на эти три внешних отверстия.
Изготовление защитного рукава для двигателя.
Проведите на нашем отрезке ПВХ трубы диаметром 7,5 см вдоль ее длины две параллельные линии на расстоянии 2 см друг от друга. Разрежьте трубу по этим линиям.
Срежьте один из концов трубы под углом 45°.
Поместите остроносые плоскогубцы в образовавшуюся прорезь и осматривайте трубу сквозь нее.
Убедитесь, что отверстия под болты на двигателе отцентрированы по середине прорези в ПВХ трубе и поместите двигатель в трубу. С помощником сделать это намного легче.
Монтаж
Поместите двигатель на трубу квадратного сечения и прикрутите его к ней, используя болты 8х19 мм.
Разместите диод на квадратной трубе за двигателем на расстоянии 5 см от него. Прикрутите его к трубе саморезом.
Присоедините черный провод выходящий из двигателя к “плюсовому” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “плюса”).
Присоедините красный провод выходящий из двигателя к “отрицательному” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “минуса”).
Разместите хвостовик так, чтобы конец квадратной трубы, противоположный тому на котором размещен двигатель, проходил по его центру. Прижмите хвост к трубе при помощи струбцины или тисков.
Прикрутите хвостовик к трубе при помощи двух саморезов.
Разместите все лопасти на втулке таким образом, чтобы все отверстия совпали. Используя болты 6х20 мм и шайбы, прикрутите лопасти к втулке. Для трех отверстий внутреннего круга (ближайших к оси втулки) используйте по две шайбы, по одной с каждой стороны лопасти. Для трех остальных используйте по одной (со стороны лопасти, ближайшей к головке болта). Туго затяните.
Надежно зафиксируйте вал двигателя (который проходил через отверстие во втулке) плоскогубцами и, надев втулку, поворачивайте ее против хода часовой стрелки, пока она не закрутится до конца.
При помощи газового ключа плотно прикрутите патрубок 50 мм к маскирующему фланцу.
Зажмите патрубок в тисках так, чтобы фланец был расположен горизонтально над губками тисков.
Расположите квадратную трубу, несущую на себе двигатель и хвостовик, на фланце и добейтесь ее идеально сбалансированного положения.
После достижения сбалансированности сделайте метки на квадратной трубе сквозь отверстия во фланце.
Просверлите эти два отверстия, используя сверло 5,5 мм. Возможно, придется скрутить для этого хвост и втулку, чтобы они не мешали Вам.
Прикрутите несущую квадратную трубу к фланцу двумя саморезами.
В связи с постоянно растущими ценами на электричество, все большее количество владельцев частных домов и дачных участков задумываются об установке источников альтернативного электропитания. Ветряки для дома своими руками являются отличным решением, как для выработки дополнительного электричества, что сможет снизить счета за коммунальные услуги, так и для обеспечения бесперебойным питанием загородные дома, к которым не подключили энергосети
Территория Россия, благодаря преимущественно равнинной местности и обширной площади, круглый год омывается большим количеством ветров, другое дело, что потенциал силы ветра оставляет желать лучшего, так как ветер чаще всего медленный и слабый. Другое дело – это необжитые территории России, где ветры гораздо большей силы. В любом случае, установка ветрогенератора даже при слабых ветрах, сможет обеспечить дом своего хозяина бесперебойной, и главное – бесплатной энергией.
Какой мощности выбрать ветрогенератор?
Первое, что стоит запомнить – ветряки для дома, как и любые другие источники альтернативного электричества, не смогут производить колоссальное количество электроэнергии. Многие начинающие конструкторы стремятся создать максимально мощный ветрогенератор, который сможет обеспечить электричеством не только освещение на дачном участке или зарядить аккумуляторные батареи, но также будет поддерживать абсолютно все электропитания дома, включая нагрев бойлера и отопительных систем. В принципе, это вполне возможно, если построить ветровой генератор мощностью более 2 киловатт модели W-HR2. Для строительства такого промышленного ветряка необходимы огромное количество денег, сил и расчетов. Соорудить его в одиночку непрофессионалу практически невозможно.
Оптимальным решением будет установка ветрогенератора мощностью до 500 ватт, этого вполне достаточно для обеспечения электроэнергией маленького загородного участка, а при необходимости большей мощности, всегда можно соорудить еще несколько ветряков и создать из них единую электростанцию.
Со стороны может показаться, что показатели несколько завышены, но не стоит забывать, что 4 м/с – это обычная скорость ветра на равнинной территории и чаще всего он достигает порывов выше, чем данная отметка. А чем больше скорость ветра, тем больше дает энергии самодельный ветряк.
Выбираем тип ветроколеса
Именно ветряное колесо является самым важным элементом всей конструкции, так как за счет его движения энергия ветра преобразовывается в механическую.
Самые популярные типы ветроколеса:
- Парусные
- Крыльчатые
Преимущества парусного ветроколеса заключается в их дешевизне и простоте установке: достаточно на лопасти прикрепить парусный материал и разместить под небольшим углом к ветру, такая конструкция будет в точности повторять старинные ветряные мельницы. К ее недостаткам относится большое аэродинамическое сопротивление воздушному потоку, который будет возрастать при ветре, идущем диагонально относительно лопастей.
Намного более эффективными являются лопасти крыльчатого типа, они немного дороже и сложнее в изготовлении, но устойчивы к силам трения или аэродинамическим потерям. Именно поэтому крылья самолетов имеют похожую форму. К дополнительным преимуществам крыльчатых лопастей относят небольшую затрату материалов для их изготовления, для сравнения можно привести вертикально осевой тип лопастей, чья эффективность будет сравнима с крыльчатыми, но при этом будет гораздо больший расход материалов.
Оптимальное количество лопастей на ветроколесе
При создании ветряков для дома своими руками можно сэкономить на материалах и обойтись всего 2-3 лопастями, но данное решение будет чревато несколькими неприятными моментами:
- Чем меньше лопастей, тем они быстрее вращаются и создают лишнюю центробежную нагрузку на ветрогенератор, что может привести к поломке мачты и узлов крепления ветряка
- При высокой частоте оборотов ветроколесу приходиться противодействовать большой силе трения воздуха, которые могут привести к разрушению лопастей. Поэтому лопасти приходиться изготавливать из крепких и дорогостоящих материалов
- Высокий шум при работе
Исходя из всего вышеперечисленного, наиболее оптимальным числом лопастей будет 5 или 6. Когда определились с количеством лопастей, нужно определиться с диаметром ветроколеса исходя из данных таблицы выше. Следует учитывать, что чем больше длина лопастей, тем массивней конструкция, следовательно придется дополнительно укреплять ветряк и проводить работы по уравновешиванию винта. Наиболее оптимальный диаметр ветроколеса – это 2 метра.
Конечно, чем больше лопастей, тем большая эффективность ветрогенератора, но вместе с тем усложняется и общая конструкция ветряка и будет необходима установка дополнительного редуктора.
Выбираем генератор
При выборе генератора необходимо отталкиваться от скорости вращения ветроколеса. Ниже в таблице приведено количество оборотов зависимости от скорости ветра для ветроколеса с 6 лопастями.
Исходя из данных выше, наилучшим выбором будет веломотор или электродвигатель от ленточного накопителя данных. Преимущество таких двигателей в том, что они имеют низкие рабочие обороты и смогут раскрутить ветряк без установки редуктора.
Создаем ветровые генераторы для дома своими руками
При изготовлении ветрогенератора будем придерживаться данной таблицы. Конечно, способы крепления и расположение узлов может быть несколько изменено, но в целом, для создания эффективного ветряка лучше не отступать от представленной конструкции.
Примечание: Расстояние между мачтой и лопастями должно быть не менее 25 см, если меньше, то есть вероятность того, что лопасти прогнувшись под ветром разобьются о мачту.
Изготовление лопастей
Лучше всего крылья для ветряка вырезать из толстостенной ПВХ трубы. Конечно, можно изготовить лопасти из древесины, но это гораздо более трудозатратно, а также древесина может прийти в негодность под воздействием влаги.
Для лопастей следует использовать трубы с толщиной не менее 4 мм, иначе они будут без проблем прогибаться под ветром и быстро придут в негодность.
Высчитывание оптимальной формы лопастей чаще всего проводится эмпирическим путем при вырезании нескольких образцов разного размера. Но такой способ требует затрат времени и приводит к излишнему переводу материала. Поэтому мы предоставляем Вам ниже шаблон лопасти для трубы диаметром 16 см и длинной в 1 метр.
После того, как вы вырежете 6 лопастей по шаблону, необходимо максимально отполировать их поверхность и сточить края, чтобы они меньше сопротивлялись воздушному потоку.
Теперь изготавливаем головку электродвигателя, к которой будут крепиться лопасти. Для этого берем диск из стали толщиной не более 10 мм и привариваем к нему несколько полос длинной до 30 см, на которых высверливаем отверстия для крепления лопастей.
Чтобы повысить эксплуатационные характеристики ветряка, головку электродвигателя обязательно нужно сбалансировать. Для этого головка крепится вертикально в безветренном помещении. Необходимо следить за тем, чтобы ни одна из сторон головки самопроизвольно не двигалась и находилась в неподвижном состоянии. Если заметно движение, то полосы головки стачиваются до того состояния, пока движение не прекратиться при любом положении головки в пространстве.
Закрепляем генератор на раме
Генератор принимает вращательный момент от лопастей и постоянно находится под давлением больших центробежных и гироскопических нагрузок. Чтобы ветряк раньше времени не вышел из строя, генератор следует плотно закрепить на раме. Сама рама представляет собой пластину из метала, на которой располагаются главные узлы ветряка, а также станину из дюралалюминия с резьбовым отверстием. На станину накручивается вал генератора, а для его лучшего крепления следует использовать на конце соединения гайку с контршайбой.
Укрепление ветрогенератора от штормовых ветров
Рассматриваемый нами в этой статье ветряк не обладает высоким числом оборотов и вряд ли будет достигать таких частот вращения, что составляющие ветряка начнут приходить в негодность. Но при частых переменах направления ветра, хвост ветряка будет резко поворачиваться, что может привести к расшатыванию элементов крепления конструкции. Помимо этого, лопасти ветряка при сильном ветре будут сопротивляются поворотам, что вместе с подвижным хвостом ветрогенератора будет создавать высокую нагрузку в месте соединения рамы и генератора.
Чтобы значительно повысить срок службы ветровой электростанции, необходимо устанавливать специальную защиту от сильного ветра. Такой защитой выступает боковая лопатка – простенькое устройство, собираемое из минимума материалов, но удачно зарекомендовавшая себя во множестве ветровых установках.
С помощью боковой лопатки регулируется наклон ветряка по вертикали и при сильном ветре устанавливает лопасти параллельно ветру. То есть при умеренной силе ветра ветряк находится в стандартном положении перпендикулярно относительно земли, но при штормовых воздушных потоках, ветряк складывается на 90 градусов относительно своего рабочего положения, из-за чего его работа прекращается.
Боковая лопатка состоит из небольшой профильной трубы скрепленной с тонкой металлической пластиной, пружины и растяжки располагающейся между лопаткой и хвостом. Растяжка нужна для того, чтобы контролировать угол складывания ветряка.
В лопатке необходимо использовать крепкую пружину из углеродистой стали, которая в крайней точке выдерживает нагрузку до 12 кг. Растяжку изготавливают из тонкого велосипедного троса.
Мачта является опорой для ветряка и на этом этапе ни в коем случае не стоит экономить. Лучше всего будет установить мачту на открытой территории, где в радиусе нескольких десятков метров не будет никаких строений. Сама мачта изготавливается из металличесской водопроводной трубы длинной в 7 метров. Если же возле ветряка находятся строения или деревья, то мачту следует сделать хотя бы на метр выше относительно их уровня. На пути к лопастям ветрового генератора не должно быть никаких препятствий, а иначе КПД ветряка будет значительно меньше ожидаемого.
Ветровой генератор – это массивная конструкция весом в несколько сотен килограмм, поэтому, чтобы он не проседал в почве, его необходимо устанавливать на крепком бетонном фундаменте. Помимо закрепления основы мачты в фундаменте, ветряк дополнительно фиксируется несколькими растяжками из монтажных тросов шириной не менее 5 мм. Растяжки крепятся к мачте хомутов, вытягиваются на максимальную длину и крепятся к колышкам, которые забиваются в землю на глубину не менее метра.
Устанавливать мачту с генератором можно как с помощью автокрана, так и в ручную. Для этого используется противовес, изготовленный из тяжелого деревянного бруса.
Аккумуляторные батареи и электронная система ветряка
Чтобы хранить энергию выработанную ветровой электростанцией, используют небольшие аккумуляторные батареи, емкость которых должна быть не меньше 120 а\ч. Рекомендуется также взять батарею до 300 а/ч, и уже в процессе эксплуатации определить сколько времени необходимо для ее зарядки. На выбор батареи также влияет сфера применения АКБ: если батарея используется для обеспечения электрическом нагревательных приборов, то следует отдать предпочтение более емким аккумуляторам.
Чтобы питать аккумулятором технику работающую при напряжении тока 220 В, необходимо установить специальный инвертор преобразователя напряжения. Инверторы различаются между собой уровнем пиковой мощностью, на которой они могут питать технику. Так, если подключать к АКБ компьютер вместе с монитором, то будет достаточно инвертора рассчитанного на 1000 Вт, если же от аккумуляторной батареи будут работать строительные инструменты, такие как перфоратор, то придется взять инвертор на 2000 Вт.
На рисунке ниже Вы можете видеть простейшую схему для зарядки аккумуляторов ветряком: от генератора идут три вывода, которые подключаются к параллельно идущим трем диодным полумостам. От генератора будет вырабатываться напряжение равное 26 В, поэтому к диодным полумостам будет достаточно последовательно подключить две батареи напряжением 12 В.
Основным преимуществом такой схемы является ее легкость сборки и минимум используемых материалов. Ее недостатком будет то, что при небольших ветрах аккумуляторы практически не будут заряжаться. Процесс зарядки начнется только при ветре в 7 м/с, который не так уж и часто можно встретить на равнинных территориях России.
Как ухаживать за ветрогенератором
Ветряки не требуют включения от внешних источников питания, они полностью автономны, благодаря чему запускаются самостоятельно даже при очень слабом ветре. Ветрогенераторы для дома своими руками могут прослужить десятки лет, для этого следует придерживаться нескольких правил:
- Чтобы металлические компоненты ветровой электростанции не сгнили под атмосферными осадками, их стоит красить каждые 2 года
- Дважды в год смазывать подшипники в генераторе и поворотном узле
- Ветроколесо – самое уязвимое место всей конструкции и может с легкостью разбалансироваться при сильном ветре. Примером разбалансировки может служить излишнее дрожание лопастей. Если дефект ветроколеса был обнаружен, то его следует немедленно снять и провести ремонтные работы
Нередко возникают ситуации, когда электроэнергия в ближайшей линии передач становится недоступной или неоправданно дорогой, и в таких случаях может выручить только самодельный ветряк. Давайте рассмотрим варианты автономного снабжения загородного дома электричеством.
Ветряные генераторы – какая модель лучше?
Очень часто хочется сэкономить на электроэнергии или получить ее там, где еще не проходят вышки ЛЭП. Также возможен вариант, когда просто нет возможности присоединения к этой вышке по причине отсутствия свободной мощности. В любом из перечисленных случаев возникает необходимость найти доступный источник электроэнергии, причем желательно возобновляемый, то есть без применения горючего. Поэтому забудем на время про существование бензиновых и дизельных генераторов и попробуем использовать силу ветра для получения электричества.
Ветряки существуют довольно давно, еще пару столетий назад активно использовались ветряные мельницы. Да, во время штиля от такого приспособления мало толку, а во время бури может отказать даже самый надежный механизм (в лучшем случае). Но при всей своей ненадежности ветровой генератор для дома своими руками изготовить проще всего, он считается наиболее эффективным, особенно если нет доступа к реке с быстрым течением для установки колеса. И следует помнить, что башня ветряка не должна мешать соседям ни шумом, ни вибрацией, ни даже отбрасываемой тенью, согласно правилам строительства жилого дома на участке.
Основных видов ветряков существует только 2: с вертикальной и горизонтальной осью вращения . Мельницы, когда-то используемые повсеместно, относились к механизмам, лопасти которых насаживались на горизонтально ориентированную ось. Также и большинство ветряков сегодня изготавливаются именно по этому принципу, поскольку такой вариант обеспечивает наибольший КПД. Однако ветряные генераторы с вертикальной осью для дома, сделанные своими руками, работают при самом слабом ветре, который не сдвинет лопасти пропеллерных моделей. Для них достаточно легких порывов от 1–2 метров в секунду. Что касается изготовления – гораздо проще сделать вертикальный ветряк, который принимает ветер с любой стороны.
Различают генераторы и по типу лопастей, которые имеются у обоих указанных выше видов. По большей части основным фактором деления по типам является конструкция: жесткая или парусная. Уже в зависимости от того, какой вариант предпочтительнее для конкретной модели, выбирается материал для изготовления лопастей улавливателя ветровых потоков. Это может быть фанера, жесть или тонкая листовая сталь, пластик, композит – для легкой жесткой конструкции, а для парусной подойдет любой гибкий, но прочный материал, включая шелк, баннерную ткань или даже тонкий брезент.
Различия генераторов по форме лопастей – сравнение эффективности
Самый простой вариант горизонтального типа – парусная конструкция, то есть просто расположение плоскостей пропеллера под небольшим углом к плоскости вращения. Жесткие лопасти потребуют точного расчета изгиба их поверхностей, либо добиваться максимальной производительности нужно будет опытным путем. Недостаточное искривление "крыла" даст в итоге понижение КПД из-за плохого захвата воздушного потока, а слишком сильное само будет создавать сопротивление вращению из-за трения о воздух.
Что касается генераторов с вертикальной осью, их улавливатели ветра могут иметь самые разные формы, и разработки новых контуров и изгибов продолжаются постоянно. Самый простой вариант – с лопастями в форме желобов, так называемая конструкция Савониуса. Их количество обычно делают четным – 2 или 4. Хотя бывает и больше, когда изготавливают своими руками самодельные многолопастные вертикальные ветрогенераторы на 30 кВт, с дополнительными статичными экранами на внешнем кольце. Эти экраны направляют и концентрируют ветер на определенные участки расположенного внутри кольца ротора, где установлены непосредственно лопасти. Их, в зависимости от диаметра диска основания, может начитываться от 8 до 16 штук.
Существуют еще ортогональные пропеллеры, которые расположены на вертикально установленных осях и вращаются в горизонтальной плоскости, но их основной недостаток в чрезвычайно низком КПД. Также подобные генераторы не работают при слабых порывах ветра, нужна скорость не менее 4 метров в секунду. И реже всего используются модели ветряков Дорье, в том числе геликоидный, с винтообразным загибом лопастей, дугообразными улавливателями ветра и конструкцией типа "Н". Они надежны и эффективны, но их сложно делать в домашних условиях.
Плюсы и минусы различных типов – разбираем и оцениваем
Как уже было сказано, производительность намного выше у моделей с горизонтальной осью вращения. Однако они нуждаются в сильном ветре, такой обычно бывает на высоте более 10–15 метров, и именно такой длины устанавливают мачту, которую венчает поворотная гондола с лопастями. Еще одним положительным качеством можно считать отсутствие изгибающей нагрузки на вал, которая имеет место у ветряков с вертикальной осью. К минусам же можно отнести тот факт, что у поворотных пропеллерных моделей 2 вала, а значит больше изнашивающихся узлов и выше вероятность поломки.
Что касается вертикальных систем, их достоинства и недостатки зависят от модели. К примеру, ветряки Савониуса наиболее простые и могут быть сделаны для дома своими руками, как из консервной банки, так и из металлической либо пластиковой бочки. Заводятся они при наличии 4 лопастей от самого легкого дуновения ветра, особенно если установлены качественные детали, тогда будет происходить самораскручивание за счет инерции даже при порывистом ветре. Но если лопасти только 2 или 3, самостоятельное вращение невозможно, поэтому ставят 2 таких модуля один на другой, располагая улавливатели ветра каждого под углом 90 градусов по отношению к другому. Парусность у этого типа большая, а потому очень высоко боковое давление на ось при сильном шторме.
У ортогональных ветряков, помимо их малой мощности, имеется еще ряд недостатков. Во-первых, это довольно сильная вибрация из-за неравномерного давления на разные участки лопасти крыловидной формы. Как следствие, быстро портится подшипник, установленный на вертикальном вале. Кроме того, подобные генераторы издают при вращении довольно сильный и неприятный шум, и потому могут стать причиной недовольства соседей на ближайших участках. Геликоидные, если их приобретать готовые, заводской комплектации, обходятся очень дорого, так же, как и многолопастные конструкции, у которых очень большое количество деталей.
Любой ветрогенератор для повышения эффективности может быть установлен в поворачивающейся трубе.
Принцип работы ветряков – как устроена система?
Независимо от типа ветряка, сам по себе он энергию выработать не может, ему нужен генератор, вращение вала которого будет обеспечиваться лопастями. Если у вас конструкция с горизонтальной осью вращения, для передачи движения на вал понадобится редуктор. Далее подключается контроллер, который преобразует получаемое на катушках генератора электричество в постоянный ток, поступающий затем в аккумуляторы. Далее можно подключить светодиодную лампочку, но если вы хотите зарядить какое-нибудь устройство или подключить ноутбук, понадобится еще и инвертор, который преобразует накопленный батареей заряд в переменный ток.
Следует учитывать, что каждое изменение тока с переменного на постоянный, и наоборот, уменьшает итоговое количество энергии на 10–15 %.
Установка с вертикальной осью вращения удобна тем, что у нее вал может быть довольно длинным, и это позволяет поместить генератор в нижней части мачты, то есть в зоне прямого доступа. Нередко в цепь устанавливают автоматический переключатель, в тех случаях, когда ветряк работает в комплексе с солнечными батареями или водяным колесом. Также в некоторых моделях ставят тормоз, который нужен на тот случай, если аккумулятор полностью заряжен. На лопастях ветряков с горизонтальной осью вращения могут быть предусмотрены шарниры, которые складывают улавливатели ветра при шторме. Очень мощный ветрогенератор на 5 киловатт, сделанный своими руками, иногда дополняется поворотным электромотором, который срабатывает от датчика направления потоков воздуха.
Изделие на неодимовых магнитах – краткая инструкция
Доверить сборку ротора и статора для ветряка лучше специалисту, но если вы решили сделать ветряк для частного дома с нуля своими руками, необходимо знать, как изготавливается генератор. Начать следует с основания, для которого лучше всего использовать ступицу автомобиля, поскольку на ней уже есть подшипники. На диск через равные промежутки наклеиваются неодимовые магниты, полюса которых, обращенные лицевой стороной к вам, должны чередоваться. Причем в однофазной модели число разнополюсных сторон должно совпадать. Что касается трехфазных генераторов, там рекомендуется соблюдать пропорции 2:3 или 3:4.
Далее следует заняться наматыванием катушек для статора. Эту задачу тоже лучше доверить специалисту или использовать специальные приспособления, которые помогут справиться с задачей более аккуратно, чем если все делать вручную. Для того чтобы успешно заряжать батарею на 12 Ватт, понадобится суммарное количество витков во всех катушках, равное 1000. В целом для расчета витков можно использовать наиболее простую формулу ω = 44 / (T * S) , где 44 – постоянный коэффициент, Т – индукция Тесла, а S – сечение провода в квадратных сантиметрах. Индукцию Тесла определяем по таблице для различных типов проводников:
Намотанные катушки (им лучше придавать прямоугольную или трапециевидную форму для удобства расположения по кругу) закрепляем клеем на неподвижном основании статора. При этом форма и размеры внутреннего пространства катушки должны соответствовать контурам магнита. То же касается и толщины. Все концы проводников выводим и соединяем так, чтобы получилось два общих пучка "+" и "–". Сердцевины катушек заливаем тем же клеем, что использовался для фиксации, можно им же изолировать полностью провода, уложенные на диск статора. Теперь, если магниты будут при вращении ротора совмещаться с катушками, разность потенциалов полюсов создаст условия для выработки электричества.
Изготовление ветряка на основе готового электромотора
Обычно домашние мастера стараются использовать автомобильные генераторы, однако подходят далеко не все, а только самовозбуждающиеся, например, такие, которые использовались в некоторых моделях тракторов. Большинство же требуют для появления тока наличия подключенного аккумулятора. Однако в качестве основы для ветряка можно использовать и мотор-колесо для самоката или скутера. Это позволит сделать малошумные вертикальные ветрогенераторы на 5 кВт, которые будут иметь очень высокий ресурс за счет простейшей конструкции с минимумом деталей.
Также можно использовать в качестве генератора практически любой электромотор от бытовых станков, главное, чтобы в основе отсутствовали щетки, как, например, в или электродрелях – такие генераторы вам не подойдут. Для маломощного варианта годится и кулер от компьютера, но только для зарядки небольших электронных устройств. Если вы хотите получить вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками, хотя бы на 2 кВт, лучше взять за основу мотор от мощного вентилятора.
