Как сделать мини ветрогенератор своими руками?
Для получения электроэнергии ветряку не нужно топливо или солнечная энергия. Такая особенность заставляет многих задуматься о том, как построить ветрогенератор своими руками, ведь покупка и монтаж готового оборудования обходятся недешево.
Принцип работы и виды ветряного генератора
Самостоятельно сделать ветряк можно только при понимании его устройства. Прообраз этого агрегата — старинная ветряная мельница. При давлении потоков воздуха на ее крылья в движение приходил вал, который и передавал вращающий момент на оборудование мельницы.
В ветряных установках для производства электричества применяется тот же принцип использования энергии ветра для вращения ротора:
- Движение лопастей при воздействии ветра заставляет вращаться первичный вал с редуктором. Крутящий момент передается на вторичный вал (ротор) генератора, снабженный 12 магнитами. В результате его вращения в статорном кольце возникает переменный ток.
- Эта разновидность электроэнергии не может зарядить аккумуляторы без специального устройства — контроллера (выпрямителя). Прибор переводит переменный ток в постоянный, позволяя аккумулировать его, чтобы бытовая техника могла работать без перебоев. Контроллер выполняет и другую функцию: вовремя прекращает зарядку АКБ, а избыток вырабатываемой ветряком энергии переводит в агрегаты, потребляющие большое ее количество (например, к ТЭНам для отопления дома)
- Чтобы обеспечить подачу напряжения в 220 В, ток подается с аккумуляторов в инвертор, а затем уже поступает к точкам потребления электроэнергии.
Чтобы лопасти всегда занимали лучшее положение для взаимодействия с ветром, на крыльчатых устройствах устанавливают хвост, который позволяет повернуть пропеллер к ветру. Заводские модели ветряков имеют тормозные устройства или дополнительные схемы для складывания хвоста либо увода лопастей от ударов ветра при неблагоприятной погоде.
Выделяют несколько видов ветрогенераторов, классифицируя их по количеству и материалу лопастей или шагу винта. Но основное деление происходит по расположению оси или первичного вала:
- Горизонтальный тип подразумевает расположение вала параллельно поверхности земли. Такие генераторы называют крыльчатыми.
- У вертикальных ветряков ось расположена перпендикулярно горизонту, а плоскости расположены вокруг нее. Вертикальные генераторы могут носить наименование ортогональных или карусельных.
Независимо от расположения оси вращения принцип работы агрегата остается одинаковым.
Модели ветряков могут иметь пропеллер либо ветроколесо из 2, 3 или нескольких лопастей. Считается, что многолопастные устройства способны вырабатывать ток при небольшом ветре, а пропеллерам с 2-3 крыльями необходим поток воздуха большей силы. При выборе модели необходимо учесть и важное правило о том, что каждая лопасть создает сопротивление потоку ветра и уменьшает скорость вращения, поэтому раскрутить многолопастное колесо до рабочей скорости достаточно сложно.
Среди разновидностей ветряков встречаются парусные и жесткие. Эти наименования обозначают материал, из которого изготовлены крылья. При самостоятельной сборке парусный тип будет проще и экономичнее, но лопасти из пластичного материала (ткани, пленки и пр.) не отличаются прочностью и износостойкостью.
Вертикальный вариант
Сделать ветрогенератор вертикального типа проще, чем горизонтальный. Конструкция не требует флюгерного устройства, размещается на небольшой высоте (до 2 м). Отзывы тех, кто пользуется вертикальными ВЭУ (ветроэлектрическая установка), свидетельствуют о незначительном шуме при вращении и удобстве обслуживания рабочих узлов агрегатов. Генератор расположен в нижней части конструкции, и техобслуживание можно проводить без проведения высотных работ или опускания мачты на землю.
На верхнем конце оси, одновременно выполняющей роль мачты, устанавливают подшипник. Эта деталь практически не требует ухода и способна служить несколько лет без ремонта.
В отличие от лопастного ветряка вертикальные ВЭУ не требуют установки высокой мачты. Они работают независимо от направления ветра, что упрощает конструкцию подвижной части. Для лопастей компактного ветрогенератора можно использовать трубу из ПВХ большого диаметра (например, канализационную), а для более мощной ВЭУ подойдет тонкая оцинкованная сталь. Эти материалы доступны любому домашнему мастеру и относительно дешевы.
Конструкцию ветрового колеса можно выбрать самостоятельно из множества имеющихся вариантов:
- конструкция Дорнье с 2 плоскими лопастями;
- система Савониуса с 4 полуцилиндрическими крыльями;
- ортогональный многолопастный ветряк с 2 рядами плоскостей;
- геликоидные ВЭУ с изогнутым профилем лопастей.
Все вертикальные ветряки используют принцип агрегата Савониуса. В домашних условиях изготовить лопасти можно из стальных или пластиковых бочек, разрезанных вдоль пополам. Особенность конструкции заключается в том, что КПД агрегата достигает максимума при скорости лопастей в 2 раза меньше скорости ветра. Поэтому не стоит пытаться нарастить обороты для вертикальной ВЭУ.
Как сделать ветряк на даче своими руками
Только последние 100-150 лет ветряки ориентируются на получение электрической энергии. Одной из основных проблем строителей является частая ошибка в изначальных расчетах. Есть также и такие «специалисты», которые без расчетов пытаются построить рабочий качественный ветряк.
Естественно, самым простым способом является покупка готового ветряка с его последующей доставкой и установкой. Но, если посмотреть на современный рынок цен на данные изделия, то далеко не каждый дачник готов позволить выделить такую денежную сумму. К тому же, далеко не каждый дачный участок нуждается в установке дорогостоящего оборудования.
Материалы для изготовления
У хозяйственного человека всегда имеется арсенал железок и агрегатов, которые были добыты из уже списанного оборудования. Ветряки способны работать не только в качестве источников электрического снабжения, но также и выступать в роли зарядных станций.
Хвост ветряка должен быть подпружинен, а трубки устанавливаются шарнирно, длина хвоста составляет 600мм, ширина – 400мм. Ось поворота смещается относительно оси симметрии вентилятора на 100-110мм. Узел поворота следует выполнять с использованием ступичного подшипника автомобиля.
Данная конструкция отводит ветровое колесо при соответствующем изменении силы ветра автоматически в сторону. Такую конструкцию можно установить на крышу либо на грунтовой участок.
Как сделать ветряк на даче — чертеж
То количество энергии, которое не было использовано, накапливается в аккумуляторе. Его желательно выбирать больших мощностей. Замечательно подойдут аккумуляторы от известных тракторов «Беларусь». Цена – как у Вас получится договориться.
Бывают случаи, когда приходится тратить дополнительные деньги на покупку соответствующих деталей для блока управления и инвертора.
Заводские ветряки с небольшой мощностью (около 300 Вт) Вы вряд ли встретите. Самая маленькая мощность рыночного ветряка – от 750 Вт. Русские модели ветряков обойдутся примерно в полторы тысячи долларов. Причем, это мы говорим только о покупке прибора, без учета стоимости контроллера управления, мачты, аккумуляторного блока, инвертора.
Ветряк считается одной из самых перспективных на сегодняшний день систем, которая способна производить электрическую энергию в автономном режиме. Максимально эффективной системой является объединение нескольких ветряков в одну большую цепь с использованием специального пункта компьютерного управления. Это дает прекрасную возможность удаленного управления сразу несколькими установками.
Прежде, чем приступить к установке данного блока, следует произвести соответствующие расчеты. Сначала определите, какой ветровой потенциал местности на участке, где именно планируется возвести автономный источник энергии. Также важно обратить внимание на разработку блок-схемы турбины с учетом характеристик площадки.
Как сделать ветряк на даче — чертеж
Популярная конструкция: ветротурбина, генератор, блоки управления, блоки преобразования, мачта, аккумуляторная батарея, устройство поворота.
Обычно турбина состоит из3-4 лопастей, хотя Вы их можете использовать другое кол-во. Чтобы избежать возникновение частых неполадок и сбоев в работе турбины, применяется аэромеханическая система, которая предназначена для стабилизации частоты.
Характеристики вертикальных ветряков
Сегодня более распространены ветровые генераторы с вертикальной осью вращения. По принципу работы вертикальные ветряки делятся на: тихоходные и быстроходные. Наиболее популярный ветряк вертикального типа – карусельные ветрогенераторы.
У каждой конкретной модели свои мощности и характеристики в работе, но можно выделить усредненный рабочий параметр каждого из них:
1. Значение оптимальной мощности – 1кВт.
2. Устанавливается 2 ветровых модуля.
3. В модельной конструкции нет растяжек.
4. Средняя высота – 12м.
5. Бесшумность в работе.
6. Необходимая минимальная скорость ветра – 3мс.
На сегодняшний день такие установки пользуются большим спросом в США, Японии и Великобритании.
В этих странах производство ветряков ставится на массовые потоки. Вертикальные ветряки также является довольно простыми в эксплуатации, не нуждаются в сложном техническом обслуживании и могут прекрасно справиться даже с частоизменяющимся воздушным потоком.
При возрастании скорости ветра, такая установка может моментально наращивать силу тяги. В результате, скорость вращения оси будет автоматически стабилизироваться. К преимуществам данных установок можно также отнести их бесшумную работу, что позволяет использовать их недалеко от жилых площадей.
Отметим еще ортогональный тип ветряков, который применяется в основном в крупной энергетике. Такие ветряки имеют большой минус в работе – потребность «разбега», т.е. необходимо сначала подвести энергию к устройству, а затем уже запустится сам процесс раскрутки определенных аэродинамических параметров.
Блок управления
Предназначен для стабилизации напряжения заряда аккумулятора, а также ограничения значения тока максимально допустимых значений, стабилизации нагрузки генератора при отсутствии потребителя либо полном заряде аккумулятора. Ниже предоставлена схема, в которой блок управления состоит из 2-ух модулей.
— Первый модуль – импульсный стабилизатор напряжения, служит ограничителем по току в 10% общей емкости аккумулятора, при этом значение напряжения на выходе составляет 14,2В.
— Второй модуль – импульсный коммутатор нагрузки. Если мощность ветряка не используется, а значение напряжения на входе составляет 18В, коммутатор подключит резистор (импульсный режим). В результате произойдет максимальный отбор мощностей.
Как сделать ветряк на даче
Питание потребителя 220В возможно благодаря подключению через обычный автомобильный инвертор. В части освещения планируется переход на светодиоды либо отдельную сеть (напряжение 12В).
Лопасти для ветряка
Специалисты утверждают, что лопасти — одна из основных составляющих частей при конструировании ветряка. Поэтому, о них постараюсь рассказать максимально подробно.
1. Чем длиннее лопасти, тем они будут легче крутиться при слабом ветре, но при этом есть один минус — маленькая скорость кругового вращения.
2. Следует помнить, что на концах лопастей вращение обычно намного сильнее, чем у самого основания, именно поэтому следует рассчитывать отношение скорости вращения лопастей ветряка. По статистике, большинство мельниц имеет среднюю скорость 40 оборотов в минуту.
3. Вот формула для расчетов:
P=k*v^3, где k-постоянная ветряка, v-скорость ветра.
4. Чем Выше будет установлен Ваш ветряк над уровнем, тем большее количество вырабатываемой мощности можно получить из потребляемого ветра. Специалисты рекомендуют использовать расстояние на 6-15 м.
Лопасти для ветряка изготовить самому очень даже легко. Для этого необходимо разрезать трубу на 3 секции. Две из них будут по 150 градусов, а третья, как Вы уже догадались — 60 градусов. Красные линии на рисунке — это линии среза.
В итоге мы получим две большие 150 градусные лопасти, которые будут крутиться практически в любой ветер, но только с маленькой скоростью.
Угол для лопастей. Следующей нашей задачей будет изготовление узла крепления лопастей для ветряка. Вообще, существует очень много способов крепления лопастей. Но я Вам расскажу об одном наиболее эффективном из них. Рекомендую сделать следующее: изготавливать мы будем винт из диска для пилы, поэтому, сначала найдите пилу.
Теперь при помощи дрели проделайте три группы отверстия в этом винте. Смещение отверстий должно быть по 120 градусов каждое, соответственно. Для удобства можете использовать чертежный транспортир.
Да, и еще — т.к. мы будем использовать диск от пилы, то нужно будет еще и избавиться от зубов, расположенных на краях диска. Ведь он может слететь с ветряка и попасть в человека, что крайне опасно. Последствия могут быть самые катастрофические.
Должен получиться вот такой вот верх ветряка:
Изготовление флюгера и шарнира . Теперь нам нужно изготовить платформу для поворота лопастей. Именно на ней и будет установлен генератор. Для изготовления платформы будем использовать квадратную трубу, а также фланец и лист металла, предварительно обрезанный по Вашим расчетам.
Как сделать ветряк на даче
— Тем временем вырезаем из железа хвост для будущего ветряка.
— Теперь делаем пропил вдоль трубы ( для этого используем болгарку).
— Не забудьте также и о чехле для защиты ветряка от плохих погодных условий. Можете использовать пластиковую трубу.
— Теперь крепим все в единое целое, устанавливаем внутрь мотор для ветряка, получаем следующую картину.
Изготовление мачты для ветряка. Мачту можете изготовить по своему усмотрению, я бы посоветовал использовать 4 трубы с переходным креплением:
Как вы поняли, влево ушла та часть мачты, на которую будем крепить ветряк. Получилось!
Теперь давайте сравним текущие цены на рынке оборудования. К примеру, ветряки марки «WIND TURBINE” (не учитываем стоимость мачты, преобразователь и блок управления): мощность 500 Вт 28.500 руб., 2кВт 60.000руб., 3кВт 120.000 руб., 5кВт 180.000 руб.
Если рассмотреть ветряки типа ВЭУ, то цены на них будут на порядок ниже. К примеру, ветровой генератор мощностью в 1 кВт без блока управления, мачты и прочих элементов стоит всего 19.000 руб.
Как видите, покупка такого дорогостоящего оборудования для установки его на даче – крайне сомнительна. Поэтому приходится работать самостоятельно либо обращаться за помощью к специалистам.
Естественно, каждый случай отдельный и нельзя делать один вывод для всех. В некоторые моменты действительно проще купить готовое оборудование и сразу эксплуатировать его.
Ветрогенератор своими руками
Содержание статьи
Из этой статьи Вы узнаете, как изготовить несложный ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Такая ветряная электростанция всегда пригодится в удалённых местах, где нет доступа к бытовой электрической сети, например, на удалённом дачном участке. Конечно, можно использовать бензиновый генератор, но рокот и дым от двигателя внутреннего сгорания вряд ли кому-то придётся по душе, и уж точно это не располагает к отдыху на природе. Кроме того, расходы на бензин будут весьма немаленькими.
Ветряная электростанция сможет заряжать аккумуляторные батареи для автономной работы не сильно мощной бытовой техники и освещения. Впрочем, куда именно тратить полученную энергию, решать Вам.
Производительность:
до 13кВт.
Цена: от 600$.
Производительность: 540кВтЧ/мес.
Цена: от 4500$.
Выходное напряжение 220/380В.
Цена: 5920 грн.
Эта статья рассчитана на любителей в области конструирования ветрогенераторов своими руками, и поэтому в качестве конструкции выбрана максимально простая схема ветряной электростанции. Это будет относительно тихоходный самодельный ветряк (показатель быстроходности Z=3). Такая конструкция является надёжной и безопасной при работе.
Выбор мощности ветряной электростанции
Наверняка многим, кто читает эту статью, не захочется ограничиваться постройкой ветрогенератора для питания холодильника и освещения на даче, а сразу построить такую электростанцию, чтобы запитать ею не только аккумуляторные батареи, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но такая мощная электростанция будет чрезвычайно сложна в изготовлении, ведь усложнение конструкции с ростом мощности возрастает даже не в квадрате, а чуть ли не в кубе!
Как пример ветряной электростанции мощностью всего 2 кВт можно привести промышленный ветрогенератор W-HR2 международной компании AVIC (изображен на фото). Этот ветрогенератор номинальной мощностью 2 кВт имеет ротор диаметром 3,2 м с аэродинамически металлическими лопастями, прочную стальную башню высотой 8 м на массивном железобетонном фундаменте. Монтаж узлов производится при помощи автокрана. Очевидно, что расчет и изготовление подобного ветрогенератора сложно даже для отдельных специализированных фирм, и практически нереально силами одного человека непрофессионала для сооружения такого ветряка своими руками.
Таблица 1. Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 мс
Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м
В табл. 1 показано зависимость мощности ветроколеса крыльчатого типа от его диаметра и количества лопастей. Или другими словами, какой длинны нужно взять лопасти определённого ветроколеса, чтобы получить нужную мощность. Данные в этой таблице основаны на практических испытаниях эксплуатируемых ветрогенераторов, у которых КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) ветроколеса равен 0,35 (профиль среднего качества), КПД генератора имеет значение 0,8 и КПД редуктора — 0,9.
Для кого-то эти данные могут на первый взгляд показаться слишком завышенными. Так, для примера, из табл. 1 видно, что для постройки ветряной электростанции мощностью 500 Вт с тремя лопастями, диаметр ветроколеса должен быть равным 11,48 м. Но не стоит пугаться этой цифры, поскольку данные приведены для слабого ветра 4 м/с. Это обычный ветер для равнинной местности вдали от моря.
При этом с ростом скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рис. показано такую зависимость для электростанции номинальной мощностью 240 Вт. Из графика видно, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Но мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается в 2 3 =8 раз или с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.
В целом, основываясь на практическом опыте можно заключить, что относительно несложный самодельный ветрогенератор будет иметь мощность в пределах 200-500 Вт. Это своего рода «золотая середина». Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный ветрогенератор своими руками, который реально будет работать.
Выбор конструкции ветроколеса
Ветряное колесо — самая важная часть ветрогенератора. Именно оно преобразует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.
Наверняка, всем хорошо знакома форма ветряных колёс старинных ветряных мельниц. Это как раз тот случай исключение, когда всё забытое старое не всегда хорошо. Такие ветроколёса ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Всё потому, что низкие познания в аэродинамике старинных мастеров не позволяли им сконструировать более совершенную конструкцию.
На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы сделать парусную лопасть (1), достаточно просто прикрепить листовой материал к оси, расположив под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такой лопасти она будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Также на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.
Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа (2). При такой форме лопасти, которая похожа на крыло самолёта, потери от трения и разрежения сведены к минимуму. Что касается угла атаки лопасти, то на практике установлено, что наиболее оптимальный угол составляет 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.
Конечно, есть много других интересных типов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но все они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами). Например, установка с ротором Савониуса диаметром 2 метра и высотой 2 метра при тихом ветре 4 м/с будет иметь полезную мощность 20 Вт. Такую же мощность выработает шестнадцатилопастный крыльчатый винт диаметром всего 1 метр.
Поэтому мы не будем «изобретать велосипед» и сразу за основу возьмём конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный КИЭВ при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях.
Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:
— высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Изготовление же лопастей из дерева весьма трудоёмкий процесс.
— известно, что чем быстрее вращаются лопасти, тем больше сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей. Крайне нежелательно делать быстроходные лопасти вогнутыми, они должны иметь форму крыла самолёта. Изготовить же лопасти тихоходного винта гораздо проще для любителя. Нужно сильно «постараться», чтобы сделать лопасть для тихоходного винта из разрезанной трубы с КИЭВ хуже 0,3.
— быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.
— чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с малым числом лопастей (2-3) будет труднее сбалансировать.
Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, для более-менее мощного «ветряка» лучше выбрать число лопастей не менее 5-6.
Теперь основываясь на данных табл. 1, давайте прикинем, какой максимальной длинны лопасти подойдут для изготовления несложной электростанции. Очевидно, шестилопастный винт диаметром 2,5-3 м будет сложен в изготовлении. Представьте себе хотя бы процесс балансировки такого винта и его установку на мачту, которая в свою очередь должна быть довольно прочной, чтобы выдержать вес такого винта и аэродинамические нагрузки. А вот шестилопастный винт диаметром 2 метра или около того будет по силам энтузиасту для изготовления своими руками.
Возможно у кого-то возникнет соблазн, не посчитаться с затратой материалов и ещё больше увеличить количества лопастей для увеличения полезной мощности ветроустановки. Так, при числе лопастей двухметрового винта равным 12 мощность при «свежем» ветре (8 м/с) достигнет почти 500 Вт. Но такое дорогое ветряное колесо получиться слишком тихоходным, а значит, неизбежно потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции.
Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.
Электрический генератор для ветряной электростанции
При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:
где V — скорость ветра, м/с; L — длинна окружности, м; D — диаметр ветроколеса; Z — показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).
Ветрогенератор своими руками для дома: чертежи, поэтапное описание постройки и расчет основных параметров
В наше время объём коммунальных платежей, в том числе за электроэнергию, растёт с каждым годом. Кроме того, в мире осталось ещё много домов, которые невозможно подключить к централизованному электроснабжению. Решением данной проблемы является устройство ветрогенератора.
Подобный источник электроэнергии можно изготовить самостоятельно из подручных материалов. В Интернете можно легко найти подробные инструкции, как правильно сделать ветрогенератор.
Для полноценного обеспечения электричеством частного домовладения потребуется достаточно дорогая установка большой мощности. А ветрогенератор небольшого размера можно использовать, как источник дополнительной энергии для подогрева воды или для наружного освещения.
Краткое содержимое статьи:
Конструкционное решение и принцип действия
Сегодня имеется довольно много чертежей ветрогенераторов своими руками и множество видов данных устройств. Вначале следует рассмотреть конструкцию подобного оборудования.
Как видно на фото самодельных ветрогенераторов, основными составными частями любого являются генератор, лопасти, мачта, аккумулятор и электронный блок.
Принцип действия ветряной турбины следующий: вращение ротора создаёт трёхфазный переменный ток, идущий к накопительной батарее, а далее подающийся к электроприборам.
Движение лопастей обусловлено подъёмной, импульсной и тормозящей силами. В процессе происходит раскручивание маховика и образование в роторе генератора электромагнитного поля, в результате чего воспроизводится электроток.
Типы ветрогенераторных устройств
Ветрогенераторы делятся на устройства промышленного использования и домашние модели.
Другой вид классификации связан с месторасположением оси вращения. Существуют вертикальные и горизонтальные вариации. Среди вертикальных вариантов стоит отметить ротор Савониуса, ротор Дарье и геликоидный ротор.
Разделение горизонтальных ветрогенераторов происходит по числу лопастей. Конструкции такого типа обладают более высоким КПД. К недостаткам относится необходимость устройства флюгера, чтобы определять направление ветра.
Нюансы, которые нужно знать
Если район, в котором расположен ваш дом, находится в безветренной зоне, то вам подойдёт лишь ветрогенератор парусного типа. Для того, чтобы полностью обеспечить здание электричеством, потребуется аккумулятор напряжением 12 В, инверторный генератор, зарядный блок, стабилизатор и выпрямитель.
Лучшее значение мощности самодельных ветрогенераторов – 3-4 кВт. Но такие устройства имеют высокую себестоимость. Плюс всё равно понадобится альтернативный источник электроэнергии. Оборудование большей мощности изготовляется исключительно промышленным способом.
Высокомощностные ветрогенерирующие конструкции производят довольно много шума. Вследствие чего, для частного домовладения разрешена установка лишь сертифицированных устройств, высота которых выше окружающей застройки.
Категорически запрещён монтаж на кровле ветряка даже самой небольшой мощности, ведь работающее оборудование может создать резонанс, что приведёт к разрушению здания.
Помните, что ветрогенераторы представляют потенциальную опасность, поэтому особенно важное значение имеет качество изготовления. Все детали устройства должны быть надёжно и прочно соединены друг с другом.
Из чего можно сделать ветрогенератор в домашних условиях? Это могут быть самые разные подручные материалы. Двигатель можно взять от автомобиля и даже стиральной машинки. Другие детали легко найти в гараже или сарае.
Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора
Ниже я опишу простой пример изготовления маломощного (100-300 Ватт) ветрогенератора из автомобильного генератора, который изготавливал я. ветрогенератор своими руками это вроде-бы легко, но когда начинаешь делать возникает много вопросов, и если на них не найти ответ и делать как получится, то ничего путного н выйдет.
Автомобильный генератор легко поддаётся переделке под низко-оборотный генератор для ветряка, без всяких мультипликаторов и других сложностей. Переделка заключается в перемотке статора, и переделке ротора на неодимовые магниты, делов на пару дней и генератор готов.
Для начала работы понадобится любой авто-генератор, не важно сколько зубов на статоре и от какого автомобиля генератор, можно б/у или сгоревший. Так же понадобятся неодимовые магниты, которые можно поискать в местных магазинах радиодеталей, или заказать в интернете.
Магнитов нужно набрать на 12 или 24 магнитных полюса, в зависимости от того на сколько «зубов» статор. Можно использовать или целые магниты подходящих размеров, например 25*10*6 мм, или брать более мелкие и составлять полюса чтобы заполнить всю свободную площадь на роторе. Чем больше площадь и толщина магнитов, тем мощнее в итоге получится генератор.
Но всему есть придел, и при использовании слишком толстых и мощных магнитов будет большое залипание ротора к зубам статора. А лишнее магнитное поле выйдет за пределы статора и он станет магнитится снаружи, и это магнитное поле не будет участвовать в выработке электро-энергии. В большинстве случаев хватает даже тонких магнитов 20*10*2 мм. Подробнее смотрите как делать и расчёты генераторов в разделах сайта.
Ещё понадобится медный эмаль-провод. Если вы будете использовать магниты с силой притяжения не более 4 кг, то мотать лучше проводом 0,6мм, ну а если магниты по сильнее, то можно толщиной 0,8-1 мм мотать. Чем толще провод, тем в итоге меньше сопротивление обмотки генератора, а значит выше сила тока, но толстым проводом получится намотать меньше витков, от этого будет ниже напряжение. По-этому нужно выбирать что-то среднее, чтобы и зарядка аккумулятора начиналась уже при 200-300 об/м, и мощность генератора была высокой.
К примеру генератор можно намотать проводом 0,3 мм, тогда зарядка начнётся практически сразу как только генератор начнёт вращаться, но сила тока будет очень маленькой, а если вообще не перематывать генератор , то сила тока будет большая, но напряжения не хватит для зарядки аккумулятора, так-как ветер не сможет раскрутить винт ветрогенератора до 2000-3000 об/м. Если будете мотать проводом 0,6-0,8 мм не ошибётесь, это оптимально с магнитами 25*10*6 мм / 30*10*5 мм / 30*10*4 мм и пр. При намотке в пазы нужно вкладывать витков как можно больше, чтобы не было промежутков, так войдёт больше витков, и значит напряжение будет выше. Подробнее про расчёт генератора можно прочитать здесь — Расчёт напряжения и мощности генератора
Когда магниты и провод есть можно брать ротор и идти к токарю, чтобы он проточил ротор под магниты. Ротор нужно проточить на толщину магнитов и гильзы. Гильза нужна для замыкания магнитного поля магнитов, это увеличивает мощность и эффективность использования магнитов. Толщина гильзы обычно равна толщине магнитов. Ротор просачивается, и одевается гильза, она или приваривается или заливается эпоксидной смолой.
Кстати готовьтесь к тому что токаря не любят точить роторы авто-генераторов, так-как «крабы» стучат при обработке, а это негативно сказывается на станке. Если токарь не хочет точить «крабы» ротора, то то попросите его выточить новый ротор из цельной болванки, сразу диаметром под магниты. Когда будете точить ротор, то рассчитывайте зазор между магнитами и статором и делайте его 1 мм, например статор авто-генератора от классики внутренним диаметром 89 мм, если магниты толщиной 5 мм, то скидываем 10 мм и 2 мм на зазор, и того в общем диаметр ротора должен быть меньше внутреннего диаметра статора на 12 мм.
В случае с авто-генератором магниты нужно клеить без всякого скоса, которым снижают залипание чтобы ротор страгивался при меньшем усилии. Скос приемлем для асинхронных двигателей так-как там длинный ротор, но у авто-генератора короткий ротор и чтобы добиться ощутимого снижения залипания нужно делать скос на ширину зуб+паз. На таком скосе потеряется 30-40% мощности из-за не эффективного расположения магнитов под скосом.
Магниты на ротор обычно клеят супер-клеем, а потом обматывают скотчем и заливают эпоксидной смолой, я вообще их не приклеиваю, а просто размещаю на роторе через бумажные прокладки между магнитами чтобы они не сдвигались, а потом обматываю скотчем и заливаю эпоксидной смолой.
Как перемотать статор генератора
Новая обмотка мотается не на три зуба, а каждая катушка зуб, и катушек получится не 18 шт., а 36 шт. если статор на 36 зубов. Можно делать всыпную обмотку, то-есть сначала на самодельном станочке намотать все катушки, а потом заправлять их в пазы. Но я мотаю прямо на зубы, предварительно вставляю изоляцию из плотного картона и мотаю прямо на зуб виток витку. Так получается ровнее и плотнее, правда времени надо много на этот кропотливый процесс, но так и меньше меди уходит и сопротивление генератора меньше из-за небольших лобовых частей катушек. Количество витков чем больше влезет тем лучше, чем больше меди, тем эффективнее генератор в общем.
Катушки мотаются по трехфазной схеме, все в одном направлении. Для примера если генератор на18 зубов, первая фаза 1,4,7,10,13,16 зуб, вторая 2,5,8,11,14,17 зуб третья 3,6,9,12,15,18 зуб. После намотки статор обычно пропитывают лаком, а я просто обмазываю эпоксидной смолой. Начала и концы фаз лучше вывести наружу генератора, должно быть шесть проводов, а далее уже соединять звездой или треугольником. Подробнее можно посмотреть здесь о схемах соединения Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора
Соединение обмоток трёх-фазного генератора
Звездой соединяется так: все начала или концы вместе, а оставшиеся три вывода на диодный мост. Звезда дает большее напряжение на тех-же оборотах в сравнении с треугольником, по-этому зарядка начинается раньше, а треугольник дает больший ток, но начало зарядки на более высоких оборотах. Разница между звездой и треугольником по току и напряжению примерно в 1.7 раза.
Треугольником соединяется так: конец первой фазы с началом второй, а конец второй с началом третьей, а конец третьей с началом первой, эти три точки на диодный мост Ларионова, это штатный мост авто-генератора.
Когда с генератором будет окончено, то-есть он работает и генерирует электроэнергию, кстати его покрутить желательно и измерить все данные. У вас должно получится при 300об/м порядка 20-30 вольт в холостую и 2-4 Ампер на АКБ. Если так, то с генератором всё в порядке. Померяйте момент страгивания ротора, если он около 0,2-0.4 Нм то всё хорошо, а если больше, то могут возникнуть проблемы со стартом винта на слабом ветре. Как сделать раму с хвостом и поворотную ось вы наверно и сами додумаете. А вот винт это дело сложное, и о нём немного по подробнее.
Изготовление лопастей ветрогенератора
Самодельные винты для ветрогенераторов небольшой мощности обычно делают из ПВХ труб 110, 160 мм. Я кстати делал ещё и из обычной оцинкованной жести диаметром до 1,2 м, но лучше трубы по прочности и простоте изготовления вроде ничего нет. Хотя можно изготовить деревянные лопасти, или стекло-пластиковые, или купить готовые подобранные под мощность и обороты генератора.
Винты для ветрогенераторов обычно рассчитывают так чтобы получить максимум мощности на определенных ветрах. От формы и геометрии лопасти сильно зависит так называемый КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра). Но в расчёты вдаваться не будем, так-как есть уже готовый рассчитанный винт из ПВХ трубы диаметром1,5 м. На фото данные для изготовления лопастей.
Координаты для вырезания лопасти из трубы
Скриншот из программки для расчёта лопастей из ПВХ труб
Кстати его можно вырезать и из110-й трубы, просто в полтора раза уменьшить размеры, и винт будет прекрасно работать. Но 110-я труба имеет толщину стенки всего 3.2 мм, и на сильном ветру будет проявляться так называемый флаттер — рычание винта на больших оборотах из за прогиба лопастей, поэтому лучше делать из160-й трубы с толщиной стенки 4,9мм, с ней эффект флаттера не наблюдается.
Ниже новые фотографии моего генератора, от скуки решил поэкспериментировать с магнитами ротора, и заодно сделать фотографии ветрогенератора.
Автомобильный генератор
Разобранный генератор, где видно неодимовые магниты, статор и ротор, крышки генератора
Автомобильный генератор
Внешний вид генератора в собранном виде
Переделка автогенератора на магниты
Новый ротор с неодимовыми магнитами
Самодельный ветрогенератор
самодельный ветряк из авто-генератора
Самодельный ветрогенератор
внешний вид ветрогенератора
Конструкция ветряка
самодельная поворотная ось ветряка
ветрогенератор
самодельный ветряк из автомобильного генератора
Далее на фото уже два моих ветряка, правда мачты и ветряки еще не покрашены.
Ветряки на даче
два самодельных ветряка, установлены на дачном участке
На этом пока заканчиваю, подробнее об этих ветряках и о других смотрите в разделах, так-же если кому нужны расчёты предлагаю далее посмотреть другие статьи.
Расчет лопастей из ПВХ труб В статье много готовых, рассчитанных винтов для выбора под ваши ветрогенераторы. А так-же таблицы расчетов. Рассчитанные винты имеют все нужные данные включая координаты лекала лопастей для вырезания из труб.
Расчет складывающегося хвоста Защита ветрогенератора от сильного ветра методом смещения ветроголовки относительно поворотной оси и складывающимя хвостом. Таблицы расчета эксель, а так же формулы и описание принципа работы данной конструкции защиты ветряка от урагана.
Расчет генератора Простой пример расчета основных параметров трехфазного генератора на постоянных магнитах. Я постарался написать как можно понятнее для начинающих процесс расчета и что к чему, от чего зависят параметры генератора.
