Содержание

Как сделать ветряной генератор своими руками

Ветряные электрогенераторы продолжают набирать свою популярность. Ими чаще всего интересуются люди, проживающие в сельской местности и имеющие возможность устанавливать на своих участках столь внушительные конструкции. Но, учитывая высокую стоимость данного оборудования, позволить себе его покупку может далеко не каждый. Давайте посмотрим, как сделать ветрогенератор своими руками и сэкономить деньги на создании собственного альтернативного источника электрической энергии.

Ветрогенератор – источник электроэнергии

Тарифы на коммунальные услуги поднимаются как минимум один раз в год. А если присмотреться, то в некоторые годы та же электроэнергия поднимается в цене два раза – цифры в платежных документах растут как грибы после дождя. Естественно, все это ударяет по карману потребителя, доходы которого не показывают столь устойчивого роста. А реальные доходы, как показывает статистика, показывают тенденцию к падению.

Еще совсем недавно бороться с ростом тарифов на электроэнергию можно было одним простым, но незаконным способом – с помощью неодимового магнита. Это изделие прикладывалось к корпусу расходомера, в результате чего тот останавливался. Но пользоваться данной методикой мы настоятельно не рекомендуем – это небезопасно, незаконно, а штраф при поимке будет таким, что мало не покажется.

Схема была просто великолепная, но впоследствии она перестала работать по следующим причинам:

Контрольный обход

Участившиеся контрольные обходы стали массово выявлять недобросовестных хозяев.

Участились контрольные обходы – по домам ходят представители контролирующих органов;
На счетчики стали наклеиваться специальные стикеры – под действием магнитного поля они темнеют, разоблачая нарушителя;
Счетчики стали невосприимчивыми к магнитному полю – здесь устанавливаются электронные учетные узлы.

Поэтому люди стали уделять внимание альтернативным источникам электроэнергии, например, ветрогенераторам.

Ветряки для дома становятся привычным явлением в районах, где часто дуют ветра. Ветровой электрогенератор использует для выработки электроэнергии энергию ветровых потоков воздуха. Для этого они оснащаются лопастями, которые приводят в движение роторы генераторов. Полученная электроэнергия преобразуется в постоянный ток, после чего передается потребителям или запасается в аккумуляторных батареях.

Ветрогенераторы для частного дома, как самодельные, так и заводской сборки, могут основными или вспомогательными источниками электроэнергии. Вот типичный пример работы вспомогательного источника – он греет воду в бойлере или питает низковольтные домашние светильники, в то время как остальная домашняя техника работает от основной электросети. Также возможна работа как основного источника электричества в домах, не подключенных к электрическим сетям. Здесь они питают:

Люстры и светильники;
Крупную бытовую технику;
Отопительные приборы и многое другое.

Ветрогенератор

Соответственно, для того чтобы обогревать свое жилье, необходимо сделать или приобрести ветряную электростанцию на 10 кВт – этого должно хватить на все нужды.

Ветровая электростанция может питать как традиционные электроприборы, так и низковольтные – они работают от 12 или 24 вольт. Ветряной генератор на 220 В выполняется по схеме с применением инверторных преобразователей с накоплением электроэнергии в аккумуляторах. Ветрогенераторы на 12, 24 или 36 В устроены проще – здесь применяются более простые контроллеры заряда батарей со стабилизаторами.

Самодельный ветрогенератор для дома и его особенности

Прежде чем мы расскажем, как сделать ветряк для получения электричества, поговорим о том, почему нельзя воспользоваться заводской моделью. Заводские ветрогенераторы действительно более эффективнее своих самодельных аналогов. Все, что можно сделать на производстве, будет надежнее того, что можно сделать в кустарных условиях. Это правило работает и в отношении ветрогенераторов.

Самостоятельное изготовление ветрогенератора выгодно своей дешевизной. Заводские образцы мощностью от 3 кВт до 5 кВт обойдутся в 150-220 тыс. рублей, в зависимости от производителя. Столь высокая цена и объясняет недоступность магазинных моделей для большинства потребителей, ведь она влияет и на срок окупаемости – в некоторых случаях он достигает 10-12 лет, хотя некоторые модели «отбивают» себя намного раньше.

Заводские ветряные электростанции для дома более надежные и реже ломаются. Зато каждая поломка может привести к гигантским расходам на запасные узлы. Что касается самоделок, то их легко отремонтировать самостоятельно, так как собираются они из подручных материалов. Этим и оправдывается далеко не самая совершенная конструкция.

Схема самодельного ветрогенератора – основные узлы

Сделать самодельный ветрогенератор в домашних условиях сравнительно легко. Ниже вы можете увидеть простой чертеж, объясняющий расположение отдельных узлов. Согласно этому чертежу, нам необходимо сделать или подготовить следующие узлы:

Схема ветряка

Схема самодельного ветряка.

Лопасти – они могут быть изготовлены из самых разных материалов;
Генератор для ветрогенератора – можно приобрести готовый или сделать самостоятельно;
Хвостовая часть – направляет лопасти по направлению ветра, позволяя добиться максимального КПД;
Мультипликатор – повышает обороты вращения вала (ротора) генератора;
Крепежная мачта – на ней будут удерживаться все вышеперечисленные узлы;
Натяжные тросы – удерживают всю конструкцию и не дают упасть от порывов ветра;
Контроллер заряда, аккумуляторы и инвертор – обеспечивают преобразование, стабилизацию и накопление полученной электроэнергии.

Мы попробуем сделать с вами простой роторный ветрогенератор.

Пошаговая инструкция по сбору ветрогенератора

Деталь генератора

Сделать ветряк из пластиковых бутылок сможет даже ребенок. Он будет весело вращаться под дуновением ветра, издавая шум. Существует гигантское количество всевозможных схем постройки таких ветряков, в которых ось вращения может располагаться как вертикально, так и горизонтально. Электричества такие штуки не дают, зато прекрасно разгоняют кротов на приусадебных участках, которые вредят растениям и повсюду роют свои норки.

Самодельный ветрогенератор для дома чем-то похож на такой вот бутылочный ветряк. Только размерами он побольше, да и конструкцией посерьезней. Но если приделать к такому ветрячку небольшой моторчик, то он сможет стать источником электроэнергии и даже запитать какую-нибудь электрическую штуку, например, светодиод – на большее его мощности не хватит. Глянув на схему такой «игрушки», вы сможете понять, как сделать полноценный ветрогенератор.

Делаем генератор для ветряка

Обмотка

Для того чтобы собрать ветряную электростанцию, нам потребуется генератор, причем с самостоятельным возбуждением. Иными словами, в его конструкции должны присутствовать магниты, наводящие электроэнергию в обмотках. Именно так устроены некоторые электродвигатели, например, в шуруповертах. Но сделать приличный ветрогенератор из шуруповерта не получится – мощность будет просто смешной, хватит максимум на работу небольшой светодиодной лампы.

Сделать ветряную электростанцию из автогенератора тоже не получится – здесь используется обмотка возбуждения, питающаяся от аккумулятора, поэтому он нам не подходит. Из вентилятора бытового у нас получится сделать разве что пугач для птиц, атакующих огород. Поэтому нужно поискать нормальный самовозбуждающийся генератор подходящей мощности. А еще лучше потратиться и приобрести покупную модель.

Давайте посмотрим, как сделать генератор для нашего ветряка своими руками.

Статор – он изготавливается из двух кусков листового металла, раскроенных в форме окружностей диаметром 500 мм. На каждую окружность по краю (немного отступив от края) наклеиваются 12 неодимовых магнитов диаметром 50 мм. Их полюса должны чередоваться. Аналогичным образом готовим вторую окружность, но только полюса здесь должны располагаться со сдвигом;
Ротор – он представляет собой конструкцию из 9 катушек, намотанных медным проводом диаметром 3 мм в лаковой изоляции. В каждой катушке делаем по 70 витков, хотя в некоторых источниках рекомендуется делать по 90 витков. Для размещения катушек необходимо сделать основу из немагнитного материала;
Ось – ее необходимо сделать точно по центру ротора. Причем биений быть не должно, конструкцию нужно тщательно отцентровать, иначе ее быстро разобьет ветром.

Размещаем статоры и ротор – сам ротор вращается между статорами. Между этими элементами выдерживается расстояние 2 мм. Все обмотки мы соединяем по нижеприведенной схеме, чтобы у нас получился однофазный источник переменного тока.

Изготавливаем лопасти

В этом обзоре мы делаем довольно мощный ветрогенератор – его мощность составит до 3-3,5 кВт при сильном ветре или до 1,5 или 2 кВт при ветре средней силы. Причем он получится достаточно бесшумным, в отличие от генераторов на электродвигателях. Далее нужно подумать о расположении лопастей. Мы с вами задумали сделать простой трехлопастной горизонтальный ветрогенератор. Можно было бы подумать и над вертикальным ветрогенератором, но в этом случае коэффициент использования энергии ветра будет более низким – в среднем 0,3.

В домашних условиях проще всего сделать простые лопасти. Для их изготовления можно использовать различные материалы:

Дерево – правда, со временем оно может потрескаться и рассохнуться;
Полипропилен – этот вид пластика подходит для маломощных генераторов;
Металл – надежный и долговечный материал, из которого можно сделать лопасти любого размера (хорошо подходит дюралюминий, используемый в авиации).

Таблица для вычислений

Прикинуть диаметр лопастей поможет небольшая таблица. Уточните примерную скорость ветра в вашей местной и узнайте, какого диаметра нужно сделать лопасти для ветрогенератора.

Сделать лопасти для ветрогенератора не так уж и сложно. Гораздо сложнее сделать так, чтобы вся наша конструкция получилась сбалансированной – иначе ее быстро разобьют сильные порывы ветра. Балансировка выполняется путем коррекции длины лопастей. После этого объединяем лопасти с ротором нашего ветрогенератора и устанавливаем конструкцию на монтажной площадке, к которой крепится хвостовая часть.

Запуск и проверка

Самое главное в дальнейшем – выбрать правильное место для установки мачты. Она должна располагаться строго вертикально. Генератор с лопастями размещается как можно выше, где ветер более сильный. Проследите, чтобы рядом не было лесопосадок, отдельно стоящих деревьев, домов и крупных сооружений, загораживающих воздушные потоки – при наличии каких-либо помех разместите ветрогенератор на удалении от них.

Как только ветрогенератор придет в движение, необходимо сделать следующее – подключить к отводу генератора мультиметр и проверить наличие напряжения. Теперь система готова к полноценной эксплуатации, остается только определиться, какое напряжение будет подаваться в дом и как это будет происходить.

Подключение потребителей

У нас уже получилось сделать малошумный ветряк, причем довольно мощный. Настало время подключить к нему электронику. Собирая ветрогенераторы своими руками на 220В, необходимо позаботиться о приобретении инверторных преобразователей. КПД данных приборов достигает 99%, поэтому потери на преобразовании подаваемого постоянного тока в переменный ток с напряжением 220 Вольт будут минимальными. Итого в системе будут три дополнительных узла:

Блок аккумуляторов – накапливает излишки генерируемой электроэнергии впрок. Эти излишки используются для питания потребителей в периоды безветрия или в моменты, когда он дует очень слабо;
Контроллер заряда – контролирует зарядный ток, продлевая срок службы аккумуляторных батарей;
Преобразователь – преобразует постоянный ток в переменный.

Также возможна схема, когда в доме устанавливаются бытовая техника и осветительные приборы, способные работать с напряжением 12 или 24 Вольта. В этом случае надобность в инверторном преобразователе отпадает. Что касается питания приборов для приготовления еды, то для того чтобы не создавать излишней нагрузки на ветрогенератор, советуем использовать газовое оборудование, питающееся от баллона со сжиженным газом.

Как сделать ветрогенератор своими руками?

Ветряной генератор для выработки электроэнергии – незаменимый источник электричества там, где солнечного света не так много, нет поблизости рек, а централизованные электросети отсутствуют.

Особенности конструкции

Принцип действия ветрогенератора – превращение энергии ветра в электрическую.

В других типах электрогенераторов в качестве источника механической (кинетической) энергии применяют течение воды в реке, силу океанических приливов и отливов.

В системах, где для получения электричества нужна тепловая энергия, используют:

двигатель, работающий на газе, бензине или солярке;
тепловыделение от пластин и блоков ядерного реактора, чьё тепло применяют для превращения воды в пар – в паровой турбине;
различные виды сжигаемого топлива в ТЭЦ, заменяющие тепло, жар от ядерного реактора.

Особняком стоят солнечные батареи, где в качестве исходной энергии используют свет, а не тепло или механическую энергию.

Но вернёмся к «ветрякам», чей принцип работы состоит в следующем. Сила ветра вращает пропеллер, приводящий в движение вал мотора-генератора. Вместе с валом синхронно крутится ротор двигателя, на котором установлены постоянные магниты. Магнитное поле, проходя через обмотку статора, наводит в ней переменный ток за счёт изменения силы магнитного потока, проходящего через витки катушек, из которых и собрана обмотка. Переменное электрическое напряжение подаётся на электронную схему, где оно преобразуется в постоянное. От постоянного тока и работают многочисленные приборы и устройства, которым он и нужен.

Генератор для дачи или походных условий, вырабатывающий переменный ток напряжением 220 В, изготовить сможет каждый. Чем внушительные габариты конструкции, тем большую эффективность отдачи получит конкретный пользователь. Не проблема изготовить генератор, вырабатывающий один или несколько киловатт электроэнергии в час. Электричество, получаемое от такой установки, способно запитать практически все электроприборы в доме, включая и садово-огородную технику.

Ветрогенератор устанавливают как можно выше – на уровне конька крыши. Там сила ветра достигает максимальных значений, указанных в прогнозе погоды.

Установка отдалённо напоминает флюгер с пропеллером, благодаря чему данная конструкция поворачивается туда, куда дует ветер. Это необходимо, чтобы максимально задействовать его силу, скорость.

Горизонтальный пропеллер поворачивается при помощи хвостовика, расположенного на задней части установки. Вертикальному же хвостовик не нужен – его лопасти располагаются таким образом, что сам пропеллер заведётся практически с пол-оборота, с какой бы стороны ни подул ветер.

Чтобы ветряная установка работала с максимальной эффективностью, необходима частота вращения от 3000 оборотов в минуту. Для генераторов, производящих переменный ток, такая частота соответствует значению в 50 герц, характерному для отечественных промышленных энергоустановок. Раскрутив мотор-генератор, весящий порядка 10 кг, не проблема получать 2 кВт ежечасно.

Из чего можно сделать?

Основной элемент любой модели ветряной электростанции – мотор-генератор. Он работает как мотор – постоянный или переменный ток заставляет крутиться ротор (а с ним и вал) установки. Работа наоборот – в качестве генератора – также возможна.

Среди двигателей, использующихся и как генераторы, различают коллекторно-щёточные, бесколлекторные асинхронные и шаговые. Именно эти три типа моторов пользуются популярностью у любителей, собирающих ветроустановки своими руками.

В коллекторном двигателе обмотки ротора (якоря) располагаются в постоянном магнитном поле статорных магнитов. Постоянное напряжение, снимаемое с выводов такого двигателя при раскручивании его вала с якорем, передаётся от токоведущих контактов якоря через щётки. Сами щётки и являются слабым местом такого двигателя – они быстро вырабатывает свой ресурс. Как правило, такой генератор находится под постоянной нагрузкой, при движении якоря щётки искрят. Несколько дней непрерывной работы такой установки способны полностью износить щётки, вследствие чего потребуется замена последних.

Использование щёточных двигателей в качестве генератора при постоянной активной нагрузке нецелесообразно.

Лучшим вариантом является бесщёточный движок. В нём ротор с магнитами вращается в пространстве между статорными обмотками. Сами обмотки остаются неподвижными, им не нужны скользящие контакты. Благодаря такому простому решению установка может работать десятилетиями — важно лишь раз в сезон или в полгода смазывать подшипники двигателя, отвечающие за идеальное, без люфта, вращение ротора. Популярные решения на основе бесколлекторного двигателя – асинхронный или шаговый – доступны практически каждому домашнему «самодельщику».

Асинхронный двигатель применяется в электроинструментах – например, в точильном станке. Шаговый можно встретить в самых разнообразных устройствах – от мотор-колеса велосипеда до механического привода принтера или дисковода.

Особняком стоит переменный щёточный двигатель, используемый в перфораторах, болгарках, шуруповёртах, электролобзиках, электрорубанках. Их недостаток – необходимость удаления щёток и проточка ротора под неодимовые магниты. В результате из действующих обмоток остаётся лишь обмотка статора — роторная же удаляется полностью.

Пропеллер ветряной установки можно изготовить из пластиковых труб для канализации, ПЭТ-бутылок и похожего вторсырья. Чем он легче и прочнее — тем меньшая сила ветра потребуется для его раскручивания.

Ветряной генератор, изготовленный из вентилятора, потребует проточки ротора под неодимовые магниты. Конструкция мотора бытового вентилятора не рассчитана на получение электрического тока путём раскручивания ротора. Под такую же переделку подпадает и компьютерный кулер (охладитель микросхем) — вентилятор системного блока ПК или ноутбука.

Тракторный или автомобильный генератор использует дополнительную обмотку возбуждения, питающуюся от аккумулятора самой машины. Чтобы генератор выдал, например, переменный ток в 135 ампер напряжением 15 вольт, роторная обмотка возбуждения после включения зажигания потребляет постоянный ток от 3 А напряжением 12,6-14 В. Основным источником энергии для генератора по-прежнему является коленвал двигателя внутреннего сгорания, работающего на бензине, дизельном топливе или метане/пропане. Тракторный или автомобильный генератор потребует удаления обмотки возбуждения и установки вместо неё неодимовых магнитов.

Что потребуется?

Наиболее распространённый вариант — использовать для самодельного генератора двигатель стиральной машины. Если в наличии нет старой «стиралки», найти такой движок можно у старьёвщиков на хозяйственном рынке, в ближайшем сервис-центре бытовой техники или специализированном магазине. Не проблема заказать такой двигатель из Китая.

В основном в стиральных машинах используют бесколлекторный асинхронный движок.

И новый, и бывший в употреблении проработают долго. Мощность на 200 ватт легко переделывается под киловатт и более.

Материалы

Для сборки генератора, кроме мотора, нужны:

неодимовые магниты размером 20, 10 и 5 мм (всего 32);
выпрямительные диоды или диодный мост с током на десятки ампер (соблюдайте правило двукратного запаса по мощности);
эпоксидный клей;
холодная сварка;
наждачка;
жесть от боковины консервной банки.

Магниты заказываются по сети из Китая.

Инструменты

Ускорит процесс изготовления следующий инструментарий:

токарный станок;
ножницы;
отвёртка с насадками;
пассатижи.

При отсутствии токарного станка обратитесь к знакомому, умеющему работать на таком станке.

Схемы и чертежи

Генератор как устройство вырабатывает переменный ток, который необходимо преобразовать в постоянный, довести до требуемой величины напряжения. Если мотор-генератор выдаёт, скажем, 40 В, то вряд ли это будет подходящим значением для большинства бытовой электроники, потребляющей 5 или 12 вольт постоянного тока либо 127/220 вольт переменного.

Проверенная временем и миллионами пользователей схема всей установки включает в себя выпрямитель, контроллер, аккумулятор и инвертор. В качестве буферного накопителя запасаемой энергии применяют автомобильный аккумулятор ёмкостью 55-300 ампер-часов. Его рабочее напряжение — 10,9-14,4 В при циклическом заряде (полный цикл заряда-разряда) и 12,6-13,65 при буферном (порционном, дозированном, когда нужно дозарядить частично разряженную батарею).

Контроллер преобразует, к примеру, те же 40 вольт в 15. Его КПД по вольт-амперажу колеблется в пределах 80-95% — без учёта потерь на выпрямителе.

Наибольшую эффективность имеет трёхфазный генератор — его отдача на 50% больше, чем у однофазного, он не вибрирует при работе (вибрация расшатывает конструкцию, делая её недолговечной).

Катушки в обмотке каждой из фаз чередуются друг с другом и соединены последовательно — как и полюса магнитов, обращённые одной из сторон к катушкам.

Задача инвертора – преобразовать постоянное напряжение порядка 12 вольт, взятое с аккумулятора, в переменное, порядка 220.

Современная бытовая техника и электроника способны работать, начиная со 110 вольт (американский стандарт бытовых сетей) вплоть до 250 – больше давать сетевым приборам и устройствам не рекомендуется. Все преобразователи — импульсные, по сравнению с линейными их потери на тепло значительно меньше.

Этапы изготовления

Для изменения конструкции асинхронного мотора сделайте следующее.

Разберите мотор и выньте ротор.
Удалите пластины с якоря ротора. Подрежьте их на глубину до 2 мм.
Проточите пазы глубиной до 5 мм — под магниты.
Разметьте полосу жести под магниты. Они должны одинаково отступать друг от друга — это предотвратит ненужную потерю мощности установки.
Прикрепите их к этой полосе жести на суперклей. Зафиксируйте полосу с магнитами на якоре.
Заполните пространство между магнитами холодной сваркой или эпоксидным клеем.
Заусенцы и неровности на роторе удалите с помощью наждачной бумаги.
Проверьте — и при необходимости замените — подшипники и болты двигателя.

Соберите мотор-генератор. Устройство готово к дальнейшему монтажу. Для проверки устройства зажмите его вал в патроне дрели или шуруповёрта и разгоните до 1000 оборотов в минуту.

Напряжение на концах обмотки от 110 вольт можно считать подходящим.

При меньшей величине ошибка кроется в неравномерном чередовании магнитов в любой точке окружности вращения якоря.

Для сборки ветроустановки сделайте следующее.

Из трубы ПВХ диаметром в 11-16 см вырежьте одинаковые куски, по длине соответствующие будущим лопастям.
На каждом отрезке проведите произвольную линию и отступите от неё с обеих сторон 22 мм. Соответственно, ширина одной лопасти достигнет 44 мм. Повторите это же действие для противоположного торца отрезка.
Соедините напрямик крайние точки с одной из сторон центральной линии.
Нанесите с другой стороны очертания будущей лопасти.
Вырежьте получившуюся лопасть и закруглите её свободный конец путём затачивания. Повторите вышеперечисленные действия для остальных лопастей.
Прикрепите лопасти к ступице, используя переходник-втулку. В качестве крепежа подойдут болты с гайками и пружинящими шайбами. Ширина каждой лопасти по всей длине колеблется от 44 до 88 мм.

Этого хватит, чтобы ветер со скоростью от 3 м/с закрутил крыльчатку. Полученная конструкция должна быть отбалансирована — правильная балансировка предотвратит образование мёртвых точек, тормозящих генератор при вращении пропеллера.

Мотор-генератор с установленной крыльчаткой может быть помещён в защитный рукав, предохраняющий его от атмосферных осадков. Оставаясь сухим при любой погоде, защищённый от дождя и снега генератор прослужит долгие годы. Для сборки защитного кожуха сделайте следующее:

в трубе диаметром от 7,5 см вырежьте продольную канавку шириной 2 см;
обрежьте задний конец разрезанной трубы под углом в 45 градусов;
поместите мотор-генератор с пропеллером в эту трубу и зафиксируйте её на нём.

Для свободного поворота двигателя потребуется шарнирное соединение на основе шарикоподшипников, наподобие имеющегося в бытовом вентиляторе. Оно может поворачиваться бесконечно в любую из сторон.

Чтобы кабель, с помощью которого снимаются наведённые в обмотке статора токи, не наматывался и не перекручивался, соединение в шарнире должно быть скользящим, но обеспечивающим надёжный, устойчивый электрический контакт мотора-генератора с далее расположенными функциональными узлами схемы.

Лучший контакт дадут позолоченные клеммы, извлечённые из любой старой техники.

Применение щёточно-графитного контакта неоправданно — графит имеет электрическое сопротивление на порядок выше, чем у алюминия и стали, и мощность установки заметно упадёт. Шарнир устанавливается на основе из куска профильной трубы. После сборки проверяют, не заедает ли получившийся поворотный механизм, не крутится и не перетирается ли кабель.

Обеспечив скользящий контакт и свободный поворот установки по ходу ветра, к дополнительному внешнему корпусу мотора крепят хвостовик, изготовленный, например, из пластиковой водопроводной трубы и куска листового пластика или алюминия.

В качестве опоры используют круглую или профильную трубу, один конец которой забетонирован в земле — не менее чем на метр. Чтобы опора не покосилась со временем от урагана, её дополняют тремя или шестью растяжками, сходящимися в центре под одним и тем же углом и направленными в разные стороны.

Закончив сборку мотор-генераторной части, рядом с мотором при необходимости монтируют диодный выпрямитель. Потери тока в проводах значительно можно снизить, применив повышающий трансформатор, расположенный вблизи генераторной установки — как в линиях, передающих на большие расстояния промышленную электроэнергию.

Контроллер заряда, батарею и инвертор включают далее по схеме. Ветроэлектрическая установка полностью собрана и готова к работе.