Кинетический ветрогенератор: устройство, принцип работы, применение

Практически вся электроэнергия производится установками, использующими энергию природных ресурсов. Темпы производства постоянно увеличиваются, и полезные ископаемые рано или поздно закончатся. В связи с этим, уже сейчас ведутся перспективные разработки, внедряются новые технологии, выступающие в качестве альтернативных источников электроэнергии. Одним из таких вариантов являются ветряные электростанции, применяемые в производственной сфере и в частном секторе. Превращая энергию ветра в электричество, они способны обеспечить основные потребности в питании приборов и электрооборудования.

Принцип работы ветрогенератора

В основу функционирования ветрогенератора положена трансформация кинетической энергии ветра в механическую энергию ротора, которая затем преобразуется в электроэнергию.

Принцип работы достаточно прост: вращение лопастей, закрепленных на оси устройства, приводит к круговым движениям роторгенератора, благодаря чему вырабатывается электроэнергия.

Ветроэнергетика является одной из наиболее перспективных отраслей возобновляемой энергетики. Современные конструкции позволяют экономически эффективно применять силу воздушных потоков, используя ее для выработки электричества

Получаемый нестабильный переменный ток «стекает» в контроллер, где он преобразуется в постоянное напряжение, способное зарядить батареи. Оттуда питание поступает на инвертор, где оно трансформируется в переменное напряжение с показателем 220/380 В, которое и подается потребителям.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от мощности потока воздуха (N), рассчитывается согласно формуле N=pSV3/2, где V – скорость ветра, S – рабочая площадь, p – плотность воздуха.

Процесс изготовления

Для лопастей можно выбрать тонкий металлический лист дюраля. Достаточно толщины в 0,5 мм. Чем легче конструкция вашего устройства, тем проще ему будет вращаться. На многочисленных форумах по созданию таких устройств, где своими навыками и знаниями делятся опытные мастера, можно почитать подробнее, чем плох, например, оцинкованный лист. Коротко: он слишком тяжелый.

Такой роторный генератор предусматривает использование сплошных кругов по торцам. Для этого возьмите фанеру толщиной не менее 10 мм. Средний вес такого круга — около 3,5 кг. Нужно три штуки. На вырезанных заготовках обозначьте профиль крыла. Его нужно углубить на 3 мм. Для создания паза или канавки, в который будет вставляться крыло, используйте фрезу.

Чтобы эксплуатация была надежной, предварительно обработайте эти аэродинамические шайбы олифой или другим влагозащитным средством. Лопасти размещаются на 90 градусов по отношению друг к другу. Используемые листы дюраля можно закрепить посредством алюминиевых или стальных уголков на небольшие болты.

Каждую часть (половину), из которых вы собираете ветрогенератор, следует прикрепить к фанерным блокам. Используйте по две шпильки с гайками d6 мм. По оси собранная конструкция будет пронизана осевая шпилька d16 мм. Ее нужно присоединить к каждому кругу из фанеры с обеих сторон при помощи пары гаек. Это и есть центральная ось, которая отвечает за вращение конструкции.

Для скрепления элементов применяются гайки с гровер-шайбами. Диаметр нашего ветряка — 0,75 м, высота — 1,6 м. Вес конструкции около 16 кг. Стоимость — в районе 4 тыс. рублей.

Устройство ветряного генератора

Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.

На приведенной схеме представлено внутреннее устройство классического горизонтального ветряного генератора. Такие модели наиболее часто используются как в промышленности, так и в быту

Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).

Типовая установка включает в себя следующие составные части:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора.

Модели из ротора Савониуса

Это концепция вертикально-осевого генератора, который базируется на так называемом роторе Савониуса карусельного типа. Сразу надо сказать, что самодельный ветровой генератор этого типа будет способен обеспечивать мощность на уровне 20 Вт. Этого недостаточно для энергоснабжения дома, но на питание некоторых приборов хватит. В работе будут использоваться алюминиевые листы, трубы и аккумулятор. Из листов и труб сооружается карусельный каркас с внутренними лопастями. Может получиться 2-3 секции в зависимости от объема материала.

В качестве фиксирующих элементов применяют саморезы и заклепки с уголками. Если удастся сделать ветровой генератор своими руками на базе ротора Савониуса для энергоснабжения 12-вольтных приборов, то будет смысл увеличить размеры рабочей конструкции-приемника, и тогда можно говорить о существенной экономии на энергоснабжении всего дома.

Генератор для ветровой турбины

Для функционирования ветряков необходимы обычные трехфазные генераторы. Конструкция таких устройств аналогична моделям, применяемым на автомобилях, но имеет большие параметры.

В приборах для ветряных турбин предусмотрена трехфазная обмотка статора (соединение по типу «звезда»), откуда выходят три провода, идущие на контроллер, где происходит трансформация переменного напряжения в постоянное.

Ротор генератора для ветротурбины изготовляется на неодимовых магнитах: в подобных конструкциях нецелесообразно использовать электровозбуждение, поскольку катушка потребляет много энергии

Для повышения оборотов нередко применяется мультипликатор. Такое приспособление позволяет увеличить мощность действующего генератора или использовать устройство меньшего размера, что снижает стоимость установки.

Мультипликаторы чаще применяются в вертикальных ветрогенераторах, у которых процесс вращения ветроколеса осуществляется медленнее. Для горизонтальных устройств с высокой скоростью вращения лопастей мультипликаторы не требуются, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Специфика сборки и монтажа ветрогенератора из стиральной машинки и ветроустановки из автомобильного генератора подробно изложена в рекомендуемых нами статьях.

Комплектующие

• генератор 12V — 15 у.е.;
• ротор 1.5 м — 40 у.е.;
• аккумулятор 12V (кислотный или гелиевый) — 15 у.е. автомобильный, 40 у.е. альтернативный;
• металлическое большое ведро или бочка (нержавейка или алюминий) — 5 у.е.,
• реле, чтобы заряжать аккумулятор — 3 у.е.;
• реле лампы заряда (например, автомобильное) — 3 у.е.;
• полугерметичный выключатель (кнопка) на 12V — 2 у.е.;
• вольтметр (например, от любого измерительного устройства или автомобильный) — 3 у.е.;
• наружная большая доза (распределительная коробка для присоединения проводов, а также легкого доступа ко всем соединениям) — 5 у.е.;
• мачта с высотой от 1 до 10 метров — 35-70 у.е.;
• провода (4 квадрата с сечением) — 5 у.е.;
• четыре болта М6 — 3 у.е.;
• пара больших хомутов или моток нержавеющей проволоки (крепление к мачте) — 7 у.е.;

Необходимый инструмент: ключи, дрель со сверлами, отвертка, кусачки и т.п.

Плюсы и минусы ветрогенератора

Рассмотрим подробно достоинства и недостатки ветротурбин, так как именно от них зависит решение приобрести ветряк или отказаться от него.

Достоинства ветряных устройств

К числу преимуществ устройств, использующих ветровую энергию, относятся:

• Экологичность. Установки используют возобновляемый источник энергии, которым можно пользоваться постоянно, не нанося ущерба окружающей среде. Электричество, вырабатываемое ветрогенераторами заменяет энергию тепловых электростанций, уменьшая выброс парниковых газов.
• Универсальность. Ветровые электростанции можно строить практически всюду: на равнинах, в горах, на полях, на островах и даже на мелководье. Ветровая энергия особенно ценится в удаленных местах, куда сложно протянуть привычные электрические коммуникации. Ветрогенераторы в этом случае позволяют наладить энергоснабжение объектов, обеспечивая ему независимость от случайных факторов (например, от не доставленного вовремя топлива).
• Эффективность использования. Современные модели перерабатывают энергию даже слабых ветров – минимальный предел составляет 3,5 м/с. Подобным образом можно производить допоставку электроэнергии в централизованную сеть, а также организовать электроснабжение отдельных объектов (островных либо локальных) вне зависимости от их мощности.
• Достойная альтернатива традиционным источникам. Стационарные ветровые электростанции могут полностью обеспечить электричеством жилой дом или даже некрупный производственный объект. В этом случае турбина будет накапливать в аккумуляторах требуемый запас электроэнергии, предназначенный для использования во время безветренных периодов.
• Экономичность. По сравнению с традиционными источниками электрической энергии (газ, торф, каменный уголь, нефть), велотурбины позволяют значительно снизить энергозатраты. Во многих случаях постройка ветроэлектростанции обходится дешевле, нежели подключение к существующим энергосистемам.

Применение ветряков может выступать альтернативой использованию дорогостоящих дизельных генераторов, дополнительно снижая затраты на транспортировку и хранение горючего до 80%.

Усредненная мощность ветротурбины в разы отличается от показателя пиковой нагрузки. Ветрогенератор отвечает лишь за величину выработки энергии за определенный промежуток времени при среднемесячной скорости ветра, характерной для данной местности.

Для более точной оценки ветровых ресурсов можно воспользоваться специально выведенными данными (параметрами Вейбулла). Эти показатели отражают характерное для конкретной местности распределение ветров разной силы. Подобные сведения важно учитывать при разработке проектов ветропарков, мощность которых составляет десятки МВт.

Вырабатываемая ветротурбиной мощность пропорциональна утроенной скорости ветра. Следовательно, этот показатель очень мал при слабых ветровых потоках, однако при их усилении – резко возрастает. Из-за переменчивости направления ветров и их скорости при конструкции ветровой турбины необходимо предусмотреть стабилизирующие компоненты.

Правила и формулы для расчета мощности ветрогенератора приведены здесь, рекомендуем ознакомиться с весьма полезной информацией.

В небольших автономных системах их функцию выполняют батареи, заряд которых начинает увеличиваться, как только мощность ветрогенератора превысит показатель нагрузки.

При росте нагрузки батарея может разрядиться. Такую особенность работы важно учитывать при выборе бытового агрегата, его мощность должна совпадать с месячной или годовой нормой потребления электроэнергии

Следует отметить, что эффективному применению ветровых потоков способствует разнообразие конструкций ветрогенераторов.

Горизонтальные турбины дают высокие показатели на равнинных местах, где много ветров, тогда как вертикальные турбины лучше работают в регионах с турбулентными потоками, наблюдающимися низко от земли (в верхней части холмов, горных хребтах).

Главные недостатки ветряков

В тоже время, у ветряков есть и свои негативные стороны:

• Величину силы ветра сложно предсказать заранее, так как она часто меняется. Из-за этого желательно продумать подстраховку, предусмотрев дублирующий источник энергии (солярные панели, подключение к электросети).
• Вертикальные устройства подвергаются опасности разрушения лопастей винта из-за воздействия центробежных сил при вращении лопастей вокруг главной оси. Вследствие подобного эффекта важные элементы конструкции со временем деформируются и разрушаются, а механизм выходит из строя.
• Ветряки лучше устанавливать на свободном пространстве, поскольку расположенные рядом здания могут «гасить» ветер, образуя «мертвую» воздушную зону.
• Для сохранения избыточной энергии ветротурбин необходимо предусмотреть в конструкции использование аккумуляторов и других дополнительных приборов, служащих для преобразования полученного электричества в ток с подходящими потребительскими характеристиками.
• При работе ветряные генераторы издают шум, который может причинять дискомфорт людям, отпугивать животных. Лопасти установок могут также стать причиной гибели подлетевших к ним птиц.
• По мнению некоторых специалистов, ветротурбины способны ухудшать прием радио- и телевизионных передач.

К негативным моментам можно также отнести довольно высокую стоимость подобных агрегатов, однако дешевизна источника энергии во многом нивелирует этот фактор.

Схемы и способы подключения

Хотя ветроустановка может работать и автономно, значительно лучшего результата удается достичь при помощи комбинированных схем, предусматривающих сочетание ветрового устройства с солнечными батареями, централизованной электросетью, дизельными или газовыми источниками энергии.

Автономная работа. В этом случае ставится единичная установка, при помощи которой улавливается и накапливается ветровая энергия, которая затем преобразуется в необходимый потребителям электрический ток.

На схеме продемонстрирован наиболее простой способ применения ветрогенератора, который целесообразно использовать в регионах, где постоянно дуют сильные ветра

Совмещение ветрогенератора с солнечными панелями. Комбинированный вариант считается надежным и эффективным способом электроснабжения. В случае отсутствия ветра аккумулятор работает от солнечных панелей, а в пасмурную погоду и в течение ночи зарядка происходит от ветровой установки.

Идеальный вариант для частного дома или хозяйства, расположенного вдали централизованной электросети. Такая комбинированная схема позволяет использовать два вида возобновляемой энергии

Комбинированная работа ветрогенератора и электросети. Ветротурбину можно совмещать с элетрокоммуникациями.

Подобная схема типична для промышленных и коммерческих устройств. Подключение к электрокоммуникациям предусматривают также некоторые модели бытовых ветрогенераторов

При избытке произведенного электричества оно поступает в централизованную сеть, а при его недостатке имеется возможность воспользоваться электрическим током из общей энергосистемы.

Недостатки

1. Малый КПД;
2. Невысокая скорость оборотов;
3. Высокая степень зависимости от сезона. Зимой такой ветрогенератор малоэффективен.

Но если вы не планируете постоянно проводить на даче время в холодное время года, ветряк — это хороший способ решить задачу обеспечения электроэнергией вашего домика или бытовки. Вы наверняка уже сталкивались с процедурой подключения света на дачу, когда надо получить массу документов (ТУ, проект электроснабжения). Так зачем платить больше и обходить массу инстанций, когда вы можете от них не зависеть и быть автономны.

Нюансы применения ветрогенераторов

В настоящее время ветряные турбины используются в различных сферах народного хозяйства. Промышленные модели разной мощности применяются нефтегазовыми, телекоммуникационными компаниями, буровыми и геолого-разведочными станциями, производственными объектами и государственными учреждениями.

Ветряк может использоваться в качестве дополнительного источника энергии в больницах и других учреждениях, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии в аварийных ситуациях

Особо следует отметить важность применения ветряных установок для оперативного восстановления нарушенного электричества при катаклизмах и стихийных бедствиях. С этой целью ветрогенераторы часто применяются подразделениями МЧС.

Бытовые ветротурбины прекрасно подходят для организации освещения и отопления коттеджных поселков и частных домов, а также для хозяйственных целей на фермах.

При этом следует учесть некоторые моменты:

• Устройства до 1 кВт могут дать достаточное количество электроэнергии лишь в ветряных местах. Обычно выработанной ими энергии хватает лишь на светодиодное освещение и питание мелких электронных приборов.
• Чтобы полностью обеспечить электричеством дачу (загородный домик) понадобится ветряной генератор мощностью свыше 1 кВт. Такого показателя достаточно для питания осветительных приборов, а также компьютера и телевизора, однако его мощности недостаточно, чтобы снабдить электричеством круглосуточно работающий современный холодильник.
• Для обеспечения энергией коттеджа понадобится ветряк мощностью 3-5 кВт, однако даже такого показателя не хватит для отопления домов. Чтобы воспользоваться подобной функцией необходим мощный вариант, начиная от 10 кВт.

При выборе модели следует учесть, что показатель мощности, указанный на устройстве, достигается лишь при максимальной скорости ветра. Так, установка в 300В будет вырабатывать указанное количество энергии лишь при скорости потоков воздуха в 10-12 м/с.

Желающим соорудить ветрогенератор собственными руками мы предлагаем следующую статью, в которой детально изложена полезная информация.

Как повысить рентабельность ветряка для частного дома

Приморские районы, а также открытые площадки в горной местности идеально подходят для установки ветряного оборудования. В этих регионах скорость ветра составляет более 60-70 м/с. Жители этих районов могут полностью отказаться от центральных систем электроснабжения и перейти на ветряные станции. На равнинных территориях потоки ветра более равномерны, однако их силы недостаточно для того, чтобы полноценно обеспечить дом электричеством.

Крайне нежелательно устанавливать оборудование неподалеку от лесов и посадок. Деревья будут задерживать часть энергии, что снизит рентабельность ветряков. Мощность воздушного потока возрастает по мере удаления от земли. Значит, чем выше мачта ветряной станции, тем больший импульс устройство сможет захватить.

С другой стороны, излишне высокая конструкция нуждается в дополнительном усилении. Сильным порывам ветра будет проще повалить ее, чем ветряки с мачтой, которая достигает отметки 5-7 м.

Специалисты рекомендуют устанавливать оборудование на высоте 10-15 м от земли. Закрепить подобную конструкцию можно двумя способами:

1. Путем бетонирования основы.
2. Используя металлические растяжки.

Наиболее эффективным для генерирования электроэнергии считается комбинирование ветряка и солнечных батарей

Чтобы забетонировать основу ветряка, потребуется выкопать четыре глубоких скважины с небольшим диаметром. В них погружаются растяжки мачты, после чего они заливаются цементным раствором. Этот процесс довольно трудоемкий и затратный, однако он отличается высокой надежностью. Даже при сильных порывах ветра мачта будет оставаться неподвижной. Единственный риск заключается в поломке лопастей.

Фиксация мачты с помощью растяжек предполагает использование металлического троса. Он натягивается до тех пор, пока ветряк не будет располагаться строго перпендикулярно по отношению к поверхности земли. После этого растяжки троса надежно закрепляются в грунте.

Важно! Ветряки с высокими мачтами нуждаются в заземлении.

Выводы и полезное видео по теме

На представленном ниже видеоролике дается подробная информация о принципе работы и устройстве бытовой модели ветряного генератора:

Ветрогенератор – отличный источник производства электрической энергии, который особенно оценят жители отдаленных мест. Различные российские и зарубежные предприятия предлагают большой ассортимент ветряных конструкций, кроме того, бытовые модели можно сделать и своими руками.

Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как сооружали ветряной генератор на вашем участке, или о том, как работает ветряк у ваших соседей. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.

Ветряная электростанция часть 2. Ветрогенератор для дома

В первой части статьи был проведен краткий обзор различных конструкций ветроэнергетических установок с описанием их принципа действия и зависимости мощности ветрогенератора от силы ветра.

В следующем ниже продолжении речь идет о практических аспектах применения ветровых электрогенераторов для питания домашней сети или некоторых электроприборов.

Ниже будут приведены примеры самодельных конструкций ветрогенераторов, но, как было описано в первой части, осуществление сложных проектов малой ветроэнергетики является порой непосильной задачей для начинающих мастеров.

Недостаточность знаний, навыков и инструментов, а также требования безопасности вынуждают энтузиастов ветроэнергетики обратить внимание на готовые заводские ветрогенераторы.

Рекомендации по приобретению и установке ветрогенераторов для дома

Для автономного энергоснабжения рекомендуется использовать трехлопастной ветрогенератор с высотой мачты 10 м, диаметром винта 4,5 м, скоростью вращения около 500 об/мин.Генератор синхронный многополюсный, мощностью 3 кВт с постоянными неодимовыми магнитами, аккумуляторная батарея энергоемкостью 20 кВт·час, (масса 500 кг), резервный бензиновый генератор на 2,5 кВт, и инвертор на 4,5 кВт. Такая ветровая энергетическая установка обеспечит среднее потребление электроэнергии 390 кВт·час в месяц.

Ветрогенератор мощностью 3 кВт, установленный на окраине города

Существуют много фирм и компаний, предлагающих как винты для ветрогенератора, так и ветряные электростанции для дома в сборе, включающие:

• Электрогенератор;
• Лопасти винта с необходимым креплением на ось электрогенератора;
• Элементы мачты, растяжек и остального крепежа;
• Специфичный инвертор напряжения, обладающий функцией контроля заряда аккумуляторов;
• Кабель снижения для подключения ветрогенератора к инвертору;
• В комплект поставки могут входить аккумуляторные батареи.

Специалисты компании могут помочь произвести все необходимые расчеты, и должны гарантировать, что домашняя ветровая электростанция будет надежно установлена и подключена. Фирмы, дорожащие своей репутацией и общественным мнением о ветроэнергетике, вообще не должны позволять владельцам осуществлять самостоятельный монтаж своих мощных ветрогенераторов, из-за высоких требований безопасности, которые описаны ниже.

Безопасность использования ветряков в домашних условиях

Несмотря на исключения потребности потребления ископаемого топлива, при добыче которого наносится вред окружающей среде, и отсутствие вредных выбросов, ветряную энергетику нельзя назвать абсолютно безвредной и безопасной по отношению к природе и человеку. Независимо от размеров лопастного винта, концы лопастей обладают большой круговой скоростью, и много птиц уже погибло за время распространения ветровых электростанций.

Большая скорость окончаний лопастей (около 100 метров в минуту) также несет угрозу человеку – в случае поломки винта ветрогенератора разлетающиеся осколки могут повредить окружающие дома и нанести существенные травмы человеческому организму. Ветрогенераторы должны быть обеспечены тормозным механизмом, которые предотвращают слишком быстрое вращение, если скорость ветра становится опасной (общепринято 25 м/с).

Существует опасность обрушения мачты и возгорания ветрогенератора с распространением вокруг горящих обломков!

Учитывая боковые нагрузки и сильные непредсказуемые порывы ветра, мачта крепления, удерживающая ветрогенератор и нависающая над крышами домов должна иметь многократный запас прочности. Также в обязательном порядке для мачты ветрогенератора требуется молниезащита и заземление, ввиду опасности попадания молнии. Категорически запрещается устанавливать мачты мощных ветрогенераторов на крышах или стенах домов из-за опасности возникновения колебательного резонанса, который будет разрушать постройку.

Доказано, что помимо свиста, гудения и хлопков, которые издают ветроэнергетические силовые установки, при вращении винта ветрогенератора создается шум в инфразвуковом диапазоне, ниже порога слышимости человеческого уха.

Данные инфразвуки, хоть и не слышны при помощи слуха, все же ощущаются телом, а их частота близка к сейсмическим колебаниям, что вполне объяснимо вызывает инстинктивный страх и беспокойство. Длительное влияние данного шума может привести к психологическим расстройствам.

Учитывая приведенные выше доводы, ветрогенератор для дома должен отвечать всем требованиям безопасности и законодательства, которое действует в данном регионе, или стране. Даже если все требования соблюдены, для сохранения добрососедских отношений следует договориться с соседями об установке ветрогенератора на своем участке, чтобы избежать жалоб и ссор по поводу шума и нависающей угрозы.

Самодельные ветрогенераторы

Очевидно, что в условиях густонаселенного квартала города или поселка установка и использование даже лицензионного ветрогенератора может принести больше проблем, чем выгоды. Говорить о применении самодельного генератора, пусть и очень надежного, но, по мнению соседей, способного в любой момент разлететься на десятки смертельно опасных поражающих осколков, вообще не приходится.

Соседям может не понравиться установка ветрогенератора над их крышами

В условиях стоящего особняком частного дома, или где-нибудь в охотничьем домике или сторожевой постройке ситуация с нанесением вреда окружающим людям совершенно иная, поэтому пытливые мастера могут смело ставить эксперименты по собственноручному изготовлению ветрогенераторов.

В сети Интернет существует множество чертежей с описанием, как сделать тот или иной ветрогенератор, с усовершенствованиями, добавив элемент Пельтье своими руками для улучшения КПД генератора. Сложные конструкции ветроэнергетических установок большой мощности требуют наличия материалов, инструментов и мастерства для обеспечения максимальной надежности и эффективности.

Пример чертежа ветроэнергетической установки

Но небольшие заводские ветрогенераторы, мощностью около 300 Вт пользователь может собрать и установить самостоятельно, не обладая большими познаниями и навыками.

Поскольку мировым лидером производства ветровой электроэнергии является Китай, то больше всего поставок комплектующих и разборных ветрогенераторов идет именно с этой страны. На видео показан процесс сборки и тестирования подобного ветрогенератора на 300 Вт, полученного по заказу из Китая:

Очевидно, что обеспечить дом электричеством при помощи одной только энергии ветра очень трудно и дорого. Но обладая сноровкой и изобретательностью, имея под рукой различные инструменты и материалы, можно сделать ветряной электрогенератор из имеющихся электроприборов, например, из бытового вентилятора, переделав его.

Данной мощности хватит для зарядки мобильного телефона или смартфона и для аварийного освещения, что в условиях отключения электроэнергии и отдаленности от цивилизации может иметь большое значение в различных жизненных ситуациях.

Для таких небольших объемов электроэнергии также можно сделать термоэлектрический генератор своими руками, применив модуль Пельтье, радиатор и нагреватель из корпуса блока питания, работающий на древесном топливе. Выработки электроэнергии должно хватить на зарядку мобильного телефона в полевых условиях.

Генераторы для самодельных ветряков

Одним из свойств электрогенераторов, определяющих их эффективность, является скорость перемагничивания катушек, чем выше, тем больше напряжение и ток на выходе. Большая скорость перемагничивания достигается за счет быстрого вращения вала электрогенератора при промышленной генерации электроэнергии. Но вал даже самого быстроходного ветряка вращается слишком медленно.

Увеличить обороты можно за счет повышающего редуктора, или сделать генератор для ветряка многополюсным. Это означает, что частота генерируемого тока за один оборот ротора генератора будет равна количеству полюсов. Применение мощных неодимовых магнитов позволило избавиться от применения катушек возбуждения в электрогенераторах для ветроэнергетических установок. На виде ниже показан процесс создания самодельного электрогенератора на базе неодимовых магнитов:

Аналогичная конструкция генератора для ветряка, выполненная при помощи неодимовых магнитов другим мастером:

Известно, что многие электродвигатели, у которых в конструкции есть постоянные магниты, допускают работу в режиме генерации электроэнергии.

Поэтому создание маломощного ветрогенератора из шагового двигателя, у которого также есть много полюсов, может обеспечить энергией зарядку телефона при минимуме затрат как на саму ветроэнергетическую установку, так и на изготовление генератора, как показано на видео ниже:

Особенности ветрогенераторов нового поколения

Использование энергии ветра для получения электрического тока, технология которую сегодня используют в промышленности и частном секторе. Особенно она актуальна в тех местах, куда сложно подвести электричество: в отдаленных районах, промышленных рудниках или на островах. В этом случае только ветряной генератор сможет обеспечить энергией предприятия и людей.

Что такое ветряной генератор?

Ветряк или ветряной генератор представляет собой устройство, установленное на высокой опоре с помощью которой вырабатывается электрический ток. Под действием потока ветра лопасти устройства соединенные с валом генератора, вращаются, приводя в движение ротор. В результате вращения ротора в обмотке статора генератора возникает электрический ток, который по проводам передается в аккумулятор, установленный в специальном помещении.

Лопасти ветряка выполнены с аэродинамическим эффектом, и позволяют вращать вал даже при легком дуновении ветерка, правда скорость вращения не постоянна и выработка тока происходит прерывисто. В аккумуляторе энергия накапливается, стабилизируется и подается потребителям непрерывно, независимо от прерывистости вращения лопастей.

Плюсы и минусы технологии

Ветрогенератор при работе шумит, поэтому расстояние до жилого дома должно быть не менее 30 м. Кроме того необходимо, чтобы деревья и здания не препятствовали попаданию потоку ветра на лопасти ветряка.

К плюсам установки устройства относятся следующее:

• После установки оборудования не надо покупать топливо. Расходы будут только для поддержания рабочего состояния и предупредительного ремонта.
• Будет обеспечен достаточной ветровой нагрузкой в большинстве климатических районах, особенно в отдаленных северных областях с постоянно дующими ветрами.
• Ветряк работает в автоматическом режиме и не нуждается в постоянном досмотре. А помещение с регулирующей аппаратурой и аккумуляторами размещается в удобном для обслуживания месте.

Минусы ветряных генераторов:

• При неправильной установке мачты устройство генерирует инфразвук, вредный для здоровья.
• Обязательно установка заземления для зашиты от молнии во время грозы.
• Обледенения лопастей в сырую морозную погоду, и повреждения при сильных порывах ветра.
• При выходе из строя генератора для его ремонта надо наклонять мачту, или лезть наверх.

Фундамент мачты должен обеспечивать ее устойчивость при сильных порывах ветра. Защитный тормоз генератора не дает развивать большую скорость вращения лопастей при порывах ветра.

Как он работает?

Под действием потока ветра лопасти начинают вращаться, при этом вращается и ротор генератора, закрепленный на одной оси с валом лопастей. На роторе установлены магниты, которые при вращении создают ток в обмотках статора. Появившийся в генераторе переменный ток перерабатывается в постоянный и по проводам поступает в аккумулятор, где накапливается для потребления.

Для потребления необходим переменный ток, поэтому заряд с аккумулятора преобразуется в инверторе в переменный со стандартными параметрами, напряжение 220 вольт, частота 50 Гц. После этого ток поступает в помещения для бытового использования.

Виды генераторов

В зависимости от положения оси вращения ротора, ветровые генераторы делятся на две основные группы: горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные генераторы нашли широкое применения для промышленных целей, а также снабжения электроэнергией удаленных хозяйственных объектов.

Вертикальные генераторы менее эффективнее. Они применяются в основном для снабжения энергией частных домов. Кроме того у них простая конструкция и их можно самостоятельно собрать в домашних условиях.

С геликоидным ротором

У вертикальных генераторов этого типа лопасти закручены по дуге. Такая конструкция вращает ротор плавно без рывков, улавливая даже небольшой порыв ветра. За счет отсутствия резких рывков на подвижные части устройства снижается динамическая нагрузка, тем самым увеличивая срок службы ветряка.

Но широкое применение геликоидного ротора сдерживается высокой стоимостью лопастей, имеющих сложную форму. Для их изготовления необходимо применять специальную технологию, что у частных пользователей не возможно.

С многолопастным ротором

Ротор генератора этого типа имеет сложную конструкцию и состоят из двух рядов лопастей расположенных вертикально по кругу. Внешние лопасти улавливают ветер, слегка сжимают и направляют его к внутреннему ряду лопастей, тем самым и увеличивая скорость ветра.

Внутренние лопасти подвижные, они подбирают ветер, направленный под определенным углом и увеличивают скорость вращения ротора. По отзывам специалистов такая конструкция очень эффективна, и улавливает даже малейшее дуновение ветерка. Но стоимость такого устройства высокая, и это сдерживает ее применения среди потребителей.

С ортогональным ротором

Особенностью конструкции является то, что на вертикальном валу крепятся параллельные лопасти на небольшом расстоянии от центра. Устройство работает устойчиво при любом направлении ветра, кроме того вертикальная установка центрального вала дает возможность разместить весь привод механизма непосредственно на земле.

У ортогонального ротора большая система лопастей, поэтому при работе испытывает очень большие динамические нагрузки, и срок службы у него не большой. Размещение оборудования на земле дает возможность вовремя проводить ремонта вышедших из строя узлов.

Работающие на водяных каплях

Этот необычный генератор не имеет подвижных частей и принцип его действия заключается в движении капель. В металлической рамке устанавливаются трубки с соплами и положительно заряженными электродами. Ветер сносит капли воды, также положительно заряженные, к электродам, у которых вследствие этого растет заряд.

Эффективность работы такой установки зависит от скорости ветра, наличия большого количества заряженных капель, и емкости созданного электрического поля. Ну а главным преимуществом является отсутствие вращающих узлов и никакого шума и износа.

С горизонтальной осью вращения

Роторы с горизонтальной осью вращения считаются более выгодными за счет того, что у них поток ветра попадает на большую рабочую часть лопасти. Правда они нуждаются в том, чтобы лопасти всегда были направлены по ветру.
Этот недостаток у генераторов слабой мощности решается с помощью окончания в виде флюгера, которое всегда устанавливается по ветру. У мощных генераторов есть специальное следящее устройство, автоматически поворачивающее лопасти на ветер.

С вертикальной осью вращения

Существует большое количество различных моделей с вертикальным расположением ротора. Они не отличаются большим КПД, но главное преимущество в том, что ветряки устанавливают на низкой высоте, а основные элементы привода можно вообще разместить на земле.

Лопасти не надо разворачивать по ветру, они всегда готовы к работе. А некоторые модели настолько чувствительны, что способны улавливать даже слабое дуновение ветра. Кроме того именно этот вид ротора чаще всего выбирается умельцами для изготовления ветряка своими руками.

С ротором Дарье

У ротора Дарье на вертикальном валу установлены 2 или 3 полосы, которые не имеют характерной формы для аэродинамического эффекта. Недостаток ротора в том, что если ветер равномерный без порывов, то самостоятельно он не закрутиться.

Для запуска ему нужен прерывистый шквалистый порыв ветра. После запуска у него высокая скорость вращения независимо от направления ветра. Все движущиеся части агрегата подвержены высоким динамическим нагрузкам, а по создаваемой мощности он уступает роторам с горизонтальной осью вращения.

Ветрогенератор – парус

Этот тип генератора создан на основе принципа паруса. У него вместо лопастей размещена установка, по внешнему виду похожая на антенну. Ветер, воздействуя на устройство, приводит в движение парус, который связан с поршнями.
При колебании паруса поршни двигаются приводя в действие систему гидравлики, с помощью которой происходит преобразование кинетической энергии в электрическую. По отзывам разработчиков у установки КПД в 2 раза больше, чем у обычных, а затраты на установку и эксплуатации ниже на 45 %.

Как сделать ветряк дома своими руками?

Покупка ветряка в полной комплектации слишком дорогое удовольствие. А по экспертным расчетам окупаемость таких затрат произойдет только через 7 лет, поэтому некоторые умельцы изготавливают ветряки для дома своими руками. Занятие это не простое, но зато вы получите экономию денежных средств.

Если вы изготавливаете ветряк с горизонтальной осью, то самым сложным элементом является изготовление пропеллерного винта диаметром 160-200 мм. Для этих целей применяют ПВХ трубы, которые крепят к пластине с отверстием для крепления вала генератора.

В качестве генератора используют мотор-колесо для скутера или велосипеда. Он полностью подходят к условиям работы ветряка, и развивает мощность до 1 кВт. Кроме того надо изготовить мачту, приобрести аккумулятор, инвертор, сделать разводку проводов и пульт управления.

Как выбрать при покупке?

При выборе ветряка для покупки необходимо определится для каких целей он нужен. Если вы хотите обеспечить свой дом электроэнергией, то тогда нужен агрегат мощностью 5 кВт с мощной аккумуляторной установкой и инвертором для бесперебойного снабжения электричеством.

Ниже приведены цены на некоторые модели ветрогенераторов:

1. Exmork 5 кВт, 48 вольт, цена 301 194 руб. Ветрогенератор с горизонтальной осью вращения. Номинальная скорость ветра 10 м/с, вращение начинается при скорости 2,5 м/с.
2. Exmork 3 кВт, 48 вольт, цена 166 018 руб. Горизонтальная ось вращения, мощность при скорости ветра 12 м/с 3,5 кВт, при 5 м/с 0,5 кВт.
3. Aero-Hunter AHV-2000, цена 192 940 руб. Вертикальная ось вращения, номинальная мощность 2 кВт, при скорости ветра 7-8 м/с.
4. WW/FD 5,5 — 2 кВт/48VDC, цена 118 144 руб. Горизонтальная ось вращения, мощность 2 кВт, при скорости ветра 8,9 м/с.

Прежде чем устанавливать подобный альтернативный источник электроэнергии надо хорошо изучить все климатические условия местности, особенно ветровую нагрузку. От этого будет зависеть окупаемость ветряной электростанции, с учетом тех финансовых средств которые вложены на ее установку.

Источник http://yzad.ru/dom/princip-raboty-vetryaka.html

Источник http://infoelectrik.ru/alternativnoe-elektrichestvo/vetrogenerator-dlya-doma.html

Источник http://viafuture.ru/katalog-idej/vetrogenerator