Содержание

Ветряки для выработки электроэнергии своими руками. Вертикальный ветряк своими руками (5 кВт)

Ветер является чистым источником недорогой энергии, которую довольно легко получить. По нашему мнению, каждый сам в праве выбирать, откуда получать электричество. Для этих целей нет ничего более практичного и действенного, чем постройка ветряного генератора своими руками из подручных материалов.

Ветрогенератор в сборе

Большинство инструментов и материалов, упомянутых в этой инструкции, можно приобрести в хозяйственном магазине. Также, настоятельно рекомендуем Вам поискать указанные ниже компоненты у торговцев подержанным товаром или на местной свалке.

Вопрос безопасности имеет для нас наивысший приоритет. Ваша жизнь является гораздо более ценной, нежели дешевый источник электричества, поэтому соблюдайте все правила техники безопасности, связанные с постройкой ветряка. Быстровращающиеся детали, электрические разряды и резкие погодные условия могут сделать ветрогенератор довольно опасным.

Конструкция данного ветрогенератора для дома проста и эффективна, при этом он быстро и легко собирается. Использовать энергию ветра Вы можете без каких бы то ни было ограничений.

Комплектующие ветрогенератора

В данной инструкции используется электродвигатель постоянного тока от беговой дорожки (питание 260V, 5A), с присоединенной к нему нарезной втулкой 15 см. При скорости ветра около 48 км/ч, выходной ток достигает 7 А. Это небольшой, простой и дешевый агрегат с которым вы можете начать освоение энергии ветра.

Вы можете использовать любой другой двигатель постоянного тока, который выдает не меньше 1V на 25 об/мин и может работать при более чем 10 амперах. Если это необходимо, можно изменить список требуемых компонентов (к примеру, найти втулку отдельно от двигателя – полотно циркулярной пилы с валовым переходником на 1,6 см подойдет для этих целей).

Инструменты для сборки ветрогенератора

Дрель
— Сверла (5,5 мм, 6,5 мм, 7,5 мм)
— Электролобзик
— Газовый ключ
— Отвертка с плоским шлицем
— Разводной ключ
— Тиски и/или струбцина
— Инструмент для снятия изоляции с кабеля
— Рулетка
— Маркер
— Циркуль
— Транспортир
— Метчик для нарезания резьбы на 1/4″х20
— Помощник

Материалы для сборки ветрогенератора

Несущая планка:
— Труба квадратного сечения 25х25 мм (длина 92 см)
— Маскирующий фланец на трубу 50 мм
— Патрубок 50 мм (длина 15 см)
— Саморезы 19 мм (3 шт.)

Примечание: если у Вас есть возможность воспользоваться сварочным аппаратом, то приварите отрезок 50 мм трубы длиной 15 см квадратной трубе, без использования фланца, патрубка и саморезов.

Двигатель:
Двигатель постоянного тока от беговой дорожки (питание 260V, 5A) с присоединенной к нему нарезной втулкой 15 см
Диодный мост (30 – 50 А)
Болты для двигателя 8х19 мм (2 шт.)
Отрезок полихлорвиниловой трубы 7,5 см (длина 28 см)

Хвостовик:
Квадратный кусок жести 30х30см
Саморезы 19 мм (2 шт.)

Лопасти:
Отрезок полихлорвиниловой трубы 20 см длиной 60 см (если она устойчива к ультрафиолетовому излучению, вам не придется ее красить)
Болты 6х20 мм (6 шт.)
Шайбы 6 мм (9шт.)
Листы бумаги А4 (3 шт.)
Скотч

Сборка ветрогенератора

Вырезание лопастей – у нас получится три набора лопастей (всего девять штук) и тонкая полоска отходов.

Поместите нашу ПВХ трубу длиной 60 см на плоскую поверхность вместе с отрезком трубы квадратного сечения (можно использовать любой другой достаточно длинный предмет с ровной кромкой). Плотно прижмите их друг к другу и проведите на ПВХ трубе линию в месте их соприкосновения по всей ее длине. Эту линию назовем А.

Сделайте отметки с каждого конца линии А, отступив от края трубы по 1-1,5 см.

Склейте вместе три листа бумаги формата А4 так, чтобы они образовали длинный прямой кусок бумаги. Вам предстоит обернуть им трубу, прикладывая по очереди к только что сделанным отметкам на ней. Убедитесь, что короткая сторона куска бумаги плотно и ровно прилегает к линии А, а длиная — ровно перекрывается в тех местах, где идет внахлест сама с собой. С каждого конца трубы проведите линию вдоль края бумаги. Назовем одну из этих линий В, другую – С.

Возьмите трубу так, чтобы конец трубы, ближайший к линии В смотрел вверх. Начните там, где линии А и В пересекаются и делайте отметки на линии В каждые 145 мм, двигаясь влево от линии А. Последний отрезок должен получиться длиной около 115 мм.

Переверните трубу вверх тем концом, который является ближайшим к линии С. Начните с точки, где линии А и С пересекаются, и также наносите отметки на линии С каждые 145 мм, но двигаться нужно вправо от линии А.

При помощи квадратной трубки соедините линиями соответствующие друг другу точки на противоположных концах ПВХ трубы.

Разрежьте трубу вдоль по этим линиям, используя электролобзик, таким образом, чтобы у Вас получилось четыре полоски шириной 145 мм и одна – около 115 мм.

Разложите все полоски внутренней поверхностью трубы вниз.

Сделайте на каждой полоске отметки по узкой стороне с одного конца, отступая с левого края 115 мм.

Повторите то же самое с другого конца, отступая по 30 мм с левого края.

Соедините эти точки линиями, пересекая полоски разрезанной трубы по диагонали. Распилите пластик по этим линиям при помощи лобзика.

Полученные лопасти положите внутренней поверхностью трубы вниз.

Сделайте на каждой отметку по линии диагонального распила на расстоянии 7,5 см от широкого конца лопасти.

Сделайте другую отметку на широком конце каждой лопасти на расстоянии 2,5 см от длинной прямой кромки.

Соедините эти точки линией и отрежьте получившийся уголок по ней. Это предохранит лопасти от заламывания побочным ветром.

Обработка лопастей ветрогенератора

Вы должны обработать шкуркой лопасти для того, чтобы добиться нужного профиля. Это повысит их эффективность и, также, сделает их вращение более тихим. Передняя кромка должна быть закруглена, а задняя должна быть заостренной. Для уменьшения шума любые острые углы должны быть скруглены.

Вырезание хвостовика

Размеры хвоста не имеют решающего значения. Вам нужен кусок легкого материала размером 30х30 см, желательно металла (жести). Вы можете придать хвостовику любые очертания, главным критерием является его жесткость.

Сверление отверстий в трубе квадратного сечения – используйте сверло 7,5 мм.

Поместите двигатель на передний конец квадратной трубы таким образом, чтобы втулка выступала за край трубы, и отверстия под крепежные болты смотрели вниз. Отметьте положение отверстий на трубе и просверлите трубу в отмеченных местах насквозь.

Отверстия в маскирующем фланце – этот момент будет описан ниже, в разделе данной инструкции, посвященном монтажу, так как эти отверстия определяют баланс конструкции.

Сверление отверстий в лопастях — используйте сверло 6,5 мм.
Отметьте два отверстия на широком конце каждой из трех лопастей вдоль их прямой (задней) кромки. Первое отверстие должно быть на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 13 мм от нижнего края лопасти. Второе – на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 32 мм от нижнего края лопасти.

Просверлите эти шесть отверстий.

Сверление и нарезание отверстий во втулке – используйте сверло 5,5 мм и метчик на 1/4″.

Двигатель от беговой дорожки поставляется с прикрепленной к нему втулкой. Чтобы снять ее, плотно зафиксируйте плоскогубцами вал, выступающий из втулки, и поверните втулку по ходу часовой стрелки. Она отвинчивается по часовой стрелке, именно поэтому лопасти вращаются против хода часовой стрелки.

Сделайте шаблон втулки на листе бумаги, используя циркуль и транспортир.

Отметьте три отверстия, каждое из которых находится на расстоянии 6 см от центра круга и на равном расстоянии друг от друга.

Поместите этот шаблон на втулку и набейте на ней предварительные отверстия сквозь бумагу в отмеченных местах.

Просверлите эти отверстия сверлом 5,5 мм.

Нанесите на них резьбу метчиком 1/4″х20.

Прикрутите лопасти к втулке болтами 1/4«х20 мм. В этот момент внешние, близкие к границам втулки отверстия еще не просверлены.

Измерьте расстояние между прямыми кромками кончиков каждой лопасти. Отрегулируйте их так, чтобы они были равноудалены. Наметьте и набейте каждое отверстие на втулке сквозь каждую лопасть.

Сделайте отметки на каждой лопасти и втулке, чтобы Вы не перепутали места крепления каждой из них на более поздней стадии сборки.

Скрутите лопасти с втулки, просверлите и нанесите резьбу на эти три внешних отверстия.

Изготовление защитного рукава для двигателя.

Проведите на нашем отрезке ПВХ трубы диаметром 7,5 см вдоль ее длины две параллельные линии на расстоянии 2 см друг от друга. Разрежьте трубу по этим линиям.

Срежьте один из концов трубы под углом 45°.

Поместите остроносые плоскогубцы в образовавшуюся прорезь и осматривайте трубу сквозь нее.

Убедитесь, что отверстия под болты на двигателе отцентрированы по середине прорези в ПВХ трубе и поместите двигатель в трубу. С помощником сделать это намного легче.

Поместите двигатель на трубу квадратного сечения и прикрутите его к ней, используя болты 8х19 мм.

Разместите диод на квадратной трубе за двигателем на расстоянии 5 см от него. Прикрутите его к трубе саморезом.

Присоедините черный провод выходящий из двигателя к “плюсовому” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “плюса”).

Присоедините красный провод выходящий из двигателя к “отрицательному” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “минуса”).

Разместите хвостовик так, чтобы конец квадратной трубы, противоположный тому на котором размещен двигатель, проходил по его центру. Прижмите хвост к трубе при помощи струбцины или тисков.

Прикрутите хвостовик к трубе при помощи двух саморезов.

Разместите все лопасти на втулке таким образом, чтобы все отверстия совпали. Используя болты 6х20 мм и шайбы, прикрутите лопасти к втулке. Для трех отверстий внутреннего круга (ближайших к оси втулки) используйте по две шайбы, по одной с каждой стороны лопасти. Для трех остальных используйте по одной (со стороны лопасти, ближайшей к головке болта). Туго затяните.

Надежно зафиксируйте вал двигателя (который проходил через отверстие во втулке) плоскогубцами и, надев втулку, поворачивайте ее против хода часовой стрелки, пока она не закрутится до конца.

При помощи газового ключа плотно прикрутите патрубок 50 мм к маскирующему фланцу.

Зажмите патрубок в тисках так, чтобы фланец был расположен горизонтально над губками тисков.

Расположите квадратную трубу, несущую на себе двигатель и хвостовик, на фланце и добейтесь ее идеально сбалансированного положения.
После достижения сбалансированности сделайте метки на квадратной трубе сквозь отверстия во фланце.

Просверлите эти два отверстия, используя сверло 5,5 мм. Возможно, придется скрутить для этого хвост и втулку, чтобы они не мешали Вам.

Прикрутите несущую квадратную трубу к фланцу двумя саморезами.

Энергия ветра приручена людьми достаточно давно. Примером тому могут служить парусники, благодаря которым, в прошлом, мореплаватели открывали новые земли и создавали картину нашего настоящего мира. Также всем наверняка знакомы ветряные мельницы, которые являлись для наших предков единственными машинизированными средствами труда. Они и по сей день помогают людям.

Пример ветрогенератора для установки на крыше

В настоящее время энергия ветра представляет огромный интерес в качестве альтернативного источника электроэнергии. Попробуем разобраться, оправдан ли этот ажиотаж вокруг таких способов , как ветряные электростанции.

Эти новомодные приспособления для получения электроэнергии представляют собой определенное количество генераторов, использующих для работы силу ветра, объединенных в систему вместе с другим вспомогательным оборудованием. Наиболее продвинутыми в направлении электроэнергетики странами являются Германия и Дания. Исследования показывают, что потребление энергии в этих странах существенно ниже по сравнению с их соседями. Также, благодаря тому, что они внедряют возобновляемую энергетику в другие страны, в их бюджете замечается существенный прирост.

Ветряные электростанции бывают двух типов: с горизонтальным и вертикальным расположением оси вращения.

Так выглядит горизонтальный ветрогенератор

Первый тип еще называют пропеллерным, и применяют его чаще всего, так как такие ветряки имеют наибольший коэффициент полезного действия. Их отличает более сложная конструкция, включающая в себя устройство для ориентации по ветру. Самодельное изготовление пропеллерного типа ветряков затруднено. Работают такие установки только при больших скоростях ветра, поэтому их применение в условиях слабых ветров нецелесообразно.

Второй тип – вертикальные ветровые генераторы, имеют более простую конструкцию, и неприхотливы относительно скорости ветра. Минусом таких устройств является их малый коэффициент полезного действия. Любой из типов ветряков имеет существенный минус – это невысокое качество получаемой электроэнергии, что обязывает принять меры для устранения этого недостатка. В качестве компенсаторов используются стабилизирующие устройства, преобразователи и аккумуляторы.

схема горизонтального ветрогенератора

Конструкция стандартной ветряной электростанции имеет следующие компоненты:

ветряной двигатель;
элемент, направляющий двигатель по ветру;
редуктор;
генератор;
зарядное устройство;
аккумуляторная батарея;
инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный).

Если не углубляться в технические вопросы, процесс получения электроэнергии ветряными электростанциями можно описать следующим образом:

Система кондиционирования дома

Перед установкой ветрогенератора в конкретном месте проводится ряд подготовительных мероприятий.
В данной местности изучается направление и сила ветра, и если место оказывается перспективным, решается вопрос о рентабельности возведения станции.

Выбор ветряной электростанции

Сейчас в каждом регионе нашей страны можно найти организации предлагающие ветряки для дома. Выбор в сторону того или иного устройства делается на основании потребностей потребителя электроэнергии. К примеру, для со множеством разнообразных потребителей электроэнергии потребуется мощная установка.

Для того чтобы сделать возможной работу сельскохозяйственной техники, достаточно будет запроектировать генератор малой мощности. В любом случае расчет и монтаж систем, использующих возобновляемые энергетические ресурсы лучше всего доверить специалистам. Покупке конкретного типа ветряка предшествует тщательный анализ скорости ветра на участке.

Схема ветроэнергетической установки

Также необходимо учесть такие моменты, как среднегодовое потребление электроэнергии и пиковые нагрузки, а также ландшафт местности. Если в радиусе ста метров от ветряка находится постройка или, к примеру, дерево, то мачта должна иметь высоту, превышающую это препятствие на 10 метров. Можно, конечно, задрать ветряк еще выше, однако это будет экономически нецелесообразно.

Положительные стороны использования ветрогенераторов

Неисчерпаемость энергии ветра.
Более простое устройство и быстрая окупаемость, по сравнению с другими альтернативными источниками энергии.
Стабильное производство электроэнергии.
Экологическая безопасность.

Отрицательные стороны ветряков

Сколько стоят ветровые генераторы

Ветряки различаются в зависимости от используемой силы и скорости ветра. На рынке представлены различные агрегаты в широком ассортименте. Установка мощностью до 6 кВт может обеспечить электроэнергией магазин, кафе или даже маленькое сельскохозяйственное угодье.

Если есть потребность в обеспечении электроэнергией некрупного поселка, то мощность электростанции должна быть порядка 18 – 25 кВт.

В среднем, за простые ветряки для дома, поставщики попросят не меньше семисот тысяч рублей. Установки для решения более серьезных задач обойдутся гораздо дороже, три миллиона – это вполне реальная цена.

Малая ветроэнергетика

Как было сказано выше, ветряные электростанции очень шумные сооружения. Однако, существуют и такие варианты, которые подходят для тех мест, где высокий уровень шума недопустим. Небольшие объекты, такие как магазины, вполне могут быть обеспечены электроэнергией с помощью таких бесшумных установок.

Наиболее популярные варианты в настоящее время — это вертикальные модели, которые обладают следующими достоинствами:

бесшумная работа, исключающая вибрации;
защита от сильных порывов ветра;
защита от молнии;
способность подстраиваться под направление ветра.

Ветряки для дома можно легко установить своими руками, а также они просты в эксплуатации. Существует такой вариант домашних ветрогенераторов, как ветряк парусного типа. Возможно, он может отпугнуть кого-то своей внешней непривлекательностью, но зато его использование может быть оправдано даже при слабом ветре. Так же как и стандартные ветряки, такие агрегаты нейтральны в отношении загрязнения окружающей среды, стоят недорого и почти бесшумны.

Перспективы развития электрических станций, в которых используется энергия ветра

Говорят, что на наш век природных ресурсов хватит, однако, недалеко то время, когда альтернативная энергетика займет лидирующие позиции среди всех вариантов выработки электроэнергии. Уже сегодня во многих странах можно встретить ветряные электростанции для дома. В нашей стране альтернативная энергетика развивается медленными темпами, что можно объяснить плохим финансированием со стороны государства.

Системы охранной сигнализации для дачи и дома

Также, медленное развитие в нашей стране обуславливается большими запасами более дешевых энергоресурсов. Как бы то ни было, потребители в нашей стране сталкиваются с высокими тарифами на энергию, особенно в отдаленных районах. Для таких мест альтернативные источники энергии очень уместны, так как зачастую централизованное энергоснабжение там вовсе отсутствует.
В защиту развития ветроэнергетики в России можно отметить тот факт, что наши территории располагают огромным ветроэнергетическим потенциалом. Крайний Север и Дальний Восток нашей страны можно отнести к самым ветреным зонам.

В некоторых регионах России очень активно используют энергию ветра, к примеру:

Чукотский АО.
Астраханская область.
Республика Башкортостан.
Республика Коми.
Калининградская область.
Ростовская область.
Мурманская область.

Как показывает практика, ветряные электростанции и другие альтернативные источники энергии как минимум в два раза менее эффективны, чем электростанции, использующие традиционные виды энергии. Следовательно, для того чтобы получить столько же электрической энергии необходимо возвести в два раза больше станций. Рассуждая в таком ключе, можно прийти к выводу, что имеет место огромный перерасход материалов и занимаемой площади, что негативно влияет на экологию.

ветряная электростанция в Калифорнии

Капиталовложения на возведение ветряков сравнимы с затратами на строительство атомной электростанции, с расчетом вырабатываемой мощности. Если говорить о себестоимости вырабатываемого киловатта электроэнергии, то вопреки убеждениям она ненулевая. Все из-за того, что существуют эксплуатационные издержки.

Можно сделать вывод, что возобновляемость энергии несколько условна, так как для строительства ВЭС используются невозобновляемые материалы, производство которых, кстати, далеко не экологично.

Развитие альтернативной энергетики, в которой используется энергия ветра, идет медленными темпами из-за огромной трудоемкости процесса изготовления оборудования, необходимости в больших площадях и нестабильности работы.

Эту подробно описанную конструкцию роторного ветрогенератора типа Савониус я обнаружил на этом замечательном сайте вот здесь http://mirodolie.ru/node/2372 После прочтения материала решил написать о этой конструкции и о том как все делалось.

С чего все начиналось

Поэтому было решено построить ветрогенератор чтобы использовать еще и энергию ветра. Сначала было желание построить парусный ветрогенератор. Такой тип ветрогенераторов очень понравился, и после некоторого времени проведенного в интернете в голове и на компьютере накопилось много материалов по этим ветрогенераторам.Но строить парусный ветрогенератор довольно затратное дело, так-как такие ветрогенераторы маленькие не строят и диаметр винта для ветрогенератора такого типа должен быть как минимум метров пять.

Большой ветрогенератор не было возможности потянуть, но все-таки очень хотелось попробовать сделать ветрогенератор, хотя бы небольшой мощности, для зарядки аккумулятора. Горизонтальный пропеллерный ветрогенератор сразу отпал так-как они шумные, есть сложности с изготовлением токосьемных колец и защитой ветрогенератора от сильного ветра, а так-же трудно изготовить правильные лопасти.

Хотелось чего-то простого и тихоходного, посмотрев некоторые видеоролики в интернете очень понравились вертикальные ветрогенераторы типа Савониус. По сути это аналоги разрезанной бочки, половинки которой раздвинуты в противоположные стороны. В поисках информации нашел более продвинутый вид этих ветрогенераторов — ротор Угринского. Обычные Савониусы имеют очень маленький КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра), он обычно всего 10-20%, а ротор Угринского имеет более высокий КИЭВ за счет использования отражённой от лопастей энергии ветра.

Ниже наглядные картинки для понимания принципа роботы данного ротора

Схема разметки координат лопастей

КИЭВ ротора Угринского заявлен аш до 46% , а значит он не уступает горизонтальным ветрогенераторам. Ну а практика покажет что и как.

Изготовление лопастей.

Материалы для ротора выбраны самые простые и дешовые. Лопасти сделаны из алюминиевого листа толщиной 0,5мм. Из фанеры толщиной 10мм вырезаны три круга. Круги были расчерчены по рисунку выше и были сделаны бороздки глубиной 3 мм для вставки лопастей. Крепление лопастей сделано на маленьких уголочках и стянуто на болтики. Дополнительно для прочности всей сборки фанерные диски стянуты шпильками по краям и в центре, получилось очень жёстко и прочно.

Размер получившегося ротора 75*160см, на материалы ротора потрачено примерно 3600 рублей.

Изготовление генератора.

В поисках информации на форумах оказалось многие люди делают генераторы сами и в этом нет ничего сложного. Решение было принято в пользу самодельного генератора на постоянных магнитах. За основу была взята классическая конструкция аксиального генератора на постоянных магнитах, сделанная на автомобильной ступице.

Первым делом были заказаны неодимовые магниты шайбы для этого генератора в количестве 32 шт размером 10*30мм. Пока шли магниты изготавливались другие детали генератора. Вычислив все размеры статора под ротор, который собран из двух тормозных дисков от автомобиля ВАЗ на ступице заднего колеса, были намотаны катушки.

Для намотки катушек сделан простенький ручной станочек. Количество катушек 12 по три на фазу, так-как генератор трехфазный. На дисках ротора будет по 16 магнитов, это соотношение 4/3 вместо 2/3, так генератор получится тихоходнее и мощнее.

Для намотки катушек сделан простой станочек.

На бумаге размечены места расположения катушек статора.

Для заливки статора смолой изготовлена форма из фанеры. Перед заливкой все катушки были спаяны в звезду, а провода выведены наружу по прорезанным канальцам.

Катушки статора перед заливкой.

Свеже залитый статор, перед заливкой на дно был постелен кружок из стеклосетки, и после укладки катушек и заливкой эпоксидной смолой поверх них был уложен второй кружок, это для дополнительной прочности. В смолу добавлен тальк для крепкости, от этого она белая.

Так-же смолой залиты и магниты на дисках.

А вот уже собранный генератор, основа тоже из фанеры.

После изготовления генератор сразу был покручен руками на предмет вольт-амперной характеристики. К нему был подключен мотоциклетный аккумулятор 12 вольт. К генератору была приделана ручка и смотря на секундную стрелку и вращая генератор были получены некоторые данные. На аккумулятор при 120 об/м получилось 15 вольт 3,5А, быстрее раскрутить рукой не позволяет сильное сопротивление генератора. Максимум в холостую на 240 об/м 43 вольта.

Электроника

Для генератора был собран диодный мост, который был упакован в корпус, а на корпусе были смонтированы два прибора это вольтметр и амперметр. Так-же знакомый электронщик спаял простенький контроллер для него. Принцип контроллера прост, при полном заряде аккумуляторов контроллер подключает дополнительную нагрузку, которая съедает все излишки энергии чтобы аккумуляторы не перезарядились.

Первый контроллер спаянный знакомым не совсем устраивал, по этому был спаян более надежный программный контроллер.

Установка ветрогенератора.

Вот уже готовый ветрогенератор.На этом фото привод генератора прямой, но в последствии был сделан мультипликатор для поднятия оборотов генератора.

Привод генератора ременной, передаточное соотношение можно менять заменой шкивов.

В последствии генератор был соединен с ротором через мультипликатор. В общем итоге ветрогенератор выдает 50 ватт на ветру 7-8 м/с, зарядка начинается на ветру 5 м/с, хотя начинает вращаться на ветре 2-3 м/с, но обороты слишком маленькие для зарядки аккумулятора.

В будущем планируется поднять ветрогенератор по выше и переработать некоторые узлы установки, а тск-же возможно изготовление нового более большого ротора.

В последние годы тема зеленой энергетики стала чрезвычайно популярной. Некоторые даже предрекают, что такая энергетика уже в ближайшее время полностью вытеснит угольные, газовые, атомные электростанции. Одним из направлений зеленой энергетики является ветроэнергетика. Генераторы, преобразующие энергию ветра в электричество, бывают не только промышленными, в составе ветроэлектростанций, но и небольшими, обслуживающими частное хозяйство.

Ветрогенератор можно даже изготовить собственными руками — этому и посвящен данный материал.

Что такое генератор

В широком смысле генератором называют устройство, производящее какие-либо продукты или преобразующее один вид энергии в другой. Это может быть, к примеру, парогенератор (производит пар), генератор кислорода, квантовый генератор (источник электромагнитного излучения).

Но в рамках данной темы нас интересуют электрогенераторы. Под этим названием подразумеваются устройства, преобразующие различные виды неэлектрической энергии в электроэнергию.

Виды генераторов

Электрогенеаторы классифицируются как:

Кроме того, электромеханические генераторы классифицируют по типу двигателя. Выделяют следующие их виды:

турбогенераторы приводятся в движение паровой турбиной;
гидрогенераторы в качестве двигателя используют гидравлическую турбину;
дизель-генераторы или бензиновые генераторы делают на основе дизельных или бензиновых двигателей;
ветрогенераторы преобразуют энергию воздушных масс в электроэнергию при помощи ветротурбины.

Подробнее остановимся на ветрогенераторах (их еще называют ветроустановками). Простейший маломощный ветрогенератор обычно состоит из мачты, как правило, укрепляемой растяжками, на которую устанавливается ветротурбина.

Эта ветротурбина раскручивается винтом, приводящим в движение ротор электрогенератора. В состав устройства, кроме электрогенератора, также входят аккумулятор с контроллером заряда и инвертор, подключенный к электросети.

Знаете ли вы? К 2016 году общая мощность всех ветрогенераторных установок в мире составила 432 ГВт. Таким образом, ветроэнергетика превзошла по мощности атомную энергетику.

Схема работы этого устройства довольно проста: под действием ветра вращается винт, раскручивая ротор, электрогенератор вырабатывает переменный электроток, который преобразуется контроллером заряда в постоянный ток.
Этим током заряжается аккумулятор. Постоянный ток, поступающий с аккумулятора, преобразуется инвертором в переменный ток, параметры которого соответствуют параметрам электросети.

Промышленные устройства монтируются на башнях. Они дополнительно оборудуются поворотным механизмом, анемометром (прибор для измерения скорости и направления ветра), устройством изменения угла поворота лопастей, системой торможения, силовым шкафом с управляющими цепями, системами пожаротушения и защиты от молний, системой передачи данных о работе установки и т. д.

По расположению оси вращения относительно земной поверхности ветроустановки делят на вертикальные и горизонтальные. Простейшей вертикальной моделью является установка с ротором Савониуса .

В ней две или более лопастей, которые представляют собой полые полуцилиндры (цилиндры, разрезанные пополам по вертикали).
Ротор Савониуса Существуют различные варианты компоновки и конструкции этих лопастей: симметрично закрепленные, заходящие краями друг за друга, с аэродинамическим профилем.

Преимуществом ротора Савониуса является простота и надежность конструкции, кроме того, его работа не зависит от направления ветра, недостатком — низкий КПД (не более 15%).

Знаете ли вы? Ветряные мельницы появились примерно в 200 году до н. э. в Персии (Иране). Они использовались для производства муки из зерна. В Европе подобные мельницы появились лишь в XIII веке.

Другой вертикальной конструкцией является ротор Дарье . Его лопасти представляют собой крылья с аэродинамическим профилем. Они могут быть дугообразными, Н-образными, спиралевидными. Лопастей может быть две и более.
Ротор Дарье Преимуществами такого ветрогенератора являются:

его высокий КПД,
пониженный шум при работе,
сравнительно простая конструкция.

Из недостатков отмечаются:

большая нагрузка на мачту (из-за эффекта Магнуса);
отсутствие математической модели работы этого ротора, что затрудняет его совершенствование;
быстрый износ из-за центробежных нагрузок.

Еще одним видом вертикальных установок является геликоидный ротор . Он оснащен лопастями, которые закручены вдоль несущей оси.
Геликоидный ротор Это обеспечивает долговечность конструкции и высокий КПД. Недостатком является высокая стоимость из-за сложности изготовления.

Многолопастный тип ветряка представляет собой конструкцию с двумя рядами вертикальных лопастей — внешним и внутренним. Эта конструкция дает наибольший КПД, однако отличается высокой стоимостью.

Горизонтальные модели отличаются:

количеством лопастей (однолопастные и с большим количеством);
материалом, из которого изготовлены лопасти (жесткие или гибкие парусные);
изменяемым или фиксированным шагом лопастей.

Конструктивно они все схожи. В целом ветрогенераторы такого типа отличаются высоким КПД, но они нуждаются в постоянной подстройке под направление ветра, что решается использованием в конструкции хвоста-флюгера или автоматическим позиционированием установки с помощью поворотного механизма по показаниям датчика.

Ветрогенератор своими руками

Выбор моделей ветрогенераторов на рынке широчайший, доступны устройства самых разных конструкций и различной мощности. Но простую установку можно сделать самостоятельно.

В качестве генератора рекомендуется взять трехфазный на постоянных магнитах, например, тракторный. Но можно изготовить его из электромотора, о чем будет подробнее сказано ниже. Важен вопрос подбора лопастей. Если ветряк вертикального типа, обычно используют вариации ротора Савониуса.
Тракторный генератор Для изготовления лопастей вполне подойдет емкость цилиндрической формы, например, старая выварка. Но, как говорилось выше, ветрогенераторы такого типа обладают низким КПД, а изготовить лопасти более сложной формы для вертикального ветряка вряд ли получится. В самоделках обычно используют четыре полуцилиндрические лопасти.

Что касается ветроустановок горизонтального типа, то для маломощной установки оптимальной является однолопастная конструкция, однако при всей ее кажущейся простоте крайне трудно будет изготовить сбалансированную лопасть кустарным образом, а без этого ветряк будет часто выходить из строя.

Важно! Не стоит увлекаться большим количеством лопастей, ведь они при работе могут образовывать так называемую «воздушную шапку», из-за которой воздух будет огибать ветряк, а не проходить сквозь него. Для самодельных устройств горизонтального типа оптимальными считаются три лопасти крыльчатого типа.

В горизонтальных ветряках можно применять лопасти двух типов: парусные и крыльчатые. Парусные весьма просты, это всего лишь широкие полосы, внешне напоминающие лопасти ветряных мельниц. Минусом таких элементов является очень низкий КПД. В этом отношении гораздо перспективнее крыльчатые лопасти. В домашних условиях их обычно изготавливают из 160 мм ПВХ труб по лекалу.

Можно использовать и алюминий, но это обойдется значительно дороже. К тому же изделие из ПВХ трубы изначально имеет изгиб, который придает ей дополнительные аэродинамические свойства.
Лопасти из ПВХ трубы Длина лопастей подбирается по следующему принципу: чем мощнее выходная мощность ветряка, тем они длиннее; чем их больше, тем они короче. К примеру, для трехлопастного ветряка на 10 Вт оптимальной является длина 1,6 метра, для четырехлопастного — 1,4 м.

Если мощность составляет 20 Вт, то показатель поменяется на 2,3 м для трехлопастного и 2 м для четырехлопастного.

Основные этапы изготовления

Ниже приведен пример самостоятельного изготовления горизонтальной трехлопастной установки с переделкой в генератор асинхронного двигателя от стиральной машины.

Переделка двигателя

Одним из ключевых моментов создания ветрогенератора собственными руками является переделка электродвигателя в электрогенератор. Для переделки используется электродвигатель от старой стиральной машины еще советского производства.

Ни для кого не секрет, что стоимость коммунальных услуг в нашем государстве беспрерывно растет, хотя и предпосылок к этому вроде бы и не наблюдается. Ну а вместе с этим увеличивается число потребителей, кто пытается хоть как то уменьшить эту графу расходов. Кто-то экономит воду, кто-то — газ, но все же наибольшим интересом пользуются альтернативные источники света, такие как солнечная батарея или электрогенератор, использующий для работы ветер.

Конечно, экономия в таких случаях ощущается, но основная проблема заключена в том, что подобные установки стоят недешево, и для того, чтобы ощутить реальную экономию, должен пройти не один год. Ведь сначала установка должна себя окупить.

Именно по причине высокой стоимости начали возникать вопросы о том, как сделать ветрогенератор своими руками. Ведь подобные установки придумал и создал человек, а значит и в домашних условиях появляется возможность его воссоздать. А потому попробуем понять, насколько реально изготовить генератор для ветряка своими руками из подручных средств, нужно ли какое-то дополнительное оборудование для его бесперебойной работы и насколько возможна экономия электроэнергии при использовании подобного прибора для дома, квартиры или дачи.

Возможные ограничения

Главное при установке ветрогенератора — это, естественно, попытки нашего государства даже в этой области получить какую-либо прибыль. Для того, чтобы не сертифицировать изготовленную своими руками установку, т.е. не платить отдельных налогов, стоит собирать маломощный ветрогенератор, который вырабатывает не более 5 кВт. Хотя в домашних условиях самодельное устройство большей мощности изготовить довольно проблематично.

Также следует уточнить наличие нормативных актов и документов по высоте построек в районе установки, чтобы не превысить ее для лучшего ветра.

Стоит также помнить и о соседях — им может помешать шум, который издают лопасти, и редуктор, которыми оснащены самодельные ветрогенераторы. Конечно, шумят подобные установки незначительно, но и зависть никто пока не отменял, а при жалобах возможны штрафы, а также и постановление о демонтаже. Преимущество здесь имеет вариант в заводском исполнении, т.к. он малошумный, но ввиду его высокой стоимости подобное устройство сейчас не рассматривается.

Также не стоит забывать о защите от радиопомех — при самостоятельном изготовлении ветряка необходимо предусмотреть установку фильтра. Ну а при приобретении подобного прибора — уточнить его наличие в схеме.

Устройство ветрогенератора

Вне зависимости от типа подобного устройства, изготовленного своими руками на 220 вольт, составляющие его части будут одни и те же. Любые ветровые генераторы состоят из непосредственно самого вырабатывающего электричество устройства, лопастей, батареи, мачты и электронного блока — инвертора.

В любом случае, первое, с чего начинается изготовление подобного устройства — это выбор типа, электрическая схема и проект внешнего вида. По типу ветрогенераторы разделяются на парусные и лопастные, или горизонтальные и вертикальные. Для средних широт, где нет резких порывов ветра, а так же в установках, мощностью до 5 кВт, наилучшим вариантом станет такой ветряной генератор, как «парусник», а потому в нем и попробуем разобраться подробнее.

Сама суть работы подобных устройств такова: лопасти, вращаясь при помощи силы ветра, передают крутящий момент напрямую или через редуктор на ротор генератора, в результате чего вырабатывается электроэнергия, которая через электронный блок поступает в батарею. В аккумуляторе энергия накапливается и в последующем может быть использована для бытовых нужд.

Попробуем разобраться, какие виды ветрогенераторов возможно изготовить в домашних условиях и что для этого понадобится.

Роторная установка

Подобный ветряной генератор, сделанный своими руками, способен вырабатывать количество электроэнергии, достаточной для освещения небольшого садового домика, хозяйственных построек, а также нескольких фонарей на дворовой территории. Изготавливаются такие ветряки из автомобильного генератора или стартера, а потому, чтобы не приобретать дорогостоящее оборудование для его изготовления, рассмотрим устройство, которое будет вырабатывать до полутора киловатт. Для этого будет необходимо наличие следующих материалов:

автомобильного генератора на 12 вольт;
гелиевого или кислотного аккумулятора (нужен также 12-вольтовый);
герметичного выключателя;
преобразователя напряжения с 12 на 220 В и 700–1500 ватт;
большой емкости из нержавейки или алюминия для изготовления лопастей. Также может подойти и пластиковая труба диаметром в 20–25 см;
реле зарядки аккумулятора с вольтметром;
крепежной фурнитуры, т.е. болтов и гаек;
проводов, имеющих сечение 4 и 2,5 кв. мм;
двух хомутов для крепления на мачте устройства;
металлической трубы достаточной длины для использования ее в качестве мачты;
ну и, естественно, различного инструмента: ножниц по металлу, болгарки, ключей, отверток и дрели с набором сверел.

Алгоритм работы по изготовлению

Первым делом необходимо сделать лопасти вентилятора будущего ветрогенератора для частного дома своими руками. Для этого хорошо подойдет старая большая алюминиевая кастрюля, но тут возможны варианты. Карандашом необходимо разметить, а после разрезать емкость по размеченным линиям при помощи болгарки или ножниц по металлу, оставляя непрорезанными небольшие отрезки сверху и снизу, т.е. так, как показано на рисунке. Лопасти должны получиться одинаковыми, а их количество зависит только от предпочтений мастера.

Вырезанные лопасти выгибаются в нужную сторону. Нужно помнить о том, что от того, в какую сторону вывернуты лопасти, зависит направление вращения, а от угла их поворота и размера — скорость, с которой винт будет вращать генератор. Вырезать их удобнее болгаркой, но если металл тонкий, вполне подойдут и ножницы по металлу.

Немного сложнее обстоит дело с пластиковой трубой. Ее необходимо разделить вдоль на четыре части, после чего на каждую из полукруглых отрезков изготовить «заглушки сверху и снизу, а после скомпоновать в один винт, чтобы получилось подобие первого варианта.

Далее при помощи дрели делаются крепежные отверстия в валу генератора и готовом пропеллере, после чего лопасти при помощи болтов фиксируются на вал ротора. Можно произвести подобную работу и при помощи редуктора, увеличив скорость вращения генератора, — это уже на усмотрение самого мастера.

После произведенной работы остается только закрепить ветрогенератор при помощи хомутов на мачту и протянуть вдоль нее провода.

Сборка оборудования на земле

Т.к. оптимальная длина мачты ветроэлектростанции составляет 5–13 метров, основание ее необходимо залить бетоном для хорошей устойчивости. Также имеет смысл продумать и варианты, как опустить вниз ветряной генератор для дома или добраться до него в случае поломки.

Провода, идущие от самого ветрогенератора, подключаются через реле зарядки на аккумулятор. Далее в схеме идет преобразователь, от которого напряжение в 220 вольт уже будет поступать в распределительный щит.

Все оборудование должно быть защищено от попадания атмосферных осадков и прямого доступа детей. Выключатель устанавливается на мачте, на доступной высоте, и разрывает плюсовой провод от ветрогенератора на реле зарядки. Тем самым, при ненужности либо слабом ветре можно снять нагрузку, позволив лопастям вращаться «вхолостую».

Очень важно отключать нагрузку при слишком сильном ветре, который может вывести из строя как сам генератор, так и реле зарядки аккумулятора.

Но существует и более мощный вариант изготовления ветрогенератора своими руками в домашних условиях. Конечно, он немного сложнее, но, все же, соблюдая правила и порядок работы, сделать подобное устройство вполне реально.

Аксиальный ветрогенератор

Подобное устройство (можно даже сказать — ветряная электростанция своими руками) изготавливается на основе не так давно появившихся на нашем рынке неодимовых магнитов. Именно за их счет и достигается более высокая мощность генератора. Если брать подобную установку на обычных, ферритовых магнитах, то больше полутора киловатт из нее получить не удастся. Некоторое время назад, когда неодимовые элементы только появились на прилавках, цена на них была довольно высока, но сейчас уже наблюдается снижение стоимости, а потому подобные магниты стали более доступными.

Итак, для того, чтобы изготовить аксиальный ветровой генератор для дома своими руками, понадобится наличие ступицы с тормозным диском от автомобиля. Причем износ ее тут не важен, а потому подобную деталь можно всегда найти в любом автосервисе. Ее будет нужно тщательно почистить, промазать подшипники, в общем, привести в хорошее рабочее стояние. Оптимальным количеством магнитов будет 20 шт., с размерами 25 х 8 мм. Приклеены они будут к внутренней части тормозного диска.

Разметив диск на секторы, следует клеить магниты, чередуя их полюсы — это очень важно. Для более крепкого соединения рекомендуется использование эпоксидного клея. Ну а после того, как клей высох, той же эпоксидной смолой все магниты заливаются, а чтобы клей не стекал, можно сделать небольшой бортик по кругу диска из пластилина.

Намотка катушек

Общеизвестно, что перед тем, как приступить к намотке, нужно рассчитать необходимое количество витков катушки. Исходя из того, что ветрогенератор должен работать на небольшой скорости, необходима зарядка аккумулятора уже на 100–150 оборотах в минуту. Следовательно, общее количество витков во всех катушках обмотки должно быть 1200–1500, большее количество ни к чему. Ну а рассчитать количество витков одной катушки очень просто. При 20 катушках и общем количестве витков в 1400, одна должна содержать 70 витков.

Чем больше количество катушек, тем большей мощности можно добиться на малых оборотах. При этом, чем больше сечение провода при намотке, тем меньше сопротивление, а значит и больше сила тока.

Конечно, наилучшим вариантом будет использование специального станка для намотки катушек, но если его нет, вполне возможно выполнение подобной работы и вручную.

Для проверки выдаваемой мощности вполне хватит одной обмотки. При прокрутке в генераторе уже можно будет замерить параметры будущего устройства.

Сам статор можно изготовить из фанеры, укрепив ее, для надежности, стеклотканью и эпоксидной смолой. А вот соединение катушек производится по одной из двух схем, на выбор мастера. Это может быть либо «треугольник», либо «звезда». Далее катушки фиксируются, а провода выводятся наружу. Для проверки работоспособности ветрогенератор для частного дома прокручивают вручную при стабильных оборотах и снимают с выведенных проводов показания напряжения.

Мачта и винт пропеллера

Что касается мачты — здесь нет никаких отличий от изготовления роторного ветрогенератора. Требования к ней предъявляются те же самые. А вот лопасти винта для подобной установки изготавливаются по-другому. Для этого используется поливинилхлоридная труба на 16 мм. Форма же лопастей является экспериментальной, т.е. каждый сам определяет оптимальную, как говорится, методом проб и ошибок.

При этом длина лопасти на ветряк своими руками должна быть не менее метра, для возможности прокрутки генератора, причем необходимо так же и сбалансировать готовый винт для устранения шума, биения и порчи подшипников в процессе эксплуатации.

Немного поразмыслив, можно сконструировать лопасти ветрогенератора так, чтобы при очень сильном ветре их можно было сложить, а после разложить. Это спасет от выхода из строя устройства в случае штормовых предупреждений и резких порывов.

Монтаж оборудования на земле производится аналогично предыдущему варианту роторного ветрогенератора.

Обслуживание

Конечно, воздушный генератор, как и любое другое оборудование, требует внимания, периодических ревизий и, естественно, иногда ремонта. Основное, что необходимо постоянно проверять, чистить и промазывать специальной графитовой смазкой — это щетки генератора, т.к. они имеют обыкновение стираться в процессе эксплуатации.

При малейшем подозрении на разбалансировку, вибрацию, ослабление винтовых креплений и соединений генератор необходимо опустить на землю и отрегулировать или отремонтировать.

Примерно раз в 2–3 года необходимо красить устройство. И лучше, если краска будет специальной, т.е. антикоррозийной. Также необходима и регулярная проверка натяжения и крепления удерживающих тросов.

Вывод

Некоторые могут сказать, что не настолько высока цена электроэнергии, чтобы проделывать такую работу, изготавливая самодельные ветряки. К тому же, еще и на инвертор и т.п. придется потратиться. Но если вдуматься, то при качественно выполненной работе электроэнергии хватит не только на отопление дома, но и на постройки, отопление сарая с животными зимой. В общем, при правильном подходе к изготовлению такой самоделки, т.е. ветрогенератора, и расходу электроэнергии можно полностью отказаться от платного электричества, а это неплохая экономия.

Создаем ветряную электростанцию своими руками

Делаем ветроэлектростанцию своими руками у себя в частном доме. Ознакомимся с уже существующими промышленными аналогами на рынке и с работами народных умельцев.

Человечество на протяжении всего своего развития не перестает искать дешевые возобновляемые источники энергии, которые могли бы решить многие проблемы энергообеспечения. Одним из таких источников является энергия ветра, для преобразования которой в электрическую энергию, разработаны ветровые энергетические установки (ВЭУ), или, как их чаще называют, ветряные электростанции.

Ветроэлектростанция сделанная своими руками Любому человеку, особенно имеющему частный или загородный дом, хотелось бы иметь свой ветрогенератор, обеспечивающий жилье недорогой электрической энергией. Препятствием этому служит высокая стоимость промышленных образцов ВЭУ и, соответственно, слишком большой срок окупаемости для отдельно взятого владельца жилья, делающий его приобретение невыгодным. Одним из выходов может служить изготовление ветряной электростанции своими руками, позволяющее не только снизить общие затраты на ее приобретение, но и распределить эти затраты на некоторый срок, так как работа осуществляется в течение довольно длительного времени.

Для того чтобы сделать ветряную электростанцию, необходимо определить, позволяют ли погодные условия использовать ветровую энергию в качестве постоянного источника энергии. Ведь, если ветер для вашей местности редкость, вряд ли стоит начинать строительство самодельной ветряной электростанции. Если же с ветром все обстоит благополучно, желательно узнать общие климатические характеристики и, в частности, скорость ветра, с распределением ее по времени. Знание скорости ветра позволит правильно выбрать и сделать своими руками конструкцию ветряной электростанции.

Ветроэлектростанция своими руками классифицируется по расположению оси вращения и бывают:

с горизонтальным расположением;
с вертикальным расположением.

Ветроустановка пропеллерного типа

Установки с горизонтальным расположением оси называются установками пропеллерного типа и имеют самое широкое распространение в связи с высоким коэффициентом полезного действия. Недостатком этих установок является их более сложная конструкция, затрудняющая самодельные варианты изготовления, необходимость применения механизма следования направлению ветра и большая зависимость работы от скорости ветра — как правило, при малых скоростях эти установки не работают.

Более просты, неприхотливы и мало зависимы от скорости и направления ветра установки с вертикальным расположением рабочего вала — ортогональные с ротором Дарье и карусельные с ротором Савониуса. Недостатком их является весьма малый КПД, составляющий порядка 15%.

Недостатком обеих типов самодельной ветряной электростанции является низкое качество вырабатываемой электроэнергии, требующее дорогостоящих вариантов компенсации этого качества — стабилизирующих устройств, аккумуляторов, электрических преобразователей. В чистом виде электроэнергия пригодна только для использования в активной бытовой нагрузке — лампах накаливания и простых нагревательных устройствах. Для питания бытовой техники электроэнергия такого качества не пригодна.

Конструктивные элементы

Конструктивно, независимо от расположения оси, самодельная полноценная ветряная электростанция должна состоять из следующих элементов:

ветряной двигатель;
устройство для ориентирования ветряного двигателя по направлению ветра;
редуктор или мультипликатор для передачи вращения от ветряного двигателя к генератору;
генератор постоянного тока;
зарядное устройство;
аккумуляторная батарея для накопления электроэнергии;
инвертор для преобразования постоянного тока в переменный.

Особенности выбора источника тока

Ветрогенератор на синем фоне

Одним из сложных элементов ветряной электростанции является генератор. Наиболее подходящим для изготовления своими руками является электродвигатель постоянного тока с рабочим напряжением 60-100 вольт. Этот вариант не требует переделки и способен работать с аппаратурой для зарядки автомобильной батареи.

Применение автомобильного источника напряжения затруднено тем, что его номинальная частота вращения составляет порядка 1800-2500 об/мин, а такую частоту вращения при прямом соединении не сможет обеспечить ни одна конструкция ветряного двигателя. В этом случае в составе установки необходимо предусмотреть редуктор или мультипликатор подходящей конструкции для увеличения частоты вращения в необходимых размерах. Скорее всего, этот параметр придется подбирать экспериментальным путем.

Возможным вариантом может стать реконструированный асинхронный двигатель с использованием неодимовых магнитов, но этот способ требует сложных расчетов и токарных работ, что зачастую не приемлет самодельная работа. Имеется вариант с межфазным подключением к обмоткам электродвигателя конденсаторов, емкость которых рассчитывается в зависимости от его мощности.

Изготовление

Учитывая то, что эффективность электростанции с горизонтальной осью имеет лучшие показатели эффективности, а бесперебойность подачи электроэнергии предполагается обеспечивать с помощью накопления энергии в аккумуляторной батарее, предпочтительнее для изготовления своими руками является именно такой вид ВЭУ, который мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

Для того что бы сделать такую электростанцию своими руками понадобится следующий инструмент:

сварочный аппарат электродуговой сварки;
набор гаечных ключей;
набор сверл по металлу;
электродрель;
ножовка по металлу или УШМ с отрезным диском;
болты диаметром 6 мм с гайками для крепления лопастей к шкиву и алюминиевого листа к квадратной трубе.

Для изготовления ветряной электростанции своими руками потребуются следующие материалы:

пластиковая труба 150 мм длиной 600 мм;
лист алюминия размером 300х300 мм и толщиной 2,0 — 2,5 мм;
металлическая квадратная труба 80х40 мм и длиной 1,0 м;
труба диаметром 25 мм и длиной 300 мм;
труба диаметром 32 мм и длиной 4000-6000 мм;
медный провод длиной, достаточной для соединения электродвигателя, находящегося на мачте длиной 6 м, и нагрузки, которую будет питать этот источник тока;
электродвигатель постоянного тока 500 об/мин;
шкив для двигателя диаметром 120-150 мм;
аккумуляторная батарея 12 вольт;
автомобильное зарядное реле аккумулятора;
инвертор 12/220 вольт.

Процесс изготовления своими руками производится в следующем порядке:

Далее, в процессе работы установки, возможно, придется сделать другими размеры и конфигурацию лопастей, передаточное отношение между ветряным двигателем и генератором — каждый ветрогенератор, изготовленный своими руками, индивидуален в силу использования различных компонентов и условий ветрообразования. Первоначально ветряную электростанцию рекомендуют изготавливать небольшой мощности, на которой можно отработать полученную информацию не вкладывая большое количество средств.

Ветрогенератор своими руками

Воздушные массы обладают неисчерпаемыми запасами энергии, которую человечество использовало еще в давние времена. В основном сила ветра обеспечивала движение судов под парусами и работу ветряных мельниц. После изобретения паровых двигателей данный вид энергии потерял свою актуальность. Лишь в современных условиях ветровая энергия вновь стала востребованной в качестве движущей силы, прикладываемой к электрическим генераторам. Иногда бывает просто невозможно подключиться к линии электропередачи. В таких ситуациях хозяева конструируют и изготавливают ветрогенератор для частного дома своими руками из подручных материалов.

Теория идеального ветряка

Данная теория разрабатывалась в разное время учеными и специалистами в области механики. Впервые она была разработана В.П. Ветчинкиным в 1914 году, а в качестве основы использовалась теория идеального гребного винта. В этих исследованиях был впервые выведен коэффициент использования ветряной энергии идеальным ветряком.

Работы в этой области были продолжены Н.Е. Жуковским, который вывел максимальное значение данного коэффициента, равное 0,593. В более поздних работах другого профессора – Сабинина Г.Х. уточненное значение коэффициента составило 0,687.

В соответствии с разработанными теориями, идеальное ветряное колесо должно обладать следующими параметрами:

Ось вращения колеса должна быть параллельна со скоростью ветрового потока.
Количество лопастей бесконечно большое, с очень малой шириной.
Нулевое значение профильного сопротивления крыльев при наличии постоянной циркуляции вдоль лопастей.
Вся сметаемая поверхность ветряка обладает постоянной потерянной скоростью воздушного потока на колесе.
Стремление угловой скорости к бесконечности.

Выбор ветроустановки

Выбирая модель ветрогенератор для частного дома следует учитывать необходимую мощность, обеспечивающую работу приборов и оборудования с учетом графика и периодичности включения. Она определяется путем ежемесячного учета потребляемой электроэнергии. Дополнительно значение мощности может определяться в соответствии с техническими характеристиками потребителей.

Следует учитывать и тот фактор, что питание всех электроприборов осуществляется не напрямую от ветрогенератора, а от инвертора и комплекта аккумуляторных батарей. Таким образом, генератор мощностью в 1 кВт способен обеспечить нормальное функционирование аккумуляторов, питающих четырехкиловаттный инвертор. В результате, бытовые приборы с аналогичной мощностью обеспечиваются электроэнергией в полном объеме. Большое значение имеет правильный выбор батарей. Особое внимание следует обратить на такие параметры, как емкость и ток зарядки.

При выборе конструкции ветряного двигателя учитываются следующие факторы:

Направление вращения ветряного колеса – вертикальное или горизонтальное.
Форма лопаток для вентилятора может быть в виде паруса, с прямой или криволинейной поверхностью. В некоторых случаях используются комбинированные варианты.
Материал для лопаток и технология их изготовления.
Размещение вентиляторных лопастей с различным наклоном, относительно потока проходящего воздуха.
Количество лопастей, включенных в вентилятор.
Необходимая мощность, передаваемая от ветряного двигателя к генератору.

Кроме того, необходимо учесть среднегодовую скорость ветра для конкретной местности, уточненную в метеослужбе. Уточнять направление ветра не требуется, поскольку современные конструкции ветрогенераторов самостоятельно поворачиваются в другую сторону.

Ветрогенератор своими руками

Для большинства местностей Российской Федерации наиболее оптимальным вариантом будет горизонтальная ориентация оси вращения, поверхность лопаток криволинейная вогнутая, которую воздушный поток обтекает под острым углом. На величину мощности, забираемой от ветра, влияет площадь лопасти. Для обычного дома вполне достаточно площади 1,25 м 2 .

Число оборотов ветряка зависит от количества лопастей. Быстрее всего вращаются ветрогенераторы с одной лопастью. В таких конструкциях для уравновешивания используется противовес. Следует учитывать и тот факт, что при низкой скорости ветра, ниже 3 м/с, ветряные установки становятся неспособными забирать энергию. Для того чтобы агрегат воспринимал слабый ветер, площадь его лопастей должна быть увеличена как минимум до 2 м 2 .

Расчет ветрогенератора

Для того чтобы правильно рассчитать номинальную мощность ветряного генератора, необходимо соблюдать определенные правила.

Перед выбором ветрогенератора необходимо определить скорость и направление ветра, наиболее характерные в месте предполагаемого монтажа. Следует помнить, что вращение лопастей начинается при минимальной скорости ветра 2 м/с. Максимального КПД удается достичь, когда этот показатель достигает значения от 9 до 12 м/с. То есть, для того чтобы обеспечить электричеством небольшой загородный дом, потребуется генератор с минимальной мощностью 1 кВт/ч и ветер со скоростью не менее 8 м/с.

Скорость ветра и диаметр винта оказывают непосредственное влияние на мощность, вырабатываемую ветряной электроустановкой. Точно рассчитать эксплуатационные характеристики той или иной модели возможно с помощью следующих формул:

Расчеты в соответствии с площадью вращения выполняются следующим образом: P = 0,6 х S х V 3 , где S – площадь, перпендикулярная направлению ветра (м 2 ), V – скорость ветра (м/с), Р – мощность генераторной установки (кВт).
Для расчетов электроустановки по диаметру винта применяется формула: Р = D 2 х V 3 /7000, в которой D является диаметром винта (м), V – скорость ветра (м/с), Р – мощность генератора (кВт).
При более сложных вычислениях учитывается плотность воздушного потока. Для этих целей существует формула: P = ξ х π х R 2 х 0,5 х V 3 х ρ х η_ред х η_ген, где ξ является коэффициентом использования ветровой энергии (безмерная величина), π = 3,14, R – радиус ротора (м), V – скорость воздушного потока (м/с), ρ – плотность воздуха (кг/м 3 ), η_ред – КПД редуктора (%), η_ген – КПД генератора (%).

Таким образом, электроэнергия, производимая ветрогенератором, возрастает количественно в кубическом соотношении с повышающейся скоростью ветрового потока. Например, при повышении скорости ветра в 2 раза, выработка ротором кинетической энергии возрастет в 8 раз.

При выборе места установки ветрогенератора необходимо отдавать предпочтение участкам без больших построек и высоких деревьев, которые создают преграду для ветра. Минимальное расстояние от жилых домов составляет от 25 до 30 метров, в противном случае шум во время работы будет создавать неудобства и дискомфорт. Ротор ветряка должен быть расположен на высоте, превышающей ближайшие постройки не менее чем на 3-5 м.

Если подключение загородного дома к общей сети не планируется, в этом случае можно воспользоваться вариантами комбинированных систем. Работа ветряной установки будет значительно эффективнее при использовании ее совместно с дизель-генератором или солнечной батареей.

Как сделать ветрогенератор своими руками

Независимо от типа и конструкции ветрогенератора, каждое устройство в качестве основы, оборудуется похожими элементами. Во всех моделях имеются генераторы, лопасти из различных материалов, подъемники, обеспечивающие нужный уровень установки, а также дополнительные аккумуляторы и система электронного управления. Наиболее простыми для изготовления считаются агрегаты роторного типа либо аксиальные конструкции с использованием магнитов.

Вариант 1. Роторная конструкция ветрогенератора.

В конструкции роторного ветряного генератора используется две, четыре или более лопастей. Подобные ветрогенераторы не в состоянии полностью обеспечить электроэнергией большие загородные дома. Они используются преимущественно в качестве вспомогательного источника электричества.

В зависимости от расчетной мощности ветряка, подбираются необходимые материалы и комплектующие:

Генератор с автомобиля на 12 вольт и автомобильный аккумулятор.
Регулятор напряжения, преобразующий переменный ток с 12 до 220 вольт.
Емкость с большими размерами. Лучше всего подойдет алюминиевое ведро или кастрюля из нержавеющей стали.
В качестве зарядного устройства можно воспользоваться реле, снятым с автомобиля.
Потребуется выключатель на 12 В, лампа заряда с контроллером, болты с гайками и шайбами, а также металлические хомуты с прорезиненными прокладками.
Трехжильный кабель с минимальным сечением 2,5 мм 2 и обычный вольтметр, снятый с любого измерительного устройства.

В первую очередь выполняется подготовка ротора из имеющейся металлической емкости – кастрюли или ведра. Она размечается на четыре равные части, на концах линий проделываются отверстия, чтобы облегчить разделение на составные части. Затем емкость разрезается ножницами по металлу или болгаркой. Из получившихся заготовок вырезаются лопасти ротора. Все замеры должны тщательно проверяться на соответствие размерам, в противном случае конструкция будет работать неправильно.

Далее определяется сторона вращения шкива генератора. Как правило, он вращается по часовой стрелке, но лучше это проверить. После этого роторная часть соединяется с генератором. Во избежание дисбаланса в движении ротора, отверстия для креплений в обеих конструкциях должны располагаться симметрично.

Чтобы увеличить скорость вращения края лопастей следует немного выгнуть. С возрастанием угла изгиба, потоки воздуха будут более эффективно восприниматься роторной установкой. В качестве лопастей используются не только элементы разрезанной емкости, но и отдельные детали, соединяемые с металлической заготовкой, имеющей форму окружности.

После крепления емкости к генератору, всю полученную конструкцию нужно целиком установить на мачте с помощью металлических хомутов. Затем монтируется проводка и собирается замкнутая электрическая цепь. Каждый контакт должен включаться в собственный разъем. После подключения проводка крепится к мачте проволокой.

По окончании сборки осуществляется подключение инвертора, аккумулятора и нагрузки. Аккумулятор подключается кабелем с сечением 3 мм 2 , для всех остальных подключений вполне достаточно сечения 2 мм 2 . После этого ветрогенератор можно эксплуатировать.

Вариант 2. Аксиальная конструкция ветрогенератора с применением магнитов.

Аксиальные ветряки для дома представляют собой конструкцию, одним из основных элементов которой являются неодимовые магниты. По своим эксплуатационным качествам они значительно опережают обычные роторные агрегаты.

Ротор является основным элементом всей конструкции ветрогенератора. Для его изготовления лучше всего подойдет ступица автомобильного колеса в комплекте с тормозными дисками. Деталь, находившуюся в эксплуатации, следует подготовить – очистить от грязи и ржавчины, смазать подшипники.

Далее необходимо правильно распределить и закрепить магниты. Всего их понадобится 20 штук, размером 25 х 8 мм. Магнитное поле в них расположено по длине. Четные магниты будут полюсами, они располагаются по всей плоскости диска, с чередованием через один. Затем определяются плюсы и минусы. Один магнит поочередно касается других магнитов на диске. Если они притягиваются, значит полюс положительный.

При увеличенном количестве полюсов, необходимо соблюдать определенные правила. В однофазных генераторах число полюсов совпадает с количеством магнитов. В трехфазных генераторах соблюдается пропорция 4/3 между магнитами и полюсами, а также соотношение 2/3 между полюсами и катушками. Установка магнитов выполняется перпендикулярно окружности диска. Для их равномерного распределения используется бумажный шаблон. Вначале магниты закрепляются сильным клеем, а потом окончательно фиксируются эпоксидной смолой.

Если сравнивать однофазные и трехфазные генераторы, то эксплуатационные качества первых будут несколько хуже по сравнению со вторыми. Это связано с высокими амплитудными колебаниями в сети из-за нестабильной отдачи тока. Поэтому в однофазных устройствах возникает вибрация. В трехфазных конструкциях этот недостаток компенсируется нагрузками тока из одной фазы в другую. За счет этого в сети всегда обеспечивается постоянное значение мощности. Из-за вибрации срок эксплуатации однофазных систем значительно ниже, чем у трехфазных. Кроме того, у трехфазных моделей во время работы отсутствует шум.

Высота мачты составляет примерно 6-12 м. Она устанавливается в центр опалубки и заливается бетоном. Затем на мачту устанавливается готовая конструкция, на которую крепится винт. Крепление самой мачты осуществляется с помощью тросов.

Лопасти для ветрогенератора

Эффективность работы ветровых электроустановок во многом зависит от конструкции лопастей. Прежде всего, это их количество и размеры, а также материал, из которого будут изготовлены лопасти для ветрогенератора.

Факторы, влияющие на конструкцию лопастей:

Даже самый слабый ветер сможет привести в движение длинные лопасти. Однако слишком большая длина может привести к замедлению скорости вращения ветряного колеса.
Увеличение общего количества лопастей делает ветряное колесо более чутким. То есть, чем больше лопастей, тем лучше запускается вращение. Однако мощность и скорость будут снижаться, что делает подобное устройство непригодным для выработки электроэнергии.
Диаметр и скорость вращения ветряного колеса оказывает влияние на уровень шума, создаваемого устройством.

Количество лопастей должно сочетаться с местом установки всей конструкции. В наиболее оптимальных условиях правильно подобранные лопасти способны обеспечить максимальную отдачу ветрогенератора.