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. Они еще не получили широкого распространения в промышленных масштабах, но становятся все более популярными в частном секторе. Иногда бывает просто невозможно подключиться к линии электропередачи. В таких ситуациях многие хозяева конструируют и изготавливают ветрогенератор для частного дома своими руками из подручных материалов. В дальнейшем они используются в качестве основных или вспомогательных источников электроэнергии.
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 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.
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
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 . 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.
Прежде всего, нужно заранее определить необходимую мощность и функциональность устройства. Чтобы правильно изготовить ветрогенератор, нужно изучить возможные конструкции, а также климатические условия, в которых он будут эксплуатироваться.
Кроме общей мощности рекомендуется определить значение выходной мощности, известной еще как пиковая нагрузка. Она представляет собой общее количество приборов и оборудования, которые будут включаться одновременно с работой ветрогенератора. При необходимости увеличить этот показатель, рекомендуется использовать сразу несколько инверторов.
Ветряной генератор своими руками 24в - 2500ватт
Получение электрической энергии с помощью ветра становится одним из модных трендов последнего времени. Бытовой ветряной генератор, который относится к техническим средствам альтернативной электроэнергетики, приобрел свою популярность вполне заслуженно, так как обращение к нему обеспечивает владельцу ряд преимуществ:
- ветроэнергетика относится к экологически чистым средствам выработки электроэнергии, отсутствие генерация отходов;
- удобен в использовании из-за своей высокой надежности и низких эксплуатационных расходов;
- может быть смонтирован самостоятельно при наличии минимальных навыков в области строительства и электрики;
- его привлекательность с течением времени будет только увеличиваться из-за неизбежного увеличения тарифов электросбытовых компаний.
Устройство и принцип работы
Любой ветряной генератор состоит из нескольких типовых укрупненных блоков. Агрегат обязательно содержит турбину, которая вращается под действием воздушного потока, непосредственно или чаще всего через повышающий редуктор передает создаваемый момент на вал электрического генератора. Ротор вращается внутри статора на основе неодимовых магнитов, в результате чего вырабатывается электрическая энергия.
Конструкция ветряного генератора небольшой мощности показана на рисунке 1.
Рис. 1. Конструкция самодельного ветрового генератора
Вырабатываемая ветряным генератором электрическая энергия поступает в промежуточный накопитель, функции которого обычно берет на себя аккумуляторная батарея. Ток, отдаваемый аккумулятором, питает инвертор, с выхода которого снимают нормальное 220-вольтовое переменное напряжение бытовой частоты.
Наличие аккумулятора обязательно, т.к. он позволяет сгладить колебания мощности, снимаемой с турбины. Свою роль в этом играет факт того, что бытовой ветряной генератор устойчиво функционирует при скорости ветра от 6 м/с и выше, тогда как среднегодовое значение этого параметра на большинстве территории России оказывается примерно в полтора раза ниже.
Необходимые переключения, регулировки и прочие функции реализует блок автоматики.
Соответствующий уровень эксплуатационной надежности достигается наличие у конструкции запасов по отдаваемой мощности (обычно 10 – 20%).
Виды ветряков
Основное отличие ветряных генераторов между собой — исполнение воздушной турбины, которая может иметь различную конструкцию. Обычно полная совокупность агрегатов по ориентации вала вращения турбины делят на две основные разновидности: вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные
Отличительная особенность и главное преимущество вертикального агрегата ветряного генератора — отсутствие жестких требований к высоте его установки, что заметно упрощает выбор места установки, процесс монтажа, последующее обслуживание механически подвижных частей. Воздушная турбина относится к тихоходной разновидности этой техники, может быть исполнена как
- простейший классический ротор с минимумом тремя вертикально ориентированными лопастями (пример такого устройства представлен на рисунке 2);
- двухрядный ротор, наличие внутреннего ряа регулируемых лопастей обеспечивает ему повышенный КПД)
- ротор Дарье;
- ротор Савониуса;
- геликоидный ротор.
Более сложная форма трех последних типов турбин обеспечивает им меньшую материалоемкость.
Рисунок 2. Роторная воздушная турбина вертикального ветрогенератора
Отличается минимумом подвижных частей, КПД установки мало зависит от направления ветра.
Горизонтальные
Ветрогенераторы с горизонтальной ориентацией вала турбины приводятся во вращение пропеллером. Пропеллер может быть двух-, трех и многолопастным. Лопастям некоторых пропеллеров иногда придают довольно сложную форму для некоторого увеличения эффективности функционирования установки. Пример такого агрегата показан на рисунке 3.
Рис. 3. Горизонтальный многолопастной ветрогенератор
За счет большого диаметра винта обычно монтируются на стальной трубчатой или решетчатой мачте на высоте вплоть до нескольких десятков метров. Примеры таких мачт показаны на рисунке 4 и рисунке 5. Оборотной стороной увеличения высоты установки становится снижение турбулентности воздушного потока из-за ослабевания влияния земли, т.е. увеличение КПД и генерируемой мощности. С учетом этой особенности не рекомендуется использовать ветряки этой конструкции для коттеджных поселков из-за сильного экранирующего действия соседних строений.
Рисунок 4. Мачта ферменной конструкции для установки горизонтального ветрогенератора
Рис. 5. Крепежный узел для мачты трубчатой конструкции
Для создания баланса по крутящему моменту генератор закрывают обтекателем вала таким образом, чтобы он выполнял функции противовеса винта. Дополнительно удлиненная конструкция корпуса облегчает его ориентацию “по потоку”.
По сравнению с вертикальным устройством позволяет снять большую мощность. Платой за это становится трудности с выбором места установки, сложность монтажа, текущего обслуживания, а также неприятные акустические шумы при работе. Кроме того, из-за большой высоты конструкции горизонтальные ветряные генераторы обязательно требуют молниезащиты.
Малые ветрогенераторы
К малым или бытовым ветрогенераторам обычно относят агрегаты с мощностью не свыше 5 кВт. В розничной продаже доступны агрегаты различной мощности и исполнения отечественного и импортного производства, что позволяет подобрать нужное устройство без переплаты.
Обычно агрегаты поставляются в минимальном комплекте, который:
- включает контроллер;
- не содержит буферной аккумуляторной батареи;
- обеспечивает сборку агрегата на месте установки при условии отсутствия местных ограничений.
Проект установки устройств горизонтального типа из-за их технической сложности требует тщательной проработки, может потребоваться консультация специалиста.
Стоимость маломощных моделей начинается с нескольких десятков тысяч рублей, сильно зависит от отдаваемой мощности.
Автоматика ветроэлектростанций
Современные электрические ветровые установки оборудуются развитой системой автоматики, которая:
- значительно улучшает характеристики;
- обеспечивает выравнивание отдаваемой мощности;
- делает эксплуатацию безопасной.
Типовой набор автоматики включает в себя:
- ограничитель частоты вращения ветряного колеса при высоких скоростях ветра;
- выравнивание колеса “по потоку” (важно для горизонтальных ветряков);
- защиту от короткого замыкания;
- отключение при отказах техники, ураганных ветрах, превышении порогового уровня вибрации.
Модели среднего и старшего классов обязательно поддерживают дистанционное управление и диагностику. Часть агрегатов дополнительно контролирует направление и силу воздушного потока для максимизации снимаемой мощности за счет выбора соответствующего угла установки всего устройства и лопастей турбины.
Система торможения
Система торможения предотвращает механическое разрушение агрегата при слишком высокой скорости ветра. Суть этой системы заключается в том, что автоматика производит замыкание электрических цепей магнитной системы генератора, что приводит к появлению мощного тормозящего усилия.
Дополнительно алгоритм функционирования системы управления предусматривает полный останов воздушной турбины при ветрах ураганной силы. Порог останова может регулироваться пользователем, типовые заводские настройки этого параметра предполагают включение режима останова при скорости 80 км/час.
Производители
Отечественной промышленностью налажен серийный выпуск широкой гаммы бытовых ветрогенераторов. Их параметры приведены в таблице:
| Модель | Производитель | Тип | Мощность | Примечание |
| ВГ 0,25 | Ветро Свет, Россия | Г | 250 Вт | — |
| ВЭУ-3(4) | СКБ Искра, Россия | В | 3 кВт | 4-лопастная модель |
| Серия L | Ветроэнергетика, Россия | В | 0,8 – 10 кВт | — |
| RKraft | Германия | Г | 0,5 – 5 кВт | — |
| Wind Generator М300 | Китай | В | 100 – 270 Вт | 6-лопастной ротор диаметром 1 м, масса 11 кг, не имеет контроллера |
| Condor Home | EDS Group, Россия | Г | 500 Вт | 3-лопастной стеклопластиковый ротор
Максимальная скорость ветра 25 м/с Масса 56 кг |
Примечание: Г – горизонтальный, В — вертикальный
Плюсы и минусы
Основное преимущество ветряных электростанций – это их автономность.
Главные технические минусы оборудования этой разновидности — зависимость от погоды (кроме силы ветра влияет также снег и дождь) и сравнительно небольшая мощность, значение которой в среднем не превышает нескольких сотен Ватт. Требуют обязательного применения промежуточной буферной аккумуляторной батареи, которая требует замены через несколько лет службы.
При сравнении с дизель-генераторами уступают им по продолжительности работы, но зато не требуют подвоза топлива и выполнения сложных и дорогостоящих мероприятий по пожарной безопасности его хранения.
Которые в средних широтах реально работают максимум пять месяцев, заметно превосходит тем, что функционируют круглый год.
При существующих тарифах на электроэнергию не дают существенного выигрыша по приведенным затратам, однако не оказываются убыточными.
Изготовители ветровых электростанций большое значение уделяют их внешнему оформлению. Так что наличие этого агрегата на загородном участке не только свидетельствует о “технической продвинутости” его обладателя, но и может стать важным элементом дизайна и наглядной демонстрации заботы об окружающей среде.
О эстетических параметрах можно судить по рисунку 6.
Рис. 6. Горизонтальный ветрогенератор Condor Home отечественного производства
Заключение.
Ветровые электростанции могут считаться полноценным альтернативным источником электрической энергии. С учетом типовых климатических условий большинства местностей нашей страны малые ветрогенераторы имеет смысл комбинировать в единую систему с солнечной батареей и дизельным генератором. В этом случае они вполне могут стать эффективным автономным вспомогательным средством выработки электроэнергии на даче или в загородном доме.
>Посмотрев на зарубежных сайтах как делают ветрогенераторы обычные люди, мне тоже захотелось сделать что-то подобное. В Российском интернете тогда не было особой информации по этим ветрякам, только растиражипрованная информация о ветряках Хью Пигота и всякие обрывки информации. Но все-же мне хотелось сделать такой простой ветряк для себя.
Дело началось с поиска неодимовых магнитов, но цены в интернет магазинах сильно кусались, а в обычных магазинах я их не нашел. Но вскоре удалось заказать магниты подешевле. 25 круглых магнитов размером 20*5мм обошлись всего в 1030рублей. Пока магниты шли я принялся за изготовление лопастей.
Деревянные лопасти для ветрогнератора
Для лопастей я приобрел еловую доску длинной 110см, 120*35мм, после расчертил по размерам и с помощью обычной ножовки вырезал заготовки.
>
Лишнее дерево с лопастей сначала снимал обычным большим ножом с широким лезвием так-как скобеля у меня не-было.
>
>
После готовые лопасти были отшлифованы наждачной бумагой до полностью гладкого состояния. Потом лопасти были пропитаны олифой три раза.
>
Так-же из фанеры вырезал круги для крепления лопастей. Лопасти у комля врезал под 120 градусов с помощью циркулярной пилы. Диаметр винта 2м ровно.
>
Пришла посылка с магнитами, даже немного раньше чем я ожидал. Магниты такие в руках держал впервые, очень мощные не смотря на то что такие маленькие, с обычными ферритовыми не сравнить. Вот сама посылочка, упакована аккуратно, все магниты на месте и целые.
>
Диски ротора изготовил из железа толщиной 4мм. Сначала были вырезаны две заготовки, в них на сверлильном станке были просверлены отверстия под шпильки и далее уже на токарном станке было вырезаны центральные отверстия и обработаны края.
>
Чтобы магниты на дисках надежно держались я залил эпоксидной смолой. Для заливки из фанеры изготовил форму, обклеил молярным скотчем. Разметил на дисках секторы для магнитов и разложил магниты чередуя полюсами. Для удобства проверки полюсов использовал стрелку компаса. Вот диск с магнитами перед заливкой.
>
Вот готовые диски ротора с залитыми магнитами.
>
>
Всего 9 катушек.
>
Для заливки катушек старота изготовил новую форму. Сначала постелил кусок полиэтиленовой пленки, потом сверху кусок стеклоткани, и уже на стеклоткань форму, а в форму катушки. Далее приготовил смолу и начал заливать статор.
>
Эпоксидную смолу залил немного больше чем надо, это сделано специально чтобы пропитался второй кусок стеклоткани, которым накрыл статор сверху. Потом это дело прижал сверху куском фанерки и положил груз, так оставил пока смола не затвердеет.
>
Готовый статор.
>
Крепление для статора вырезал из той-же стали 4 мм.
>
Так-же у токарь выточил мне поворотную ось. Далее все было сварено воедино, использовались детали имеющиеся в наличие, точнее завалявшиеся в металлоломе. Защита ветрогенератора от сильного ветра сделана методом складывающегося хвоста.
>
Как все сварочные работы были закончены изделие было зачищено и подготовлено к покраске.
>
После сборки обнаружилось сто магниты на дисках притягиваются к шпилькам, которые держат статор, из-за этого есть как бы залипание и при вращении наблюдается легкая вибрация. Так-как немагнитных шпилек я у себя не нашел, пришлось удлинить крепления чтобы шпильки были дальше от дисков с магнитами.
>
Так-же был изготовлен щеточный узел. Кольца сделаны из эпоксидной смолы, сначала были залиты квадратные заготовки для колец, потом я их вставил в дрель и обточил до круглой формы. Из алюминия вырезал полоски и вклеил на эпоксидку.
>
Залил фундамент, из шатунов сделал крепление для мачты.
>
После всех подготовительных работ сделал пробный подъем мачты чтобы сразу натянуть все растяжки и все проверить перед подъемом ветрогенератора.
>
Перед подъемом ветрогенератор был еще раз прокрашен.
>
Подготовка к подъему ветрогенератора.
>
И наконец ветрогенератор поднят на ветер.
>
В итоге генератор по выработке электроэнергии себя не оправдал, в среднем генерирует он всего 2-5 вольт, и лишь изредка на порывах до 10 вольт, ток до 1А. Но все равно основная цель этой работы достигнута, ветрогенератор получился дешевый и сделанный в основном из бесплатных подручных материалов. Ну и выглядит неплохо и радует глаз. Фото и краткое описание отсюда >>источник
Нередко возникают ситуации, когда электроэнергия в ближайшей линии передач становится недоступной или неоправданно дорогой, и в таких случаях может выручить только самодельный ветряк. Давайте рассмотрим варианты автономного снабжения загородного дома электричеством.
Ветряные генераторы – какая модель лучше?
Очень часто хочется сэкономить на электроэнергии или получить ее там, где еще не проходят вышки ЛЭП. Также возможен вариант, когда просто нет возможности присоединения к этой вышке по причине отсутствия свободной мощности. В любом из перечисленных случаев возникает необходимость найти доступный источник электроэнергии, причем желательно возобновляемый, то есть без применения горючего. Поэтому забудем на время про существование бензиновых и дизельных генераторов и попробуем использовать силу ветра для получения электричества.
Ветряки существуют довольно давно, еще пару столетий назад активно использовались ветряные мельницы. Да, во время штиля от такого приспособления мало толку, а во время бури может отказать даже самый надежный механизм (в лучшем случае). Но при всей своей ненадежности ветровой генератор для дома своими руками изготовить проще всего, он считается наиболее эффективным, особенно если нет доступа к реке с быстрым течением для установки колеса. И следует помнить, что башня ветряка не должна мешать соседям ни шумом, ни вибрацией, ни даже отбрасываемой тенью, согласно правилам строительства жилого дома на участке.
Основных видов ветряков существует только 2: с вертикальной и горизонтальной осью вращения . Мельницы, когда-то используемые повсеместно, относились к механизмам, лопасти которых насаживались на горизонтально ориентированную ось. Также и большинство ветряков сегодня изготавливаются именно по этому принципу, поскольку такой вариант обеспечивает наибольший КПД. Однако ветряные генераторы с вертикальной осью для дома, сделанные своими руками, работают при самом слабом ветре, который не сдвинет лопасти пропеллерных моделей. Для них достаточно легких порывов от 1–2 метров в секунду. Что касается изготовления – гораздо проще сделать вертикальный ветряк, который принимает ветер с любой стороны.
Различают генераторы и по типу лопастей, которые имеются у обоих указанных выше видов. По большей части основным фактором деления по типам является конструкция: жесткая или парусная. Уже в зависимости от того, какой вариант предпочтительнее для конкретной модели, выбирается материал для изготовления лопастей улавливателя ветровых потоков. Это может быть фанера, жесть или тонкая листовая сталь, пластик, композит – для легкой жесткой конструкции, а для парусной подойдет любой гибкий, но прочный материал, включая шелк, баннерную ткань или даже тонкий брезент.
Различия генераторов по форме лопастей – сравнение эффективности
Самый простой вариант горизонтального типа – парусная конструкция, то есть просто расположение плоскостей пропеллера под небольшим углом к плоскости вращения. Жесткие лопасти потребуют точного расчета изгиба их поверхностей, либо добиваться максимальной производительности нужно будет опытным путем. Недостаточное искривление "крыла" даст в итоге понижение КПД из-за плохого захвата воздушного потока, а слишком сильное само будет создавать сопротивление вращению из-за трения о воздух.
Что касается генераторов с вертикальной осью, их улавливатели ветра могут иметь самые разные формы, и разработки новых контуров и изгибов продолжаются постоянно. Самый простой вариант – с лопастями в форме желобов, так называемая конструкция Савониуса. Их количество обычно делают четным – 2 или 4. Хотя бывает и больше, когда изготавливают своими руками самодельные многолопастные вертикальные ветрогенераторы на 30 кВт, с дополнительными статичными экранами на внешнем кольце. Эти экраны направляют и концентрируют ветер на определенные участки расположенного внутри кольца ротора, где установлены непосредственно лопасти. Их, в зависимости от диаметра диска основания, может начитываться от 8 до 16 штук.
Существуют еще ортогональные пропеллеры, которые расположены на вертикально установленных осях и вращаются в горизонтальной плоскости, но их основной недостаток в чрезвычайно низком КПД. Также подобные генераторы не работают при слабых порывах ветра, нужна скорость не менее 4 метров в секунду. И реже всего используются модели ветряков Дорье, в том числе геликоидный, с винтообразным загибом лопастей, дугообразными улавливателями ветра и конструкцией типа "Н". Они надежны и эффективны, но их сложно делать в домашних условиях.
Плюсы и минусы различных типов – разбираем и оцениваем
Как уже было сказано, производительность намного выше у моделей с горизонтальной осью вращения. Однако они нуждаются в сильном ветре, такой обычно бывает на высоте более 10–15 метров, и именно такой длины устанавливают мачту, которую венчает поворотная гондола с лопастями. Еще одним положительным качеством можно считать отсутствие изгибающей нагрузки на вал, которая имеет место у ветряков с вертикальной осью. К минусам же можно отнести тот факт, что у поворотных пропеллерных моделей 2 вала, а значит больше изнашивающихся узлов и выше вероятность поломки.
Что касается вертикальных систем, их достоинства и недостатки зависят от модели. К примеру, ветряки Савониуса наиболее простые и могут быть сделаны для дома своими руками, как из консервной банки, так и из металлической либо пластиковой бочки. Заводятся они при наличии 4 лопастей от самого легкого дуновения ветра, особенно если установлены качественные детали, тогда будет происходить самораскручивание за счет инерции даже при порывистом ветре. Но если лопасти только 2 или 3, самостоятельное вращение невозможно, поэтому ставят 2 таких модуля один на другой, располагая улавливатели ветра каждого под углом 90 градусов по отношению к другому. Парусность у этого типа большая, а потому очень высоко боковое давление на ось при сильном шторме.
У ортогональных ветряков, помимо их малой мощности, имеется еще ряд недостатков. Во-первых, это довольно сильная вибрация из-за неравномерного давления на разные участки лопасти крыловидной формы. Как следствие, быстро портится подшипник, установленный на вертикальном вале. Кроме того, подобные генераторы издают при вращении довольно сильный и неприятный шум, и потому могут стать причиной недовольства соседей на ближайших участках. Геликоидные, если их приобретать готовые, заводской комплектации, обходятся очень дорого, так же, как и многолопастные конструкции, у которых очень большое количество деталей.
Любой ветрогенератор для повышения эффективности может быть установлен в поворачивающейся трубе.
Принцип работы ветряков – как устроена система?
Независимо от типа ветряка, сам по себе он энергию выработать не может, ему нужен генератор, вращение вала которого будет обеспечиваться лопастями. Если у вас конструкция с горизонтальной осью вращения, для передачи движения на вал понадобится редуктор. Далее подключается контроллер, который преобразует получаемое на катушках генератора электричество в постоянный ток, поступающий затем в аккумуляторы. Далее можно подключить светодиодную лампочку, но если вы хотите зарядить какое-нибудь устройство или подключить ноутбук, понадобится еще и инвертор, который преобразует накопленный батареей заряд в переменный ток.
Следует учитывать, что каждое изменение тока с переменного на постоянный, и наоборот, уменьшает итоговое количество энергии на 10–15 %.
Установка с вертикальной осью вращения удобна тем, что у нее вал может быть довольно длинным, и это позволяет поместить генератор в нижней части мачты, то есть в зоне прямого доступа. Нередко в цепь устанавливают автоматический переключатель, в тех случаях, когда ветряк работает в комплексе с солнечными батареями или водяным колесом. Также в некоторых моделях ставят тормоз, который нужен на тот случай, если аккумулятор полностью заряжен. На лопастях ветряков с горизонтальной осью вращения могут быть предусмотрены шарниры, которые складывают улавливатели ветра при шторме. Очень мощный ветрогенератор на 5 киловатт, сделанный своими руками, иногда дополняется поворотным электромотором, который срабатывает от датчика направления потоков воздуха.
Изделие на неодимовых магнитах – краткая инструкция
Доверить сборку ротора и статора для ветряка лучше специалисту, но если вы решили сделать ветряк для частного дома с нуля своими руками, необходимо знать, как изготавливается генератор. Начать следует с основания, для которого лучше всего использовать ступицу автомобиля, поскольку на ней уже есть подшипники. На диск через равные промежутки наклеиваются неодимовые магниты, полюса которых, обращенные лицевой стороной к вам, должны чередоваться. Причем в однофазной модели число разнополюсных сторон должно совпадать. Что касается трехфазных генераторов, там рекомендуется соблюдать пропорции 2:3 или 3:4.
Далее следует заняться наматыванием катушек для статора. Эту задачу тоже лучше доверить специалисту или использовать специальные приспособления, которые помогут справиться с задачей более аккуратно, чем если все делать вручную. Для того чтобы успешно заряжать батарею на 12 Ватт, понадобится суммарное количество витков во всех катушках, равное 1000. В целом для расчета витков можно использовать наиболее простую формулу ω = 44 / (T * S) , где 44 – постоянный коэффициент, Т – индукция Тесла, а S – сечение провода в квадратных сантиметрах. Индукцию Тесла определяем по таблице для различных типов проводников:
Намотанные катушки (им лучше придавать прямоугольную или трапециевидную форму для удобства расположения по кругу) закрепляем клеем на неподвижном основании статора. При этом форма и размеры внутреннего пространства катушки должны соответствовать контурам магнита. То же касается и толщины. Все концы проводников выводим и соединяем так, чтобы получилось два общих пучка "+" и "–". Сердцевины катушек заливаем тем же клеем, что использовался для фиксации, можно им же изолировать полностью провода, уложенные на диск статора. Теперь, если магниты будут при вращении ротора совмещаться с катушками, разность потенциалов полюсов создаст условия для выработки электричества.
Изготовление ветряка на основе готового электромотора
Обычно домашние мастера стараются использовать автомобильные генераторы, однако подходят далеко не все, а только самовозбуждающиеся, например, такие, которые использовались в некоторых моделях тракторов. Большинство же требуют для появления тока наличия подключенного аккумулятора. Однако в качестве основы для ветряка можно использовать и мотор-колесо для самоката или скутера. Это позволит сделать малошумные вертикальные ветрогенераторы на 5 кВт, которые будут иметь очень высокий ресурс за счет простейшей конструкции с минимумом деталей.
Также можно использовать в качестве генератора практически любой электромотор от бытовых станков, главное, чтобы в основе отсутствовали щетки, как, например, в или электродрелях – такие генераторы вам не подойдут. Для маломощного варианта годится и кулер от компьютера, но только для зарядки небольших электронных устройств. Если вы хотите получить вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками, хотя бы на 2 кВт, лучше взять за основу мотор от мощного вентилятора.
Отправим материал вам на e-mail
В современном мире все больше денег приходится отдавать за коммунальные услуги, в перечень которых входит подача электроэнергии. Поэтому владельцы частных домов все чаще задумываются о том, как сделать ветрогенератор на 220В своими руками, который сможет обеспечить бесперебойной электроэнергией весь дом.
Промышленный ветрогенератор
Все ветрогенераторы состоят из лопасти, ротора турбины, генератора, оси генератора, инвертора и аккумулятора. Условно можно разделить все модели на промышленные и домашние, при этом принцип работы у них будет одинаков.
Вращаясь, ротор создает переменный ток с тремя фазами, который идет через контроллер к аккумулятору, а дальше, в инверторе преобразуется в стабильный для подачи к электроприборам.
Вращение лопастей происходит за счет физического воздействия при помощи импульсной или подъемной силы, в результате чего в действие приходит маховик, а также под воздействием тормозящей силы. В процессе маховик начинает раскручиваться, а ротор создает поле магнитное на зафиксированной части генератора, после чего воспроизводится ток.
В целом разделяют ветрогенераторы на вертикальные и горизонтальные. Что связано с расположением оси вращения.
Вертикальный вариант
Планируя создания ветряка своими руками на 220В, в первую очередь продумайте именно вертикальные варианты. Среди них выделяют:
- Ротор Савониуса. Самый простой, появившийся еще в 1924 году. В основе лежат два полуцилиндра на вертикальной оси. К недостаткам относят низкое использование энергии ветра.
- С ротором Дарье. Появился в 1931 году, раскрутка происходит за счет разности сопротивления аэродинамического горба и кармана ленты, поэтому к недостаткам относится малый вращательный момент, а также необходимость монтировать нечетное количество лопастей.
Разновидность ветрового генератора Дарье- Лопасти имею закрученную форму, уменьшая нагрузку на подшипник, увеличивая срок эксплуатации. Недостаток – высокая цена.
Самодельный вариант выйдет дешевле, если его правильно продумать и смонтировать.
Статья по теме:
УЗО: что это такое. Вы когда-нибудь слышали аббревиатуру УЗО? Что это такое узнаете прочитав обзор до конца. Вкратце хочется добавить, что это устройство способно уберечь жильё и всех его обитателей от ЧП, связанных с электричеством.
Горизонтальные модели
Горизонтальные модели разделяют по количеству лопастей. КПД у них выше, но есть необходимость монтажа флюгера для постоянного поиска направления ветра. Обороты вращения все модели имеют высокие, вместо лопастей монтируют противовес, который оказывает влияние на сопротивление воздуху.
Многолопастные модели могут иметь до 50 лопастей с большой инерцией. Их можно применять для работы водяных насосов.
Как сделать ветрогенератор своими руками на 220В
Чтобы обеспечить частный дом постоянным потоком электроэнергии при средней скорости ветра в 4 м/с достаточно:
- 0,15-0,2 кВт, который идут на основные потребности;
- 1-5 кВт на электрооборудование;
- 20 кВт на весь дом с отоплением.
При этом стоит учитывать, что ветер дует не всегда, поэтому своими руками ветряк для дома стоит обеспечить аккумулятором с контроллером заряда, а также инвертором, к которому подсоединяют приборы.
Для любой модели самодельного ветряка потребуются основные элементы:
- ротор – часть, которая вращается от ветра;
- лопасти, обычно их монтируют из дерева или легкого металла;
- генератор, который будет преобразовать силу ветра в электроэнергию;
- хвост, помогающий определить направления потоков воздуха (для горизонтального варианта);
- горизонтальная рея для удержания генератора, хвоста и турбины;
- матча;
- провод соединительный и щиток.
В комплектации щитка будет аккумулятор, контроллер и инвертор. Рассмотрим два варианта, как вделать ветряной генератор своими руками.
Статья по теме:
Вам знакома проблема перебоев напряжения, что проявляется в мигании лампочек. В статье мы поговорим о том, как правильно выбрать стабилизатор напряжения 220в для дома, чтобы раз и навсегда забыть об этой проблеме?
Особенности сборки ветрогенератора из стиральной машины своими руками
Рассмотрим, как сделать ветрогенератор на 220В своими руками, используя двигатель старого образца.
Таблица 1. Подробная инструкция ветрогенератора из стиральной машины с фото
| Что необходимо сделать | Фотопример |
|---|---|
| Следует купить неодимовые магниты, которые монтируются в углубления на роторе двигателя. Сами выемки делаются на токарном станке, для правильного размещения используйте схему. |  |
| Приклеивать магниты надо на суперклей в подготовленные углубления. Затем, их следует обернуть бумагой, а остальное пространство залить эпоксидкой. |  |
| Далее готовим ось, которую лучше заказать у токаря. Внутри полой конструкции должно остаться место для кабеля и отверстие для его входа. Держатель монтируем из железного прута. Для него используем болгарку, которой отрезаем две трубки (на них закрепляете генератор), а с другого конца следует приварить. |  |
| Переходим к лопастям, которые можно изготовить из 16 см трубы для наружной канализации. В данном случае используйте лобзик. |  |
| Осталось собрать ветрогенератор, закрепив все элементы. Для начала на несущую рейку крепим генератор, лопасти, ротор и хвост. Не забудьте закрыть генератор кожухом. |  |
| Силовую установку следует крепить при помощи шарнирного механизма, а мачта монтируется в бетонное основание на 4 болта. |  |
| Проведите провод до распределительного щитка. |  |
| Подключите все элементы и проведите тестирование работоспособности. |  |
Чтобы было проще понять всю последовательность действий при сборке ветряной электростанции своими руками из старой , посмотрите видео:
Особенности сборки вертикального ветрогенератора из автомобильного генератора своими руками
Когда «самоделкины» задумываются, как сделать ветрогенераторы на 220В своими руками, чаще всего используют именно автомобильные генераторы в качестве основы. Собрать его несложно, а для работы потребуются:
- генератор в 12В от авто;
- аккумулятор;
- преобразователь с 12 на 220 Вт с мощностью 1,2 кВт;
- бочка или ведро алюминиевое или стальное для лопастей;
- контрольная лампочка от авто;
- выключатель;
- вольтметр;
- провода из меди с сечением более 2 мм;
- хомута для крепления.
Для сборки ветрогенератора вертикального своими руками потребуются рулетка и карандаш, набор ключей, электродрель и болгарка, а также ножницы по металлу. Подробная инструкция по монтажу приведена ниже.
Таблица 2. Сборка вертикального ветрогенератора из автомобильного генератора
| Действие | Изображение |
|---|---|
| Подготовленную металлическую емкость необходимо разметить и разрезать на 4 равные части, только делать это надо не до конца. В каждой детали просверлите отверстия для болтов, которые должны быть симметричными. |  |
| Не до конца прорезанные лопасти слегка отгибают, от этого процесса напрямую зависит скорость вращения, поэтому заранее решите в какую сторону должно вращаться оборудование. |  |
| Необходимо закрепить лопасти на шкиве, а генератор при помощи хомутов установить на мачту, а также собрать проводку по заготовленной схеме. |  |
| Главное правильно подсоединить провода, к которым в щитке подсоединяется аккумулятор, а также преобразователь. |  |
Чтобы вам было проще сориентироваться, посмотрите видеоматериал по варианту сборке ветрогенератора из автомобильного генератора своими руками.