Как сделать ветрогенератор своими руками

Возобновляемая, экологическая, «зеленая»

Возможно, не стоит напоминать, что все новое – это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна ветряная мельница могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.

В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.

Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:

• обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
• с низким и ультранизким уровнем энергопотребления – до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
• пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
• энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.

Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование альтернативных источников энергии.

Краткое описание устройства

Как сделать ветряной генератор такого типа? Полное описание сборки займет огромное количество времени, а также оно требует хороших знаний в области работы магнитов и обращения с ними. Поэтому в статье представлена более краткая инструкция. Если она будет проста и понятна, то в таком случае можно углубиться в изучение этого вопроса.

Во-первых, длина мачты у таких ветряков должна быть от 6 до 12 метров.

Во-вторых, придется бетонировать площадку под установку, так как такая высота слишком велика, чтобы избежать этого этапа. Сам по себе ветряк будет крепиться на самом верху мачты, а потому внизу необходимо предусмотреть крепление, которое при помощи лебедки позволит собственноручно в любое время опускать или поднимать трубу. Это необходимо, чтобы была возможность добраться до ветряка, если его придется чинить. Для изготовления винта в данном случае можно использовать трубу из ПВХ материала с диаметром в 160 мм. Она будет использоваться в качестве основы для вырезания винта длиной в 2 метра и лопастей для него. Количество лопастей лучше всего сделать шесть, а вот их форму придется подобрать опытным путем, чтобы получить максимальную выгоду. Цель в данном случае – это достичь максимального крутящего момента при низких оборотах конструкции. Так как необходимо будет уберечь винт от очень сильного ветра, придется сделать складной хвост для него. Энергия, которая будет вырабатываться ветряным источником, должна накапливаться в аккумуляторах, как и в первом случае.

В конце следует добавить, что можно делать ветряной генератор на 10 кВт, к примеру. Однако в этом случае его мощность будет огромной и использовать его только в бытовых целях неразумно. Кроме того, потребуется разрешение на эксплуатацию мощного источника альтернативного питания. К тому же, скорее всего, придется платить налог, так как электричество будет использоваться не только для обеспечения индивидуальных потребностей человека.

В данном случае были представлены две модели, обе из которых можно собрать своими руками. Их особенности и преимущества несколько отличаются, однако оба вида вполне могут эксплуатироваться самостоятельно.

Разновидности устройств

На сегодняшний день существует несколько признаков, по которым можно разделить на несколько групп сделанные своими руками ветряные генераторы или покупные.

Отличие может заключаться в количестве лопастей, которые имеются у пропеллера. Материал, из которого изготавливаются данные лопасти, также играет важную роль. Можно разделить на разные группы по расположению оси вращения по отношению к поверхности земли. Последнее – это шаговый признак винта.

На сегодняшний день можно встретить модели, у которых имеется одна, две или три лопасти, а также могут быть многолопастные приспособления. Отличительная особенность многолопастных заключается в том, что они будут вращаться даже при слабом ветре. Однако стоит отметить, что такие ветряные генераторы для частного дома чаще используются в том случае, если сам процесс поворота важнее, чем выработка электроэнергии. Другими словами, его можно использовать для подъема воды из глубокого колодца, к примеру.

Сами по себе лопасти могут быть двух типов – жесткими или парусными. Отличие состоит в материале, который используется для сборки. Парусные менее прочные и изготавливаются обычно из металла или стеклопластика. К тому же они гораздо дешевле, чем жесткие, но при этом их придется достаточно часто менять или ремонтировать, так как они менее прочные.

Что касается отличия по расположению оси вращения, то, естественно, что может быть всего два вида – горизонтальные и вертикальные. Каждый из них имеет свои положительные качества. Горизонтальное расположение лопастей дает больше мощности на выходе, а вертикальное позволит им реагировать практически на любое слабое дуновение ветра. По шаговому признаку модель может быть фиксированной или изменяемой. Сделать ветряной генератор для дома своими руками с изменяющимся шагом достаточно сложно, но в таком случае появится возможность регулировать скорость вращения лопастей. Фиксированные конструкции гораздо проще и надежнее в данном случае.

Разрешается ли законом установка оборудования?

Прежде чем приступать к практическому этапу, покупке нужных вещей и прочего, стоит разобраться с тем, можно ли с точки зрения внешних факторов заняться установкой такого приспособления.

К примеру, если необходимо обеспечить электрической энергией небольшой загородный дом или усадьбу, вполне хватит небольшого ветряного генератора с мощностью на 1 кВт. На территории Российской Федерации данные приборы были приравнены к бытовым. Это значит, что нет необходимости в дополнительном пакете документов, разрешениях или прочем. К тому же налогов, которые накладываются на добычу электроэнергии, в случае ее использования для бытовых нужд человека, также не предусматривается. Это значит, что установка малого ветряка поможет добывать энергию и использовать ее в своих целях, не выплачивая при этом государству никаких средств. Единственное, о чем следует позаботиться, – это сведения о местных актах на добычу электроэнергии таким образом.

Как работает ветрогенератор?

Конструкция ветрогенератора включает в себя несколько лопастей, вращающихся под воздействием ветряных потоков. В результате такого воздействия создается энергия вращения. Образовавшаяся энергия посредством ротора поступает на мультипликатор, который в свою очередь передает энергию на электрогенератор.

Как работает ветрогенератор

Также существуют конструкции ветрогенераторов без мультипликаторов. Отсутствие мультипликатора позволяет существенно повысить производительность установки.

Принцип работы ветрогенератора

Ветрогенераторы можно устанавливать как по отдельности, так и группами, объединенными в ветропарк. Также ветродвигатели можно комбинировать с дизельными генераторами, что позволит экономить топливо и обеспечить максимально эффективную работу системы электрообеспечения дома.

Такие системы называются инверторными (или аккумуляторными) системами бесперебойного питания

Где лучше установить

Еще о чем стоит серьезно задуматься – это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.

Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).

Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.

О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.

Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.

Какие ветряки выбирать

Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.

Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.

В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.

У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.

Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.

Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.

А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!

Рассчитываем мощность будущего ветрогенератора

Вначале следует выяснить, какую мощность должен иметь ветрогенератор своими руками, каковы функции и нагрузки, с которыми ему предстоит столкнуться. Как правило, альтернативные источники электричества применяются в качестве вспомогательных, то есть, предназначенных для помощи основному электроснабжению. Следовательно, если мощность системы составляет даже от 500 ватт, это уже вполне хорошо.

Вместе с тем, итоговая мощность ветрогенератора зависит от других факторов, среди которых:

• скорость ветра;
• число лопастей.

Чтобы выяснить подходящее соотношение для приспособлений горизонтального типа, рекомендуем ознакомиться с представленной ниже таблицей. Цифры в ней на пересечении – это необходимая мощность (указана в ваттах).

Таблица. Расчет необходимой мощности для горизонтальных ветряных генераторов.

К примеру, если в вашем регионе скорость ветра преимущественно составляет от 5 до 8 метров в секунду, а требуемая мощность ветрогенератора равна 1,5-2 киловаттам, то диаметр конструкции должен соответствовать примерно 6 метрам и больше.

Как сделать ветрогенератор из стиральной машинки

Необходимо купить неодимовые магниты и расположить их на роторе. Для того чтобы приклеить используйте суперклей. Затем оберните их бумагой и залейте поверхность эпоксидной смолой. Лопасти можно изготовить из труб диаметром 16 мм. Главное чтобы они были прочные и легкие.

Устанавливаем генератор с ротором и лопастями на несущую рейку и оборачиваем его защитным кожухом. Силовую установку следует крепить при помощи шарнирного механизма, а основание мачты прочно соединить с бетонным основанием. Провод от генератора проведите до распределительного щитка и проверьте работоспособность установки.

Для лучшего понимания лучше ознакомиться со схемой и устройством ветрогенератора.

Классификация и принципы работы

В сети возможно найти великое множество разных примеров сборки ветряных генераторов, но все они делятся на два класса: вертикальные и горизонтальные. Каждый класс имеет подвиды:

Одна из самых мощных ветряных электростанций «Энеркон Е-126»

Прибор мощностью в 600 Вт

Спиралевидное устройство

Образец с лопастями, выполненными из тканевых материалов

Ветряк с металлическими лопастями

Агрегат с классическим расположением лопастей

Конструктивные элементы таких устройств могут быть расположены под разным углом

Весь класс устройств, изготовленные своими руками, будь то ветряные электростанции или промышленные, работают по принципу электромагнитной индукции, то есть магниты, закрепленные в роторе, при вращении лопастей вырабатывают переменный ток. Он подается в накопительные аккумуляторы через контроллер. Это прибор, преобразующий переменный ток в постоянный и контролирующий степень заряда аккумуляторных батарей.

Следующим узлом является инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный и выравнивает колебание электроэнергии до значения 50гц, далее ток подается на потребителей.

Стандартная схема работы ветряной электростанции

Статья по теме:

Генератор

Если от вращения мотора она загорится, все в порядке. Мотор переделывают в генератор. Для этого:

• перематывают обмотку статора;
• добавляют на ротор неодимовые магниты, их крепят в высверленные отверстия в полюсах или по диаметру станины,
• эпоксидной смолой или другим двухкомпонентным клеящим составом заливают пустоты между магнитами;
• оборачивают ротор плотной бумагой.

Трехфазная обмотка предпочтительнее, она снижает амплитуду изменения тока, повышает КПД генератора.

Фазы попеременно заменяют друг друга. Снижается уровень вибрации, уменьшается шумовой эффект. Повышается срок службы, дольше не вырабатывается крепежный вал.

Особенности выбора источника тока

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.

Цена за 1квт мощности

4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования.
Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.

Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.

Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.

Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.

Аккумуляторные батареи для ветряков

Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.

А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.

При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.

Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.

Начало работ

Работы по изготовлению ветряного генератора энергии начинаются с того, что нужно взять емкость из нержавеющей стали или алюминия. Чаще всего используется ведро, большая кастрюля, выварка и прочее. Это будет основа для будущего ветряка.

Используя рулетку и маркер или карандаш, необходимо поделить емкость на 4 равные части. Далее, естественно, необходимо разрезать данный металл по разметке. Для этого обычно используется болгарка, однако если основа сделана из такого материала, как оцинкованный металл или окрашенная жесть, то придется работать ножницами, так как такие материалы просто перегреются во время резки болгаркой. Это будут лопасти, однако разрезать полностью конструкцию не стоит. Теперь необходимо приступить к переделыванию шкива генератора.

И в днище емкости, и в шкиве генератора нужно сделать разметку и просверлить отверстия под болты

Здесь очень важно следить за симметричным расположением, чтобы не возникло дисбаланса при вращении

После этого необходимо отогнуть лопасти, но не слишком сильно

Здесь важно учесть сторону, в которую будет вращаться генератор. Чаще всего направление идет по ходу часовой стрелки

Что касается изгиба лопастей, то площадь этих приспособлений будет напрямую влиять на скорость вращения, так как меняется плоскость воздействия воздушного потока на приспособление.

После всех этих манипуляций на шкив генератора крепится ведро или другая емкость с готовыми отверстиями для болтов.

Генератор крепится к мачте и фиксируется подготовленными хомутами. После этого необходимо подсоединить провода и собрать электрическую цепь.

Здесь придется иметь на руках схему, придется запомнить цвета всех проводов и маркировку контактов. Позже все это обязательно понадобится, а пока можно крепить провода также на мачте ветряка.

Домашний ветряной генератор также требует подключения аккумулятора. Чтобы его подключить, потребуются ранее купленные провода сечением 4 мм2. Протяженности в 1 метр будет вполне достаточно. Для подключения к данной сети нагрузки, то есть потребителей электрической энергии (световых ламп, бытовых приборов и т. д.), вполне хватит проводов по 2,5 мм2. После этого потребуется установить и подключить к цепи инвертор, для этого опять нужны провода 4 мм2.

3 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.

Вертикальные ветрогенераторы проще всего сделать самостоятельно

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.

Место установки ветрогенератора

Ветрогенератор, описываемый здесь, установлен на 4-х метровой опоре на краю горы. Трубный фланец, который установлен снизу генератора обеспечивает легкую и быструю установку ветрогенератора – достаточно прикрутить 4 болта. Хотя для надежности, лучше приварить.

Обычно, горизонтальные ветрогенераторы “любят” когда ветер дует с одного направления, в отличии от вертикальных ветряков, где за счет флюгера, они могут поворачиваться и им не важно направление ветра. Т.к

данный ветряк установлен на берегу скалы, то ветер там создает турбулентные потоки с разных направлений, что не очень эффективно для данной конструкции.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin