Интересные ветряки своими руками

Своими руками

Ветряки для дома своими руками

В связи с постоянно растущими ценами на электричество, все большее количество владельцев частных домов и дачных участков задумываются об установке источников альтернативного электропитания. Ветряки для дома своими руками являются отличным решением, как для выработки дополнительного электричества, что сможет снизить счета за коммунальные услуги, так и для обеспечения бесперебойным питанием загородные дома, к которым не подключили энергосети

Территория Россия, благодаря преимущественно равнинной местности и обширной площади, круглый год омывается большим количеством ветров, другое дело, что потенциал силы ветра оставляет желать лучшего, так как ветер чаще всего медленный и слабый. Другое дело – это необжитые территории России, где ветры гораздо большей силы. В любом случае, установка ветрогенератора даже при слабых ветрах, сможет обеспечить дом своего хозяина бесперебойной, и главное – бесплатной энергией.

Какой мощности выбрать ветрогенератор?

Первое, что стоит запомнить – ветряки для дома, как и любые другие источники альтернативного электричества, не смогут производить колоссальное количество электроэнергии. Многие начинающие конструкторы стремятся создать максимально мощный ветрогенератор, который сможет обеспечить электричеством не только освещение на дачном участке или зарядить аккумуляторные батареи, но также будет поддерживать абсолютно все электропитания дома, включая нагрев бойлера и отопительных систем. В принципе, это вполне возможно, если построить ветровой генератор мощностью более 2 киловатт модели W-HR2. Для строительства такого промышленного ветряка необходимы огромное количество денег, сил и расчетов. Соорудить его в одиночку непрофессионалу практически невозможно.

Оптимальным решением будет установка ветрогенератора мощностью до 500 ватт, этого вполне достаточно для обеспечения электроэнергией маленького загородного участка, а при необходимости большей мощности, всегда можно соорудить еще несколько ветряков и создать из них единую электростанцию.

Ниже представляем таблицу мощности ветряков в зависимости от кол-ва лопастей и диаметра всего ветроколеса при скорости ветра 4 м/с

Со стороны может показаться, что показатели несколько завышены, но не стоит забывать, что 4 м/с – это обычная скорость ветра на равнинной территории и чаще всего он достигает порывов выше, чем данная отметка. А чем больше скорость ветра, тем больше дает энергии самодельный ветряк.

Выбираем тип ветроколеса

Именно ветряное колесо является самым важным элементом всей конструкции, так как за счет его движения энергия ветра преобразовывается в механическую.

Самые популярные типы ветроколеса:

Преимущества парусного ветроколеса заключается в их дешевизне и простоте установке: достаточно на лопасти прикрепить парусный материал и разместить под небольшим углом к ветру, такая конструкция будет в точности повторять старинные ветряные мельницы. К ее недостаткам относится большое аэродинамическое сопротивление воздушному потоку, который будет возрастать при ветре, идущем диагонально относительно лопастей.

Намного более эффективными являются лопасти крыльчатого типа, они немного дороже и сложнее в изготовлении, но устойчивы к силам трения или аэродинамическим потерям. Именно поэтому крылья самолетов имеют похожую форму. К дополнительным преимуществам крыльчатых лопастей относят небольшую затрату материалов для их изготовления, для сравнения можно привести вертикально осевой тип лопастей, чья эффективность будет сравнима с крыльчатыми, но при этом будет гораздо больший расход материалов.

Оптимальное количество лопастей на ветроколесе

При создании ветряков для дома своими руками можно сэкономить на материалах и обойтись всего 2-3 лопастями, но данное решение будет чревато несколькими неприятными моментами:

• Чем меньше лопастей, тем они быстрее вращаются и создают лишнюю центробежную нагрузку на ветрогенератор, что может привести к поломке мачты и узлов крепления ветряка
• При высокой частоте оборотов ветроколесу приходиться противодействовать большой силе трения воздуха, которые могут привести к разрушению лопастей. Поэтому лопасти приходиться изготавливать из крепких и дорогостоящих материалов
• Высокий шум при работе

Исходя из всего вышеперечисленного, наиболее оптимальным числом лопастей будет 5 или 6. Когда определились с количеством лопастей, нужно определиться с диаметром ветроколеса исходя из данных таблицы выше. Следует учитывать, что чем больше длина лопастей, тем массивней конструкция, следовательно придется дополнительно укреплять ветряк и проводить работы по уравновешиванию винта. Наиболее оптимальный диаметр ветроколеса – это 2 метра.

Конечно, чем больше лопастей, тем большая эффективность ветрогенератора, но вместе с тем усложняется и общая конструкция ветряка и будет необходима установка дополнительного редуктора.

Выбираем генератор

При выборе генератора необходимо отталкиваться от скорости вращения ветроколеса. Ниже в таблице приведено количество оборотов зависимости от скорости ветра для ветроколеса с 6 лопастями.

Исходя из данных выше, наилучшим выбором будет веломотор или электродвигатель от ленточного накопителя данных. Преимущество таких двигателей в том, что они имеют низкие рабочие обороты и смогут раскрутить ветряк без установки редуктора.

Создаем ветровые генераторы для дома своими руками

При изготовлении ветрогенератора будем придерживаться данной таблицы. Конечно, способы крепления и расположение узлов может быть несколько изменено, но в целом, для создания эффективного ветряка лучше не отступать от представленной конструкции.

Примечание: Расстояние между мачтой и лопастями должно быть не менее 25 см, если меньше, то есть вероятность того, что лопасти прогнувшись под ветром разобьются о мачту.

Изготовление лопастей

Лучше всего крылья для ветряка вырезать из толстостенной ПВХ трубы. Конечно, можно изготовить лопасти из древесины, но это гораздо более трудозатратно, а также древесина может прийти в негодность под воздействием влаги.

Для лопастей следует использовать трубы с толщиной не менее 4 мм, иначе они будут без проблем прогибаться под ветром и быстро придут в негодность.

Высчитывание оптимальной формы лопастей чаще всего проводится эмпирическим путем при вырезании нескольких образцов разного размера. Но такой способ требует затрат времени и приводит к излишнему переводу материала. Поэтому мы предоставляем Вам ниже шаблон лопасти для трубы диаметром 16 см и длинной в 1 метр.

После того, как вы вырежете 6 лопастей по шаблону, необходимо максимально отполировать их поверхность и сточить края, чтобы они меньше сопротивлялись воздушному потоку.

Теперь изготавливаем головку электродвигателя, к которой будут крепиться лопасти. Для этого берем диск из стали толщиной не более 10 мм и привариваем к нему несколько полос длинной до 30 см, на которых высверливаем отверстия для крепления лопастей.

Чтобы повысить эксплуатационные характеристики ветряка, головку электродвигателя обязательно нужно сбалансировать. Для этого головка крепится вертикально в безветренном помещении. Необходимо следить за тем, чтобы ни одна из сторон головки самопроизвольно не двигалась и находилась в неподвижном состоянии. Если заметно движение, то полосы головки стачиваются до того состояния, пока движение не прекратиться при любом положении головки в пространстве.

Закрепляем генератор на раме

Генератор принимает вращательный момент от лопастей и постоянно находится под давлением больших центробежных и гироскопических нагрузок. Чтобы ветряк раньше времени не вышел из строя, генератор следует плотно закрепить на раме. Сама рама представляет собой пластину из метала, на которой располагаются главные узлы ветряка, а также станину из дюралалюминия с резьбовым отверстием. На станину накручивается вал генератора, а для его лучшего крепления следует использовать на конце соединения гайку с контршайбой.

Укрепление ветрогенератора от штормовых ветров

Рассматриваемый нами в этой статье ветряк не обладает высоким числом оборотов и вряд ли будет достигать таких частот вращения, что составляющие ветряка начнут приходить в негодность. Но при частых переменах направления ветра, хвост ветряка будет резко поворачиваться, что может привести к расшатыванию элементов крепления конструкции. Помимо этого, лопасти ветряка при сильном ветре будут сопротивляются поворотам, что вместе с подвижным хвостом ветрогенератора будет создавать высокую нагрузку в месте соединения рамы и генератора.

Чтобы значительно повысить срок службы ветровой электростанции, необходимо устанавливать специальную защиту от сильного ветра. Такой защитой выступает боковая лопатка – простенькое устройство, собираемое из минимума материалов, но удачно зарекомендовавшая себя во множестве ветровых установках.

С помощью боковой лопатки регулируется наклон ветряка по вертикали и при сильном ветре устанавливает лопасти параллельно ветру. То есть при умеренной силе ветра ветряк находится в стандартном положении перпендикулярно относительно земли, но при штормовых воздушных потоках, ветряк складывается на 90 градусов относительно своего рабочего положения, из-за чего его работа прекращается.

Боковая лопатка состоит из небольшой профильной трубы скрепленной с тонкой металлической пластиной, пружины и растяжки располагающейся между лопаткой и хвостом. Растяжка нужна для того, чтобы контролировать угол складывания ветряка.

В лопатке необходимо использовать крепкую пружину из углеродистой стали, которая в крайней точке выдерживает нагрузку до 12 кг. Растяжку изготавливают из тонкого велосипедного троса.

Устанавливаем мачту

Мачта является опорой для ветряка и на этом этапе ни в коем случае не стоит экономить. Лучше всего будет установить мачту на открытой территории, где в радиусе нескольких десятков метров не будет никаких строений. Сама мачта изготавливается из металличесской водопроводной трубы длинной в 7 метров. Если же возле ветряка находятся строения или деревья, то мачту следует сделать хотя бы на метр выше относительно их уровня. На пути к лопастям ветрового генератора не должно быть никаких препятствий, а иначе КПД ветряка будет значительно меньше ожидаемого.

Ветровой генератор – это массивная конструкция весом в несколько сотен килограмм, поэтому, чтобы он не проседал в почве, его необходимо устанавливать на крепком бетонном фундаменте. Помимо закрепления основы мачты в фундаменте, ветряк дополнительно фиксируется несколькими растяжками из монтажных тросов шириной не менее 5 мм. Растяжки крепятся к мачте хомутов, вытягиваются на максимальную длину и крепятся к колышкам, которые забиваются в землю на глубину не менее метра.

Устанавливать мачту с генератором можно как с помощью автокрана, так и в ручную. Для этого используется противовес, изготовленный из тяжелого деревянного бруса.

Аккумуляторные батареи и электронная система ветряка

Чтобы хранить энергию выработанную ветровой электростанцией, используют небольшие аккумуляторные батареи, емкость которых должна быть не меньше 120 а\ч. Рекомендуется также взять батарею до 300 а/ч, и уже в процессе эксплуатации определить сколько времени необходимо для ее зарядки. На выбор батареи также влияет сфера применения АКБ: если батарея используется для обеспечения электрическом нагревательных приборов, то следует отдать предпочтение более емким аккумуляторам.

Чтобы питать аккумулятором технику работающую при напряжении тока 220 В, необходимо установить специальный инвертор преобразователя напряжения. Инверторы различаются между собой уровнем пиковой мощностью, на которой они могут питать технику. Так, если подключать к АКБ компьютер вместе с монитором, то будет достаточно инвертора рассчитанного на 1000 Вт, если же от аккумуляторной батареи будут работать строительные инструменты, такие как перфоратор, то придется взять инвертор на 2000 Вт.

На рисунке ниже Вы можете видеть простейшую схему для зарядки аккумуляторов ветряком: от генератора идут три вывода, которые подключаются к параллельно идущим трем диодным полумостам. От генератора будет вырабатываться напряжение равное 26 В, поэтому к диодным полумостам будет достаточно последовательно подключить две батареи напряжением 12 В.

Основным преимуществом такой схемы является ее легкость сборки и минимум используемых материалов. Ее недостатком будет то, что при небольших ветрах аккумуляторы практически не будут заряжаться. Процесс зарядки начнется только при ветре в 7 м/с, который не так уж и часто можно встретить на равнинных территориях России.

Как ухаживать за ветрогенератором

Ветряки не требуют включения от внешних источников питания, они полностью автономны, благодаря чему запускаются самостоятельно даже при очень слабом ветре. Ветрогенераторы для дома своими руками могут прослужить десятки лет, для этого следует придерживаться нескольких правил:

1. Чтобы металлические компоненты ветровой электростанции не сгнили под атмосферными осадками, их стоит красить каждые 2 года
2. Дважды в год смазывать подшипники в генераторе и поворотном узле
3. Ветроколесо – самое уязвимое место всей конструкции и может с легкостью разбалансироваться при сильном ветре. Примером разбалансировки может служить излишнее дрожание лопастей. Если дефект ветроколеса был обнаружен, то его следует немедленно снять и провести ремонтные работы

Источник

Ветрогенератор своими руками: как сделать ветрогенератор для дома по проекту

Разбор ошибок конструирования

Сборка ветрогенератора в бытовых условиях собственными руками – дело, конечно же, не безошибочное. Даже в конструкциях промышленных ветряков инженерами допускаются ошибки. Но на ошибках учатся, о чём подтверждают вполне состоявшиеся бытовые конструкции.

Итак, среди ошибок при устройстве бытовых ветряных генераторов часто фигурирует такая деталь, как отсутствие в конструкции генератора модуля торможения. Стандартное исполнение таких приборов (автомобильных или тракторных) такой детали не предусматривает. Значит, генератор необходимо дорабатывать.

Однако не каждому «конструктору» хочется заниматься этим тонким делом. Многие игнорируют эту деталь, надеясь на «авось». Как результат – при сильном ветре винт раскручивается до неимоверно высоких скоростей. Подшипники генератора не выдерживают, разбивают посадочные места алюминиевых крышек. Происходит клин ротора.

Разрушенный ветрогенератор по причине недоработок в конструкции. Ошибки конструирования и монтажа подобных конструкций приводят к тяжёлым последствиям

К этой же теме относится недоработка, связанная с отсутствием ограничителя поворота флюгера. Нередко этот компонент попросту забывают установить и вспоминают только тогда, когда потоки ветра начинают раскручивать «петушка» вокруг своей оси, как юлу в передаче «Что? Где? Когда?». Результат плачевный.

Минимум ущерба – перекручивание и обрыв электрического кабеля, а в тяжёлых случаях – разнос всей конструкции.

Другая примечательная ошибка сборки – неправильный расчёт точки центра тяжести на основании флюгера. В этом случае устройство какое-то время может функционировать нормально. Но со временем образуется перекос на подшипниковом узле, свобода вращения ограничивается, эффективность конструкции по отдаче энергии резко снижается.

О том, как правильно рассчитать ветрогенератор, узнаете из предложенной нами статьи.

Нередко током, полученным от генератора, пытаются напрямую питать аккумуляторную батарею. Совсем скоро начинают удивляться – почему аккумулятор не держит заряд или обнаруживают пробой 2-3 банок.

Это банальная и естественная ошибка, так как в любом случае заряд АКБ должен проходить в условиях определённых токов и напряжений. Здесь нужен контроль этого процесса.

Домашним мастерам, заинтересованным темой сборки ветрогенератора, предлагаем ознакомиться еще с одним оригинальным вариантом. В предложенной статье описано изготовление генерирующей установки из бросовых деталей стиралки.

Виды ветряных электростанций

По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.

Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть. Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.

В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:

• с вертикальной осью вращения;
• с горизонтальной осью вращения.

Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.

Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.

Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.

В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.

Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.

Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:

• количеством лопастей – бывают ветряки с двумя и тремя лопастями, встречаются и многолопастные модификации;
• материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
• шагом винта – регулируемый или фиксированный.

Вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер. В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.

В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.

Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.

Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс. Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.

Разновидности и модификации вертикальных ветряков

Ортогональный ветрогенератор оборудован несколькими лопастями, расположенными на определенном расстоянии параллельно оси вращения. Эти ветряки известны также под названием ротора Дарье. Данные агрегаты зарекомендовали себя, как наиболее эффективные и функциональные.

Вращение лопастей обеспечивается их крылообразной формой, создающей необходимую подъемную силу. Однако, нормальная работоспособность устройства требует приложения значительных усилий, поэтому производительность генератора можно увеличить путем установки дополнительных статических экранов. В качестве недостатков следует отметить излишний шум, высокие динамические нагрузки (вибрация), которые нередко приводят к преждевременному износу опорных узлов и выходу из строя подшипников.

Существуют ветроустановки с ротором Савониуса, наиболее подходящие для бытовых условий. Ветровое колесо состоит из нескольких полуцилиндров, вращающихся непрерывно вокруг своей оси. Вращение осуществляется всегда в одну и ту же сторону и не зависит от направления ветра.

Минусом таких установок является раскачивание конструкции под действием ветра. За счет этого в оси создается напряжение и подшипник вращения ротора выходит из строя. Кроме того, вращение не может начаться самостоятельно, если в ветрогенераторе установлено всего две или три лопасти. В связи с этим, на оси рекомендуется закреплять два ротора под углом 90 градусов относительно друг друга.

Вертикальный многолопастный ветрогенератор относится к наиболее функциональным устройствам этого модельного ряда. Он обладает высокой производительностью при незначительной нагрузке на несущие элементы.

Внутренняя часть конструкции состоит из дополнительных статичных лопастей, размещенных в один ряд. Они сжимают воздушный поток и регулируют его направление, увеличивая, тем самым, эффективность работы ротора. Основным недостатком считается высокая цена в связи с большим количеством деталей и элементов.

Выбор размера ветряка

Подбирать размер этой установки нужно исходя из желаемого количества электроэнергии и скорости ветра, а также его плотности, в вашем регионе. Сразу нужно уточнить что расчет мощности будет производится для ветрогенератора заводского изготовления, не сделанного своими руками из подручных деталей.

Количество необходимой электроэнергии вы можете постучать по счетам за последний год или взять произвольное (желаемое) количество.

Скорость и плотность ветра можно найти в сети, например на сайте метеослужбы. Указывать какие то цифры в этой статье я не будут, так как регионов много и климат очень быстро меняется в последние годы.

Существует несколько формул

1. Самая простая и понятная среднестатистическому человеку, однако полученные данные могут иметь определенную погрешность. По ней можно рассчитать кинетический ветрогенератор с горизонтальным валом:

AEO = 1.64 * D*D * V*V*V

• AEO — электроэнергия, которую вы хотите получить за год.
• D — диаметр ротора, который обозначается в метрах.
• V — среднегодовая скорость ветра, обозначается в м/сек.

2. Более сложная формула, которую используют для своих расчетов компании, занимающиеся продажей и установкой такого оборудования на профессиональном уровне.

• V – скорость ветра в метрах в секунду.
• ρ – плотность воздуха, единица измерения – кг/м3
• S – площадь лопастей, на которую дует воздушный поток, единица измерения – м2 (нужно смотреть по тех. описанию производителя).
• P – Количество кВт, которое можно получить.

Пример расчета P = 53 * 1,25 * 33 = 5156 Вт

Эффективность выработки электроэнергии напрямую зависит от диаметра лопастей ротора, посмотреть примерную производительность можно по таблице ниже.

В этой таблице указаны примерные данные, которые можно получить в зависимости от диаметра ротора, высоты установки ветрогенератора и скорости ветра.

Максимальная вырабатываемая мощность, кВт	Диаметр ротора, м	Высота мачты, м	Скорость ветра м/с
0,55	2,5	6	8
2,6	3,2	9	9
6,5	6,4	12	10
11,2	8	12	10
22	10	18	12

3. В случаи с вертикальным ротором (осью) расчеты необходимо производить по другой формуле.

• P– мощность Ватт
• S– рабочая площадь лопастей кв.м.
• V^3– Скорость ветра в кубе м/с

Более сложная, но более точная формула

• r — плотность воздуха,
• V — скорость потока в м/с.
• S — площадь потока в квадратных метрах
• k — коэффициент эффективности турбины ветрогенератора в значении 0,2-0,5

При выборе ветряки необходимо смотреть на рекомендуемую производителем скорость ветра. Как правило, установки для частного использования, имеют такой диапазон: 2-11 М в секунду.

Как сделать ветряк своими руками

Для того, чтобы сделать ветряной генератор своими руками, следует точно знать какие детали в его конструкции существуют, и за что они отвечают. Так можно будет понять, чем заменить некоторые детали, которые сложно найти в домашних условиях.

Любая ветроустановка имеет в своей конструкции:

• Лопасти, которые вращаются;
• Вырабатывающий переменный ток электрогенератор;
• Контроллер – приспособление, которое преобразовывает механическую энергию от лопастей в ток;
• Инвертор – устройство, которое преобразовывает постоянный ток в переменный;
• Аккумуляторные батареи;
• Мачта.

Простой маленький ветрячок можно изготовить, взяв за основу бытовой вентилятор. Некоторые умельцы приспосабливают под мини-ветряк старый компьютерный кулер. Правда мощность такого ветродуйка не будет превышать и 100 Вт. Когда для энергоснабжения небольших и домов среднего размера нужен ветрогенератор с мощностью в 5 кВт, а для коммерческих объектов – в 10 кВт.

Вертикальный вариант

Сделать ветрогенератор вертикального типа проще, чем горизонтальный. Конструкция не требует флюгерного устройства, размещается на небольшой высоте (до 2 м). Отзывы тех, кто пользуется вертикальными ВЭУ (ветроэлектрическая установка), свидетельствуют о незначительном шуме при вращении и удобстве обслуживания рабочих узлов агрегатов. Генератор расположен в нижней части конструкции, и техобслуживание можно проводить без проведения высотных работ или опускания мачты на землю.

На верхнем конце оси, одновременно выполняющей роль мачты, устанавливают подшипник. Эта деталь практически не требует ухода и способна служить несколько лет без ремонта.

В отличие от лопастного ветряка вертикальные ВЭУ не требуют установки высокой мачты. Они работают независимо от направления ветра, что упрощает конструкцию подвижной части. Для лопастей компактного ветрогенератора можно использовать трубу из ПВХ большого диаметра (например, канализационную), а для более мощной ВЭУ подойдет тонкая оцинкованная сталь. Эти материалы доступны любому домашнему мастеру и относительно дешевы.

Конструкцию ветрового колеса можно выбрать самостоятельно из множества имеющихся вариантов:

• конструкция Дорнье с 2 плоскими лопастями;
• система Савониуса с 4 полуцилиндрическими крыльями;
• ортогональный многолопастный ветряк с 2 рядами плоскостей;
• геликоидные ВЭУ с изогнутым профилем лопастей.

Все вертикальные ветряки используют принцип агрегата Савониуса. В домашних условиях изготовить лопасти можно из стальных или пластиковых бочек, разрезанных вдоль пополам. Особенность конструкции заключается в том, что КПД агрегата достигает максимума при скорости лопастей в 2 раза меньше скорости ветра. Поэтому не стоит пытаться нарастить обороты для вертикальной ВЭУ.

Watch this video on YouTube

Принцип работы

Конструкция и принцип работы старых ветряных мельниц уверенно перекочевали к их современным последователям – ветряным электрогенераторам.

В наши дни ветряные мельницы для производства электричества устроены практически так же, только энергия ветра заставляет вращаться ротор.

Рассмотрим более детально, как происходит преобразование ветра в электроэнергию.

1. Первичный вал с редуктором начинает вращаться от силы ветра, который толкает лопасти и заставляет их совершать обороты. Затем момент вращения передается на оборудованный магнитами ротор. Благодаря такой последовательности действий в статорном кольце образуется переменный ток.
2. При выработке электроэнергии в таком количестве необходимы аккумуляторы. Для того чтобы заряжать в безопасном режиме, необходим выпрямитель тока, который позволяет избежать скачков напряжения и увеличивает срок службы аккумуляторных батарей.
3. Чтобы создать привычное нам напряжение в 220 В, из аккумуляторов ток подается в инвертор, а затем уже к конечным потребителям. Чтобы ветряк всегда ловил наиболее сильный ветер, устанавливают хвост, который разворачивает лопасти по ветру. Всевозможные датчики позволяют современным моделям иметь системы торможения, складывания и отвода лопастей от ударов ветра.

Делаем генератор для ветряка

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

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

Генератор действительно выгоднее купить, чем сделать – КПД заводского образца будет более высоким, нежели у самоделки.

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

Его максимальная мощность составляет 3-3,5 кВт. Для этого нам понадобятся:

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

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

Ветряк вертикальной установки

Соорудить ветрогенератор своими руками на 220 вольт можно и в виде вертикально ориентированной конструкции, чертежи которой приводятся ниже.

Вертикальный генератор

Лопастями этой конструкции служат фрагменты железного бочонка небольшого размера, вырезанные по заранее подготовленному профилю. А в качестве основы, на которой они закрепляются, можно выбрать ступицу от генератора постоянного тока автомобиля.

Перед тем, как сделать генератор этого типа, необходимо учесть, что из-за малых оборотов исходной установки мощность генератора тока будет ограничена и вряд ли превысит 2-3 кВт. Для их увеличения потребуется изготовить или купить специальное преобразующее устройство с передаточным числом 1:12 (его называют мультипликатором или редуктором). При одном повороте лопастей на 360 градусов вал генераторного устройства будет делать 12 оборотов.

О том, как сделать электрогенератор своими руками из автомобильного генератора, в Интернете имеется достаточно информации. Там же указывается, что, несмотря на вносимую редуктором дополнительную нагрузку, она все же не превышает аналогичного показателя для автомобильной схемы со стартёром.

Лопасти для такого изделия можно вырезать из листа алюминия с соответствующими подготовленному профилю размерами. При установке на ветряк, используемый для отопления, например, их потребуется минимум 6 штук.

Инструкция изготовления ветрогенератора своими руками

• Магниты вмонтируйте в специально сделанные углубления на роторе. Используйте суперклей для надёжности.
• Обмотайте магнитики бумагой, а оставшееся свободное пространство залейте эпоксидной смолой.
• Ось выточите на токарном оборудовании. Прикрепите к ней держатель из стального прута.
• Из трубы смастерите лопасти.
• Прикрепите генератор, лопасти, ротор и хвост к несущей рейке.
• Установите силовую установку, используя шарнирное крепление.
• Вмонтируйте мачту в бетонное основание и зафиксируйте при помощи 4-х болтов.
• Подсоедините провод к щитку.
• Подключите всё и проведите тест на предмет работоспособности.

Вы чувствуете неуверенность в собственных силах – приобретите бытовой агрегат. Это тоже будет выгодно. В общем, подбирайте модель, ориентируясь на свои финансовые возможности, и возводите её на своём дачном участке.

Займитесь этим прямо сейчас и уже завтра вы перестанете вздрагивать, получая счета за электроэнергию.

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.

Параметры, оцениваемые перед установкой

Качественная работа прибора – это залог успешного обеспечения дачи или дома электрической энергией, а, значит, обоснованное вложение сил и средств мастера.

Перед установкой генератора следует оценить ряд параметров, как со стороны самой установки, так и со стороны места предполагаемого монтажа конструкции.

Обязательно проводится анализ состояния почвы и близлежащих строений. Рядом с ветряным генератором не должно быть устройств, которые могут легко пострадать от лопастей.

Зону с расположенной на ней установкой обязательно ограждают от детей и внезапных гостей. Со стороны самодельного ветрогенератора оценке подлежат следующие характеристики:

• Высота мачты (речь идет о законодательном вопросе).
• Размеры лопастей, их устройство.
• Мощность прибора. Ветрогенераторы могут использоваться даже для небольшого частного дома.
• Шум от работающей конструкции.
• Безопасность для эфирных частот.

Обязательно оценивается техническое состояние всех составных деталей на предмет целостности, безопасности, исправности каждого элемента. Оптимальную работу можно провести путем предварительного составления инструкции и план-схемы, как сделать ветрогенератор своими руками.

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.

Наматываем катушку

Выбрав не очень скоростной вариант, зарядка 12V батареи начинается при 100-150 об/м. Число витков для этого должно соответствовать 1000-1200. Поделив витки на все катушки, получим их число для одной.

Если используется для витков провод большого сечения, уменьшается сопротивление и возрастает сила тока.

На характеристики ветрогенераторов, собранных своими руками, влияет толщина магнитов, имеющихся на диске и количество их.

Катушки, как правило, делаются круглой формы, но, слегка вытянув их, удастся выпрямить витки. Готовыми, катушки должны быть равными или чуть превышать по размерам магниты. С магнитами соотноситься должна и толщина статора.

Если последний больше из-за большего количества витков, пространство между дисками увеличивается, а поток магнитный уменьшается.

Но большее сопротивление катушек приведет к уменьшению тока. Для формы статора подойдет фанера. Чтобы увеличить прочность изделия поверх катушек (на дно формы) кладут стеклоткань. Перед нанесением смолы эпоксидной, форму обрабатывают вазелином или воском, или используют скотч.

Генератор тестируют, крутя его рукой. Для напряжения в 40V, сила тока достигает 10 А.

Комплектующие

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

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

Классификация ветровых электростанций для частного дома

Агрегат, преобразующий кинетическую энергию направленного потока воздуха (ветра) сначала в механическую энергию вращающегося ротора, а затем в электрическую энергию, имеет несколько названий – «ветрогенератор», «ветроэлектрическая установка» (ВЭУ), бытовое название – «ветряк». Их классификация предлагает три категории – промышленные для работы на производственных предприятиях; коммерческие, вырабатывающие электричество на продажу; бытовые для индивидуального использования.

В зависимости от расположения оси основного ротора в классификации имеются два типа устройств – вертикальный и горизонтальный. В устройствах вертикального типа ось турбины расположена вертикально по отношению к плоскости земли. Она может работать при небольшом ветре.

ФОТО: tcip.ruВетрогенераторы вертикального типа с ротором Савониуса

ФОТО: tcip.ruВетряк с многолопастным ротором

У машин горизонтального типа ось ротора вращается параллельно поверхности земли. Такие ветрогенераторы имеют большую мощность преобразования энергии ветра в электрический ток. Их предшественники электричество не вырабатывали, но мололи муку, качали воду и делали много других полезных дел.

ФОТО: YouTube.comПредшественник ветрогенераторов

ФОТО: sovet-ingenera.comВариант реализации ветряного двигателя горизонтального типаФОТО: YouTube.comСовременная модель ветрогенератора горизонтального типа

Ветрогенератор является отличным решением задачи обеспечения загородного дома электроэнергией. В некоторых ситуациях другого решения и не существует.

Примеры самодельных генераторов

Каждая ветросиловая установка собрана из трех основных элементов:

• Генератор для ветряка снимают со старого автомобиля, приборов. При отсутствии машинных деталей ветрогенератор делают своими руками из асинхронного двигателя.
• Мачта, размер которой зависит от мощности ВСУ.
• Пропеллер, устанавливаемый сразу на генератор или удерживаемый ременной подачей.

Чтобы сделать эффективный ветрогенератор своими руками, понадобятся вспомогательные части:

• Аккумуляторная батарея, исполняющая функцию ресивера— накопителя энергии.
• Контроллер и инвертор для преобразования разных видов тока.
• Автоматический переключатель источника питания для непрерывной поставки электроэнергии.

Пропеллер

Лопастной движитель предназначен для получения тяги. Это воздушный винт, состоящий из лопастей и втулки, которая соединяет их с валом двигателя.

Для изготовления работоспособного пропеллера учитывается 3 условия:

• двигательная мощность;
• диаметр крыльчатки;
• частота вращения.

Диаметр лопастей для ветряка рассчитывается с учетом требующейся мощности по табличным показателям или в онлайн-калькуляторе.

Генератор

Широкое распространение получили доступные ветрогенераторы из автомобилей. Но они уступают компактным асинхронным двигателям, выполненных своими руками на неодимовых магнитах. Эту конструкцию собирают с нуля с изготовлением обмоток или переделывают ротор.

Машинный электромотор нуждается в обязательной доработке.

Отлично подходят электродвигатели с промышленных установок, вентиляторов, техники. Для маломощного ветрогенератора из шуруповерта понадобится немного дополнительных деталей, главное условия для его работы—диаметр лопастей должен составлять 1,5—3 метра.

Как разновидность миниатюрной альтернативы переносную электроустановку легко сделать из шагового моторчика принтера. Такое устройство станет спасением для подзарядки телефона вдали от дома.

Мачта

Выбор типа зависит от финансовых и технических возможностей владельца. Самодельную электростанцию устанавливают на один из видов мачт:

К трубам небольшого диаметра присоединяют растяжки из стального троса на одном или разных уровнях. Для кольев подойдут уголки, швеллера, закопанные или забетонированные. Тяжелым и высоким опорам требуется надежный фундамент с залитыми анкерами. При малой мощности генератора до 1кВт и легкости конструкции вопрос с прочностью не существенен.

Горизонтальные ветряки нельзя крепить на крыше дома из-за распространения шума и вибрации.

Лопастники

На энергопроизводительность самодельной ветроустановки влияет количество, форма, вес и материал крыльев. Дешевле сделать своими руками лопасти для ветрогенератора из доступных средств. Источником обычно служат пластик, металл, древесина.

Самые простые выполняются из пластиковых бутылок, бытового кулера, но они не долговечны. Для недорогого варианта подойдут ПВХ-трубы, вырезанные по схемам.

Алюминиевые пластины прослужат дольше. Для придания обтекаемой формы и правильного изгиба металлическую деталь желательно обработать на прокатном стане.

Мастеров возможно заинтересуют лопасти из стекловолокна. Для этого потребуется стеклоткань, эпоксидный клей и деревянная матрица для моделирования. Такая конструкция годится для изготовления своими руками парусного ветрогенератора или парусника.

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.

Выводы и полезное видео по теме

Видео №1 продемонстрирует, как сделать своими руками в домашних условиях вертикальный генератор ветряного типа с роторной системой Дарье. В ролике наглядно представлены особенности и любопытные нюансы процесса сборки. Есть определение максимальной мощности изготовленного агрегата:

Как работает вертикальный ветряной генератор и в каком объеме он выдает энергоресурс, покажет видео №2. В нем дан подробный обзор модуля и описание работы по корректному проведению замеров фактической мощности и прочих параметров:

В видео № 3 представлено тестирование самодельного ветряного генератора вертикального типа. На что способен прибор, изготовленный своими руками из подручных материалов:

Такой современный и практичный источник альтернативной энергии, как вертикальные ветряки, своими руками собрать совсем не сложно. При надлежащем опыте хозяйственных работ можно самостоятельно изготовить каждую деталь, а потом соединить все компоненты в единую, целостную конструкцию.

Если усложнять задачу не хочется, вполне уместно приобрести уже готовые компоненты и в домашних условиях, без спешки и суеты, смонтировать надежный ветряной агрегат, способный обеспечить бесперебойные поставки электричества в жилое помещение.

Когда же в своих силах нет стопроцентной уверенности, лучше поручить работу профессионалам. Они сделают все очень быстро и в полном соответствии с базовыми эксплуатационными требованиями.

Источник