Ветровой генератор для дома своими руками

При росте цен на электроэнергию повсюду идёт поиск и разработка её альтернативных источников. В большинстве регионах страны целесообразно применять ветрогенераторы. Чтобы полностью обеспечить электричеством частный дом, требуется достаточно мощная и дорогостоящая установка.

Если сделать небольшой ветрогенератор, с помощью электрического тока можно подогревать воду или использовать для части освещения, например, хозяйственных построек, садовых дорожек и крыльца. Подогрев воды для хозяйственных нужд или отопления – это простейший вариант использования ветровой энергии без её аккумулирования и преобразования. Здесь вопрос больше заключается в том, достаточно ли мощности будет для отопления.

Большой ветрогенератор, для многих мест российского климата, мало подходит из-за частой смены интенсивности и направления воздушных потоков. При мощности выше 1 кВт он будет инерционным и не сможет в полной мере раскручиваться, когда меняется ветер. Инерция в плоскости вращения приводит к перегрузкам от бокового ветра, приводящим к его выходу из строя.

С появлением маломощных потребителей энергии имеет смысл применять небольшие самодельные ветрогенераторы не более чем на 12 вольт, чтобы освещать дачу светодиодными светильниками или заряжать телефонные аккумуляторы при отсутствии в доме электричества. Когда в этом нет необходимости, электрогенератор можно применять для нагрева воды.

Тип ветрогенератора

Для безветренной области подходит только парусный ветрогенератор. Чтобы электроснабжение было постоянным, понадобится аккумуляторная батарея не менее чем на 12В, зарядное устройство, инвертор, стабилизатор и выпрямитель.

Для слабоветренных районов можно самостоятельно изготовить вертикальный ветрогенератор, мощностью не более 2-3 кВт. Вариантов есть много и они почти не уступают промышленным образцам. Покупать целесообразно ветряки с парусным ротором. Надёжные модели мощностью от 1 до 100 киловатт выпускаются в Таганроге.

В ветреных регионах можно сделать генератор для дома своими руками вертикальный, если требуемая мощность составляет 0,5-1,5 киловатт. Лопасти можно изготовить из подручных средств, например, из бочки. Более производительные устройства целесообразно купить. Самыми дешёвыми являются «парусники». Вертикальный ветряк стоит дороже, но он надёжней работает при сильных ветрах.

Маломощный ветряк своими руками

В домашних условиях небольшой самодельный ветрогенератор изготовить несложно. Для начала работы в области создания альтернативных источников энергии и накопления в этом ценного опыта как собрать генератор, можно изготовить самостоятельно простое устройство, приспособив мотор от компьютера или принтера.

На скорости вращения 200-300 об./мин. напряжение можно поднять до 12 вольт, а вырабатываемая мощность составит около 3 Вт. С его помощью можно зарядить небольшой аккумулятор. Для других генераторов мощность необходимо увеличивать до 1000 об./мин. Лишь в этом случае они будут эффективны. Но здесь понадобится редуктор, создающий значительное сопротивление и к тому же имеющий высокую стоимость.

Электрическая часть

Чтобы собрать электрогенератор, необходимы комплектующие:

1. небольшой мотор от старого принтера, дисковода или сканера;
2. 8 диодов типа 1N4007 для двух выпрямительных мостов;
3. конденсатор ёмкостью 1000 мкф;
4. труба ПВХ и пластиковые детали;
5. алюминиевые пластины.

На рисунке ниже изображена схема генератора.

Диодные мосты подключаются к каждой обмотке двигателя, которых две. После мостов подключается стабилизатор LM7805. В результате на выходе получается напряжение, которое обычно подаётся на 12-вольтную батарею.

Большую популярность получили электрогенераторы на неодимовых магнитах с чрезвычайно высокой силой сцепления. Их следует аккуратно использовать. При сильном ударе или нагреве до температуры 80-250⁰С (в зависимости от вида) у неодимовых магнитов происходит размагничивание.

На ступицу производится наклейка суперклеем неодимовых магнитов диаметром около 25 мм примерно в количестве 20 шт. Однофазные электрогенераторы делаются с равенством количества полюсов и магнитов.

Катушки мотают круглыми, а общее количество витков составляет 1000-1200. Мощность генератора на неодимовых магнитах подбирается такой, чтобы его можно было использовать как источник постоянного тока, порядка 6А для зарядки АКБ на 12 В.

Механическая часть

Лопасти делают из пластиковой трубы. На ней рисуют заготовки шириной 10 см и длиной 50 см, а затем вырезают. Изготавливается втулка на вал двигателя с фланцем, к которому винтами крепятся лопасти. Их количество может быть от двух до четырёх. Пластик долго не прослужит, но на первое время его хватит. Сейчас появились достаточно износостойкие материалы, например, карбон и полипропилен. Затем можно изготовить более прочные лопасти из алюминиевого сплава.

Генератор крепится болтами к куску пластиковой трубы с приваренной к нему вертикальной осью. На трубу также соосно устанавливается флюгер из алюминиевого сплава. Ось вставляется в вертикальную трубу мачты. Между ними устанавливается упорный подшипник. Вся конструкция может свободно вращаться в горизонтальной плоскости.

Электрическую плату можно разместить на вращающейся части, а напряжение потребителю передавать через два токосъёмных кольца со щётками. Если плату с выпрямителем установить отдельно, тогда количество колец будет равно шести, сколько выводов имеет шаговый мотор.

Если устройство будет эффективно вырабатывать энергию, его можно усовершенствовать, сделав вертикально-осевым, например, из бочки. Конструкция меньше подвержена боковым перегрузкам, чем горизонтальная. На рисунке ниже изображён ротор с лопастями из фрагментов бочки, установлен на оси внутри рамы и на него не действует опрокидывающее усилие.

Ветрогенератор мощностью более 1 киловатта

Устройство должно приносить ощутимую пользу и выдавать напряжение 220 В, чтобы можно было включить некоторые электроприборы. Для этого оно должно самостоятельно запускаться и вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне.

Чтобы сделать ветрогенератор своими руками, прежде следует определить конструкцию. Она зависит от того, какая сила ветра. Если она слабая, то единственным вариантом может быть парусный вариант ротора. Больше 2-3 киловатт энергии здесь не получить. Кроме того, для него понадобятся редуктор и мощный аккумулятор с зарядным устройством.

В районах с сильными ветрами, самодельным ветрогенератором можно получить 1,5-5 киловатт мощности. Тогда его можно подключать в домашнюю сеть на 220В. Аппарат с большей мощностью самостоятельно сделать сложно.

Электрогенератор из двигателя постоянного тока

В качестве генератора можно использовать малооборотный мотор, генерирующий электрический ток при 400-500 об/мин: PIK8-6/2,5 36V 0,3Nm 1600min-1. Длина корпуса 143 мм, диаметр – 80 мм, диаметр вала – 12 мм.

Для него нужен мультипликатор с передаточным отношением 1:12. При одном обороте лопастей ветряка электрогенератор сделает 12 оборотов. На рисунке ниже изображена схема устройства.

Редуктор создаёт дополнительную нагрузку, но всё же это меньше, чем для автомобильного генератора или стартера, где требуется передаточное отношение как минимум 1:25.

Лопасти целесообразно изготавливать из алюминиевого листа размером 60х12х2. Если на мотор их установить 6 штук, устройство будет не таким быстрым и не пойдёт вразнос при больших порывах ветра. Следует предусмотреть возможность балансировки. Для этого лопасти припаиваются к втулкам с возможностью накручивания на ротор, чтобы можно было их смещать дальше или ближе от его центра.

Мощность генератора на постоянных магнитах из феррита или стали не превышает 0,5-0,7 киловатт. Увеличить её можно только на специальных неодимовых магнитах.

Для постоянного отопления в холодное время года требуется много энергии, и протопить большой дом — это проблема. Для дачи в этом плане он может пригодиться, когда туда приходится ездить не чаще 1 раза в неделю. Если всё правильно взвесить, система отопления на даче работает всего несколько часов. Остальное время хозяева находятся на природе. Используя ветряк как источник постоянного тока для зарядки АКБ, за 1-2 недели можно накопить электроэнергии для отопления помещений на такой промежуток времени, и таким образом, создать себе достаточный комфорт.

Чтобы сделать генератор из двигателя переменного тока или автомобильного стартера, требуется их переделка. Мотор можно модернизировать под генератор, если ротор изготовить на неодимовых магнитах, проточив на их толщину. Его делают с количеством полюсов, как и у статора, чередуя друг с другом. Ротор на неодимовых магнитах, приклеенных к его поверхности, при вращении не должен залипать.

Типы роторов

Конструкции роторов отличаются разнообразием. Распространённые варианты изображены на рисунке ниже, где указаны значения коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ).

Для вращения ветряки делают с вертикальной или горизонтальной осью. Вертикальный вариант обладает преимуществом в удобстве обслуживания, когда основные узлы расположены внизу. Опорный подшипник выполнен самоустанавливающимся и долго служит.

Две лопасти ротора «Савониуса» создают рывки, что не очень удобно. По этой причине его делают из двух пар лопастей, разнесённых на 2 уровня с поворотом одной относительно другой на 90⁰. В качестве заготовок можно использовать бочки, вёдра, кастрюли.

Ротор «Дарье», лопасти которого делают из упругой ленты, отличается простотой изготовления. Для облегчения раскрутки их количество должно быть нечётным. Движение происходит рывками, из-за чего механическая часть быстро разбивается. Кроме того, лента при вращении вибрирует, издавая рёв. Для постоянного применения подобная конструкция не очень подходит, хотя лопасти иногда делают из звукопоглощающих материалов.
В ортогональном роторе крылья выполняются профилированными. Оптимальное количество лопастей равно трём. Устройство быстроходное, но его необходимо раскручивать при пуске.

Геликоидный ротор имеет высокий КПД за счёт сложной кривизны лопастей, снижающей потери. Его применяют реже других ветряков из-за высокой стоимости.

Горизонтальный лопастный ротор исполнения является наиболее эффективным. Но он требует наличия стабильного среднего ветра, а также для него необходима ураганная защита. Лопасти можно изготовить из пропилена, когда их диаметр меньше 1 м.

Если вырезать лопасти из толстостенной пластиковой трубы или бочки, достичь мощности выше 200 Вт не удастся. Профиль в виде сегмента для сжимаемой газообразной среды не подходит. Здесь нужен сложный профиль.

Диаметр ротора зависит от того, какую мощность требуется получить, а также от количества лопастей. Двухлопастнику на 10 Вт нужен ротор диаметром 1,16 м, а на 100 Вт – 6,34 м. Для четырёх-, и шестилопастника диаметр составит соответственно 4,5 м и 3,68 м.

Если насадить ротор непосредственно на вал генератора, его подшипник долго не протянет, поскольку нагрузка на все лопасти неравномерная. Опорный подшипник для вала ветряка должен быть самоустанавливающимся, с двумя или тремя ярусами. Тогда для вала ротора будут не страшны изгибы и смещения в процессе вращения.

Безопасность

Ветряки, мощность которых превышает 100 Вт, являются шумными устройствами. Во дворе частного дома можно установить промышленный ветродвигатель, если он сертифицирован. Его высота должна быть выше ближайших домов. На крыше нельзя устанавливать даже маломощный ветряк. Механические колебания от его работы могут создать резонанс и привести к разрушению строения.

Видео. Ветрогенератор своими руками.

Применение ветрогенераторов целесообразно не во всех регионах, поскольку зависит от климатических особенностей. Кроме того, изготавливать их своими руками не имеет смысла без определённого опыта и знаний. Для начала можно взяться за создание простой конструкции мощностью несколько ватт и напряжением до 12 вольт с помощью, которой можно зарядить телефон или зажечь энергосберегающую лампу. Применение неодимовых магнитов в генераторе позволяет значительно увеличить его мощность.

Мощные ветровые установки, берущие на себя значительную часть электроснабжения дома, лучше приобретать промышленные, на создание напряжения 220В, тщательно взвесив при этом все за и против. Если совместить их с другими видами альтернативных источников энергии, электричества может хватить на все хозяйственные нужды, включая систему отопления дома.

Альтернативные источники электроэнергии – соблазнительная идея в плане сокращения расходов на коммунальные платежи. Тот, кто умеет делать что-то полезное своими руками, легко может соорудить во дворе частного дома компактный ветровой генератор и получать с его помощью практически дармовое электричество. Как это сделать, разберемся детальнее.

Содержание:

• Подготовка
• Подбираем генераторы
• Сооружаем лопасти
• Монтаж ветрогенератора
• Мачта (или башня) для ветряного генератора
• Батарея
• Порядок сборки ветрогенератора
• Протягиваем провод и подключаем электронику

Подготовка

Для начала следует определить основные составляющие конструкции ветровой электростанции и изучить схемы ее устройства.

Фото 1.

Их можно посмотреть на фото 1-3. Для сооружения ветровой электростанции понадобятся лопасти, генератор, башня (или мачта) для подъема установки на нужную высоту, батарея, провода.

Фото 2.

Для удобства управления стоит подсоединить электронную систему.

Фото 3.

Подбираем генераторы

Генератор для ветряка можно соорудить полностью своими руками «с нуля». Тот, кто разбирается в таких установках, без труда справится с этой задачей. Остальным можно просто подобрать подходящий двигатель. На фото 4 изображено, как подключить своими руками генератор к лопастям.

Фото 4.

В качестве двигателя можно использовать, например, запчасти самых старых компьютеров. В них когда-то использовались движки с ленточными приводами. Есть такие у компании Ametek. Подобный раритет можно отыскать на Ebay. Если найти что-то подобное не повезло, можно использовать любой схожий генератор переменного тока с низкими оборотами.

Фото 5.

Некоторые мастера, сооружая самодельные ветрогенераторы для частного дома, используют в этих установках коллекторные двигатели с постоянными магнитами (на 36 В). Есть такие болгарского производства (фото 5). Стоит подобный генератор б/у приблизительно около 30-40 $.

Сооружаем лопасти

Лопасти для ветровой электростанции можно вырезать из стали или дерева, но это будет очень долго и трудоемко. Идеальный вариант – использование труб ПВХ (фото 6). Для домашнего «производства» лопастей из этого материала потребуется минимум усилий и времени. Чтобы конструкция лопасти идеально соответствовала возлагаемой на нее нагрузке, нужно правильно подобрать диаметр пластиковой трубы.

Фото 6.

Идеальное соотношение выглядит так: диаметр трубы должен быть в 5 раз меньше, чем длина будущей лопасти вашей ветровой электростанции. Если крыло должно равняться по длине 0,5 метрам, следовательно, у трубы должен быть диаметр 0,1 метр. Из одного отрезка ПВХ трубы можно вырезать штуки 4 лопасти. Этого как раз достаточно для одного ветряка.

Фото 7.

Сначала трубу длиной полметра следует разрезать вдоль на 4 равные полосы. Затем каждая полоска сужается немного в сторону одного конца (фото 7). Благодаря округлой форме трубы и сама лопасть будет иметь плавно загнутую форму. Она прекрасно подойдет для самодельного ветрогенератора.

Чтобы все лопасти были одинаковыми, следует сначала вырезать одну штуку, а затем использовать ее в качестве шаблона для всех остальных. В конце обработайте срезы на шлифовальном станке или вручную наждаком. Так вам удобнее будет работать с ними при монтаже установки.

Монтаж ветрогенератора

Чтобы закрепить лопасти, потребуется зубчатый шкив крепления вала движка и алюминиевый диск диаметром 0,13 м. Все это потребуется для сооружения винта. Прикручиваем лопасти при помощи болтов. Затем собирается турбина по схеме на фото 6. Корпус можно сделать все из той же пластиковой трубы, только большего диаметра.

Не забывайте, что установка должна иметь хвостовую часть, которая и будет поворачивать ветряной генератор навстречу потокам ветра. Благодаря хвостам ветряки и меняют свою позицию при каждой смене направления ветра. Как это выглядит, можно увидеть на схеме 3 (Фото 3).

Затем ветровой генератор следует поднять на нужную высоту. Мачту можно соорудить из деревянного бруса или стальной трубы. Последний вариант является самым практичным и надежным. Древесину еще потребуется защищать антисептиком и антипиренами, а это уже дополнительные хлопоты.

Мачта (или башня) для ветряного генератора

В трубопроводе (D = 3 см) хорошо будет скользить стальная труба (D = 2,5 см). Это позволит ветряку свободно вращаться, ловя ветер. Также потребуются фитинги и электрические провода. Фитинги монтируются с обоих концов трубы-мачты. Провода нужно пропустить внутрь нее. После этого вырезаем основание для мачты (можно из дерева, но лучше из железных уголков) и закрепляем его в земле (фото 3).

Чтобы ваш самодельный ветряной генератор надежно держался и не упал при первых же сильных порывах ветра на кровлю дома, важно качественно закрепить его в земле. Желательно залить для конструкции бетонное основание, оставив в нем петли для крепежа. Обязательно сделайте оттяжку для мачты, которая не позволит ей крениться (фото 3).

Если в конструкции были использованы какие-то деревянные составляющие, их обязательно следует покрасить. Потребуется 3-4 слоя краски. Она защитит древесину от гниения. Когда будут прикручены лопасти, установлен противовес на хвост ветряка и закреплена мачта, можно провести испытание ветровой установки. Наверняка лопасти раскрутятся в считанные секунды, поэтому испытания следует проводить с соблюдением всех мер предосторожности.

Батарея

Помимо самой турбины в ветровой электростанции должны быть батареи для хранения произведенной установкой электроэнергии. Обязательно установите блокирующий диод. Он предотвратит «утечку» электричества в обратном направлении. Иными словами, не даст лопастям ветрогенератора вращаться от произведенной ими же самими электроэнергии.
Также необходим контроллер заряда. Его можно приобрести все на том же Ebay или любом схожем портале. Производит контроллеры и другие составляющие для сборки механизмов, при помощи которых получают альтернативную энергию, Anyplace. Можно сделать контроллер и своими руками. Схема изображена на фото 2. Тот, кто увлекается электроникой, без проблем соберет такую конструкцию дома своими руками.

Порядок сборки ветрогенератора

После того, как собраны все основные элементы, можно приступать к окончательному монтажу ветрогенератора. Для начала следует правильно подобрать место возле дома, где было бы идеально установить ветряк. Лучше поставить несущую башню подальше от жилого дома, чтобы в случае аварии (что может случиться в результате разных природных катаклизмов) она не упала на дом, не побила окна, не травмировала людей.
Но и слишком далеко тоже нет смысла ставить, поскольку придется далеко тянуть кабель от генератора к зданию. Высота мачты должна быть, как минимум, метра 3. Толщина стальной трубы тоже должна быть достаточной для того, чтобы сильный ветер ее не погнул. Для оттяжки и крепления подойдут нейлоновые веревки и обычные деревянные колья. Веревки привязываются одним концом к мачте, другим – с кольям и сильно натягиваются. В конце колья нужно основательно вогнать в землю.

Для крепления веревок потребуются металлические скобы. Оттяжка производится в разных направлениях, чтобы в конечном итоге мачта была выведена строго по центру. Кстати, вместо нейлоновой веревки можно использовать стальные тросы. Они будут служить не одно десятилетие, за которое вы планируете пользоваться своим источником альтернативной энергии.

Протягиваем провод и подключаем электронику

После того, как было залито цементное основание (можно использовать и уже имеющееся), крепим в него петли и к ним монтируем саму мачту. К одному ее концу уже должна быть присоединена турбина. От нее провод кидаем к контроллеру. Жесткая проволока поможет протянуть электрический провод через стальную трубу, которая и служит нам мачтой. Провод просто привязываем к одному концу проволоки, после чего просовываем ее в трубу.
К батарее нужно подключить инвертор на 120 В и мультиметр, который даст возможность контролировать напряжение батареи и ветрогенератора. Мультимерт покажет, ток какой силы будет вырабатывать установка вашего ветрогенератора. Конечно, для электроснабжения всего дома его мощности едва ли хватит, но для подключения наружного освещения (пары лампочек во дворе) ее будет вполне достаточно.

Также пригодится такая установка на случай непредвиденного отключения электричества; позволит обходиться без подключения к общей сети на даче или в условиях горного домика. Для элементарных нужд – зарядить телефон, подключить электробритву, вскипятить воду в электрочайнике – вполне достаточно.

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:

1. Парусные
2. Крыльчатые

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 ач. 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

Из-за высокой стоимости альтернативных конструкций для получения энергии с помощью ветра, многие считают, что выгоднее изготовить ветрогенератор своими руками. В этом есть резон, но нужно понимать, что дело это непростое, требующее время и специальных знаний.

Обзор

Иметь такую конструкцию мечтают дачники, домики которого удалены от цивилизации. Да и городской житель стал внимательнее присматриваться к ветрогенераторам, поглядывая на приходящие ежемесячно счета на использованную электроэнергию.

Растущие тарифы приводят к мысли, что ветрогенератор генератор своими руками не помешали бы и горожанам.

Нужны ли разрешительные документы?

Воплотить мечту в реальность сложно, но возможно. Для дачи будет достаточно маломощной установки, например, 1-киловатной. В России подобные конструкции приравниваются к бытовой технике.

Чтобы их установить не нужно оформлять сертификаты и бегать за разрешениями. Главное – определиться, действительно ли ставить подобный источник энергии целесообразно.

Для местности, где планируется установить ветряк, потребуется знать потенциал ветра. Поможет это сделать Интернет: потребуется найти «Карту ветров» и использовать разработанную формулу.

Налогообложение

На расходуемую для личных нужд энергию, налогообложения не предусмотрено никакого, поэтому ветряки малой мощности устанавливать можно смело и получать бесплатную энергию с их помощью.

Об индивидуальном энергоснабжении нет нормативных актов, способных препятствовать установке и использованию ветрогенераторов своими руками, как и купленных в торговой сети.

Тоже касается недовольства соседей: установка ветрогенераторов своими руками, нужная для решения личных потребностей, не должна вызывать неудовольствия. Последние вправе выдвинуть претензии, если ветряки будут им причинять реальные неудобства. Ведь права конкретного человека заканчиваются, когда другому они причиняют дискомфорт.

Высота мачты

Учитывая сказанное, собираясь монтировать ветрогенератор своими руками, особое внимание нужно уделить выбору высоты мачты. Помимо этого, требуется учитывать существующие ограничения, касающиеся частных построек, и местонахождения вашего участка. Например, если поблизости существуют тоннели, построены мосты, находятся аэропорты, не допускается возведение зданий, высотой больше отметки в 15 м.

Шумность

Во время работы шумит редуктор и вращающиеся лопасти. Рекомендуется шум измерить соответствующими приборами и полученные показатели документально зафиксировать. Принятые нормативами значения не должны превышаться. Тогда и споров с соседями не возникнет.

Помехи

В идеальном варианте защита от возможных телепомех должна быть у ветряков предусмотрена.

Экологическая служба

Она вправе установщику запретить проводить монтаж в единственном случае, когда это препятствует миграции птиц. А это маловероятно.

Своими руками собирая ветрогенератор, перечисленные моменты необходимо учесть.

Если ветряк покупается, эти моменты отображаются в паспорте, изучить который нужно сразу, чтобы себя обезопасить от неожиданностей.

Целесообразность

Насколько целесообразна установка ветряка определяет во многом сила и стабильность ветра в данном районе.

Условия

Для монтажа ветрогенератора для дома своими руками необходима обширная площадка. Он должен располагаться от соседей на определенном расстоянии.

Ветрогенератором называется конструкция, способная преобразовывать энергию кинетическую воздушных масс в механическую.

Благодаря ей ротор приводится в движение, благодаря чему, человек получает нужное ему для функционирования приборов электричество.

Конструкция

Составляют ветровую систему:

• лопасти;
• турбинный ротор;
• генератор;
• инвертор, преобразующий ток. Последний заряжает аккумулятор;
• батарея, питающая конструкцию.

Суть функционирования

Она для подобных конструкций отличается простотой. Вращающийся ротор позволяет получить трехфазный ток. Он, после прохождения контроллера, подзаряжает аккумулятор. Далее, благодаря инвертору, он преобразуется до «состояния», пригодное для использования бытовыми приборами – холодильниками, телевизорами, микроволновыми печами, стиральными машинами и бойлерами, пр.

Показанная схема дает представление о том, какие трансформации претерпевает электроэнергия, которую производит ветрогенератор.

Некоторая часть ее аккумулируется, остальную потребляют приборы.

Лопасти подвергаются во время вращения сразу трем воздействиям:

• подъемной силе;
• импульсной;
• тормозящей.

Последние две стараются преодолеть силу торможения, заставляют вращаться маховик, благодаря чему, ротором создается в неподвижной части генератора магнитное поле, принуждающее по проводам течь ток.

Выбор мотора

Тем, кто решил сделать ветрогенератор своими руками, рекомендуется использовать мотор от бытовых устройств и автомобилей, понимая, что эффективность возрастает прямо пропорционально вольтам, приходящимся на 1 виток.

Разновидности

Ветряки классифицируются по нескольким параметрам:

• числу лопастей. Модели бывают одно-, двух-, трех – пяти – и многолопастными. Помните, что количество лопастей обратно пропорционально скорости, т.е. чем больше первых, тем при меньшей скорости воздуха начинается вращение. Многолопастные используются часто там, где преимущество отдается вращению перед получением энергии – например, при подъеме воды из скважин;
• материалу, из которого делают лопасти. Помимо твердых, как стало известно, подходят даже плотные ткани, стоимость которых невысокая. Их делят на жесткие и парусные, которые по цене ниже, чем первые, изготовленные из металла или стеклопластика, но менее прочные. Поэтому ремонтировать такие лопасти придется часто;

• расположению оси относительно земли. По этому признаку ветряки бывают горизонтальными (имеющие более высокую мощность, надежность) и вертикальные. Эти ветрогенераторами своими руками намного чувствительнее к ветряным порывам;
• шагу винта, который бывает фиксированным (более распространены) и изменяемым. У последнего увеличена скорость вращения, но установка очень сложна для исполнения и массивна.

Ветряк своими руками сделать получится практически бесплатным, если найдутся ненужные детали, без дела валяющиеся где-то в гараже: мотор старого авто, обрезанные канализационные трубы и др.

Ветряк роторный

Простейший ветрогенератор своими руками этого вида имеет вертикальную ось вращения, обеспечит легко частный дом энергией на 100%. Его смастерить сложно, но возможно. При этом, это проще даже, чем кажется. Лопасти, к примеру, несложно сделать из металлической бочки. Их вырезают ножницами для резки металла.

Для сборки ветрогенератора своими руками, мощность которого, предположим. должна составлять 1,5 кВт, под руками должны быть перечисленные ниже элементы:

• автогенератор 12В;
• 12 — вольтовая батарея (лучше кислотная либо гелиевая);
• «кнопка» (полугерметичный выключатель так же12 V);
• преобразователь 700-ваттный;
• достаточной вместимости емкость из алюминия или нержавеющей стали – бак, выварка и пр.
• реле (подойдет автомобильное);
• вольтметр;
• метизы (болты, гайки и пр.);
• провод 4 мм в сечении и 2,5 мм;
• пара хомутов для закрепления на мачте генератора.

Инструменты

Для изготовления своими руками ветряка необходимы:

• болгарка;
• кусачки;
• строительный карандаш для нанесения разметки либо маркер;
• ножницы для металла;
• сверла с дрелью;
• рулетка;
• отвертки;
• ключи гаечные.

С чего начать?

Ветряк своими руками, как говорилось, начинают изготавливать с поиска большой емкости. Она составит основу.

На нее наносят разметку, пользуясь маркером, т.е. делят на равные 4 части. Далее будет объясняться, как делать разрезы болгаркой. При их выполнении металл до конца разрезать нельзя.

Нельзя болгаркой пользоваться для работы с окрашенной жестью, а также оцинкованной сталью, которые сильно нагреваются. Их режут ножницами для металла, помня, что вырезаются лопасти не до конца.

Параллельно с изготовлением лопастей, переделывают у генератора шкив. В нем и днище исходной кастрюли необходимо просверлить отверстия, в которые вставляться будут болты.

Делают это максимально аккуратно, чтобы соблюсти симметрию. Это нужно, чтобы в ходе работы не возникал дисбаланс.

Далее, каждую лопасть отгибаем поочередно. Но делаем это с учетом направления, в котором вращаться станет генератор. Чаще она совпадает с движения стрелки часов. Угол, изгиба, определяет скорость и площадь воздействия воздушного потока.

Ведро с готовым пропеллером прикрепляют на шкив, а на мачту, применив хомуты, устанавливают генератор. В последнюю очередь соединяют провода, создавая цепь.

Для присоединения аккумулятора выбирают провод диаметром 4 мм². Достаточно будет 1 метра. Такой же потребуется, чтобы подключить инвертор.

Меньшего сечения – 2,5 мм хватит для подсоединения нагрузки. Если делали все последовательно и точно, ветряк своими руками работать будет хорошо, а проблем возникнуть не должно.

Если батарею, к примеру, использовали 75 амперную, а преобразователь 1000-ватный, ветряка своими руками хватит, чтобы работали одновременно сигнализация охранная, камеры видеонаблюдения и освещение улицы.

Плюсы и минусы

Достоинства:

• экономичность модели;
• ремонтопригодность. При выходе из строя элемента, он просто заменяется новым;
• отсутствие требований к условиям эксплуатации;
• надежность;
• бесшумность.

Недостатки:

• не высокая производительность;
• зависимость сильная от ветра (пропеллер может просто слететь).

Неодимовые магниты для ветряков

В России о них узнали не слишком давно, поэтому ветряки с их использованием также делают недавно. Ажиотажный продукт рынок постепенно насытил, поэтому теперь эти магниты доступны народным умельцам.

Изготовление ветряка

Эта конструкция сложнее, чем ранее описанная. Ось вращения у нее горизонтальная.

До того, как приступать к сборке ветряка своими руками, желательно приобрести ступицу (сгодится от автомобиля) и тормозные диски.

Ступица выступит базой. Поскольку она уже использовалась, стоит ее смазать, предварительно разобрав и обратив на подшипники особое внимание. Ни наслоений, ни ржавчины остаться на них не должно. Генератор обязательно красят. Забывать об этом нельзя.

Как закрепятся магниты?

Они требуют грамотного распределения и надежного крепления. Их часто приклеивают к роторным дискам. Для работы необходимо двадцать магнитов 25х8 мм.

Важно: Можно это количество изменять, помня основное, что совпадает число магнитов с полюсами в однофазном генераторе и соответствует 2/3 или 4/3 — в трехфазном.

Полюса должны чередоваться. Для удобства изготавливают шаблон или наносят на диск разметку секторов. Лучше, как показала практика, использовать их круглой формы, чем прямоугольной, поскольку в последних поле магнитное имеется на всей длине, а у первых лишь в центре.

Определяем полюса

Чтобы не перепутать полюса их следует точно определить. Магниты для этого подносят друг к другу. В случае их притягивания, ставят «+», отталкивания – «-».

Размещают их, так, чтобы полюса чередовались.

Клей должен быть качественным для надежности конструкции. Неплохо магниты держатся на эпоксидной смоле, покрывающей полностью диск. Ее разводят по инструкции.

Она не должна стекать с диска. Чтобы предотвратить стекание смолы, по периметру делают временные бортики из пластилина или скотчем обматывают диск.

Сравнение однофазных устройств и трехфазных

Предпочтение стоит отдать трехфазному статору, поскольку он меньше вибрирует, чем однофазный. Вызваны вибрации разницей в токовой амплитуде, причиной которой является непостоянная отдача.

Тесты показали, что она больше на 50% у трехфазной модели. Другим важным преимуществом 3-фазной является высокий акустический комфорт во время функционирования под нагрузкой. Другими словами, он не гудит. К тому же, отсутствие вибрации положительно сказывается на сроке службы.

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.

Мощность ветряку добавит число полюсов. При этом вырастет частота токовых колебаний.

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

Облегчить процесс ручной намотки можно, если пользоваться специальным станком.

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.

Закреплены катушки между собой жестко. Наружу выводятся 6 концов фаз, для соединения которых пользуются схемами «звезда» или «треугольник».

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

Сборка

Длину мачты выбирают от 6 до 12 метров, основание бетонируют. Сам ветрогенератор, собранный своими руками, крепят вверху. Чтобы обеспечить возможность добраться к нему, если потребуется ремонт, необходимо предусмотреть устройство, которое даст возможность поднять или опустить трубу.

Обеспечит это ручная лебедка. Из трубы ПВХ, диаметр которой 160 мм, реально изготовить винт длиной 2 метра, имеющего 6 лопастей.

Форму подбирают опытным путем. Но, такой винт-пропеллер необходимо защищать от сильного ветра, для чего и служит складывающийся хвост.

Итог

Рассмотренные модели эффективны каждая по-своему. А полученная информация свидетельствует, что ветряк изготовить своими руками вполне возможно.

Видео: Вертикальный ветрогенератор 4kw

Многие владельцы загородных домов хотели бы использовать альтернативные источники энергии. Аналогичного мнения придерживаются и жители городских квартир из-за постоянного роста стоимости электроэнергии. При желании можно собрать простой ветряной генератор и установить его на своем участке.

Правовые вопросы установки ветряка

Перед началом работ по созданию ветрогенератора своими руками стоит разобраться в законности использования этого агрегата. Чтобы обеспечить дачный участок электроэнергией, вполне достаточно использовать установки, мощность которых не превышает 1 кВт. На территории России они считаются бытовыми, и для их использования не требуется разрешение или сертификат.

Также со стороны государства не предусмотрены и дополнительные налоги на производство энергии для бытовых потребностей. В результате можно смело собирать ветряки своими руками для дома и использовать бесплатную электроэнергию. Однако стоит дополнительно проконсультироваться в местных органах власти на предмет наличия каких-либо правовых нормативов по данному вопросу.

Кроме этого, не стоит исключать возможность жалоб со стороны соседей, если они начнут испытывать неудобства при использовании этого агрегата. Решив собрать ветровой генератор своими руками, стоит обратить внимание на несколько его параметров:

• Высота мачты — вблизи от аэропортов, мостов, а также тоннелей нельзя возводить строения высотой более 15 метров.
• Шум при эксплуатации — крайне важно после установки проконтролировать показатель шума, чтобы не превысить установленные законом нормы.
• Помехи в эфире — при создании агрегата стоит предусмотреть соответствующие защитные механизмы.

Кроме этого, могут возникнуть претензии со стороны экологических служб, если ветряк мешает миграции птиц. Однако такая ситуация крайне маловероятна.

Принцип работы

Ветряной генератор представляет собой устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с ее последующей конвертацией в электрическую. Происходит это благодаря вращению ротора генератора. Агрегат состоит из следующих элементов:

• Лопасти.
• Ротор турбины.
• Генератор с подвижной осью.
• Инвертор для преобразования переменного тока в постоянный.
• Аккумуляторные батареи.

На лопасти воздействуют три силы, две из которых, подъемная и импульсная, преодолевают третью (тормозящую) и приводят в движение маховик. Вращательное движение передается на ротор генератора, и при его вращении в статоре создается магнитное поле. В результате этого появляется переменный ток, который затем с помощью специального контроллера преобразуется в постоянный и заряжает батарею.

Виды ветряных генераторов

Электроустановки этого типа принято классифицировать в соответствии с несколькими параметрами. Одним из главных здесь можно считать количество лопастей, так как многолопастные начинают работать даже при слабом ветре. Решив собрать ветряной генератор для дома своими руками, следует помнить о том, что лопасти могут быть парусными или жесткими. Проще всего сделать изделия первого типа, но они не отличаются высокой прочностью и требуют частого ремонта.

Отличаются ветроустановки и по расположению оси вращения — горизонтальные и вертикальные. Каждый из этих типов имеет как преимущества, так и недостатки. Если вертикальные устройства более чувствительны, то горизонтальные отличаются высокой мощностью. Последний признак классификации ветряных установок — фиксированный либо изменяемый шаг. В домашних условиях проще собрать агрегат первого типа.

Роторная установка

Собрать такую ветряную электростанцию своими руками довольно просто. При этом ее мощности будет достаточно для обеспечения всех потребностей в электрической энергии на садовом участке.

Подготовительный этап

Владельцам загородных домов можно смело ориентироваться на установки мощностью около 1,5 кВт. Наиболее простым устройством станет агрегат с вертикальной осью вращения. Для его создания потребуются следующие детали и материалы:

• Генератор от автомобиля на 12 В.
• Кислотная или гелиевая аккумуляторная батарея.
• Полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 В.
• Вместительная емкость из алюминия либо нержавейки.
• Реле контроля заряда АКБ от автомобиля.
• Вольтметр.
• Провода сечением в 2,5 мм² и 4 мм².
• 2 хомута для монтажа генератора на мачте.

Кроме этого, потребуются болты с гайками, мерительный инструмент, болгарка либо ножницы по металлу и дрель.

Инструкция по изготовлению

Основу будущего агрегата составит цилиндрическая емкость, например, бочка или ведро. На нее необходимо нанести разметку, разделив емкость на четыре равных части. После этого следует разрезать металл (не до конца), чтобы получились лопасти. В шкиве и днище емкости просверливаются отверстия, которые должны располагаться строго симметрично, чтобы при работе не возник дисбаланс.

После этого лопасти отгибаются с учетом направления вращения используемого генератора, чаще всего по направлению хода часовой стрелки. Также следует помнить, что угол изгиба лопастей оказывает влияние на скорость вращения пропеллера. Закрепив лопасти на шкиве, генератор с помощью хомутов монтируется на мачте.

Основная часть работ на этом завершена, и остается лишь собрать электрическую цепь. Чтобы облегчить эту задачу, во время установки генератора на мачту стоит зарисовать схему соединений. Для подключения батареи следует использовать метровый отрезок провода сечением в 4 мм². В свою очередь для соединения агрегата с сетью стоит воспользоваться проводником 2,5 мм². Инвертор также подключается с помощью провода большего сечения.

Если все работы были проведены в соответствии с инструкцией, то ветряк будет хорошо работать, и при его эксплуатации проблем возникнуть не должно. При этом достоинств у роторной установки значительно больше, чем недостатков. К числу последних можно отнести лишь довольно высокую чувствительность к сильным порывам ветра.

Агрегат аксиального типа

Так как рынок насытился неодимовыми магнитами, стоимость этих изделий значительно снизилась. В результате можно на их основе собрать эффективный ветряк. Основой аксиального генератора станет ступица с тормозными дисками от машины. Перед началом работ ее необходимо очистить, проверить и смазать подшипники, а также покрасить.

Установка магнитов

Всего потребуется около 20 магнитов размера 20х8 мм. При желании можно использовать и большее количество этих изделий. Однако в такой ситуации следует руководствоваться двумя правилами:

• Если генератор будет однофазный, то число магнитов должно соответствовать количеству полюсов.
• Для трехфазного устройства следует придерживаться соотношения полюсов и катушек соответственно 2/3 или 4/3.

Магниты просто наклеиваются на диски ротора, но при этом их полюса должны чередоваться. Чтобы все сделать правильно, стоит предварительно изготовить шаблон-шпаргалку. Предпочтение следует отдать магнитам прямоугольной формы, так как при работе они создают магнитное поле по всей длине. Также следует отметить, что противостоящие магниты должны иметь разные полюса.

Выбор типа генератора

При сравнении одно- и трехфазного устройства, предпочтительнее выглядит второе. Одним из основных недостатков однофазного генератора являются вибрации, возникающие при работе. Причина их появления кроется в разнице амплитуд тока, так как его отдача происходит неравномерно. Благодаря компенсации фаз в трехфазной модели, поддерживается постоянная мощность.

Кроме этого отдача однофазного устройства примерно на 50% меньше. На этом преимущества 3-фазного генератора не заканчиваются. Так как при его работе не возникает вибрация, то шумовые показатели всей ветряной установки будут существенно ниже. При этом не стоит забывать и об увеличении срока эксплуатации, если выбор пал на трехфазную модель генератора.

Изготовление катушек

В создаваемом ветряке процесс зарядки батареи должен стартовать при частоте вращения ротора в 100−150 об/мин. Таким образом, общее число витков на всех катушках находится в диапазоне 1000−1200.Если эти цифры разделить на количество используемых катушек, то можно рассчитать число витков на каждой из них.

Следует помнить, что благодаря увеличению количества полюсов можно повысить мощность всей установки при работе на низких оборотах. На характеристики самодельного генератора серьезное влияние оказывает не только количество магнитов, но и их толщина. Общую мощность генератора можно рассчитать опытным путем. Для этого после изготовления одной катушки ее следует прокрутить в устройстве и измерить напряжение на определенном количестве оборотов без нагрузки.

Дальнейшие расчеты достаточно просты. Можно предположить, что при сопротивлении в 3 Ом на 150 об/мин на выходе получилось 27 В. Если из этого значения вычесть номинальное напряжение аккумулятора (в этом случае 12 В), получится 15 вольт. Для определения силы тока полученный результат (15 В) необходимо разделить на сопротивление катушки (3 Ом), что дает 5 ампер. Катушки необходимо между собой закрепить неподвижно, а выведенные наружу концы фаз соединяются треугольником или звездой. После сборки генератора его стоит проверить на работоспособность.

Финальный этап сборки

Высота мачты в среднем должна составлять от 6 до 12 метров, а ее основание стоит забетонировать. Ветряк монтируется на верхней части мачты и для упрощения ремонтных работ стоит предусмотреть механизм ее подъема и спуска, который будет приводиться в движение с помощью ручной лебедки.

Для изготовления пропеллера отлично подойдет труба из ПВХ с диаметром в 160 мм. Выбор формы лопастей осуществляется опытным путем, а основной задачей на этом этапе является усиление крутящего момента при работе на низких оборотах. Чтобы уберечь винт от сильных порывов ветра, его стоит оснастить складным хвостом.

Каждая из рассмотренных моделей ветряка имеет определенные преимущества и недостатки. Они могут быть достаточно эффективными в различных регионах, но максимальный результат будет получен в местности с частыми и сильными ветрами.

Зачастую у владельцев частных домов возникает идея о реализации системы резервного электропитания. Наиболее простой и доступный способ — это, естественно, бензиновый или дизельный генератор, однако многие люди обращают свой взгляд на более сложные способы преобразования так называемой даровой энергии (солнечного излучения, энергии текущей воды или ветра) в электричество.

Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки. Если с использованием течения воды (мини-ГЭС) все понятно — это доступно только в непосредственной близости от достаточно быстротекущей реки, то солнечный свет или ветер можно использовать практически везде. Оба этих метода будут иметь и общий минус — если водяная турбина может работать круглосуточно, то солнечная батарея или ветрогенератор эффективны только некоторое время, что делает необходимым включение аккумуляторов в структуру домашней электросети.

Поскольку условия в России (малая длительность светового дня большую часть года, частые осадки) делают применение солнечных батарей неэффективным при их современных стоимости и КПД, наиболее выгодным становится конструирование ветрового генератора. Рассмотрим его принцип действия и возможные варианты конструкции.

Так как ни одно самодельное устройство не похоже на другое, эта статья — не пошаговая инструкция, а описание базовых основ конструирования ветрогенератора.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

• Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение. Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
• Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков. Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра. Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером.

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастного ветрогенератора

Так как мы уже выяснили, что горизонтальный ветрогенератор значительно эффективнее, рассмотрим расчет именно его конструкции.

Энергия ветра может быть определена по формуле
P=0.6*S*V³, где S — это площадь круга, описываемого концами лопастей винта (площадь ометания), выраженная в квадратных метрах, а V — расчетная скорость ветра в метрах в секунду. Также нужно учитывать КПД самого ветряка, который для трехлопастной горизонтальной схемы составит в среднем 40%, а также КПД генераторной установки, составляющий на пике токоскоростной характеристики 80% для генератора с возбуждением от постоянных магнитов и 60% — для генератора с обмоткой возбуждения. Еще в среднем 20% мощности израсходует повышающий редуктор (мультипликатор). Таким образом, окончательный расчет радиуса ветряка (то есть длины его лопасти) для заданной мощности генератора на постоянных магнитах выглядит так:
R=√(P/(0.483*V³))

Пример: Примем требуемую мощность ветроэлектростанции в 500 Вт, а среднюю скорость ветра — в 2 м/с. Тогда по нашей формуле нам придется использовать лопасти длиной не менее 11 метров. Как видите, даже такая небольшая мощность потребует создания ветрогенератора колоссальных габаритов. Для более-менее рациональных в условиях изготовления своими руками конструкций с длиной лопасти не более полутора метров ветрогенератор сможет выдавать всего лишь 80-90 ватт мощности даже на сильном ветру.

Недостаточно мощности? На самом деле все несколько иначе, так как на самом деле нагрузку ветрогенератора питают аккумуляторы, ветряк же только заряжает их в меру своих возможностей. Следовательно, мощность ветроустановки определяет периодичность, с которой она сможет осуществлять подачу энергии.

В Интернете часто можно найти статьи под броскими заголовками наподобие «Ветрогенератор для отопления дома». На самом же деле, как вы уже могли понять из приведенных расчетов, постоянно поддерживать потребляющее несколько киловатт-часов электрическое отопление сможет разве что сеть из не одного десятка самодельных установок.

Предлагаем посмотреть еще один рассказ про ветрогенератор и его изготовление в домашних условиях

Выбор генератора

Наиболее логичным вариантом генераторной установки для самодельного ветряка кажется автомобильный генератор. Такое решение позволяет легко скомпоновать установку, так как генератор уже имеет и крепежные точки, и шкив для ременного мультипликатора. Купить и сам генератор, и запчасти к нему нетрудно. Кроме того, встроенное реле-регулятор позволяет непосредственно подключить его к 12-вольтовой аккумуляторной батарее, а к ней, в свою очередь — инвертор для преобразования постоянного тока в переменный напряжением 220В.

Но, как уже было сказано выше, КПД генераторов с обмоткой возбуждения достаточно низок, что весьма чувствительно для и без того маломощного ветряного генератора. Второй минус в том, что при разряженном аккумуляторе автомобильный генератор не сможет возбудиться.

В ряде самодельных конструкций можно встретить тракторные генераторы Г-700 и Г-1000. Их КПД ничуть не больше, полезным отличием являются лишь намагниченность ротора, позволяющая возбудить генератор даже без аккумуляторной батареи, и низкая цена.

Некоторые авторы при постройке ветрогенераторов пользуются свойством обратимости коллекторных электродвигателей — принудительно вращая их ротор, с него можно снимать постоянный ток. Статор двигателей подобного типа состоит либо из постоянных магнитов, что более предпочтительно в наших целях, либо имеет обмотку. Для применения двигателя в режиме генератора она подключается к автомобильному реле-регулятору, чтобы обеспечить нужное напряжение. Рассмотрим подключение реле-регулятора на примере узла от ВАЗовской классики (оно удобно тем, что не объединено в один блок с щеточным узлом):

1. Одну из щеток двигателя соедините с корпусом — это будет отрицательный полюс генератора. Сюда же надежно подключите металлический корпус реле-регулятора и клемму «-» аккумулятора.
2. Клемму 67 реле соедините с одним из выводов статорной обмотки, второй временно с корпусом.
3. Клемму 15 соедините через выключатель с положительным полюсом аккумулятора (при этом на обмотку подастся ток возбуждения). Придайте ротору вращение в том же направлении, что будет обеспечивать винт ветроустановки, и подключите между свободной щеткой и корпусом вольтметр. Если на щетке обнаружится отрицательный потенциал, поменяйте местами соединения статора с реле-регулятором и массой.

Основной особенностью подключения генератора постоянного тока к аккумуляторной батарее является необходимость в разделении их полупроводниковым диодом, не дающим аккумулятору разряжаться на обмотку ротора при остановке генератора. В современных автомобильных генераторах эту функцию выполняет трехфазный диодный мост, и мы также можем его использовать, параллельно соединив его фазы для уменьшения падения напряжения на нем.

Наибольшую же мощность можно снять с генератора, ротор которого состоит из неодимовых магнитов. Распространены конструкции на основе автомобильной ступицы с тормозным диском, по краю которого закрепляются мощные магниты. На минимальном расстоянии от них располагается статор с однофазной или трехфазной обмоткой.

Такой генератор хорош многим: он возбуждается уже при низких оборотах даже при севшем аккумуляторе, не требует обслуживания щеточного узла. Но при этом его выходное напряжение невозможно отрегулировать, так как оно зависит только от частоты вращения. Домашняя электростанция с генератором на неодимовых магнитах потребует подключения его к дополнительному инвертору для обеспечения зарядки аккумуляторной батареи в большом диапазоне скоростей ветра. Также это устройство часто называется контроллером заряда батарей.

Существует несколько различных вариантов реализации контроллера в зависимости от конкретного решения конструкции генератора. Так как у подобных самоделок большой разброс параметров, приведенную схему стоит рассматривать как иллюстрацию общего принципа устройства контроллера, а не как обязательное решение.

Как видно, эта схема рассчитана на использование в качестве генератора коллекторного электродвигателя. Если же вы использовали самодельный генератор переменного тока, добавьте диодный мост на его выход.

Напряжение с генератора через контрольный узел, состоящий из вольтметра и амперметра, подается на вход двух импульсных стабилизаторов. Зарядку аккумулятора осуществляет блок 2, в то время как задача блока 1 — защита от ухода генератора в разнос при сильном ветре и малом потреблнеии тока нагрузкой: при превышении напряжением порога, задаваемого движком потенциометра R3, блок 1 начинает подавать напряжение на подключенный к его выходу мощный нагрузочный резистор, о чем сообщает загорающийся светодиод LED2.

Нагрузка, не требующая точной стабилизации напряжения (например, низковольтные лампы накаливания), подключаются в обход стабилизатора к выводу диода D2.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Мачта

Мачта, на которой крепится ветрогенератор — это один из самых важных его узлов.

Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.

Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:

• Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
• Оптимальная конструкция мачты — это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант — это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
• Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.

Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора

Дополнительное электрооборудование

Как уже было сказано выше, неотъемлемой частью ветряной электростанции является аккумулятор, берущий на себя питание потребителей. при его выборе нужно помнить, что чем больше его емкость, тем дольше он сможет поддерживать напряжение в сети, но при этом и дольше будет заряжаться. Приблизительное время работы можно определить как то время, за которое исчерпается половина емкости аккумулятора (после этого падение напряжения станет уже ощутимым, кроме того, глубокий разряд снижает ресурс свинцово-кислотных батарей).

Пример: Так, аккумулятор емкостью 65 А*ч условно сможет отдавать в нагрузку 30-35 ампер-часов энергии. Много это или мало? Обычная лампа освещения мощностью 60 ватт потребует, с учетом наличия инвертора, преобразующего 12 В постоянного тока в 220 В переменного и имеющего собственный КПД в пределах 70%, тока в 7 ампер — это чуть больше четырех часов работы. Восстанавливать же растраченную энергию наш ветряк с условной мощностью 90 ватт даже в лучшем случае, при постоянном сильном ветре, будет не менее пяти часов. Как вы видите, при использовании ветрогенератора исключительно как автономного источника энергии электричество в вашем доме будет доступным лишь на несколько часов в день.

Вторым узлом системы электроснабжения становится инвертор. В нашем случае можно использовать как готовый автомобильный, так и извлеченный из источника бесперебойного питания. В любом случае важно не перегружать его потреблением тока, учитывая, что реальная эксплуатационная мощность его в 1,2-1,5 раза меньше указываемой максимальной мощности.

Как вы можете видеть, привлекательность использования даровой энергии упирается во многочисленные ограничения, и даже единственный эффективный в средней полосе России вариант — ветрогенератор — неспособен обеспечивать длительную автономность.

Но вместе с тем эта идея неплоха и как источник аварийного электропитания и, особенно, как конструкторская задача — удовольствие от создания своими руками ветрогенераторной установки может в разы превосходить ее мощность.