С каждым днем актуальность использования альтернативной энергии возрастает. Одним из популярных устройств такого типа является ветряной генератор, который можно сделать самостоятельно.
Ветровая турбина или ветровой генератор – это устройство, которое используется для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Ветряк известен еще с 7 века нашей эры, но тогда он представлял собой ветряную мельницу, в которой энергия от ветра передавалась на перерабатывающие зерно механизмы.
Фото — ветряная мельница
Основным ресурсом для работы такого генератора является ветер. Количественная мера этой энергии является плотность ветра. Данные составляются на основе исследований, с какой силой дул ветер в определенных зонах, как изменялась сила в зависимости от высоты воздушного потока, а также какова плотность воздуха. В зависимости от этих показаний вычисляется, на какой высоте практичнее всего размещать ветряки, сколько полостей нужно и в какой зоне участка их установить.
Сейчас появились усовершенствованные самодельные ветрогенераторы. Помимо преобразования энергии, они могут накапливать её при помощи закона Беца и стандартных аккумуляторов. Несмотря на то, что это устройство является отличным вариантом для автономной электростанции, у него есть свои недостатки:
- Быстрый износ подвижных частей;
- Потеря мощности редуктором;
- Относительно низкий показатель питания.
Виды ветряков и принцип работы
Современные ветровые мельницы бывают с вертикальной и горизонтальной осью. При этом в домашних условиях, а также для обеспечения бесперебойной энергией небольших производств используется модель с осью горизонтального положения.
Фото — вертикальный ветряк
Горизонтальный ветряк состоит из:
- Коробки передач;
- Вала ротора;
- Электрического генератора;
- Тормозной системы.
Главными конструктивными исполняющими в горизонтальных ветряных генераторах являются вал ротора и электрический генератор. В отдельных случаях система также снабжается дополнительным мотором, для получения энергии от лопастей в экстремальных ситуациях. Мощный ветряк обязательно должен быть дополнен коробкой передач, которая помогает регулировать вращение мельницы в зависимости от силы ветра и потребностей. Лопасти такой модели выполнены из прочного металлического сплава, который не подвержен деформации под воздействием атмосферных осадков или сильного порыва ветра.
Фото — ветряк с горизонтальной осью
Вертикальный ветрогенератор имеет вал ротора, который установлен в вертикальном положении. Самым главным преимуществом такой конструкции является то, что генератору совершенно необязательно, чтоб ветер дул с определенной силой. Обращаем Ваше внимание, что эта модель – единственный ветрогенератор, который не нужно размещать на открытом пространстве. Коробка передач и блок переработки кинетической энергии в электрическую могут располагаться вблизи земли, что значительно облегчает их обслуживание. Основным недостатком такой мельницы является относительная скорость вращения вала, а значит низкий коэффициент мощности. Для увеличения этого показателя часто осуществляется монтаж двигателя, ускоряющего турбинный ветряк для выработки большего количества тока.
Принцип работы ветряного генератора предельно прост. Ветер поворачивает лопасти, которые вращают вал, он, в свою очередь, соединен с генератором. Генератор перерабатывает кинетическую энергию в электрическую и при помощи дополнительных механизмов, направляет её в дом или на определенное оборудование.
Видео: как устроены ветряки
Как сделать самодельный ветряк
Сделать ветряной генератор для дома своими руками – это довольно простая задача. В отличие от солнечных батарей, которые очень сложно как установить, так и разработать в домашних условиях, большинство компонентов для мельницы могут просто лежать у Вас в гараже.
Первое, что нужно – это в зависимости от типа станции, разработать чертежи. Мы рекомендуем для производства электроэнергии для дачи или дома сконструировать ветряной электрогенератор с горизонтальной осью, у него проще схема и установка. Далее, необходимо выбрать место, где можно будет установить ветряк. Здесь будьте внимательны, в зависимости от регионов, варьируется допустимая высота ветряка. Также учитывайте расположение коммуникаций во дворе, вывод электричества от дома и прочие факторы.
Для того чтобы сделать самодельный ветряной бытовой генератор, понадобится:
- Электрический генератор;
- Турбины подходящего размера;
- Столб, для того, чтобы установить крупный ветряк;
- Солнечные батареи;
- Блок управления и переключения скоростей.
В качестве генератора допустимо использование автомобильного двигателя. На асинхронном моторе гораздо легче работать, т. к. генераторы постоянного тока не предназначены для производства большого количества энергии. Рекомендуем остановить свой выбор на небольших -30-вольтовых агрегатах.
Лопасти можно выбрать из металла, ПВХ или даже дерева. При этом учтите, что металлические турбины будут довольно тяжелыми, для их установки нужно будет монтировать мощную опору. Дерево не подходит для круглогодичной работы на свежем воздухе, поэтому оптимальным вариантом является лопасти из ПВХ. Чтобы сделать из них турбины, нужно разрезать трубы пополам, после на четверти и на основаниях сделать вот такие зацепки, как на фото:
Фото — готовые лопасти из ПВХ
Многие мастера делают лопасти на неодимовых магнитах. Этот подход не влияет на принципиальные параметры генератора, но помогает Вам уменьшить потери мощности. Совет : при помощи таких дополнительных частей можно сделать портативный ветрогенератор, например, для зарядки телефона или ноутбука. Просто переделайте роторный китайский вентилятор – на его лопасти прикрепите магниты. Такая самоделка станет отличным примером вечного двигателя.
Фото — целые трубы ПВХ
Фото — трубы ПВХ разрезанные пополам
Фото — готовые лопасти из ПВХ
Теперь нужно самому создать подставку для лопастей. Подойдет любая пластина или даже старая шестерня. В ней сверлим несколько отверстий, по два на лопасть и прикрепляем их при помощи болтов.
Фото — подставка для шестерни
Сверху лопастей крепим ступицы, которые также могут быть сделаны из шестеренки. Сверху этот участок нужно прикрыть крышкой для защиты от воды. Теперь нужно сделать хвост для ветряка, прикрепив к нему двигатель. Чтобы создать это конструкцию, Вам понадобится небольшой деревянный брусок, к одной стороне которого монтируется ранее купленный двигатель, а к другой – хвостовик. Эту пластину можно сделать из алюминия или нержавейки. Когда система готова, к ней крепится пропеллер. На этом производство верхней части ветрового генератора завершено.
Фото — установка ветрогенератора
Далее, остается только построить основу для генератора. Устанавливаем столб в выбранное место, заливаем его раствором для прочности и на верхушку монтируем пропеллер. Так при использовании подручных средств можно сделать компактный и бытовой ветрогенератор своими руками.
Обзор цен
Не всем мастерам хватает времени для самостоятельной работы. Поэтому легче купить готовый ветряной генератор, цена которого зависит напрямую от Ваших потребностей. Продажа приборов осуществляется во всех городах СНГ.
Стоимость мини-приборов значительно меньше, она варьируется в пределах 100-400 у.е. Рассмотрим, сколько стоит ветряк с 6 лопастями и напряжением до 30 В:
Многие заводы-производители предлагают дополнительные услуги при покупке оборудования: доставку, установку, настройку. Пишите в комментарии свои отзывы про работы ветряных генераторов, а также советы по их постройке.
Еще недавно ветрогенераторы считались редкостью, зато сегодня данная сфера стремительно развивается, а опыт по созданию ветряков для получения электроэнергии получили многие. Такие устройства можно использовать в самых разных сферах – для водоснабжения, электрификации частных домов, работы сельскохозяйственных агрегатов (к примеру, дробилок) или нагрева воды с целью обогрева жилища.
У промышленных моделей масса преимуществ, за исключением стоимости. Поэтому сегодня мы выясним, как сделать ветрогенератор своими руками и какие материалы/инструменты для этого понадобятся.
Конструктивные особенности и механика ветряного генератора
Принцип действия ветрогенератора заключается в преобразовании кинетической энергии в электроэнергию. Устройство состоит из ряда системных элементов, у каждого из которых имеется своя функция. Попытаемся с этим разобраться.
Обратите внимание! Ветрогенераторы могут быть роторными (вертикальными) и классическими (горизонтальными). У вторых более высокий КПД, поэтому их и делают чаще других.
Стоит заметить, что вертикальные ветряки необходимо поворачивать к ветру, ведь функционировать при боковом потоке они попросту неспособны. У горизонтальных же генераторов есть и другие преимущества. Ознакомимся с ними.
- Турбины роторных устройств будут «ловить» ветер вне зависимости от того, с какой стороны он дует. Что крайне удобно в случае нестабильного/переменного ветра в регионе.
- Соорудить горизонтальный ветряк гораздо проще, чем горизонтальный.
- Конструкция может располагаться непосредственно на земле, но при условии, что ветра там достаточно.
Что же касается недостатков, то у горизонтального ветрогенератора он всего один – достаточно низкий коэффициент полезного действия.
Рассчитываем мощность будущего ветрогенератора
Вначале следует выяснить, какую мощность должен иметь ветрогенератор своими руками, каковы функции и нагрузки, с которыми ему предстоит столкнуться. Как правило, альтернативные источники электричества применяются в качестве вспомогательных, то есть, предназначенных для помощи основному электроснабжению. Следовательно, если мощность системы составляет даже от 500 ватт, это уже вполне хорошо.
Обратите внимание! Чтобы отопить частный дом, имеющий средние размеры, вам потребуется порядка двух-трех киловатт.
Вместе с тем, итоговая мощность ветрогенератора зависит от других факторов, среди которых:
- скорость ветра;
- число лопастей.
Чтобы выяснить подходящее соотношение для приспособлений горизонтального типа, рекомендуем ознакомиться с представленной ниже таблицей. Цифры в ней на пересечении – это необходимая мощность (указана в ваттах).
Таблица. Расчет необходимой мощности для горизонтальных ветряных генераторов.
| 1м | 3 | 8 | 15 | 27 | 42 | 63 | 90 | 122 | 143 |
| 2м | 13 | 31 | 63 | 107 | 168 | 250 | 357 | 490 | 650 |
| 3м | 30 | 71 | 137 | 236 | 376 | 564 | 804 | 1102 | 1467 |
| 4м | 53 | 128 | 245 | 423 | 672 | 1000 | 1423 | 1960 | 2600 |
| 5м | 83 | 166 | 383 | 662 | 1050 | 1570 | 2233 | 3063 | 4076 |
| 6м | 120 | 283 | 551 | 953 | 1513 | 2258 | 3215 | 4410 | 5866 |
| 7м | 162 | 384 | 750 | 1300 | 2060 | 3070 | 4310 | 6000 | 8000 |
| 8м | 212 | 502 | 980 | 1693 | 2689 | 4014 | 5715 | 7840 | 10435 |
| 9м | 268 | 653 | 1240 | 2140 | 3403 | 5080 | 7230 | 9923 | 13207 |
К примеру, если в вашем регионе скорость ветра преимущественно составляет от 5 до 8 метров в секунду, а требуемая мощность ветрогенератора равна 1,5-2 киловаттам, то диаметр конструкции должен соответствовать примерно 6 метрам и больше.
Какими должны быть лопасти?
Форма лопастей может быть:
- парусной;
- крыльчатой.
Что касается лопастей парусного типа, то являются плоскими, а потому и менее эффективными. Аэродинамики они не учитывают, а крутятся исключительно под напором потока ветра. Как результат – не более 10 процентов всей энергии преобразуется в электрическую. А вот у крыльчатых лопастей площадь у внутренних и наружных поверхностей разная. Еще стоит заметить, что такие лопасти должны располагаться под углом 7-10 градусов относительно ветра.
Теперь несколько слов о материале, из которого должны быть лопасти. Для старинных ветряных мельниц использовались тонике каркасы из древесины, состоящие из жердей и перемычек. На такие каркасы натягивались специальные «крылья», сделанные из тканевого полотна. В случае износа ткани ее просто заменяли на новую. Хотя существует и альтернативный вариант – брать для этих целей плотные материалы (к примеру, брезент).
Хотя своими руками можно изготовить лопасти и из более современных материалов.
- Если пропеллер небольшой, то в качестве лопастей для него могут послужить разрезанные на части трубы из поливинилхлорида.
- Также можно использовать легкие металлы (к примеру, дюралюминий).
- Если планируется использование «парусов», то их можно вырезать из фанеры.
- Наконец, для большого агрегата лопасти можно сделать из досок (даже если они будут тяжелыми – не беда, нужно лишь, чтобы они друг друга уравновешивали).
Обратите внимание! В случае преобладания порывистых ветров в регионе предпочтение лучше отдавать увесистым лопастям – это обеспечит более стабильное функционирование всей системы.
Что касается диаметра труб, то он должен соответствовать 1/5 их суммарной длины. Каждая из таких труб режется вдоль на четыре куска, а в основании необходимо вырезать прямоугольник размерами 5х5 (тут будут находиться крепления), а после этого – выполнить косой срез, благодаря которому каждая лопасть будет сужаться от основания. Для обработки рваного края используется наждак.
Делаем вертикальный ветряной генератор в домашних условиях
А теперь выясним, как, собственно, изготавливается ветрогенератор своими руками. Процедура состоит из нескольких этапов, ознакомимся с особенностями каждого из них.
Этап первый. Подготавливаем инструменты и материалы
Относительно размеров турбины никаких требований нет – чем она будет большей, тем лучше для самой системы. А в примере, который приведен в данной статье, диаметр турбины составляет 60 сантиметров.
Чтобы сделать вертикальную турбину самостоятельно, заранее подготовьте:
- трубу диаметров в 60 сантиметров, выполненную из нержавеющей стали;
- винты, гайки и прочие крепежные элементы;
- пару пластиковых диском диаметром 60 сантиметров (важно, чтобы пластик был прочным);
- ступицу из автомобиля для основания;
- уголки, с помощью которых будут крепиться лопасти (на каждый элемент – по шесть штук; то есть, 36 экземпляров в общей сложности).
Помимо того, предварительно позаботьтесь о следующих инструментах:
- ключи;
- лобзик;
- маска;
- защитные перчатки;
- болгарка;
- отвертка;
- электродрель.
С целью балансирования лопастей могут быть использованы магниты или небольшие металлические пластины. Если дисбаланс незначительный, то можете попросту просверлить отверстия в соответствующих местах.
Этап второй. Составляет чертеж
Без чертежа здесь точно не обойтись. Можете использовать тот, что приведен ниже, или же составить свой собственный.
Этап третий. Делаем вертикальный ветряк
Шаг 1. Вначале возьмите металлическую трубу и разрежьте ее вдоль таким образом, чтобы в итоге вышло шесть лопастей одинакового размера.
Шаг 2. Вырежьте из пластика пару одинаковых кругов с диаметром 60 сантиметров. Они послужат в качестве опор для нижней и верхней части турбины.
Шаг 3. В верхней опоре можете вырезать небольшой отверстие (диаметром около 30 сантиметров), благодаря чему конструкция несколько облегчится.
Шаг 4. Разметьте по отверстиям на автомобильной ступице аналогичные отверстия в нижней опоре из пластика, необходимые для креплений. Для проделывания отверстий используйте дрель.
Шаг 5. Разметьте в соответствии с шаблоном расположение лопастей (должна получиться пара треугольников, которые как бы образуют звезду). Разметьте места крепежа уголков. На обеих опорах все должно быть одинаково.
Шаг 6. Обрежьте лопасти. Можете резать их сразу по несколько, используя болгарку.
Шаг 7. Разметьте места креплений на лопастях и уголках. Проделайте все эти отверстия.
Шаг 8. Соедините лопасти с основаниями, используя для этого уголки, болты и гайки.
Обратите внимание! Мощность устройства во многом зависит от длины лопастей, но если последние большие, сбалансировать их будет гораздо труднее. Более того, конструкция может «разболтаться» под действием сильного ветра.
Этап четвертый. Изготавливаем генератор
Генератор в данном случае должен бать самовозбуждающимся, причем обязательно на постоянных магнитах. Если вы возьмете обычный генератор от автомобиля, то здесь обмотка напряжения функционирует от аккумулятора, иными словами – в отсутствие напряжения не будет и возбуждения. Следовательно, если вы будете использовать простой генератор в тандеме с аккумулятором, а ветер продолжительное время будет относительно слабым, то аккумулятор вскоре попросту разрядится, а позже, когда ветер возобновится, ветрогенератор своими руками повторно уже не запустится.
Также можно изготовить систему на неодимовых магнитах. Такого рода устройство будет производить от 1,5 киловатта (если ветер слабый) до 3,5 киловатта (если сильный). Пошаговая инструкция по созданию такого генератора выглядит следующим образом.
Шаг 1. Сделайте пару металлических блинов, длина каждого из которых составляла бы около 50 сантиметров.
Шаг 2. Используя суперклей, приклейте к блинам по всему периметру неодимовые магниты размерами 2,5х5.0,12 сантиметра (по двенадцать штук для каждого).
Шаг 3. Разместите блины друг напротив друга, не забывайте при этом о полярности.
Шаг 4. Разместите между ними самопальный статор (из проволоки сечением 0,3 сантиметра сделайте 9 катушек, в каждой – по 70 витков). Соедините катушки «звездочкой» (как показано на изображении), после чего залейте полимерной смолой. При этом важно, чтобы катушки были намотаны в одну сторону, можете пометить конце/начало обмотки с помощью цветной изолетны – так будет удобнее.
Шаг 5. Статор должен получиться около 2 сантиметров в толщину. Обмотка должна выходить посредством болтов с гайками. Дистанция между ротором и статором должна соответствовать 2 миллиметрам.
Магниты будут притягиваться достаточно сильно, а для плавного соединения в них необходимо проделать отверстия и нарезать резьбу под шпильки. Сразу выровняйте роторы, после чего, используя ключи, опустите верхний на нижний. Затем можете убрать временные шпильки.
Обратите внимание! Описанный выше генератор может использоваться не только для вертикальных, но и для горизонтальных ветряков.
Этап пятый. Собираем всю конструкцию
Вначале установите на мачте специальный кронштейн, посредством которого будет крепиться статор (который, в свою очередь, может иметь как три, так и шесть лопастей). Над кронштейном зафиксируйте ступицу, используя все те же гайки. Закрутите на четыре шпильки, которые имеются у ступицы, готовый генератор. После этого соедините статор с кронштейном, который неподвижно зафиксирован на мачте. Ко второй пластине ротора прикрепите турбину. Подключите провода статора к регулятору напряжения, используя клеммы.
Этап шестой. Устанавливаем агрегат, способный превратить ветер в электричество
Для установки всего ветрогенератора своими руками необходимо выполнить действия, которые приведены ниже в виде пошаговой инструкции.
Шаг 1. Забетонируйте в грунте надежное и прочное основание.
Шаг 2. Заливая туда бетонный раствор, добавьте шпильки, необходимые для крепления массивного шарнира (все это с легкостью делается собственноручно).
Шаг 3. Когда бетон окончательно застынет, наденьте шарнир на шпильки и зафиксируйте с помощью гаек.
Шаг 4. Установите мачту в подвижную часть шарнира.
Шаг 5. Сверху мачты прикрепите 3 или 4 растяжки (можете использовать фланец или сварку). Также потребуется стальной трос.
Шаг 6. Поднимите мачту на шарнире, используя один из подготовленных тросов (тянуть можете с помощью легкового автомобиля).
Шаг 7. Вертикальность всей мачты строго фиксируется растяжками.
Где можно устанавливать такой ветрогенератор?
От того, насколько правильно вы подберете место для установки ветрового генератора, во многом зависит эффективность его функционирования. Место должно быть таким, чтобы лопастям системы досталось как можно большее количество ветра. Участок должен быть открытым и возвышенным (например, крыша дома, но как можно дальше от деревьев и других строений). Что характерно, причина тому заключается не только в помехах, но и в произведении устройством некоторого шума при работе, что может не понравиться соседям или самим владельцам.
Для более детального ознакомления с проблемой рекомендуем ознакомиться с приведенным ниже тематическим видеороликом.
Видео – Как сделать ветряной генератор с помощью бытового вентилятора
Роторный (горизонтальный) ветрогенератор
Такое устройство справится с обеспечением электричеством небольшого дома или нескольких хозяйственных построек. Максимальная мощность ветрогенератора не будет превышать 1,5 киловатта.
Для работы подготовьте:
- автомобильный генератор на 12 ватт;
- реле, контрольную лампочку аккумулятора;
- сам аккумулятор на 12 ватт;
- преобразователь тока;
- большую кастрюлю или ведро из дюралюминия либо нержавеющей стали;
- пару хомутов для крепления генератора к мачте;
- выключатель;
- провод, 0,4 и 0,25 сантиметра;
- болты, гайки, шайбы;
- вольтметр.
Инструменты потребуются те же, что и в предыдущем случае. Вначале возьмите кастрюлю (или ведро) и, используя маркер с рулеткой, поделите ее на четыре одинаковые части. Вырежьте лопасти, но до конца не дорезайте (так, как показано на картинке).
Проделайте отверстия для болтов в днище, после чего отогните лопасти, но не очень сильно. Учитывайте при этом тот факт, как будет вращаться генератор (по часовой стрелке или против нее).
Далее закрепите кастрюлю с уже подготовленными лопастями на шкив, закрепите с помощью болтов. Установите на мачту, зафиксированную заранее, генератор (для этого используйте припасенные хомуты), далее соедините все кабели и соберите цепь. Перепишите всю схему, зафиксируйте провода на опоре.
Для подключения аккумулятора используйте 4-миллиметровый кабель длиной максимум 1 метр. Для подключения нагрузки используйте кабель меньшего сечения. Также поставьте инвертер. Ниже приведена примерная схема подключения.
Как видим, соорудить ветрогенератор своими руками вполне возможно. Конструкция может быть двух типов, но при наличии навыков и должного рвения с работой можно справиться даже в одиночку. На этом все, удачи!
Вертикальный ветрогенератор своими руками, чертежи, фото, видео ветряка с вертикальной осью.
Ветрогенераторы подразделяются по типу размещения вращающейся оси (ротора) на вертикальные и горизонтальные. Конструкцию ветрогенератора с горизонтальным ротором мы рассматривали в прошлой статье, теперь поговорим о ветрогенераторе с вертикальным ротором.
Прежде всего, рассмотрим преимущества и недостатки вертикального ветряка.
Преимущества:
Низкий уровень шума – ветровое, колесо практически не издаёт шум и не мешает, нет характерного свиста винта.
Простота конструкции – сделать такой ветрогенератор и установить не составит особой сложности.
Надёжная конструкция – все узлы компактны, удобны в обслуживании.
Недостатки:
Основным недостатком конструкции ветрогенератора с вертикальным ротором являются его низкие обороты, такой ветряк нужно устанавливать в местности с преобладающей скоростью ветра более 4 м/с.
Практически нет защиты от ураганного ветра – если в горизонтальном ветряке при урагане автоматически срабатывает складывающийся хвостовик который поворачивает ветроколесо, то в такой конструкции нужно вручную заклинивать ротор, как вариант замыкать контакты на выходе из катушек.
Прежде всего, ели вы решили изготовить ветряк с вертикальной осью нужно определиться с генератором.
Поскольку вертикальный ветрогенератор низкооборотный, то соответственно понадобится генератор способный выдавать зарядку на аккумулятор при достаточно низких оборотах.
Автомобильный генератор для этой конструкции не совсем подходит, так как он выдаёт зарядный ток при оборотах более 1000 об/мин. Для автомобильного генератора нужно использовать шкив с передаточным числом 4 – 5 и доработать сам генератор.
В качестве генератора практичней использовать аксиальный генератор, его можно изготовить самостоятельно, процесс изготовления описан в этой .
Схема аксиального генератора для ветрогенератора.
Изготовление ветроколеса для вертикального ветряка.
Ветроколесо (турбина) состоит из двух опор верхней и нижней, а также из лопастей.
Ветроколесо изготовляется из листов алюминия или нержавейки, также ветроколесо можно вырезать из тонкостенной бочки. Высота ветроколеса должна быть не менее 1 метра.
В этом ветроколесе угол изгиба лопастей задаёт скорость вращения ротора, чем больше изгиб, тем больше скорость вращения.
Ветроколесо крепится болтами сразу к шкиву генератора.
Для установки вертикального ветрогенератора можно использовать любую мачту, изготовление мачты подробно описано в этой .
Схема подключения ветогенератора.
Генератор подключается к контроллеру, тот в свою очередь к аккумулятору. В качестве накопителя энергии практичней использовать автомобильный аккумулятор. Поскольку бытовые приборы работают от переменного тока, нам понадобится инвертор для преобразования постоянного тока 12 V в переменный 220V.
Для подключения используется медный провод сечением до 2,5 квадрата. Схема подключения подробно описана .
Вертикальный ветрогенератор в работе видео.
Популярные статьи из этой рубрики
Солнечные коллекторы для дома
Как подключить солнечную батарею
Как установить солнечные батареи
Ветер, как бесконечный источник энергии, находит все большее распространение. Особенной популярностью такой источник альтернативной энергии пользуется в отдаленных регионах (например, Тайге), на полярных станциях. Кроме того, все чаще бытовые ветрогенераторы изготавливают и загородные жители. Какие виды ветряков существуют и как собрать устройство для преобразования ветровой энергии своими руками – читайте ниже.
На чем основана ветровая генерация
Ветровая генерация – это способность получать электричество из энергии ветра. Ветрогенератор – это, по сути, солнечный генератор: ветра образуются из-за неравномерного прогрева поверхности Земли солнцем, вращения планеты и ее рельефа. Генераторы используют движение воздушных масс и преобразовывают его в электричество посредством механической энергии.
В среднем, один ветряк на 20 кВт может обеспечить электроэнергией один небольшой поселок.
На основе принципа ветрогенерации может быть построена как целая электростанция, так и возведены автономные устройства для обеспечения электричеством отдельных районов и даже домов. На сегодня, 45% всей энергии вырабатывается с помощью ветряных генераторов. Самая большая ветроэлектростанция находится в Германии, и каждый год производит до 7 млн. кВт энергии в час. Поэтому, все чаще, владельцы загородных домов в далеких регионах и селах задумываются об использовании ветровой энергии в бытовых целях. При этом, ветряки могут использоваться как единственный, так и дополнительный источник энергии.
Ветряной генератор: принцип работы, виды устройств
Большинство ветряков представляют собой стальную башню – мачту, на вершине которой закреплено три лопасти. Современный бытовой ветровик на 5 kw второй величины может легко генерировать до 5000 Вт электроэнергии. Этого вполне хватает для обеспечения электричеством жилого дома, дачи. Аксиальный генератор выдает до 500 Вт/ч. Самый мощный в мире ветряной генератор – 8 МВт.
Современная ветротурбина может иметь:
- Горизонтальную ось вращения;
- Вертикальную ось вращения.
Горизонтальный ветровик имеет ось, которая вращается параллельно земли (как обычная мельница). Вертикальные ветрогенераторы могут иметь как лопасти, так и роторы, которые движутся параллельно земли.
Роторы могут различаться по форме и размерам, и делятся на:
- Устройства Савониуса (роторы выполнены в виде полуцилиндров);
- Роторы Угринского (улучшенные роторы полуцилендриеского типа);
- Роторы Дарье (могут быть винтообразные, выгнутые и Н-образные);
- Многолопастные ветрогенераторы (используются в ветряках карусельного типа);
- Геликоидные роторы (имеют конусный ротор).
Часто вертикальные ветрогенераторы юла-образные (примером может служить роторный ветрогенератор “Чингисхан”). Наиболее эффективным устройством своей группы считается многолопастная конструкция типа волчок.
Самодельный ветрогенератор: достоинства и недостатки
Установка ветряка может понадобиться в том случае, если к вашему участку не подведено электричество, в сети электропередач постоянно возникают перебои или вы хотите сэкономить на оплате электроэнергии. Ветряк можно приобрести, а можно изготовить своими силами.
Самодельный ветрогенератор обладает такими достоинства:
- Он позволяет сэкономить средства на покупку заводского устройства, ведь изготовление чаще всего производится из подручных деталей;
- Идеально подходит под ваши потребности и условия эксплуатации, ведь мощность устройства вы рассчитываете самостоятельно, учитывая плотность и силу ветра в вашем регионе;
- Лучше гармонирует с оформлением дома и ландшафтным дизайном, ведь внешний вид ветряка зависит только от вашей фантазии и умений.
К недостаткам самодельных устройств можно отнести их ненадежность и недолговечность: часто самоделки делают из старых двигателей от бытовых приборов и машин, поэтому они быстро выходят из строя. Вместе с тем, для того, чтобы ветродвигатель был эффективным, необходимо правильно произвести расчет мощности устройства.
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.
Электрогенератор своими руками: расчет мощности устройства
Изготовление любого ветряка для частного использования начинается с подготовительного этапа – расчета мощности устройства. Так, например, для работы водяного отопления нужно будет установить ветряк высотой не менее 5-6 метров. При этом, использовать для обогрева лишь энергию ветра не получиться: скорость ветра достаточно переменчива. А вот в качестве дополнительного источника, который позволит сэкономить средства, использовать ветер можно.
Для этого можно воспользоваться многочисленными формулами, которые представлены в сети. Наиболее простым решением будет использование калькулятора, который рассчитывает силу ветра самостоятельно. Вам, при этом, нужно будет лишь вбить в программу нужные значения. Чаще всего это: площадь, на которую дует ветер, плотность и скорость ветра.
Узнать среднюю скорость воздушных масс в своем регионе, можно обратившись в метеослужбу.
Кроме того, для работы понадобится электрическая схема ветряка, подробные чертежи конструкции, которые можно нарисовать на обычном листе бумаги или визуализировать при помощи компьютерной программы для трехмерного моделирования.
Какой выбрать генератор для ветряка
Бытовые ветряки должны быть малошумные. Поэтому, лучше использовать в качестве генератора для ветроустановок малооборотный (тихоходный) двигатель. Такой двигатель способен совершать от 350 до 700 оборотов в минуту. Кроме того, низкооборотный двигатель можно использовать даже на однолопастном ветряке. Также малооборотистый генератор можно делать из шагового двигателя.
Чтобы повысить обороты ветряка можно использовать мультипликатор: он позволит ускорить вращение лопастей в 5-10 раз.
Особой популярностью пользуются дисковые двигатели на неодимовых магнитах. Магниты, при этом, могут быть разных размеров и, соответственно, мощности. Изготавливается такой генератор достаточно просто, но себестоимость его достаточно высока.
Для того, чтобы запустить пропеллер можно использовать педальный велогенератор.
Многие делают маломощный генератор из бензогенератора, автомобильного или тракторного генератора, аккумулятора от шуруповерта. При этом следует учитывать, что на конструкцию с генератором из тракторного и автогенератора нужно будет установить редуктор, понижающий обороты.
Ветрогенераторы своими руками на 220 в
Для того, чтобы собрать ветроуловитель нам понадобятся: генератор на 12 вольт, аккумуляторные батареи, преобразователь с 12 v на 220 в, вольтметр, медные провода, крепежи (хомуты, болты, гайки).
Изготовление любого ветряка предполагает наличие таких этапов как:
- Изготовление лопастей. Лопасти вертикального ветрогенератора можно сделать из бочки. Нарезать детали можно при помощи болгарки. Винт для небольшого ветряка можно изготовить из трубы ПВХ с сечением в 160 мм.
- Изготовление мачты. Мачта должна быть высотой не менее 6 метров. При этом, для того, чтобы крутящее усилие не сорвало мачту, ее необходимо закрепить ее на 4 растяжки. Каждую растяжку, при этом, нужно намотать на бревно, которое следует закопать глубоко в землю.
- Установка неодимовых магнитов. Магниты наклеиваются на диск ротора. Лучше выбирать прямоугольные магниты, магнитные поля в которых сосредотачиваются по всей поверхности.
- Намотка катушек генератора. Намотка выполняется медной нитью с диаметром не менее двух мм. При этом, мотков должно быть не более 1200.
- Фиксация лопастей к трубе при помощи гаек.
При наличии мощных аккумуляторных батарей и инвертора, полученное устройство сможет выработать такое количество электричества, которого будет достаточно для использования бытовой техники (например, холодильника и телевизора). Отлично подойдет такой генератор для поддержания работы систем освещения, отопления и вентиляции небольшого дачного домика, теплицы.
Ветряки своими руками 5 кВт (видео)
Ветроустановка – это безопасное, современное устройство, которое позволяет трансформировать энергию ветра в электричество, необходимое для работы бытовых приборов, систем отопления, водоснабжения, вентиляции. Проведя небольшие расчеты можно построить ветрогенератор без профессиональной помощи. Помочь в этом сможет представленная выше подробная инструкция, картинки и рекомендации по выбору комплектующих!
Ветряные электростанции — это наиболее альтернативный вариант экономии электрической энергии на сегодняшний день.
Очень часто, такие установки можно встретить на дачных участках.
Люди используют их в тех местах, где загородные участки удалены от основных электрических сетей. Но это не единственная причина. Большинство людей используют ветроэлектростанции в целях экономии и автономности.
Ветряные электростанции имеют свои особенности, которые необходимо знать потенциальным покупателям, иак как от их компетентности зависит продуктивность работы .
Главный стимул приобретения ветряного генератора — это, несомненно, его целесообразность. Одним из главных критериев при достижении данной цели являются требования к ветру. Известно, что среднегодовая скорость ветра около 4.0-4.5 м/с., этого показателя более чем достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании, то есть давала возможность экономить электроэнергию.
Для того, чтобы оценить скорость ветра в вашем регионе, вы можете воспользоваться картой ветров. Если у вас возникло желание измерить скорость ветра с максимальной точностью, вам стоит приобрести специальный прибор, который вам в этом поможет.
В состав этого изобретения входит деталь, которая носит название анемометр. С помощью неё к вам поступает сигнал равносильный скорости ветра. Также, вам пригодится прибор, который считывает сигналы, которые подаёт анемометр. Существуют и другие приспособления этого типа.
Для того, чтобы данные получились как можно точными, такие приборы нужно устанавливать высоко, чтобы внешние факторы, такие как деревья, различные постройки и прочее, не искажали результаты прибора.
Компоненты устройства
Очень важно при покупке домашних ветроэлектростанций знать её компоненты, это вам даст возможность быть более компетентными в этом вопросе и подобрать наилучшую модель для своего дома.
В состав ветряной электростанции входит:
- Ротор с лопастями (в зависимости от модели, ветрогенераторы делятся на двухлопастные, трёхлопастные и многолопастные).
- Редуктор, проще говоря, коробка передач. Его задача заключается в регулировании скорости между ротором и генератором.
- Защитный кожух - его название говорит само за себя, он предназначен для защиты всех составляющих деталей ветряной электростанции от внешнего воздействия.
- «Хвост» ветряной установки - нужен для поворота конструкции по направлению ветра.
- Аккумуляторная батарея – её основной целью является накопление электроэнергии. Связано с тем, что погодные условия не всегда благоприятны для ветряной электростанции, а с помощью этой составляющей сохраняется определённый запас энергии.
- Инверторная установка – предназначена для преобразования постоянного тока в переменный. Это нужно для обеспечения работы домашних электроприборов.
Типы и принцип работы
Ветряные электростанции делят на типы по следующим четырём критериям:
- По направлению оси вращения лопастей (делят на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные более устойчивы к внешним условиям, но у них меньшая выработка электроэнергии) .
- По количеству лопастей (в этом случае ветрогенераторы бывают двух-, трёх- и многолопастные).
- По использованному материалу (выделяют с жёсткими и парусными лопастями. Основное отличие в том, что парусные стоят дешевле, но они менее прочны);
- По способу управления лопастями (существуют с фиксированным и изменяемым шагом лопастей. Специалисты рекомендуют фиксированный шаг лопастей, так как изменяемый вызывает затруднения в использовании).
При выборе электростанци,й целесообразно было бы знать, в чём заключается принцип работы ветрогенератора. Принцип действия установки предельно прост. Конструкция состоит из хвостовика с лопастями, закреплёнными на металлической мачте, которые вращаются при помощи ветра и крутят ротор генератора.
Перед подачей тока в аккумуляторный отсек, он проходит через преобразователь, где происходит преобразование переменного тока в постоянный до напряжения в 220 Вольт с частотой в 50 герц и снабжает дом электричеством в безветренную погоду.
Современному ветрогенератору нет необходимости в сильном ветре. Его конструкция столько продумана, что для частного дома достаточно скорости ветра до 4 – 5 м/c.
Преимущества и недостатки
Основные преимущества ветрогенераторов:
- Затраты уходят на установку и профилактику прибора. Больше расходов не требуется, так как конструкция не нуждается в топливе для работы.
- Вам не нужно контролировать и вмешиваться в работу ветряка , так как выработка энергии происходит всегда, когда есть ветер.
- В зависимости от типа генератора, он не будет производить лишний шум.
- Приспособлению подходит большинству климатических условий.
- Износ деталей незначителен.
Основные недостатки ветряной электростанции:
- В определенных режимах или при неправильной установке мачты , ветрогенератор может издавать инфразвук.
- Высокая мачта обязательно требует заземления.
- Необходимость регулярной профилактики.
- Вероятность повреждения приспособления при ураганах и т.д.
Выбор размера и места для размещения
Размер ветряной электростанции является очень важным вопросом для потенциальных покупателей.
Для того, чтобы определиться с размерами, вам нужно внимательно изучить — сколько энергии вы потребляете в течение одного месяца? Полученную цифру необходимо умножить на 12 месяцев.
Затем, вам нужно воспользоваться формулой: AEO = 1.64 * D*D * V*V*V.
Обозначения, которые необходимо знать при использовании формулы:
- AEO - электроэнергия, которую вы используете за год.
- D — диаметр ротора, который обозначается в метрах.
- V — среднегодовая скорость ветра, обозначается в м/сек.
Таким образом, эти подсчёты помогут определить, какой размер генератора вам нужен, в зависимости от вашего расхода электроэнергии.
Задумываясь о приобретении ветряной электростанции для дома, нужно максимально точно изучить все детали связанные с конструкцией, так как от этого зависит то, насколько ваша цель будет удовлетворена.
При размещении ветрогенератора, вам стоит учитывать следующие факторы:
- Вблизи вашей установки не должно быть деревьев , разнообразных построек и прочего, что могло бы помешать максимальной продуктивности работы вашего генератора.
- Лучше всего установить ветрогенератор на специально сооружённую конструкцию , которая должна быть на пару метров выше, чем преграды расположенные на расстоянии как минимум 200 метров.
- Рекомендуется размещать ветроэлектростанции на расстоянии около 30-40 метров от жилых домов , так как они создают определённый шум, который приносит дискомфорт.
Также, вы должны учитывать, что вы не сможете постоянно получать одинаковый результат от вашей ветряной электростанции, так как природные условия меняются, в одном и том же месте могут быть разные порывы ветра, соответственно, и количество получаемой вами энергии будет динамично.
Обзор цен
В большинстве случаев, цена на ветряные электростанции зависит от их мощности. В бытовых условиях вполне достаточно генераторов с мощностью от 5 до 50 кВт.
Более детально о соотношении цен и видах генераторов:
- Ветрогенераторы с мощностью 3 кВт /48V – примерная стоимость 93 000,00р. Подобные могут быть использованы не только в качестве дополнительного источника электроснабжения, но и основного. Такие модели в состоянии обеспечить электроэнергией коттедж.
- Ветрогенераторы с мощностью 5 кВт /120V – приблизительно 220 100,00 р. Такая конструкция сможет обеспечить энергией целый дом. Вы сможете одновременно включать достаточно большое количество бытовых электрических приборов.
- Ветрогенераторы с мощностью 10 кВт/240V – цены в пределах 414 000,00 р. Его достаточно для обеспечения энергией фермерского хозяйства или нескольких домов. Помимо бытовых приборов вы без проблем сможете использовать, к примеру, электрические строительные инструменты весь день. Такие электрогенераторы часто используются для супермаркетов, чтобы обеспечить постоянную работу отделов и видеонаблюдения.
- Ветрогенераторы с мощностью 20 кВт/240V — цена такого устройства 743 700,00р. Электростанции такого типа являются очень мощными. Они в состоянии обеспечить электроэнергией целую водонапорную систему. В бытовых условиях он сможет более чем полностью обеспечить энергией огромный дом.
- Ветрогенераторы с мощностью 30 кВт/240V — стоимость в пределах 961 800,00 р. Эта модель является настолько мощной, что сможет обеспечить электрической энергией пятиэтажный дом.
- Ветрогенераторы с мощностью 50 кВт/380V — приблизительная цена около 3 107 000,00р. Эта модель не рациональна для использования в бытовых условиях, так как она настолько мощна, что сможет с лихвой обеспечить энергией несколько многоэтажных домов.
При покупке домашней электростанции, стоит знать о том, что в большинстве случаев цены указаны за полную комплектацию, но вы можете самостоятельно добавить или исключить определённые составляющие. Это подлежит вашему личному усмотрению.
Эффективность и окупаемость
Ветряные электростанции для дома являются альтернативным решением при экономии электроэнергии. Они получили достаточно широкое распространение.
Для того, чтобы обеспечить энергией целый дом, достаточно использовать один ветрогенератор и при этом не ограничивать себя, экономя на электроэнергии.
Выгодно и то, что для получения такого эффекта достаточно минимальной скорости ветра от 1,8 до 4,5 метра в секунду.
Но погодные условия не всегда подходят для ветрогенератора, поэтому вам нужно приобрести резервный генератор, который обеспечит запас энергии. Это даст возможность повысить продуктивность вашей домашней ветряной электростанции.
Среди положительных сторон установки стоит отметить следующие:
- Потратив большую сумму на электрогенератор , вам больше не потребуется тратить денежные средства, так как топливо для работы прибора не нужно. То есть уже за несколько лет ваше приобретение сможет окупиться.
- Производительность ветрогенератора не зависит от времени года или других погодных условий, его работа не прекращается даже зимой, что несомненно является плюсом, так как в зимнее время года расход энергии больше чем в другие. Этот факт несомненно свидетельствует о его эффективности и окупаемости.
- Износ деталей генератора незначительный , учитывая регулярную профилактику ветрогенератора, которая является необходимой. При правильной и грамотной установке, а также эксплуатации ветряной электростанции для дома, она сможет прослужить вам более тридцати лет, что несомненно является значительным плюсом.
Срок полной окупаемости ветряных электростанций составляет приблизительно 5-7 лет, а далее вы сможете использовать электроэнергии абсолютно бесплатно.
