- Принцип работы ветряного генератора и виды оборудования
- Вертикальный вариант
- Горизонтальные модели
- Топ-5 лучших ветрогенераторов для частного дома (цены)
- Варианты установки ветряка
- Нюансы, которые нужно знать
- Крепление магнитов
- Какая форма лопасти является оптимальной?
- Источник электричества
- Автомобильный и тракторный генераторы для самодельного ветрогенератора своими руками
- Дополнительное электрооборудование
- Изготовление самодельного ветряка (чертеж ветрогенератора)
- Ветровое колесо
- Изготовление из ступицы
Принцип работы ветряного генератора и виды оборудования
Все ветрогенераторы состоят из лопасти, ротора турбины, генератора, оси генератора, инвертора и аккумулятора. Условно можно разделить все модели на промышленные и домашние, при этом принцип работы у них будет одинаков.
Пример схемы покупной модели
Вращаясь, ротор создает переменный ток с тремя фазами, который идет через контроллер к аккумулятору, а дальше, в инверторе преобразуется в стабильный для подачи к электроприборам.
Простая схема работы
Вращение лопастей происходит за счет физического воздействия при помощи импульсной или подъемной силы, в результате чего в действие приходит маховик, а также под воздействием тормозящей силы. В процессе маховик начинает раскручиваться, а ротор создает поле магнитное на зафиксированной части генератора, после чего воспроизводится ток.
В целом разделяют ветрогенераторы на вертикальные и горизонтальные. Что связано с расположением оси вращения.
Вертикальный вариант
Планируя создания ветряка своими руками на 220В, в первую очередь продумайте именно вертикальные варианты. Среди них выделяют:
Ротор Савониуса. Самый простой, появившийся еще в 1924 году. В основе лежат два полуцилиндра на вертикальной оси. К недостаткам относят низкое использование энергии ветра.
Вариант ротора Савониуса
С ротором Дарье. Появился в 1931 году, раскрутка происходит за счет разности сопротивления аэродинамического горба и кармана ленты, поэтому к недостаткам относится малый вращательный момент, а также необходимость монтировать нечетное количество лопастей.
Разновидность ветрового генератора Дарье
Геликоидный. Лопасти имею закрученную форму, уменьшая нагрузку на подшипник, увеличивая срок эксплуатации. Недостаток – высокая цена.
Геликоидный
Самодельный вариант выйдет дешевле, если его правильно продумать и смонтировать.
Горизонтальные модели
Горизонтальные модели разделяют по количеству лопастей. КПД у них выше, но есть необходимость монтажа флюгера для постоянного поиска направления ветра. Обороты вращения все модели имеют высокие, вместо лопастей монтируют противовес, который оказывает влияние на сопротивление воздуху.
Вариант горизонтальных моделей
Многолопастные модели могут иметь до 50 лопастей с большой инерцией. Их можно применять для работы водяных насосов.
Топ-5 лучших ветрогенераторов для частного дома (цены)
| Модель | Характеристики |
|---|---|
| Ветрогенератор «Condor Home» — 0.5 кВт
89 600 р. |
|
| Ветрогенератор WW/FD 5,5 — 2 кВт/48VDC
118 944 р. |
|
| Ветрогенератор FD 8 -10 кВт
756 852 р. |
|
| Горизонтально-осевой ветрогенератор «Condor Air 380 — 10 кВт»
770 000 р. |
|
| Горизонтально-осевой ветрогенератор «Condor Air 380 — 10 кВт»
770 000 р. |
|
1
3
Чтобы получить максимально возможную мощность, необходимо размещать ветряк вдоль потока ветра. Этот момент реализуется по принципу флюгера. Нужно закрепить вертикальную лопасть на противоположном конце генератора – это делается для того, чтобы она разворачивала его навстречу воздушным потокам. Если применена более мощная установка, на ней устанавливается поворотный электромотор.
Варианты установки ветряка
Прежде чем купить ветрогенератор для частного дома 220 В, нужно знать, как и куда его устанавливать. Существует ряд моментов, которые нужно учитывать при установке:
прибор необходимо монтировать на специальное сооружение, которое обязательно должно превышать на несколько метров все стоящие рядом строения;
обратите внимание, что рядом не должны находиться деревья и столбы, а также объекты, снижающие производительность генератора;
самый лучший вариант – удаление от жилого дома на 50 м, что обусловлено наличием шума, который может доставлять людям дискомфорт.
1
3
Постоянную во времени выработку энергии получить не удастся. Происходит это из-за того, что условия природы постоянно меняются. Заранее продумайте, куда использовать лишнюю электроэнергию, которая будет возникать при сильном ветре. К примеру, можно обеспечить нагрев воды в бойлере или электрообогревателе для дома. Такая возможность должна включаться автоматически при сильном ветре и слабой нагрузке.
Для климата с затяжной зимой больше подойдут модели вертикального расположения ротора. Установить такое устройство можно на земле или на невысокой мачте. Кроме того, его можно напрямую включить в электросеть с нагревателем и бойлером. В этом случае можно попробовать обойтись без инвертора и аккумуляторных батарей. Чаще всего такую схему подключения можно реализовать собственноручно без привлечения сторонних организаций. Такой ветрогенератор может послужить для обеспечения тепла.
Следует также решить некоторые проблемы, которые связаны с эксплуатацией ветряка:
во-первых, наличие шума. Это вряд ли обрадует ваших соседей, кроме того, инфразвук может быть некомфортным для слуха. Чтобы исключить эту особенность, устанавливают прибор как можно дальше от жилых зданий;
во-вторых, обязательное наличие заземления и защиты от молний, а также сигнальная система для авиации на самой высокой точке конструкции
Обратите внимание, что во время работы будет создаваться вибрация. Это значит, что мачта не должна контактировать с другими объектами;
в третьих, сам генератор и другие части системы
Аккумуляторные батареи и инверторы требуют регулярного обслуживания и систематической замены. Мачту также необходимо красить, своевременно осматривать и ухаживать за ней;
в-четвертых, существует вероятность повреждения при обледенении или сильном урагане.
Регулярный уход за ветрогенератором обеспечит вам долгую службу этого помощника
Нюансы, которые нужно знать
Если район, в котором расположен ваш дом, находится в безветренной зоне, то вам подойдёт лишь ветрогенератор парусного типа. Для того, чтобы полностью обеспечить здание электричеством, потребуется аккумулятор напряжением 12 В, инверторный генератор, зарядный блок, стабилизатор и выпрямитель.
Лучшее значение мощности самодельных ветрогенераторов – 3-4 кВт. Но такие устройства имеют высокую себестоимость. Плюс всё равно понадобится альтернативный источник электроэнергии. Оборудование большей мощности изготовляется исключительно промышленным способом.
Высокомощностные ветрогенерирующие конструкции производят довольно много шума. Вследствие чего, для частного домовладения разрешена установка лишь сертифицированных устройств, высота которых выше окружающей застройки.
Категорически запрещён монтаж на кровле ветряка даже самой небольшой мощности, ведь работающее оборудование может создать резонанс, что приведёт к разрушению здания.
Из чего можно сделать ветрогенератор в домашних условиях? Это могут быть самые разные подручные материалы. Двигатель можно взять от автомобиля и даже стиральной машинки. Другие детали легко найти в гараже или сарае.
Крепление магнитов
Магниты следует фиксировать на роторных дисках. Для стандартной ступицы будет достаточно 20 магнитов типоразмера 25х8 мм. Магниты необходимо располагать с чередованием полюсов.
Лучше сделать бумажный шаблон, который приложить к диску, и по нему разместить магниты.
В идеале следует использовать магниты прямоугольной формы. Перед нанесением промаркируйте каждый магнит по полюсам, чтобы не запутаться при чередовании.
Притягивающие стороны – это «+», отталкивающиеся – «-». Магниты нужно крепить надежным клеем. Для дополнительной фиксации сверху их следует залить эпоксидной смолой.
Какая форма лопасти является оптимальной?
Один из главных элементов ветрогенератора – комплект лопастей.
Существует ряд факторов, связанных с этими деталями, которые сказываются на эффективности ветряка:
- вес;
- размер;
- форма;
- материал;
- количество.
Если вы решили сконструировать лопасти для самодельного ветряка, обязательно нужно учитывать все эти параметры. Некоторые полагают, что чем больше крыльев на винте генератора, тем больше энергии ветра можно получить. Другими словами, чем больше, тем лучше.
Однако это далеко не так. Каждая отдельная часть движется, преодолевая сопротивление воздуха. Таким образом, большое количество лопастей на винте требует большей силы ветра для совершения одного оборота.
Кроме того, слишком много широких крыльев могут стать причиной образования так называемой «воздушной шапки» перед винтом, когда воздушный поток не проходит сквозь ветряк, а огибает его.
Форма имеет большое значение. От нее зависит скорость движения винта. Плохое обтекание становится причиной возникновения вихрей, которые тормозят ветроколесо
Самым эффективным является однолопастной ветрогенератор. Но построить и сбалансировать его своими руками очень сложно. Конструкция получается ненадежная, хоть и с высоким коэффициентом полезного действия. По опыту многих пользователей и производителей ветряков, самой оптимальной моделью является трехлопастная.
Вес лопасти зависит от ее размера и материала, из которого она будет изготовлена. Размер нужно подбирать тщательно, руководствуясь формулами для расчетов. Кромки лучше обрабатывать так, чтобы с одной стороны имелось закругление, а противоположная сторона была острой
Правильно подобранная форма лопасти для ветрогенератора является фундаментом его хорошей работы.
Для домашнего изготовления подходят такие варианты:
- парусного типа;
- крыльчатого типа.
Лопасти парусного типа представляют собой простые широкие полосы, как на ветряной мельнице. Эта модель наиболее очевидна и проста в изготовлении. Однако ее КПД настолько мал, что эта форма практически не применяется в современных ветрогенераторах. Коэффициент полезного действия в данном случае составляет около 10-12%.
Гораздо более эффективная форма – лопасти крыльчатого профиля. Здесь задействованы принципы аэродинамики, которые поднимают в воздух огромные самолеты. Винт такой формы легче приводится в движение и вращается быстрее. Обтекание воздухом значительно сокращает сопротивление, которое встречает на своем пути ветряк.
Правильный профиль должен напоминать крыло самолета. С одной стороны лопасть имеет утолщение, а с другой – пологий спуск. Воздушные массы обтекают деталь такой формы очень плавно
КПД этой модели достигает значения 30-35%. Хорошая новость заключается в том, что построить крыльчатую лопасть можно и своими руками с применением минимума инструментов. Все основные расчеты и чертежи можно легко адаптировать под свой ветряк и пользоваться бесплатной и чистой энергией ветра без ограничений.
Источник электричества
Как минимум 1 раз в год увеличиваются тарифы на услуги электроэнергии, зачастую — в несколько раз. Это бьет по карману граждан, зарплата которых не растет столь же стремительно. Домашние умельцы раньше прибегали к простому, но довольно небезопасному и незаконному способу экономии на электроэнергии. Они прикрепляли к поверхности расходомера неодимовый магнит, после чего тот приостанавливал работу счетчика.
Если указанная схема изначально работала слаженно, то в дальнейшем с ней возникали проблемы. Объяснялось это несколькими причинами:
- Контролеры стали чаще ходить по домам и проводить внеплановые проверки.
- На счётчики стали приклеивать особые стикеры, под воздействием которых стали темнеть магнитные поля. Соответственно, вычислить такого нарушителя не составляло проблемы.
- Стали выпускаться новые счётчики, которые не имели восприимчивости к магнитному полю. Вместо стандартных моделей появились электронные узлы.
Всё это подтолкнуло людей к поиску альтернативных источников электроэнергии, к примеру, ветрогенераторов. Если человек проживает в областях, где регулярно дуют ветры, такие приспособления становятся для него «палочкой-выручалочкой». Устройство использует силу ветра для получения энергии.
Самодельный ветрогенератор может выступать в качестве главного или дополнительного источника энергии. В качестве вспомогательного устройства он может греть воду в бойлере либо подпитывать домашние светильники, тогда как вся остальная электроника работает от главной сети. Возможна работа таких генераторов и в качестве главного источника там, где дома не подключены к электричеству. Здесь устройства подпитывают:
- лампы и люстры;
- отопительное оборудование;
- бытовую электронику.
Ветровая электростанция способна подпитывать низковольтные и классические приборы. Первые работают от напряжения 12−24 Вольт, а ветрогенератор способен обеспечивать мощность на 220 Вольт. Он изготавливается по схеме с использованием инверторных преобразователей. Электричество накапливается в его аккумуляторе. Есть модификации на 12−36 Вольт. Они отличаются более простой конструкцией. Для них применяются стандартные контроллеры заряда аккумулятора. Чтобы обеспечить обогрев жилища, достаточно сделать ветрогенераторы своими руками нa 220 В. 4 кВт — это мощность, которую обеспечит их двигатель.
Автомобильный и тракторный генераторы для самодельного ветрогенератора своими руками
Генератором для ветрогенератора в сельских условиях может служить автомобильный или тракторный вентильный генератор напряжением 14 или 28 В. Он будет преобразовывать механическую энергию ветродвигателя в электрическую,
Этот генератор для ветрогенератора, изготавливаемого своими руками, имеет все, что требуется — обмотку статора, выпрямитель и регулятор напряжения. Регулятор здесь должен быть настроен так, чтобы на выходе поддерживалось неизменное напряжение (допустимое отклонение — до 4% при изменении частоты вращения ротора в диапазоне 1:12 в автомобильных и 1:4 в тракторных генераторах). Такой регулятор автомобильного генератора способен вырабатывать электроэнергию постоянного тока с практически неизменным напряжением при значительных колебаниях частоты вращения ветродвигателя.
Вращающий момент в ветрогенераторе из автомобильного генератора будет передаваться от вала ветродвигателя (с частотой вращения 200-300 об/мин) к валу генератора (его номинальная частота вращения должна быть 5000 об/мин) с помощью многоступенчатого редуктора.
Чтобы выравнивать мощность самодельного ветрогенератора из автомобильного генератора, которую отдает ветросиловая установка при изменении скорости ветра, требуется аккумуляторная батарея. Она будет накапливать энергию при сильном ветре, и отдавать ее в безветренную погоду или при слабом ветре.
Применение аккумуляторов в ветрогенераторе из тракторного генератора позволит сделать электроснабжение в данном случае на самом деле бесперебойным. Выбирать емкость аккумуляторной батареи следует в зависимости от следующих факторов: средней скорости и частоты ветра в данной местности, мощности ветроустановки, мощности потребления электроэнергии, а также продолжительности максимума потребления за сутки.
Чтобы преобразовать в самодельном ветрогенераторе из тракторного генератора энергию постоянного тока в 12 или 24 В в переменный ток напряжением 220 В, нужно использовать преобразователь напряжения, т.е. инвертор.
В продаже встречаются недорогие преобразователи, которые можно использовать для бесперебойного питания различных потребителей мощностью от нескольких киловатт и сотен ватт.
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.
Изготовление самодельного ветряка (чертеж ветрогенератора)
В качестве генератора, основного агрегата любой электростанции, используется электродвигатель постоянного тока (U = 48В, I = 15А, n = 1200 об/мин). Ротор вращается с частотой менее 500 об/мин, причем по мере усиления ветра обороты не возрастают, а увеличивается ток заряда. На валу генератора установлена цепная звездочка (Z=10) от велосипедного двигателя Д-6. Ведомая звездочка (Z=48) и весь кареточный узел взяты от взрослого велосипеда.
Раму пришлось распилить и придать ей нужную форму, а потом заварить. Генератор крепится к раме при помощи болтов М8. Роликовую цепь с шагом 12,7 мм перед установкой нужно прокипятить несколько минут в моторном масле, а затем вытереть ветошью. Лучше использовать цепь от мотоцикла: ее срок службы значительно дольше. 
Вал каретки я выточил новый, более длинный. При сборке кареточного узла необходимо смазать подшипники смазкой Литол-24 или ЦИАТИМ. Затем на вал навинчивается до упора гайка М16, надевается фланец (рис.3) и зажимается другой гайкой. К фланцу восемью болтами М6 крепится диск (рис.4) таким образом, чтобы выступ фланца на 40 мм вошел в отверстие диска.
Фланец изготавливается следующим образом: на токарном станке из стали вытачивается диск (рис.3, поз.1), затем головка торцевого ключа на 24 отрезается со стороны держателя по высоте до 20 мм, обе эти детали совмещаются друг с другом соосно и привариваются.
В таком случае, если будут использоваться только две лопасти, диск и фланец можно заменить стальной пластиной (рис.1, поз.3). Лопасти изготавливаются из дюралюминия толщиной 2 мм. После изготовления им необходимо придать дугообразную форму. Для этого лопасть надо положить на что-то круглое (например, трубу диаметром 800 мм и длиной не менее 800 мм) и согнуть по линии, показанной на чертеже. Затем лопасть при помощи шести шурупов крепится к деревянной спице, которая делается из струганного деревянного бруска 36х55х500 мм.
Спицы, в свою очередь (при помощи двух болтов М8 каждая), присоединяются к диску или пластине.
Для использования слабого ветра, 5-8 м/с, у меня сделано шесть одинаковых лопастей. При сильном ветре советую использовать только две. Но даже и при небольшом ветре с двумя лопастями ветряк дает ток 4-6 А при напряжении 14 В. В принципе, можно уменьшить длину лопастей до 80 см.
К нижней части рамы приварен штырь (кусок трубы длиной 120-150 мм), который с небольшим зазором входит в трубу-мачту. Перед монтажом его необходимо смазать и проложить латунную шайбу, на которой весь узел будет легко вращаться в горизонтальной плоскости и при помощи съемного стабилизатора становиться против ветра. Мачта длиной 3-3,5 м изготовлена из водопроводной трубы ∅34 мм (не менее). К нижней части мачты, с торца трубы, приварена опорная площадка (S 2-3 дм²), к которой, в свою очередь, приварен штырь длиной 150 мм и ∅12-15 мм. При установке мачты штырь просто втыкается в землю.
На расстоянии 1 м от верхнего конца трубы-мачты, по ее окружности, я приварил четыре гайки М10 для крепления растяжек. Мачту лучше изготовить из двух частей — для удобства перевозки на багажнике легкового автомобиля. В стационарных условиях ее можно изготовить и из другого материала, и более длинную. 
Несколько слов о пульте контроля и зарядки аккумулятора. В него входят амперметр и вольтметр постоянного тока любого типа, но лучше небольших размеров. Амперметр на максимальный ток 20-30 А, вольтметр на 15-30 В (из расчета того, что бортовая сеть автомобиля — 12 В).
Развязывающий диод — любого типа на ток 20 А. В качестве реостата можно использовать проволочное сопротивление типа ППБ-50Г на 5-10 0м, 50 Вт с доработкой: с левого края нужно снять несколько витков провода, чтобы в рабочем положении цепь разрывалась.
Можно использовать и любой другой резистор, выдерживающий ток 20 А в течение нескольких секунд. А нужно это вот зачем: если аккумулятор заряжен полностью и напряжение на нем достигло 14-14,5 В, то резистором в течение трех секунд закорачиваем генератор и тем самым останавливаем его, ток при этом в 3-4 раза меньше рабочего. Можно затем одну из лопастей привязать к мачте.
Закорачивать генератор резко нельзя, так как может произойти поломка механизма. Вручную, даже при среднем ветре, за лопасть останавливать очень опасно.
Уменьшать этим резистором ток заряда тоже нельзя, так как он выгорит через несколько десятков секунд. Ток заряда можно уменьшить путем добавления количества включенных в розетку ламп. Токоведущий провод — любой мягкий кабель (лучше обрезиненный) сечением 3-4 мм², который пропущен внутри трубы мачты.
Ветровое колесо
Лопасти, пожалуй, самая важная часть ветрогенератора. От конструкции будет зависеть работа остальных узлов устройства. Изготавливают их из разных материалов. Даже из пластиковой канализационной трубы. Лопасти из трубы просты в изготовлении, стоят дёшево и не подвержены воздействию влаги. Порядок изготовления ветроколеса следующий:
- Необходимо рассчитать длину лопасти. Диаметр трубы должен быть равен 1/5 от общего метража. К примеру, если лопасть будет метровая, то подойдёт труба диаметром 20 см.
- Разрезаем трубу лобзиком вдоль на 4 части.
- Из одной части изготавливаем крыло, которое послужит шаблоном для вырезания последующих лопастников.
- Заусенца на краях сглаживаем абразивом.
- Лопасти фиксируют к алюминиевому диску с приваренными полосами для крепления.
- Далее к этому диску прикручивается генератор.
Лопасти для ветрового колеса
После сборки ветроколесо нуждается в балансировке. Его закрепляют на штативе горизонтально. Операцию проводят в закрытом от ветра помещении. В случае правильно проведённой балансировки колесо не должно двигаться. Если же лопасти вращаются сами, то их требуется подточить до придания равновесия всей конструкции.
Только после успешного завершения данной процедуры следует перейти к проверке точности вращения лопастей, они должны крутиться в одной плоскости без перекоса. Допускается погрешность в 2 мм.
Схема сборки генератора
Изготовление из ступицы
Самым разрекламированным среди всех вариантов является обычный самодельный дисковый генератор для ветряка, который создается с использованием неодимовых магнитов. Главными его преимуществами являются: простота сборки, не требует особых знаний, возможность не придерживаться точных параметров. Даже если будут допущены ошибки — это не страшно, так как в любом случае ветряком вырабатывается электричество и его можно довести до ума с приходом практики.
Итак, для начала нам нужно подготовить основные элементы для сборки ветрогенератора:
- ступица;
- тормозные диски;
- неодимовые магниты 30х10 мм;
- медная лакированная проволока диаметром 1,35 мм;
- клей;
- фанера;
- стеклоткань;
- эпоксидная или полиэфирная смола.
Самодельные дисковые генераторы делаются на основе ступицы и двух тормозных дисков от ВАЗ 2108. Можно с уверенностью говорить, что практически у любого хозяина найдутся в гараже эти части автомобиля.
Неомагниты можно применять любой формы. Старайтесь заполнять полностью все колесо с минимальными зазорами между элементами. Катушки требуется наматывать так, чтобы общее количество витков было в пределах 1000-1200. Это даст возможность генератору выдавать при 200 об/мин 30 В и 6 А. Также будет значительно лучше делать их овальными, а не круглыми. Ветровой электрогенератор станет более мощным благодаря такому решению.
=»Неомагниты для ветрогенератора» width=»640″ height=»480″ class=»aligncenter size-full wp-image-697″ />
Что касается статора нашего будущего генератора для ветряка, то его толщина обязательно должна быть меньше, чем размер магнитов, например, если магниты имеют толщину 10 мм, то статор лучше всего выполнить 8 мм (по 1 мм зазора оставить). Размеры дисков же должны быть больше толщины магнитов. Все дело в том, что через железо все магниты подпитывают друг друга и чтобы вся сила уходила именно в полезную работу требуется выполнять это условие. Если учитывать это, делая электрогенератор своими руками, то можно немного повысить его эффективность.
