Как сделать ветряную электростанцию своими руками. Ветрогенераторы для дома: виды, примерные цены, изготовление своими руками Ветроэлектростанции своими руками

Ветрогенератор или в простонародье ветряк – нехитрое приспособление, обеспечивающее своему хозяину немалую экономию за счет выработки бесплатного электричества. Такая установка – мечта любого владельца отрезанного от централизованных сетей участка или дачника, недовольного вновь полученной квитанцией за потребление электроэнергии.

Разобравшись в конструкции ветрогенератора, принципе его функционирования, изучив чертежи, можно самостоятельно сделать и установить ветряк, обеспечив свой дом неограниченной альтернативной энергией.

Законно ли использование ветра?

Создание собственной, хоть и компактной, но электростанции – вещь серьезная, поэтому логично, что невольно возникает вопрос: а законно ли их использование? Да, если мощность запускаемой от ветра установки не будет превышать 1 кВт, что вполне хватит для обеспечения электрическим током среднего загородного дома.

Дело в том, что именно с таким показателем мощности устройство считается бытовым и не требует обязательной регистрации, сертификации, согласования, постановки на учет и, тем более, не облагается никаким налогом.

Впрочем, перед тем, как сделать ветрогенератор для дома, лучше обезопасить себя и учесть несколько моментов:

Не приняты ли в регионе проживания особые ограничения на использование альтернативных источников энергии?
Какова допустимая на местности высота мачты?
Не будет ли шум от редуктора и лопастей превышать установленные нормативы?
Предусматривать ли защиту от создаваемых эфирных помех?
Не станет ли мачта мешать миграции птиц или вызывать другие экологические проблемы?

Если заранее продумать все нюансы, то ни налоговая, ни экологические службы, ни соседи не смогут предъявить претензии и воспрепятствовать получению бесплатной электроэнергии.

Как работает ветряк?

На фото готовые самодельные ветрогенераторы представлены вытянутыми металлическими конструкциями на трех или четырех опорах, с лопастями, двигающимися от ветра. В итоге получаемая потоком ветра кинетическая энергия преобразуется в механическую, которая в свою очередь запускает ротор и становится электрическим током.

Данный процесс является результатом налаженной работы нескольких обязательных составных элементов ветроэлектрической установки (ВЭУ):

Пропеллер из двух и более лопастей;
Ротор турбины;
Редуктор;
Контроллер;
Ось электрического генератора и генератор;
Инвертор;
Аккумулятор.

Также необходимо предусмотреть тормозной блок, гондолу, мачту, флюгер, низко и высокоскоростной вал. Устройство определяет и принцип работы ветрогенератора: вращающийся ротор производит трехфазный переменный ток, проходящий через систему контроллера и заряжающий аккумулятор постоянного тока.

Конечные амперы преобразуются инвертором и направляются по подключенной проводке к выходным точкам: розеткам, освещению, бытовой технике и электроприборам.

Как сделать своими руками?

Самой надежной и простой по конструкции считается роторная ВЭУ, представляющая собой установку с вертикальной осью вращения. Готовый самодельный генератор такого типа способен полностью обеспечить энергопотребление дачи, включая оснащение жилого помещения, хозяйственных строений и уличное освещение (правда, не слишком яркое).

Если достать инвертор с показателями в 100 Вольт и аккумулятор в 75 Ампер, то ветряк будет намного мощнее и производительнее: электричества хватит и на видеонаблюдение, и на сигнализацию.

Чтобы сделать ветрогенератор, понадобятся детали конструкции, расходные материалы и инструменты. Первым делом необходимо подыскать подходящие составные элементы ветряка, многие из которых можно найти среди старых запасов:

Генератор от автомобиля с мощностью около 12 V;
Аккумуляторная батарея на 12 V;
Кнопочный полугерметичный выключатель;
Инвентор;
Реле автомобиля, служащее для зарядки аккумулятора.

Также потребуются расходные материалы:

Крепежи (болты, гайки, изолирующая лента);
Стальная или алюминиевая емкость;
Проводка сечением в 4 кв. мм (два метра) и 2,5 кв. мм (один метр);
Мачта, тренога и другие элементы для усиления устойчивости;
Крепкая веревка.

Желательно найти, изучить и распечатать чертежи ветрогенераторов своими руками. Потребуются и инструменты, в числе которых болгарка, метр, пассатижи, сверло, острый нож, электродрель, отвертки (крестовая, минусовая, индикаторная) и гаечные ключи.

Подготовив все необходимое, можно приступать к сборке, ориентируясь на пошаговую инструкцию, рассказывающую, как сделать ветрогенератор своими руками:

Из металлической емкости вырезать лопасти одинакового размера, оставив у основания нетронутую полоску металла в несколько сантиметров.
Симметрично проделать отверстия дрелью для имеющихся болтов в дне основания емкости и шкиве генератора.
Отогнуть лопасти.
Зафиксировать на шкиве лопасти.
Установить и закрепить генератор на мачте хомутами или веревкой, отступив от верха порядка десяти сантиметров.
Наладить проводку (для подключения аккумулятора достаточно метровой жилы сечением в 4 кв. мм, для нагрузки освещением и электроприборами – 2,5 кв. мм).
Отметить схему подключения, цветовую и буквенную маркировку для будущего ремонта.
Установить преобразователь проводом с четвертным сечением.
При необходимости украсить конструкцию флюгером и покрасить.
Закрепить провода, обмотав мачту установки.

Ветрогенераторы своими руками на 220 Вольт – это возможность обеспечить дачу или загородный дом бесплатной электроэнергией в кратчайшие сроки. Наладить такую установку можно даже новичку, а большинство деталей для конструкции уже давно без дела лежат в гараже.

Фото ветрогенераторов своими руками

При наличии дома, старого кулера от компьютера, можно соорудить отличную ветровую установку, которая будет производить электричество. Мини ветрогенератор - отличная вещь, особенно для местности с частыми и сильными ветрами. Об особенностях и технологии его изготовления узнаем далее.

Как сделать мини ветрогенератор своими руками

Начинать работу над мини ветрогенератором следует с изготовления чертежей будущей ветровой установки. Кроме того, следует подготовить материалы в виде:

толстой бутылки из пластика;
старого охладительного кулера или вентилятора, от его размеров и мощности, напрямую зависит мощность самого генератора;
слаботочный провод в количестве 5-8 метров;
деревянный брус, сечение и размеры которого определяются индивидуально;
две стальные трубы, которые заходят одна в одну;
диоды;
клей на эпоксидной основе и супер клеевой состав;
крепежные элементы в виде затяжных галстуков;
старый СД диск.

Прежде всего, начать работу нужно с поиска подходящего охладительного механизма. Предлагаем использовать кулер от старого компьютера. Изначально кулер разбирается, пропеллерная его часть находится на электрическом двигателе. Чаще всего, он фиксируется на стопорном кольце, оно находится под уплотнителем из резины. После демонтажа кольцевого уплотнителя, снимите лопасти на вентиляторе.

Далее следует процесс пайки кабелей, обеспечивающих работу генераторной установки. На медных катушках вентилятора находятся два соединения для проводов, они являются коннекторами на катушках. Один из участков отличается наличием подсоединяемого провода из меди, а второй имеет два провода. Два провода соединяются с ножками одного провода методом пайки.

На следующем этапе создания небольшого ветрогенератора, выполняется создание выпрямителя. Основной функцией данного прибора является преобразование переменного тока в постоянный. Для этих целей потребуется наличие четырех диодов, они обрезаются таким образом, чтобы одна пара от черной отметки осталась с 10 см отрезком. Длинный конец диода загибается, таким образом, получится п-образное соединение. Все диоды соединяются между собой методом спаивания. Для тестирования ветрового генератора, подсоедините к нему диоды, если светодиод работает, то ветрогенератор функционирует правильно. Наружная пластиковая часть кулера удаляется, для обработки всех неровностей, используйте нож.

Далее следует процесс изготовления лопасти ветрогенератора. Для изготовления лопастей, используйте старую бутылку, например, из-под шампуня. Верхняя и нижняя части бутылки срезаются. Получится изделие цилиндрической формы, его нужно разрезать вдоль. Предварительно изготовьте чертеж в виде лопастей, согласно ему, вырежьте из бутылки лопасти для ветрогенератора. Учтите, что конечная часть лопастей должна быть срезана под углом в сто двадцать градусов. Далее следует процесс фиксации лопастей на кулере.

На следующем этапе выполняется изготовление хвостовика ветряка. Для фиксации мотора используется брус, выполненный из дерева. Его вращение выполняется с помощью стальных трубок. Для изготовления хвостовика используйте ненужный диск. Деревянный брусок оборудуется сквозным отверстием, его диаметр должен быть чуть больше диаметра стальной трубы. При не плотной установке трубки, зафиксируйте ее с помощью клея на эпоксидной основе. На конечной части бруска обустраивается пропил для монтажа диска. Место, на котором соединяется мотор с бруском, необходимо также обработать клеевым составом. Провода и пайку, рекомендуется также покрыть клеем, для предотвращения появления коррозии.

Далее следует процесс, на котором изготавливается опора. Для ее сооружения используйте две трубки. Одна из них зафиксирована на деревянном бруске, а вторая устанавливается в соотношении с вращением. Для их соединения можно использовать подшипники, а для улучшения скольжения воспользуйтесь фторопластом.

Мини ветрогенератор своими руками из моторчика

Предлагаем вариант изготовления ветрогенератора от мотора из старого принтера. Данная модель отличается средней производительностью и работает, даже при малейшем ветре. Для работы ветрогенератора потребуется также аккумулятор, максимальная мощность прибора составляет 100мА.

В качестве основной детали ветряка используется моторчик, от неработающего принтера струйного типа. Предварительно принтер необходимо разобрать и вынуть из него мотор.

Для фиксаторов лопастей используется транзистор. Его необходимо просверлить в соотношении с размером устанавливаемого вала. Далее все детали фиксируются с помощью клеевого состава на эпоксидной основе. Кроме того, с помощью данного состава обеспечивается защита особо важных частей устройства от влаги и непогоды.

Используя отрезок пластиковой трубы, диаметром около 12 см, вырежьте лопасти для ветряка. Для этих целей используется отрезная машинка. Оптимальное значение ширины детали составляет 90 мм, отверстия сооружаются специальным приспособлением, а затем вал устанавливается на генераторный мотор с помощью винтовых соединений.

В качестве основы для изготовления ветряка используется труба диаметром 55 мм. Для изготовления хвоста используйте фанеру. Мотор устанавливается внутри трубы, Далее выполняется сооружение выпрямителя. Так как мотор не воспроизводит большое количество электричества при небольшом ветре. Таким образом, удается применить схему удвоения, включаемую последовательно.

Схему устанавливается в полиэтиленовый пакет и устанавливается во внутрь трубы вместе с выпрямителем. Далее выполняется фиксация мотора с помощью проволоки. Кроме того, все отверстия заделываются силиконовым пистолетом. Одно отверстие используется для стока воды, а второе для испарения конденсатных масс.

Для фиксации хвоста ветрового генератора используется болт и проволока. Таким образом, удастся надежно зафиксировать установку. Следите за жесткостью полученных соединений.

Для того, чтобы соорудить мачту для установки ветряка используйте брусья, соединенные между собой с помощью саморезов. Зафиксируйте ветряк на мачте и установите на предварительно отведенное место. С помощью такой установки удается зарядить мобильный телефон или организовать подсветку.

Делаем мини ветрогенератор своими руками

Перед началом работы над ветровым генератором, необходимо определиться с количеством ветров в вашем климатическом регионе. Серо-зеленые - безветренные зоны подразумевают использование исключительно ветрогенераторов парусного типа. При необходимости в обеспечении постоянного тока, к ним добавляется прибор в виде бустрера. Данное устройство выполняет функцию выпрямителя, а также стабилизирует напряжение. Также потребуется наличие зарядного устройства, высокомощной батареи, преобразователя. Стоимость изготовления данной установки запредельно высокая и не всегда оправдывается.

В зонах со слабыми ветрами, обозначенных желтым цветом, возможен вариант изготовления ветрогенератора тихоходного типа. Данные устройства отличаются хорошей производительностью.

Для ветреных регионов подойдут любые ветровые установки. Чаще всего, используются приборы вертикального типа - лопастники или парусники.

Для того, чтобы выполнить расчеты по определению мощности ветровой установки, необходимо учесть такие факторы как:

постоянная скорость ветра в том или ином регионе;
воздух является сплошной средой, поэтому от качества и производительности ротора зависит мощность ветрогенератора;
воздушные потоки обладают кинетической энергией.

Предлагаем рассмотреть особенности парусных ветрогенераторов. Данные устройства изготавливают из износостойкого материала, которые отлично противостоят ветрам. Если вы решили изготовить такую установку самостоятельно, то необходимо прежде всего, провести ряд подсчетов, связанных с данными приборами.

В качестве материалом для изготовления ветрогенератора, можно использовать различные железки, которые завалялись у вас дома. Самый дорогостоящий элемент - аккумулятор. Его мощность определяет размеры установки и ее производительность.

Самодельный ветрогенератор аксиального типа изготовить в домашних условиях довольно просто. Начинать работу следует с мачты. Для ее изготовления чаще всего используют трубы, по диаметру они должны быть разными. Для соединения труб между собой используется сварочный аппарат. Мачта устанавливается на забетонированную площадку. При этом, несколько ее метров углубляются в землю, для получения устойчивой конструкции. На отдельных деталях установки нужно наклеить два магнита, Для более прочной фиксации они дополнительно заливаются с помощью эпоксидной смолы.

Далее следует процесс изготовления формы и фанеры. Для этих целей используются катушки, соединенные между собой фазой. Процесс изготовления статора выглядит таким образом: на ранее вырезанный квадрат из фанеры устанавливается вощеная бумага. Далее следует монтаж фанеры, на которой предварительно вырезаны отверстия под монтаж статора. Далее следует процесс монтажа кружка из стеклоткани и устанавливаются катушки.

После этого, производится извлечение готового статора из ранее подготовленной формы. Для изготовления винта используется дюралюминиевая труба. Винт изготавливается диаметром в один метр. Для вырезания лопастей используйте электрический лобзик. В центральной части установки оборудуйте отверстие, с помощью которого будет фиксироваться винт на генераторе.

Ветрогенератор имеет смещенный по отношению к оси хвостовой элемент. При сильных порывах ветра происходит давление на поверхность ветрового генератора и он смещается в сторону. Данная схема позволяет защитить устройство от сильных ветров. Данная модель ветрогенератора позволяет вырабатывать достаточное количество энергии для обеспечения уличной подсветки дома. Сделать ветрогенератор не сложно, главное условие получения качественного прибора - сопоставление силы ветра в вашем регионе с его мощностью.

Технология изготовления мини ветрогенератора своими руками

Для ветрогенератора изготовления необходим минимальный запас инструментов и материалов. Предлагаем вариант сооружения мини ветрогенератора для дачи. Данный прибор способен обеспечить небольшой дом с минимальным количеством электроприборов - электричеством.

Для изготовления такого ветрогенератора потребуется прежде всего диск, на котором устанавливаются магниты. Далее следует процесс наматывания медных катушек, которые заливаются с помощью смолы. Для осуществления вращения, генератор устанавливается на ранее предусмотренном основании.

Данные ветрогенераторы отличаются хорошей производительностью и качественной работой. Соотношение магнита с полюсами составляет два к трем, если ветрогенератор имеет две фазы, для однофазного устройства достаточно соотношение один к трем. Все полюса соотносятся между собой в зависимости от используемых вариантов катушек.

Мощность ветрового генератора определяется прежде всего размерами используемых в его конструировании магнитов. В качестве мачты под генератор достаточно использования стальной трубы или бревна. Аккумуляторы не обязательно использовать новые, сгодятся и любые, подходящие по мощности приборы.

Возможен вариант изготовления сразу нескольких ветрогенераторов, при этом, каждый из них будет выполнять определенные функции - один обеспечивает жилище светом, второй отвечает за работу телевизора, а третий - за ночное освещение.

Неисчерпаемая энергия, которую несут с собой воздушные массы, всегда привлекала внимание людей. Наши прадеды научились запрягать ветер в паруса и колеса ветряных мельниц, после чего он два столетия бесцельно носился по необозримым просторам Земли.

Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.

Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.

Что такое ветрогенератор?

Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.

Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор. Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт. Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).

Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.

Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера. Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.

В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Существует две разновидности ветрогенераторов:

С горизонтальным расположением ротора.
С вертикальным ротором.

Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).

Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).

К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов. Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.

Роторные колеса вертикальных ветряков

Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.

Как рассчитать и подобрать ветрогенератор?

Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем. Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.

Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.

Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.

Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт. При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше, поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.

Выбор ветрогенератора. Ориентировочные цены

Цены на вертикальные отечественные ветрогенераторы мощностью 1,5-2,0 кВт находятся в диапазоне от 90 до 110 тысяч рублей. Комплектация при такой цене включает только генератор с лопастями, без мачты и дополнительного оборудования (контроллер, инвертор, кабель, аккумуляторы). Полнокомплектная электростанция вместе с монтажом обойдется дороже на 40-60%.

Стоимость более мощных ветроустановок (3-5 кВт) составляет от 350 до 450 тысяч рублей (с дополнительным оборудованием и монтажными работами).

Ветряк своими руками. Забава или реальная экономия?

Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.

Генератор

Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.

В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.

Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.

В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров. С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.

Мотор-колесо – готовый генератор для самодельной ветряной электростанции

Винт

Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.

Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.

Самодельные ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения работают от пропеллерного винта. Домашние умельцы собирают его из труб ПВХ диаметром 160-250 мм. Монтаж лопастей выполняется на круглой стальной пластине с посадочным отверстием для вала генератора.

В этой статье мы подробно разберем, как сделать ветрогенератор своими руками. Ведь быт современного человека без электроэнергии – трудно представим. И даже небольшие перебои в подаче электричества становятся порой «парализующим моментом» для нормальной жизни в собственном доме. А такие неполадки, приходится признать, для некоторых загородных поселков или населенных пунктов в сельской местности – увы, не редкость. Значит, необходимо каким-то образом обезопасить себя от неприятностей, обзавестись резервным источником энергии. А если принять в расчет еще и постоянно растущие тарифы, то наличие собственного источника, да еще и работающего практически «забесплатно», становится заветной мечтой многих владельцев домов.

Одним из направлений развития «бесплатной энергетики» в наше время является использование энергии ветра. Многие, наверное, видели впечатляющие картины огромных ветряков, успешно применяемых в некоторых странах Европы – кое-где доля выработанной ветром энергии уже достигает нескольких десятков процентов от общего объема. Вот и возникает соблазн – а не попробовать ли и мне сделать ветрогенератор своими руками, чтобы раз и навсегда получить независимость от электросетей?

Вопрос резонный, но следует сразу несколько охладить пыл «мечтателя». Чтобы создать действительно качественную, производительную установку по выработке электроэнергии, требуются немалые знания в механике и электротехнике. Нужно быть весьма опытным мастером на все руки – предстоит целый ряд операций высокой сложности, требующих точного проектирования и квалифицированного подхода в исполнении. По совокупности этих причин, как можно судить по обсуждениям на форумах, довольно много «соискателей» либо не получили ожидаемого результата, либо и вовсе отказались от задуманного проекта.

Поэтому в данной статье будет дана обзорная картина, показывающая общие проблемы и направления их решения в процессе создания ветрогенераторов. Можно будет примерно оценить масштабность работ и трезво взвесить свои возможности – стоит ли браться самому.

Что это такое – ветрогенератор? Общее устройство системы

Существует несколько способов получения электрической энергии – за счет воздействия потоком фотонов (световой, например, солнечные батареи), за счет определенных химических реакций (широко применяется в элементах питания), за счет разницы температур. Но шире всего в настоящее время используется преобразование кинетической энергии в электрическую. Это преобразование происходит в специальных устройствах, которые как раз и называются генераторами.

Принцип работы генератора преобразователя кинетической энергии в электрическую, раскрыт и описан еще в XIX веке Фарадеем.

Принцип устройства простейшего электрического генератора

Он заключается в том, что если проводящую рамку разместить в изменяющемся магнитном поле, то в ней будет индуцироваться электродвижущая сила, которая при замыкании цепи приведет к появлению электрического тока. А изменение магнитного потока можно добиться вращением этой рамки в магнитном поле, или создаваемом постоянными магнитами, или появляющегося в обмотках возбуждения. При изменении положения рамки меняется величина пересекающего ее магнитного потока. И чем выше скорость изменения, тем больше показатели и наводимой ЭДС. Таким образом, чем больше оборотов передается ротору (вращающейся части генератора), те большего напряжения можно добиться на выходе.

Схема, безусловно, показана с большими упрощениями, просто для уяснения принципа.

Передача вращения на ротор генератора может осуществляться по-разному. И один из путей найти бесплатный источник энергии, который приведет в движение кинематическую часть устройства – это «поймать» силу ветра. То есть примерно так же, как это удалось сделать когда-то создателям ветряных мельниц.

Таким образом, устройство ветрового генератора подразумевает наличие генерирующего устройства и механизма передачи его статору вращательного движения, то есть ветряка. Кроме того, обязательным условием становится конструкция, обеспечивающая надежную установку системы, так как ее часто приходится размещать на немалой высоте, чтобы полноценной «ловле ветра» не мешали естественные или искусственные препятствия. В ряде случаев используется еще и кинематическая передача, предназначенная для повышения количества оборотов ротора.

Один из примеров повышающей передачи вращения от ветряка на генератор

Но и это – еще не все. Наличие и скорость ветра – величины чаще всего крайне непостоянные. И ставить потребление выработанной энергии в зависимость от «капризов погоды» - дело неразумное. Поэтому ветрогенератор обычно работает в связке с системой аккумуляции энергии.

Выработанный ток выпрямляется, стабилизируется и через специальное устройство-контроллер или поступает непосредственно на дальнейшее потребление, или перенаправляется на зарядку включённых в схему мощных аккумуляторов. С аккумуляторов через инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный нужного напряжения и частоты, питание поступает к точкам потребления. Аккумуляторы становятся своеобразным буферным звеном: если текущая нагрузка меньше текущей (очень зависимой от силы ветра) мощности генератора, или если на протяжении какого-то времени и вовсе не подключены приборы потребления, то идет зарядка батарей. Если нагрузка становится выше вырабатываемой мощности – батареи разряжаются.

Интересный момент – именно эта особенность ветровой энергетической установки позволяет планировать мощность самого генератора, не исходя из пиковых показателей нагрузки (за это будет отвечать в большей мере инвертор), а отталкиваясь из прогнозируемого потребления энергии в течение определенного периода (например, месяца).

Безусловно, в быту могут использоваться и более простые схемы. Например, ветровая установка просто обслуживает какое-то низковольтное осветительное оборудование и т.п.

Плюсы и минусы ветровых электростанций

Для примера посмотрим вначале на простейшую конструкцию ветрогенератора, которую сможет собрать даже школьник средних классов. Практическое применение такой «электростанции» – не особо широкое, но просто чтобы расширить свое понимание и обрести некоторые навыки – почему бы и нет?

Содержание:

Воздушные массы обладают неисчерпаемыми запасами энергии, которую человечество использовало еще в давние времена. В основном сила ветра обеспечивала движение судов под парусами и работу ветряных мельниц. После изобретения паровых двигателей данный вид энергии потерял свою актуальность.

Лишь в современных условиях ветровая энергия вновь стала востребованной в качестве движущей силы, прикладываемой к электрическим генераторам. Они еще не получили широкого распространения в промышленных масштабах, но становятся все более популярными в частном секторе. Иногда бывает просто невозможно подключиться к линии электропередачи. В таких ситуациях многие хозяева конструируют и изготавливают ветрогенератор для частного дома своими руками из подручных материалов. В дальнейшем они используются в качестве основных или вспомогательных источников электроэнергии.

Теория идеального ветряка

Данная теория разрабатывалась в разное время учеными и специалистами в области механики. Впервые она была разработана В.П. Ветчинкиным в 1914 году, а в качестве основы использовалась теория идеального гребного винта. В этих исследованиях был впервые выведен коэффициент использования ветряной энергии идеальным ветряком.

Работы в этой области были продолжены Н.Е. Жуковским, который вывел максимальное значение данного коэффициента, равное 0,593. В более поздних работах другого профессора - Сабинина Г.Х. уточненное значение коэффициента составило 0,687.

В соответствии с разработанными теориями, идеальное ветряное колесо должно обладать следующими параметрами:

Ось вращения колеса должна быть параллельна со скоростью ветрового потока.
Количество лопастей бесконечно большое, с очень малой шириной.
Нулевое значение профильного сопротивления крыльев при наличии постоянной циркуляции вдоль лопастей.
Вся сметаемая поверхность ветряка обладает постоянной потерянной скоростью воздушного потока на колесе.
Стремление угловой скорости к бесконечности.

Выбор ветроустановки

Выбирая модель ветрогенератор для частного дома следует учитывать необходимую мощность, обеспечивающую работу приборов и оборудования с учетом графика и периодичности включения. Она определяется путем ежемесячного учета потребляемой электроэнергии. Дополнительно значение мощности может определяться в соответствии с техническими характеристиками потребителей.

Следует учитывать и тот фактор, что питание всех электроприборов осуществляется не напрямую от ветрогенератора, а от инвертора и комплекта аккумуляторных батарей. Таким образом, генератор мощностью в 1 кВт способен обеспечить нормальное функционирование аккумуляторов, питающих четырехкиловаттный инвертор. В результате, бытовые приборы с аналогичной мощностью обеспечиваются электроэнергией в полном объеме. Большое значение имеет правильный выбор батарей. Особое внимание следует обратить на такие параметры, как и ток зарядки.

При выборе конструкции ветряного двигателя учитываются следующие факторы:

Направление вращения ветряного колеса - вертикальное или горизонтальное.
Форма лопаток для вентилятора может быть в виде паруса, с прямой или криволинейной поверхностью. В некоторых случаях используются комбинированные варианты.
Материал для лопаток и технология их изготовления.
Размещение вентиляторных лопастей с различным наклоном, относительно потока проходящего воздуха.
Количество лопастей, включенных в вентилятор.
Необходимая мощность, передаваемая от ветряного двигателя к генератору.

Кроме того, необходимо учесть среднегодовую скорость ветра для конкретной местности, уточненную в метеослужбе. Уточнять направление ветра не требуется, поскольку современные конструкции ветрогенераторов самостоятельно поворачиваются в другую сторону.

Для большинства местностей Российской Федерации наиболее оптимальным вариантом будет горизонтальная ориентация оси вращения, поверхность лопаток криволинейная вогнутая, которую воздушный поток обтекает под острым углом. На величину мощности, забираемой от ветра, влияет площадь лопасти. Для обычного дома вполне достаточно площади 1,25 м 2 .

Число оборотов ветряка зависит от количества лопастей. Быстрее всего вращаются ветрогенераторы с одной лопастью. В таких конструкциях для уравновешивания используется противовес. Следует учитывать и тот факт, что при низкой скорости ветра, ниже 3 м/с, ветряные установки становятся неспособными забирать энергию. Для того чтобы агрегат воспринимал слабый ветер, площадь его лопастей должна быть увеличена как минимум до 2 м 2 .

Расчет ветрогенератора

Перед выбором ветрогенератора необходимо определить скорость и направление ветра, наиболее характерные в месте предполагаемого монтажа. Следует помнить, что вращение лопастей начинается при минимальной скорости ветра 2 м/с. Максимального КПД удается достичь, когда этот показатель достигает значения от 9 до 12 м/с. То есть, для того чтобы обеспечить электричеством небольшой загородный дом, потребуется генератор с минимальной мощностью 1 кВт/ч и ветер со скоростью не менее 8 м/с.

Скорость ветра и диаметр винта оказывают непосредственное влияние на мощность, вырабатываемую ветряной электроустановкой. Точно рассчитать эксплуатационные характеристики той или иной модели возможно с помощью следующих формул:

Расчеты в соответствии с площадью вращения выполняются следующим образом: P = 0,6 х S х V 3 ,где S - площадь, перпендикулярная направлению ветра (м 2), V - скорость ветра (м/с), Р - мощность генераторной установки (кВт).
Для расчетов электроустановки по диаметру винта применяется формула:Р = D 2 х V 3 /7000, в которой D является диаметром винта (м), V - скорость ветра (м/с), Р - мощность генератора (кВт).
При более сложных вычислениях учитывается плотность воздушного потока. Для этих целей существует формула: P = ξ х π х R 2 х 0,5 х V 3 х ρ х η ред х η ген,где ξ является коэффициентом использования ветровой энергии (безмерная величина), π = 3,14, R - радиус ротора (м), V - скорость воздушного потока (м/с), ρ - плотность воздуха (кг/м 3), η ред - КПД редуктора (%), η ген - КПД генератора (%).

Таким образом, электроэнергия, производимая ветрогенератором, возрастает количественно в кубическом соотношении с повышающейся скоростью ветрового потока. Например, при повышении скорости ветра в 2 раза, выработка ротором кинетической энергии возрастет в 8 раз.

При выборе места установки ветрогенератора необходимо отдавать предпочтение участкам без больших построек и высоких деревьев, которые создают преграду для ветра. Минимальное расстояние от жилых домов составляет от 25 до 30 метров, в противном случае шум во время работы будет создавать неудобства и дискомфорт. Ротор ветряка должен быть расположен на высоте, превышающей ближайшие постройки не менее чем на 3-5 м.

Если подключение загородного дома к общей сети не планируется, в этом случае можно воспользоваться вариантами комбинированных систем. Работа ветряной установки будет значительно эффективнее при использовании ее совместно с дизель-генератором или солнечной батареей.

Как сделать ветрогенератор своими руками

Независимо от типа и конструкции ветрогенератора, каждое устройство в качестве основы, оборудуется похожими элементами. Во всех моделях имеются генераторы, лопасти из различных материалов, подъемники, обеспечивающие нужный уровень установки, а также дополнительные аккумуляторы и система электронного управления. Наиболее простыми для изготовления считаются агрегаты роторного типа либо аксиальные конструкции с использованием магнитов.

Вариант 1. Роторная конструкция ветрогенератора.

В конструкции роторного ветряного генератора используется две, четыре или более лопастей. Подобные ветрогенераторы не в состоянии полностью обеспечить электроэнергией большие загородные дома. Они используются преимущественно в качестве вспомогательного источника электричества.

В зависимости от расчетной мощности ветряка, подбираются необходимые материалы и комплектующие:

Генератор с автомобиля на 12 вольт и автомобильный аккумулятор.
Регулятор напряжения, преобразующий переменный ток с 12 до 220 вольт.
Емкость с большими размерами. Лучше всего подойдет алюминиевое ведро или кастрюля из нержавеющей стали.
В качестве зарядного устройства можно воспользоваться реле, снятым с автомобиля.
Потребуется выключатель на 12 В, лампа заряда с контроллером, болты с гайками и шайбами, а также металлические хомуты с прорезиненными прокладками.
Трехжильный кабель с минимальным сечением 2,5 мм 2 и обычный вольтметр, снятый с любого измерительного устройства.

В первую очередь выполняется подготовка ротора из имеющейся металлической емкости - кастрюли или ведра. Она размечается на четыре равные части, на концах линий проделываются отверстия, чтобы облегчить разделение на составные части. Затем емкость разрезается ножницами по металлу или болгаркой. Из получившихся заготовок вырезаются лопасти ротора. Все замеры должны тщательно проверяться на соответствие размерам, в противном случае конструкция будет работать неправильно.

Далее определяется сторона вращения шкива генератора. Как правило, он вращается по часовой стрелке, но лучше это проверить. После этого роторная часть соединяется с генератором. Во избежание дисбаланса в движении ротора, отверстия для креплений в обеих конструкциях должны располагаться симметрично.

Чтобы увеличить скорость вращения края лопастей следует немного выгнуть. С возрастанием угла изгиба, потоки воздуха будут более эффективно восприниматься роторной установкой. В качестве лопастей используются не только элементы разрезанной емкости, но и отдельные детали, соединяемые с металлической заготовкой, имеющей форму окружности.

После крепления емкости к генератору, всю полученную конструкцию нужно целиком установить на мачте с помощью металлических хомутов. Затем монтируется проводка и собирается . Каждый контакт должен включаться в собственный разъем. После подключения проводка крепится к мачте проволокой.

По окончании сборки осуществляется подключение инвертора, аккумулятора и нагрузки. Аккумулятор подключается кабелем с сечением 3 мм 2 , для всех остальных подключений вполне достаточно сечения 2 мм 2 . После этого ветрогенератор можно эксплуатировать.

Вариант 2. Аксиальная конструкция ветрогенератора с применением магнитов.

Аксиальные ветряки для дома представляют собой конструкцию, одним из основных элементов которой являются неодимовые магниты. По своим эксплуатационным качествам они значительно опережают обычные роторные агрегаты.

Ротор является основным элементом всей конструкции ветрогенератора. Для его изготовления лучше всего подойдет ступица автомобильного колеса в комплекте с тормозными дисками. Деталь, находившуюся в эксплуатации, следует подготовить - очистить от грязи и ржавчины, смазать подшипники.

Далее необходимо правильно распределить и закрепить магниты. Всего их понадобится 20 штук, размером 25 х 8 мм. Магнитное поле в них расположено по длине. Четные магниты будут полюсами, они располагаются по всей плоскости диска, с чередованием через один. Затем определяются плюсы и минусы. Один магнит поочередно касается других магнитов на диске. Если они притягиваются, значит полюс положительный.

При увеличенном количестве полюсов, необходимо соблюдать определенные правила. В однофазных генераторах число полюсов совпадает с количеством магнитов. В трехфазных генераторах соблюдается пропорция 4/3 между магнитами и полюсами, а также соотношение 2/3 между полюсами и катушками. Установка магнитов выполняется перпендикулярно окружности диска. Для их равномерного распределения используется бумажный шаблон. Вначале магниты закрепляются сильным клеем, а потом окончательно фиксируются эпоксидной смолой.

Если сравнивать однофазные и трехфазные генераторы, то эксплуатационные качества первых будут несколько хуже по сравнению со вторыми. Это связано с высокими амплитудными колебаниями в сети из-за нестабильной отдачи тока. Поэтому в однофазных устройствах возникает вибрация. В трехфазных конструкциях этот недостаток компенсируется нагрузками тока из одной фазы в другую. За счет этого в сети всегда обеспечивается постоянное значение мощности. Из-за вибрации срок эксплуатации однофазных систем значительно ниже, чем у трехфазных. Кроме того, у трехфазных моделей во время работы отсутствует шум.

Высота мачты составляет примерно 6-12 м. Она устанавливается в центр опалубки и заливается бетоном. Затем на мачту устанавливается готовая конструкция, на которую крепится винт. Крепление самой мачты осуществляется с помощью тросов.

Лопасти для ветрогенератора

Эффективность работы ветровых электроустановок во многом зависит от конструкции лопастей. Прежде всего, это их количество и размеры, а также материал, из которого будут изготовлены лопасти для ветрогенератора.

Факторы, влияющие на конструкцию лопастей:

Даже самый слабый ветер сможет привести в движение длинные лопасти. Однако слишком большая длина может привести к замедлению скорости вращения ветряного колеса.
Увеличение общего количества лопастей делает ветряное колесо более чутким. То есть, чем больше лопастей, тем лучше запускается вращение. Однако мощность и скорость будут снижаться, что делает подобное устройство непригодным для выработки электроэнергии.
Диаметр и скорость вращения ветряного колеса оказывает влияние на уровень шума, создаваемого устройством.

Количество лопастей должно сочетаться с местом установки всей конструкции. В наиболее оптимальных условиях правильно подобранные лопасти способны обеспечить максимальную отдачу ветрогенератора.

Прежде всего, нужно заранее определить необходимую мощность и функциональность устройства. Чтобы правильно изготовить ветрогенератор, нужно изучить возможные конструкции, а также климатические условия, в которых он будут эксплуатироваться.

Кроме общей мощности рекомендуется определить значение выходной мощности, известной еще как пиковая нагрузка. Она представляет собой общее количество приборов и оборудования, которые будут включаться одновременно с работой ветрогенератора. При необходимости увеличить этот показатель, рекомендуется использовать сразу несколько инверторов.