Изготовление ветрогенератора своими руками

Как изготовить ветрогенератор с вертикальной осью вращения своими руками

Составные элементы:

  • Осевая мачта — это несущая конструкция в форме пирамиды, треноги или шеста высотой около пяти метров. На ней закрепляют лопасти и генератор.
  • Лопасти улавливают потоки ветра.
  • Статор вмещает в себя фазы из катушек.
  • Ротор — это подвижная часть ветряка.
  • Контроллер включает замедление ветрогенератора, когда тот развивает мощность, выше его базовых метрик.
  • Инвертор дает переменный ток.
  • Аккумулятор накапливает сгенерированную энергию.

Подготовка элементов

Чтобы сделать лопасти для вертикального ветрогенератора, понадобится качественный пластик и/или жесть. Например, лопастную конструкцию можно сделать из пластиковых труб, Тогда к каждой стороне трубы крепятся полукруглые жестяные фрагменты. Высота и радиус вращения должны достигать 70 см. Или же можно изготовить лопастную конструкцию из запчастей.

Для ротора нужны 2 ферритовых диска диаметром 32 см, 6 неодимовых магнитов и клей. Роторная система состоит из двух дисков. Схема каждого диска следующая: нужно так расположить магниты, чтобы их полярность чередовалась, угол между ними составлял 60 градусов, а диаметр размещения равнялся 16,5 см. После правильного размещения магниты заливаются клеем.

Для статора нужно сделать девять катушек с 60 витками медной проволоки диаметром 0,1 см. Чтобы сделать три фазы, катушки необходимо спаять между собой в следующем порядке:

  1. Для первой фазы начало 1-ой катушки соединяем с концом 4-ой, а начало 4-ой с концом 7-ой;
  2. Для второй фазы делаем то же самое, но начинаем со 2-ой катушки;
  3. Для изготовления третьей фазы начинаем с 3-ей катушки.

Форму для катушек делают из фанеры и выкладывают стекловолокном. После размещения фаз их нужно залить клеем и оставить сохнуть на несколько дней.

Монтаж конструкции

Когда с изготовлением составных элементов покончено, можно приступать к их соединению между собой. Сначала нужно соединить ротор и статор:

  • В верхнем диске ротора сделайте отверстия для четырех шпилек.
  • В статоре сделайте отверстия для крепления к подставке.
  • Положите нижний диск ротора на подставку магнитами вверх.
  • На нижнем роторе разместите статор и уприте шпильки в алюминиевую пластину.
  • Накройте конструкцию вторым роторным диском (магниты расположены внизу).
  • При помощи вращения шпилек добейтесь равномерного сближения верхнего и нижнего роторных дисков, после этого шпильки и пластину аккуратно убирают.
  • Зафиксируйте генератор гайками.

Готовый генератор прикрутите к осевой мачте. После этого к генератору можно прикреплять лопастную конструкцию. Теперь ваш ветряк готов к установке! Для установки ветряка подготовьте армированный фундамент и зафиксируйте конструкцию растяжкой.

В последнюю очередь подключается электросеть в следующем порядке: энергия от генератора попадает на контроллер, затем собирается на аккумуляторе, а потом преобразуется в переменный ток при помощи инвертора.

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.

Опора (ее еще называют мачтой). На нее крепится пропеллер, поскольку на высоте большая вероятность «поймать» хороший ветер

Следовательно, изготовлению опоры следует уделить особое внимание, ведь данный элемент должен выдерживать требуемые нагрузки.

Лопасти. Они «ловят» воздушные массы, вследствие чего вращаются сами и вращают вал.

Вал. На него можно устанавливать сразу несколько генераторов, а также угловой редуктор, благодаря которому движение будет передаваться ниже, на кардан. Применение редуктора заметно повышает обороты.

Анемоскоп. Специальное устройство, которое применяется в мощных ветряных установках. Собирает сведения о направлении/скорости движения воздуха. В ветряках, сделанных своими руками, почти не используется – вместо него, как правило, устанавливают флюгер с поворотным механизмом.

Генератор. Он как раз и превращает кинетическую энергию в электроэнергию. Если то, производимый генератором, стабилен, то элемент можно подключить к аккумулятору.

Инвертор. Дает напряжение требуемой величины – к примеру, 220 вольт. Необходим, прежде всего, для удобства, поскольку большая часть современных приборов рассчитана именно на такое напряжение. Но заметим, что инвертор включают далеко не во все схемы, ведь предназначение ветряков может быть разным.

Аккумулятор (один или сразу несколько). Обеспечивает стабильность работы, подзаряжаясь в ветреное время и расходуя накопленную энергию после того, как ветер утихает.

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.

  1. 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.
  2. Соорудить горизонтальный ветряк гораздо проще, чем горизонтальный.
  3. 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.

Преимущества и недостатки использования автомобильного генератора

Использование автомобильного генератора как элемента ветроэлектростанции дает существенные преимущества:

Имеется готовый генератор, который может использоваться без вмешательства в конструкцию или с некоторой модернизацией.
Автомобильный генератор выдает стабильное напряжение, что важно для ветряков с их постоянно меняющейся скоростью вращения.
Используется стандартное оборудование, доступное и не нуждающееся во вмешательстве в конструкцию.
Автомобильные генераторы широко распространены, что делает их ремонтопригодными и доступными для замены при необходимости.

Наряду с достоинствами имеются и некоторые недостатки:

  • Автомобильный генератор нуждается в высокой скорости вращения, что требует использования повышающего редуктора или изменений в конструкции устройства.
  • Ресурс автомобильного генератора ограничен примерно 4000 часами работы (в среднем). Даже новый генератор не выдержит и года непрерывной работы и потребует ремонта.
  • Система возбуждения некоторых генераторов требует подачи напряжения на катушку, что вынуждает изменять конструкцию и устанавливать постоянные магниты.

Несмотря на имеющиеся недостатки, автомобильный генератор считается оптимальным вариантом, возможным при самостоятельном создании ветроэлектростанции.

Плюсы и минусы конструкции

Специалисты считают, что для обеспечения электричеством загородного дома достаточно маятника с осью длиною 6 м. В таком случае электромагниты будут толкать неодимовые магниты на маятнике с силой более 100 кг. Плюсы такого устройства в том, что оно не зависит от ветра или солнца. Кроме того, такой генератор не нуждается в дорогих аккумуляторах, как другие альтернативные генераторы энергии.

Однако при использовании не исключены проблемы:

  1. В момент движения маятника в обратную сторону может смениться полярность магнитов. Решается с помощью включения в цепь тиристоров и диодов.
  2. В момент зависания маятника в верхней точке может возникнуть эффект пульсации в сети. Решается так:
  • устанавливается конденсатор, который краткосрочно собирает энергию, препятствуя скачкам;
  • монтируется аккумулятор, который будет собирать энергию долгосрочно;

Генератор на неодимовых магнитах

конструируется ещё один генерирующий маятник, который будет работать асинхронно с первым (когда один – в верхней точке окружности, второй – в нижней).

Внимание! С ферритовыми магнитами этот проект реализовать не удастся из-за их технических характеристик.

Сборка и установка ветрогенератора

Установку ветрогенератора следует выполнять на удалении от жилых домов и прочих сооружений. Расстояние должно быть как минимум 20 метров, а, вообще, чем больше, тем лучше. Лучше всего устанавливать ветряную станцию на открытом пространстве или на холмах, где ветер значительно сильнее. При установке следует учесть плотность грунта. От этого будет определяться длина клиньев, которые будут местами крепления растяжек самой мачты.

Способы обустройства растяжек выбирают в зависимости от высоты мачты. Сама мачта ветрогенератора ставится в грунт на глубину полметра или ниже. Основание мачты и клинья, к которым крепятся растяжки, бетонируются. Если этого не сделать, то почва может стать рыхлой после дождя, что приведёт к ослаблению растяжек.

Он потребуется для того, чтобы подниматься к основным рабочим элементам ветрогенератора для их обслуживания.

Законность установки ветрогенератора

Альтернативные источники энергии – мечта любого дачника или домовладельца, участок которого находится вдали от центральных сетей. Впрочем, получая счета за электроэнергию, израсходованную в городской квартире, и глядя на возросшие тарифы, мы осознаём, что ветрогенератор, созданный для бытовых нужд, нам бы не помешал.

Прочитав эту статью, возможно, вы воплотите свою мечту в реальность.

Ветрогенератор – отличное решение для обеспечения загородного объекта электроэнергией. Причем в ряде случаев его установка является единственным возможным выходом

Чтобы не потратить зря деньги, силы и время, давайте определимся: есть ли какие-либо внешние обстоятельства, которые создадут нам препятствия в процессе эксплуатации ветрогенератора?

Для обеспечения электроэнергией дачи или небольшого коттеджа достаточно малой ветроэнергетической установки, мощность которой не превысит 1 кВт. Такие устройства в России приравнены к бытовым изделиям. Их установка не требует сертификатов, разрешений или каких-либо дополнительных согласований.

Для того чтобы определиться с целесообразностью устройства ветрогенератора, необходимо выяснить ветроэнергетический потенциал конкретной местности (кликните для увеличения)

Впрочем, на всякий случай следует поинтересоваться, нет ли каких-либо местных нормативных актов, касающиеся индивидуального энергоснабжения, которые могли бы создать препятствия в установке и эксплуатации этого устройства.

Претензии могут возникнуть у ваших соседей, если они будут испытывать неудобства, связанные с эксплуатацией ветряка. Не забывайте, что наши права заканчиваются там, где начинаются права других людей.

Поэтому при покупке или самостоятельном изготовлении ветрогенератора для дома нужно обратить серьёзное внимание на следующие параметры:

Высота мачты. При сборке ветрогенератора нужно учитывать ограничения на высоту индивидуальных построек, которые существуют в ряде стран мира, а также местонахождение собственного участка. Знайте, что поблизости от мостов, аэропортов и тоннелей строения, высота которых превышает 15 метров, запрещены.
Шум от редуктора и лопастей. Параметры создаваемого шума можно установить при помощи специального прибора, после чего зафиксировать результаты замеров документально

Важно, чтобы они не превышали установленные шумовые нормы.
Эфирные помехи. В идеале при создании ветряка должна быть предусмотрена защита от создания телепомех там, где ваше устройство может такие неприятности обеспечить.
Претензии экологических служб. Эта организация может препятствовать вам в эксплуатации установки только в том случае, если она мешает миграции перелетных птиц. Но это маловероятно.

При самостоятельном создании и монтаже устройства учите эти моменты, а при покупке готового изделия обратите внимание на параметры, которые стоят в его паспорте. Лучше заранее обезопасит себя, чем впоследствии расстраиваться

  • Целесообразность устройства ветряка обосновывается в первую очередь достаточно высоким и стабильным ветряным напором в местности;
  • Необходимо располагать достаточно большим участком, полезная площадь которого не будет существенно сокращена из за установки системы;
  • Из-за сопровождающего работу ветряка шума желательно, чтобы между жильем соседей и установкой было не менее 200 м;
  • Убедительно аргументирует в пользу устройства ветрогенератора неуклонно повышающаяся стоимость электроэнергии;
  • Устройство ветрогенератора возможно только в местностях, власти которых не препятствуют, а лучше еще и поощряют использование зеленых видов энергии;
  • Если в регионе сооружения мини электростанции, перерабатывающей энергию ветра, случаются частые перебои, установка минимизирует неудобства;
  • Владелец системы должен быть готов к тому, что вложенные в готовое изделие средства не окупятся сразу. Экономический эффект может стать ощутимым через 10 – 15 лет;
  • Если окупаемость системы – не последний момент, стоит задуматься об сооружении мини электростанции собственными руками.

Виды ветряных электростанций

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

Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть.

Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.

В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:

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

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

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

Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м

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

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

Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий

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

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

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

Следует отметить, что вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер.

В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.

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

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

Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс.

Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.

Переделываем атомобильный генератор

Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.


Автомобильный генератор

Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.

Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.

Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.


Генератор для ветряка из автомобильного генератора

Применение

В быту и на производстве такие генераторы широко применяются в различных сферах и областях, но наиболее востребованы они для выполнения следующих функций:

  1. Использование в качестве двигателей для ветряных электростанций, это одна из наиболее популярных функций. Многие люди самостоятельно изготавливают асинхронные генераторы для задействования их в этих целях.
  2. Работа в качестве ГЭС с небольшой выработкой.
  3. Обеспечение питанием и электроэнергией городской квартиры, частного загородного дома или отдельного бытового оборудования.
  4. Выполнение основных функций сварочного генератора.
  5. Бесперебойное оснащение переменным током отдельных потребителей.

Характеристики неодимовых магнитов

Но давайте сначала выясним, что собой представляют магниты. Они появились не так давно. Приобрести в магазине магниты можно было с девяностых годов прошлого века. Изготовлены они из неодима, бора и железа. Основным элементом, конечно, является неодим. Это металл лантоноидной группы, с помощью которого магниты приобретают огромную силу сцепления. Если взять две штуки большого размера и притянуть друг к другу, то расцепить их будет почти невозможно.

В продаже в основном, конечно, встречаются миниатюрные виды. В любом сувенирном магазине можно найти шарики (или другую форму) из этого металла. Высокая цена неодимовых магнитов объясняется сложностью добычи сырья и технологии его производства. Если шарик диаметром 3-5 миллиметров обойдется всего в несколько рублей, то за магнитик диаметром от 20 миллиметров и выше придется выложить 500 рублей и более.

Неодимовые магниты получают в специальных печах, где процесс происходит без доступа кислорода, в вакууме или атмосфере с инертным газом. Самые распространенные — это магниты с аксиальным намагничиванием, в которых вектор поля направлен вдоль одной из плоскостей, где измеряется толщина.

Характеристики неодимовых магнитов очень ценны, но их легко можно испортить без возможности восстановления. Так, сильный удар способен лишить их всех свойств. Поэтому нужно стараться избегать падений. Также у разных видов имеется свой температурный предел, который варьируется от восьмидесяти до двухсот пятидесяти градусов. При температуре выше предельной магнит теряет свои свойства.

Правильное и аккуратное использование служит залогом сохранения качеств в течение тридцати лет и более. Естественное размагничивание составляет всего один процент в год.

Общий принцип работы

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

Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение

Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков

Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра

Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером

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

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Подготовительные мероприятия перед работой

Перед началом работы необходимо определиться, какое именно устройство хотите сделать, так как существует несколько видов ветрогенераторов:

  • роторный;
  • аксиальный, на магнитах и т.д.

Бывает два расположения оси:

  • горизонтальное – самое распространённое, КПД у такого вида в 2 раза больше;
  • вертикальное – устанавливается внизу, так как имеет большой вес. А ветер внизу тише в 2 раза и, следовательно, мощность устройства уменьшается раз в 8. Преимущество – в меньшем шуме и удобстве использования.

Независимо от типа конструкции, для изготовления самодельного ветрогенератора следует запастись:

  • автомобильным генератором;
  • вольтметром;
  • реле зарядки аккумулятора;
  • регулятором напряжения для переменного тока;
  • материалом для изготовления лопастей;
  • аккумулятором кислотным или гелиевым;
  • коробкой для закрывания провода;
  • ёмкостью (нержавеющая кастрюля или ведро из алюминия);
  • выключателем на 12 вольт;
  • электрическим трёхжильным кабелем (сечение не меньше 2,5 мм кв.);
  • старой водопроводной трубой (диаметр не меньше 15 мм, длина 7 м);
  • лампочкой-зарядкой;
  • четырьмя болтами с гайками и шайбами;
  • металлическими хомутами для крепления.

Кроме того, необходимо иметь для работы специальные инструменты:

  • болгарку с дисками;
  • маркер;
  • шуруповёрт;
  • дрель и свёрла;
  • ножницы по металлу;
  • набор накидных ключей;
  • газовые ключи разных номеров;
  • кусачки;
  • рулетку.
Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий