Для получения электроэнергии ветряку не нужно топливо или солнечная энергия. Такая особенность заставляет многих задуматься о том, как построить ветрогенератор своими руками, ведь покупка и монтаж готового оборудования обходятся недешево.
Содержание
Принцип работы и виды ветряного генератора
Самостоятельно сделать ветряк можно только при понимании его устройства. Прообраз этого агрегата — старинная ветряная мельница. При давлении потоков воздуха на ее крылья в движение приходил вал, который и передавал вращающий момент на оборудование мельницы.
В ветряных установках для производства электричества применяется тот же принцип использования энергии ветра для вращения ротора:
- Движение лопастей при воздействии ветра заставляет вращаться первичный вал с редуктором. Крутящий момент передается на вторичный вал (ротор) генератора, снабженный 12 магнитами. В результате его вращения в статорном кольце возникает переменный ток.
- Эта разновидность электроэнергии не может зарядить аккумуляторы без специального устройства — контроллера (выпрямителя). Прибор переводит переменный ток в постоянный, позволяя аккумулировать его, чтобы бытовая техника могла работать без перебоев. Контроллер выполняет и другую функцию: вовремя прекращает зарядку АКБ, а избыток вырабатываемой ветряком энергии переводит в агрегаты, потребляющие большое ее количество (например, к ТЭНам для отопления дома)
- Чтобы обеспечить подачу напряжения в 220 В, ток подается с аккумуляторов в инвертор, а затем уже поступает к точкам потребления электроэнергии.
Чтобы лопасти всегда занимали лучшее положение для взаимодействия с ветром, на крыльчатых устройствах устанавливают хвост, который позволяет повернуть пропеллер к ветру. Заводские модели ветряков имеют тормозные устройства или дополнительные схемы для складывания хвоста либо увода лопастей от ударов ветра при неблагоприятной погоде.
Выделяют несколько видов ветрогенераторов, классифицируя их по количеству и материалу лопастей или шагу винта. Но основное деление происходит по расположению оси или первичного вала:
- Горизонтальный тип подразумевает расположение вала параллельно поверхности земли. Такие генераторы называют крыльчатыми.
- У вертикальных ветряков ось расположена перпендикулярно горизонту, а плоскости расположены вокруг нее. Вертикальные генераторы могут носить наименование ортогональных или карусельных.
Независимо от расположения оси вращения принцип работы агрегата остается одинаковым.
Модели ветряков могут иметь пропеллер либо ветроколесо из 2, 3 или нескольких лопастей. Считается, что многолопастные устройства способны вырабатывать ток при небольшом ветре, а пропеллерам с 2-3 крыльями необходим поток воздуха большей силы. При выборе модели необходимо учесть и важное правило о том, что каждая лопасть создает сопротивление потоку ветра и уменьшает скорость вращения, поэтому раскрутить многолопастное колесо до рабочей скорости достаточно сложно.
Среди разновидностей ветряков встречаются парусные и жесткие. Эти наименования обозначают материал, из которого изготовлены крылья. При самостоятельной сборке парусный тип будет проще и экономичнее, но лопасти из пластичного материала (ткани, пленки и пр.) не отличаются прочностью и износостойкостью.
Вертикальный вариант
Сделать ветрогенератор вертикального типа проще, чем горизонтальный. Конструкция не требует флюгерного устройства, размещается на небольшой высоте (до 2 м). Отзывы тех, кто пользуется вертикальными ВЭУ (ветроэлектрическая установка), свидетельствуют о незначительном шуме при вращении и удобстве обслуживания рабочих узлов агрегатов. Генератор расположен в нижней части конструкции, и техобслуживание можно проводить без проведения высотных работ или опускания мачты на землю.
На верхнем конце оси, одновременно выполняющей роль мачты, устанавливают подшипник. Эта деталь практически не требует ухода и способна служить несколько лет без ремонта.
В отличие от лопастного ветряка вертикальные ВЭУ не требуют установки высокой мачты. Они работают независимо от направления ветра, что упрощает конструкцию подвижной части. Для лопастей компактного ветрогенератора можно использовать трубу из ПВХ большого диаметра (например, канализационную), а для более мощной ВЭУ подойдет тонкая оцинкованная сталь. Эти материалы доступны любому домашнему мастеру и относительно дешевы.
Конструкцию ветрового колеса можно выбрать самостоятельно из множества имеющихся вариантов:
- конструкция Дорнье с 2 плоскими лопастями;
- система Савониуса с 4 полуцилиндрическими крыльями;
- ортогональный многолопастный ветряк с 2 рядами плоскостей;
- геликоидные ВЭУ с изогнутым профилем лопастей.
Все вертикальные ветряки используют принцип агрегата Савониуса. В домашних условиях изготовить лопасти можно из стальных или пластиковых бочек, разрезанных вдоль пополам. Особенность конструкции заключается в том, что КПД агрегата достигает максимума при скорости лопастей в 2 раза меньше скорости ветра. Поэтому не стоит пытаться нарастить обороты для вертикальной ВЭУ.
Горизонтальные модели
В отличие от вертикальных генераторов самодельные ветрогенераторы с пропеллером имеют больший КПД при увеличении оборотов лопастей. Но многочисленные и узкие элементы винта не способствуют лучшей работе: при сильном напоре ветра они не успевают раскручивать вал из-за образующейся перед винтом воздушной подушки.
Многолопастные ветрогенераторы для дома своими руками лучше делать в местности с не слишком сильными ветрами. Если сила ветра в регионе часто превышает 10-15 м в секунду, имеет смысл построить ветряк с 2-3 лопастями. Оба типа способны начинать работу при скорости потока воздуха около 2-3 м в секунду.
Горизонтальная модель требует установки высокой мачты (6-12 м). Чтобы избежать высотных работ при обслуживании, народные умельцы устанавливают в основании мачты простейший складной механизм — ось. Для устойчивости конструкции при сильной ветровой нагрузке необходимы вантовые растяжки, удерживающие стойку в вертикальном положении.
Гондола с генератором и пропеллером должна быть закреплена на подшипнике и обеспечена флюгерным оперением, чтобы винт всегда занимал выгодное положение относительно ветра. Кабели, по которым будет отводиться ток, следует расположить так, чтобы они не перекручивались при вращении гондолы, не создавали помех и не были разорваны. Поэтому их проводят внутри трубчатой мачты.
Как сделать ветрогенератор на 220В?
Начинать работу по созданию ВЭУ следует с определения требуемой мощности агрегата:
- для освещения нескольких комнат достаточно иметь генератор мощностью менее 1 кВт; он обеспечит питание ламп накаливания или энергосберегающих, а в дополнение можно будет включить в сеть ноутбук или телевизор;
- самодельный ветрогенератор производительностью на 5 кВт обеспечит электроэнергией бытовые приборы (холодильник, стиральную машину, плиту и пр.);
- чтобы полностью перевести дом на автономное обеспечение электричеством, нужен мощный генератор производительностью более 20 кВт.
Генератор можно сделать самостоятельно или приспособить снятый со старого автомобиля соответствующий узел. Таким способом можно обеспечить производство тока до 2-3 кВт. Чтобы сделать более мощный ветрогенератор своими руками на 220В, потребуется проводить точные расчеты количества катушек и витков провода, размеров и количества магнитов на роторе и параметров крыльев лопастей.
Простая конструкция
Для простейшей конструкции мощностью около 1-1,5 кВт потребуется:
- генератор автомобиля (12 В);
- аккумулятор кислотный (12 В);
- выключатель-кнопка (12 В);
- преобразователь тока 700-1500 В и 12-220 В;
- металлическая большая емкость;
- болты, шайбы, гайки;
- хомуты для крепления генератора (2 шт.).
В шкиве автомобильного генератора нужно сделать симметричные отверстия для болтов. Окружность емкости разделить на 4 равные части. Вырезать лопасти:
- на боковой стороне емкости разметить прямоугольники соответственно меткам деления окружности;
- найти вертикальную середину каждого элемента;
- разметить сверху и снизу емкости сплошные ободки шириной 3-5 см;
- разрезать металл между отдельными прямоугольниками до линии ободков;
- сделать разрезы по верхней и нижней границам разметки так, чтобы середина прямоугольника оставалась целой и соединенной с ободками;
- развернуть каждую лопасть относительно центральной оси;
- определить центр круглого днища, отметить места отверстий для болтов в соответствии с их расположением на шкиве генератора.
При разворачивании крыльев стоит определить направление вращения ветрового колеса, чтобы вывести наружу нужные части плоскостей. Для обеспечения одинаковой нагрузки на все лопасти следует измерять углы их разворота.
Сборка конструкции заключается в соединении болтами шкива генератора и дна емкости. После этого готовят основание для установки ветряного генератора (мачту из толстой трубы высотой около 2 м). Прикрепить генератор к ней проще всего хомутами соответствующего диаметра. Для зарядки АКБ ток от генератора нужно пропустить через выпрямитель, подключение проводить, используя электросхемы автомобиля.
Самодельный генератор для лопастной ВЭУ
Агрегат для горизонтального ветрогенератора можно собрать из колесных ступиц от автомобиля или использовать электродвигатель от стиральной машины. Для работы потребуется приобрести магниты из неодима (ниобиевый сплав). Лучше взять прямоугольные элементы.
Определить их количество можно по числу катушек, если используется двигатель. Для трехфазного генератора число магнитов должно составить 2/3 от количества катушек, а для однофазного — соответствовать ему. Мастера-практики советуют остановить выбор на трехфазном генераторе.
При использовании мотора от стиральной машинки магниты нужно наклеить на ротор двигателя. Если используется ступица колеса, то магниты размещают на круге из листовой стали толщиной около 5 мм. При сборке ротора соблюдают правила:
- Расстояние между магнитами должно быть одинаковым. Прямоугольные элементы на ступице располагают длинными сторонами по радиусам круга, а на валу двигателя — по его продольной оси.
- Перед работой нужно определить и маркировать полюса магнитов. Установку их производят так, чтобы противолежащие элементы имели разную полярность. При размещении магнитов чередуют положительный и отрицательный полюса у соседних деталей.
- Чтобы магниты прочно держались на поверхности ротора, их рекомендуется залить эпоксидкой.
При использовании вала двигателя в качестве ротора деталь устанавливают на ее место в обмотке и проверяют работоспособность конструкции, прикладывая щупы вольтметра к выводам проводов и вращая вал при помощи дрели.
Если используется ступица, то самостоятельно наматывают катушки из эмалированного медного провода сечением 1 мм. Каждая катушка должна состоять из 60 витков и иметь высоту 9 мм. Катушки следует закрепить на плоской части колесной ступицы.
Для трехфазного генератора соединить концы проводов так:
- внешний вывод 1 катушки оставить свободным, а внутренний — соединить с внешним на 4;
- внутренний проводок 4 катушки связать с внешним на 7 и продолжать до конца, соединяя детали обмотки через каждые 2 шт.; на последней должен остаться свободный внутренний конец, который легко скручивают с уже оставленным выводом или маркируют иначе;
- повторить процесс со 2 катушки, соединяя провода по этому же принципу через каждые 2 элемента;
- выполнить то же с 3 катушкой и оставшимися неподключенными.
В конце работы мастер будет иметь 6 отдельных выводов. Обмотку нужно залить эпоксидкой и высушить.
Потом в подшипнике ступицы нужно зажать вал, на который насадить роторное кольцо с магнитами. Зазор между плоскостями деталей составляет 1-1,5 мм. Проверить наличие тока на выводах, собрать ветряк и установить его на мачте.
Обслуживание оборудования
При эксплуатации ветряка 1 раз в месяц нужно проводить общий осмотр крепежей, проверять электросистему на дисбаланс напряжения, исправность контроллера и равномерность натяжения вант. Для бесперебойной работы 1 раз в 3-4 месяца стоит осмотреть клеммные соединения аккумулятора, проверить уровни электролита и масла у редуктора генератора.
В ежегодный осмотр входит проверка поверхностей лопастей, определение работоспособности подшипников и их замена. В эти сроки пополняют и уровень электролита, добавляют масло в редуктор. Ежегодный ТО подразумевает проверку всех узлов на работоспособность.
Похожие статьи:
Загрузка...