Устройства с лопастями парусной формы
Устройства с лопастями парусного типа на рынке встречаются довольно редко. Изготавливаются ветряные генераторы для дома своими руками, как правило, небольшой мощности. В среднем крутящий момент у них достигает 22 Нм. Для того чтобы собрать модификацию на 15 Вт, потребуется станина, токоприемник и преобразователь. В данном случае шкиф используется из стали.
В первую очередь при сборке устанавливается мачта
Далее к ней важно надежно прикрепить станину. Некоторые модификации собираются с поворотными механизмами
Для увеличения КПД устройства используются статоры различных типов. Хвостовые пластины чаще всего устанавливаются из алюминия. Инвертор для устройства подойдет импульсного типа. Непосредственно преобразователь стандартно используется на 220 В.
Как сделать ветрогенератор своими руками
Основой создания ветрогенератора является грамотно сделанный проект и подготовленный чертёж
Это очень важно, потому что без чёткого представления о том, как должен выглядеть прибор, будет трудно построить его правильно, не нарушив порядок монтажа всех элементов
Чертежи и схемы
Начинать нужно с составления общего эскиза ветротурбины, пометив ключевые элементы: башню, генератор, деревянное основание, лопасти и ступицу, которая соединяет их вместе. Самостоятельно составленная схема может быть не сильно подробной: в этом нет необходимости. Её следует использовать для общего представления о том, каким будет расположение различных частей ветряного двигателя, и как конструкция будет выглядеть на завершающих этапах.
Схема сборки ветроэлектрического генератора
После подготовки схемы нужно выставить правильные размеры ветрогенератора. Они должны включать в себя высоту, длину и ширину деревянного основания, которое соединяет генератор и хвостовой плавник с башней. Также определить размеры для лопастей из металлических труб или труб из ПВХ, в зависимости от того, какой материал будет использоваться. Отдельные измерения нужны для хвостового плавника: высота, ширина и длина, а также диаметр – для лезвий, которые определяют размер ветровой турбины.
После того как будет готов чертёж и черновой набросок устройства с выставленными размерами, можно переходить к подготовке материалов и инструментов для работы.
Мачта
Мачта, на которой крепится ветрогенератор – это один из самых важных его узлов.
Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.
Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:
- Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
- Оптимальная конструкция мачты – это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант – это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
- Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.
Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора
Где следует устанавливать ветрогенераторы
От правильной установки ветрогенератора зависит объем производимой электроэнергии. Оптимальным местом для таких устройств будет открытая площадка, обдуваемая со всех сторон ветрами. Если поблизости располагаются высокие деревья, то лучше подыскать более подходящее место для его установки.
Помните, что работа ветрогенератора не совсем бесшумная, поэтому соседям, находящимся в непосредственной близости от установленного устройства, будет некомфортно. Оптимальное расстояние от ближайшего жилого комплекса должно равняться 250 метрам.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что использование ветрогенератора на своем участке должно быть обоснованно его целесообразностью, а не данью моде. Если было решено использовать альтернативные источники энергии, то вам придется сделать выбор: заплатить большую сумму и приобрести готовую конструкции или сэкономить и изготовить устройство своими руками
Если эти вопросы остались позади, обратите внимание на месторасположение ветряка, ведь от этого тоже зависит эффективность его использования
Разновидности устройств
На сегодняшний день существует несколько признаков, по которым можно разделить на несколько групп сделанные своими руками ветряные генераторы или покупные.
Отличие может заключаться в количестве лопастей, которые имеются у пропеллера. Материал, из которого изготавливаются данные лопасти, также играет важную роль. Можно разделить на разные группы по расположению оси вращения по отношению к поверхности земли. Последнее – это шаговый признак винта.
На сегодняшний день можно встретить модели, у которых имеется одна, две или три лопасти, а также могут быть многолопастные приспособления. Отличительная особенность многолопастных заключается в том, что они будут вращаться даже при слабом ветре. Однако стоит отметить, что такие ветряные генераторы для частного дома чаще используются в том случае, если сам процесс поворота важнее, чем выработка электроэнергии. Другими словами, его можно использовать для подъема воды из глубокого колодца, к примеру.
Сами по себе лопасти могут быть двух типов – жесткими или парусными. Отличие состоит в материале, который используется для сборки. Парусные менее прочные и изготавливаются обычно из металла или стеклопластика. К тому же они гораздо дешевле, чем жесткие, но при этом их придется достаточно часто менять или ремонтировать, так как они менее прочные.
Что касается отличия по расположению оси вращения, то, естественно, что может быть всего два вида – горизонтальные и вертикальные. Каждый из них имеет свои положительные качества. Горизонтальное расположение лопастей дает больше мощности на выходе, а вертикальное позволит им реагировать практически на любое слабое дуновение ветра. По шаговому признаку модель может быть фиксированной или изменяемой. Сделать ветряной генератор для дома своими руками с изменяющимся шагом достаточно сложно, но в таком случае появится возможность регулировать скорость вращения лопастей. Фиксированные конструкции гораздо проще и надежнее в данном случае.
Обслуживание ветрогенератора
Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.
Схема работы ветрогенератора
- Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
- При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
- Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
- Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.
Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.
Финальная сборка
Раму генератора сваривают из профильной трубы. Хвост изготавливают из оцинкованной жести. Поворотная ось представляет собой трубку с двумя подшипниками. Генератор крепят к мачте таким образом, чтобы расстояние от лопасти до мачты было не менее 25 см. В целях безопасности для финальной сборки и монтажа мачты стоит выбрать безветренный день. Лопасти под действием сильного ветра могут изогнуться и разбиться о мачту.
Чтобы использовать аккумуляторы для питания техники, которая работает от сети 220 В, потребуется установить инвертор преобразования напряжения. Ёмкость батареи подбирается индивидуально к ветрогенератору. Этот показатель зависит от скорости ветра на местности, мощности подключаемой техники и частоты пользования ею.
Устройство ветрогенератора
Чтобы батарея не вышла из строя от чрезмерной зарядки, понадобится контроллер напряжения. Его можно изготовить самостоятельно, если обладаете достаточными знаниями в электронике, или купить готовый. В продаже имеется множество контролеров для механизмов получения альтернативной энергии.
Совет. Чтобы лопастник не сломался при сильном ветре, устанавливают простое устройство – защитный флюгер.
Ротор Бирюкова
Изобретение Бирюкова появилось в 60-х годах прошлого века. Особенностью конструкции является устройство ротора, имеющего два «этажа» с разным строение лопастей. КПД ветряка, заявленный изобретателем, составляет 46 %, что для подобных устройств вертикального типа весьма привлекательно.
Ротор стартует как обычное устройство Савониуса, но при наборе скорости образуется воздушная подушка из завихрений, изменяющая профиль крыльчатки на более выгодный при данном режиме вращения. Усиление ветра способствует образованию вихревого кокона, который заставляет поток обтекать его словно монолитную преграду.
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
Вертикальный ветрогенератор своими руками
Используемые материалы и оборудование
Габариты турбины могут быть выбраны произвольно – чем больше, тем мощнее. В примере диаметр изделия – 60 см.
Для изготовления вертикальной турбины понадобится:
- Труба Ø 60 см (желательно из нержавеющей стали – оцинковка, дюраль и т.д.).
- Прочный пластик (два диска диаметром 60 см).
- Уголочки для крепления лопастей (по 6 шт. на каждую) – 36 шт.
- Для основы – ступица автомобильная.
- Гайки, шайбы винты для крепления.
Оборудование и инструмент:
- Лобзик.
- Болгарка.
- Дрель.
- Отвёртка.
- Ключи.
- Перчатки, маска.
Для балансировки лопастей можно использовать небольшую металлическую пластину, магниты, а при небольшом дисбалансе можно просто просверлить отверстия.
Чертеж устройства ветрогенератора
Изготовление вертикального ветряка
- Металлическая труба разрезается вдоль так, чтобы получилось 6 одинаковых лопастей.
- Из пластика вырезается две одинаковых окружности (диаметр 60 см). Это будет верхняя и нижняя опора турбины.
- Чтобы немного облегчить конструкцию, можно вырезать в верхней опоре по центру круг Ø 30 см.
- В зависимости от того, сколько на автомобильной ступице отверстий, размечаются по ним точно такие же отверстия для крепления в нижней пластиковой опоре. Просверливаются дрелью.
- По шаблону нужно разметить расположение лопастей (два треугольника, образующих звезду). Отмечаются места крепления уголков. На двух опорах должно получиться идентично.
- Лопасти обрезать лучше не по одной, а все сразу (используется болгарка).
- Места креплений уголков нужно отметить и на лопастях. Затем просверлить отверстия.
- При помощи уголков лопасти крепятся к кругам-основаниям болтами и гайками через шайбы.
Чем длиннее лопасти, тем мощнее будет агрегат, но тем труднее его будет отбалансировать, в сильный ветер конструкцию «разболтает».
Генератор своими руками
Для ветряка нужно подбирать самовозбуждающийся генератор на постоянных магнитах (такие использовались в тракторах Т-4, МТЗ, т-16, т-25).
Если поставить обычный автомобильный генератор, у них обмотка напряжения работает от аккумулятора, то есть: нет напряжения – нет возбуждения.
Значит, если установить автогенератор + аккумулятор, и долгое время будет слабый ветер, аккумулятор просто разрядится и когда ветер появится вновь, система не запустится.
Либо изготовить ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками. Выдавать такой агрегат будет при слабом ветре 1,5 кВт, максимально, при сильном ветре 3,5 кВт. Инструкция по шагам:
Делаются два металлических блина, диаметром по 50 см.
На них по периметру на супер-клей крепятся по 12 неодимовых магнитов на каждой (размером примерно 50 х 25 х 1,2 мм). Магниты чередуются: «север» — «юг».
Блины размещаются друг напротив друга, полюса тоже ориентируются «север» — «юг».
Между ними размещается самодельный статор. Это 9 катушек медной проволоки сечением 3 мм. По 70 витков в каждой. Между собой они соединяются по схеме «звезда» и заливаются полимерной смолой. Катушки наматываются в одну сторону. Для удобства начало и конец обмотки нужно пометить (например, изолентой разных цветов).
Самодельный генератор для ветряка из неодимовых магнитов
Толщина статора около 15 — 20 мм. При его изготовлении нужно предусмотреть выходы обмоток с катушек через болты с гайками. С них будет идти питание генератора.
Расстояние между статором и ротором – 2 мм.
Суть работы в том, что север и юг магнитов меняются местами, что заставляет электрический ток «бегать» через катушку.
Магниты роторов будут очень сильно притягиваться. Чтобы соединить детали плавно, нужно просверлить в них отверстия и нарезать резьбу для шпилек. Роторы сразу выравниваются относительно друг друга и, постепенно, при помощи ключей, опускается верхний на нижний. После всего временные шпильки убираются.
Этот генератор можно использовать как на вертикальную, так и на горизонтальную модель.
Процесс сборки
- На мачте устанавливается кронштейн для крепления статора (он может быть трёх или шести лопастной).
- Над ним закрепляется гайками ступица.
- В ступице 4 шпильки. На них закручивается генератор.
- Статор генератора соединяется с кронштейном, неподвижно закреплённым на мачте.
- На вторую пластину ротора закрепляется лопастная турбина.
- От статора провода клеммами подключаются на регулятор напряжения.
Начало работ
Работы по изготовлению ветряного генератора энергии начинаются с того, что нужно взять емкость из нержавеющей стали или алюминия. Чаще всего используется ведро, большая кастрюля, выварка и прочее. Это будет основа для будущего ветряка.
Используя рулетку и маркер или карандаш, необходимо поделить емкость на 4 равные части. Далее, естественно, необходимо разрезать данный металл по разметке. Для этого обычно используется болгарка, однако если основа сделана из такого материала, как оцинкованный металл или окрашенная жесть, то придется работать ножницами, так как такие материалы просто перегреются во время резки болгаркой. Это будут лопасти, однако разрезать полностью конструкцию не стоит. Теперь необходимо приступить к переделыванию шкива генератора.
И в днище емкости, и в шкиве генератора нужно сделать разметку и просверлить отверстия под болты
Здесь очень важно следить за симметричным расположением, чтобы не возникло дисбаланса при вращении
После этого необходимо отогнуть лопасти, но не слишком сильно
Здесь важно учесть сторону, в которую будет вращаться генератор. Чаще всего направление идет по ходу часовой стрелки
Что касается изгиба лопастей, то площадь этих приспособлений будет напрямую влиять на скорость вращения, так как меняется плоскость воздействия воздушного потока на приспособление.
После всех этих манипуляций на шкив генератора крепится ведро или другая емкость с готовыми отверстиями для болтов.
Генератор крепится к мачте и фиксируется подготовленными хомутами. После этого необходимо подсоединить провода и собрать электрическую цепь.
Здесь придется иметь на руках схему, придется запомнить цвета всех проводов и маркировку контактов. Позже все это обязательно понадобится, а пока можно крепить провода также на мачте ветряка.
Домашний ветряной генератор также требует подключения аккумулятора. Чтобы его подключить, потребуются ранее купленные провода сечением 4 мм2. Протяженности в 1 метр будет вполне достаточно. Для подключения к данной сети нагрузки, то есть потребителей электрической энергии (световых ламп, бытовых приборов и т. д.), вполне хватит проводов по 2,5 мм2. После этого потребуется установить и подключить к цепи инвертор, для этого опять нужны провода 4 мм2.
Разрешается ли законом установка оборудования?
Прежде чем приступать к практическому этапу, покупке нужных вещей и прочего, стоит разобраться с тем, можно ли с точки зрения внешних факторов заняться установкой такого приспособления.
К примеру, если необходимо обеспечить электрической энергией небольшой загородный дом или усадьбу, вполне хватит небольшого ветряного генератора с мощностью на 1 кВт. На территории Российской Федерации данные приборы были приравнены к бытовым. Это значит, что нет необходимости в дополнительном пакете документов, разрешениях или прочем. К тому же налогов, которые накладываются на добычу электроэнергии, в случае ее использования для бытовых нужд человека, также не предусматривается. Это значит, что установка малого ветряка поможет добывать энергию и использовать ее в своих целях, не выплачивая при этом государству никаких средств. Единственное, о чем следует позаботиться, – это сведения о местных актах на добычу электроэнергии таким образом.
Как сконструировать ветрогенератор в домашних условиях
Несмотря на все преимущества ветрогенераторов, самым главным их минусом будет высокая стоимость. Естественно, что позволить их установку может не каждый, поэтому единственным выходом из сложившейся ситуации будет изготовление оборудования самостоятельно. Для выполнения этих работ вам необходимо подготовить схему конструкции, чертеж и все элементы оборудования.
Каждый самодельный ветрогенератор должен содержать такие детали:
- лопасти;
- генератор;
- мачту;
- установку для преобразования тока.
Процесс изготовления роторного ветрогенератора начинается с того, что подыскивается бочка или другая емкость, цилиндрической формы. Используя измерительные инструменты, необходимо разделить нашу емкость на четыре равные части — это будут лопасти конструкции. Остальные работы выполняются в несколько шагов:
При прорезании лопастей обратите внимание, что их не прорезают до конца, достаточно будет сделать глубокие прорези, при помощи болгарки;
Одновременно с этим занятием, вам необходимо переделать шкив генератора. Для этого, в днище емкости и шкиве отмечают и просверливают отверстия для будущих болтов;
Теперь необходимо отогнуть лопасти, но так, чтобы они не сильно отдалялись от центральной части
При отгибании лопастей учтите, куда будет выполняться вращение генератора. В большинстве случаев его движение выполняется по часовой стрелке;
Угол наклона лопастей будет влиять на степень вращения лопастей и территорию захвата воздушными массами.
- На шкив необходимо установить емкость с отогнутыми лопастями;
- Прикрепить генератор на мачту, закрепив его при помощи хомутов;
- Осталось подсоединить все провода и собрать цепь. Для удобства, необходимо переписать схему соединения проводов и промаркировать контакты, это поможет избежать путаницы в дальнейшем. Провода закрепляют на мачте;
- Присоединение аккумулятора выполняется 4 мм проводами. Максимальная длина отрезка, который может пригодиться, будет равна 1 м;
- Для подключения конструкции к сети используют провода, сечением 2,5 мм2;
- Теперь устанавливается инвертор, для чего используются провода, сечением 4 мм2.
Есть еще несколько способов изготовления ветрогенератора в домашних условиях, что можно посмотреть на представленных видео.
Схема отопления дома при помощи ветрогенератора
Схема отопления мало отличается от обычной, используемой при использовании собственного котла. Разница лишь в способе нагрева теплоносителя. Нужна емкость, в которой нагревается теплоноситель (вода), соединенная с отопительной системой дома. Самый простой способ — использование температурного подъема воды (гравитационный метод). Горячая вода поднимается вверх, проходит по радиаторам, отдает тепловую энергию и, остывая, возвращается в емкость для повторного нагрева.
Такой метод не требует наличия сложных устройств, но естественная циркуляция — процесс неустойчивый, при некоторых изменениях температур он может прекратиться. Для обеспечения равномерности циркуляции используются насосы, устанавливающие в системе определенное циркуляционное давление и скорость движения теплоносителя. Это делает систему более требовательной к нагреву, точнее, к стабильности температуры теплоносителя.
Подача электроэнергии для отопления должна быть максимально непрерывной. Это еще одна причина использования аккумуляторов и инверторов, позволяющих во время спадания ветра обеспечивать подачу тока на нагреватели. Таким образом, схема проста: ветрогенератор — нагреватели воды — система отопления дома.
Модели на три лопасти
Ветряные генераторы электрического тока на три лопасти выпускаются с различной мощностью. Наиболее распространенными принято считать устройства с ветроколесом на 230 мм. В этом случае для сборки модели используется станина из стали. Непосредственно мачта подбирается диаметром до 5,5 см. Статор в данном случае потребуется коллекторного типа. В этом случае номинальное напряжение генератора будет колебаться в районе 25 В. В свою очередь показатель крутящего момента не превысит 20 Нм.
Если рассматривать модификацию с ветроколесом на 270 см, то статор следует устанавливать с токоприемником. Выпрямитель в этом случае используется двухфазного типа
Перед установкой преобразователя важно закрепить поворотный узел. Для этого используется опорная пластина
В среднем показатель мощности у данных модификаций колеблется в районе 13 Вт. Параметр номинального напряжения не превышает 22 В. За минуту вал способен совершать около 150 оборотов. Минимальная рабочая скорость ветра равняется 3 метра в секунду.
Электрогенератор своими руками: расчет мощности устройства
Изготовление любого ветряка для частного использования начинается с подготовительного этапа – расчета мощности устройства. Так, например, для работы водяного отопления нужно будет установить ветряк высотой не менее 5-6 метров. При этом, использовать для обогрева лишь энергию ветра не получиться: скорость ветра достаточно переменчива. А вот в качестве дополнительного источника, который позволит сэкономить средства, использовать ветер можно.
Чтобы самому рассчитать мощность ветрогенератора, следует определить силу воздушного потока.
Для этого можно воспользоваться многочисленными формулами, которые представлены в сети. Наиболее простым решением будет использование калькулятора, который рассчитывает силу ветра самостоятельно. Вам, при этом, нужно будет лишь вбить в программу нужные значения. Чаще всего это: площадь, на которую дует ветер, плотность и скорость ветра.
Кроме того, для работы понадобится электрическая схема ветряка, подробные чертежи конструкции, которые можно нарисовать на обычном листе бумаги или визуализировать при помощи компьютерной программы для трехмерного моделирования.
Домашний ветрогенератор и схема контроллера
Контроллер, отвечающий за обслуживание АКБ, предназначен для управления зарядным процессом. Данная функция делится на несколько подфункций:
К примеру, один функционал следит за токами заряда и саморазряда. Второй реализует действия, измеряющие давление и температурный режим. С помощью третьего компенсируется разница энергетических потоков, когда одновременно с потреблением энергии осуществляется зарядка батарей.
Полным функционалом обладают промышленные приборы, а вот домашние самодельные контроллеры от совершенства далеки. Но и они нормально работают, защищая установку от перенапряжения и глубокой разрядки.
Контроллер представляет собой отдельный электронный модуль, способный быстро отключаться и сниматься.
