Ветрогенератор

Содержание

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:

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

Принцип действия ветрогенератора

Принцип работы ветрогенератора построен на преобразовании кинетической энергии силы ветра в энергию вращения вала генератора. Для вертикальных ветрогенераторов, вертикальная ось соединена с вертикальным ротором. Генератор и ротор расположены внизу конструкции. Лопасти закреплены в вертикальной оси.

Вращаясь, лопасти заставляют вращаться ротор генератора, который начинает вырабатывать переменный и нестабильный ток. Это ток идет на контроллер, который преобразует его в постоянное напряжение и заряжает аккумуляторы. С аккумулятора питание идет на инвертор, назначение которого превращение постоянного тока в переменное напряжением 220 В или 380 В, которое поступает к потребителям электроэнергии.

Какой выбрать ветрогенератор для частного дома

Ветрогенератор (ветряк) — это устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с последующим переводом в электричество. Производство ветрогенераторов в России за последние годы значительно выросло вместе интересом потребителей. Сегодня на рынке представлены импортные и российские ветрогенераторы мощностью от 0,1 до 70 кВт. Купить ветрогенераторы для дома можно в перечисленных ниже компаниях, продукция которых наиболее популярна у потребителей:

ООО «Ветро Свет» (Санкт-Петербург), мощность ветряков 0,25–1,5 кВт;
ООО «СКБ Искра» (Москва), мощность 0,5 кВт;
OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., Миасс), мощность 1,5–30 кВт;
ООО «Сапсан-Энергия» (Московская обл.), мощность 0,5–5 кВт;
ЗАО «Ветроэнергетическая компания» (Санкт-Петербург), мощность 5 и 30 кВт;
ЛМВ «Ветроэнергетика» (Хабаровск), мощность 0,1–10 кВт.

Различают бытовые и промышленные ветрогенераторы:

Бытовые ветрогенераторы ‑ ветряки небольшой мощности, достаточной для обеспечения энергией частного дома. Для их работы нужна постоянная скорость ветра от 4 м/сек, а последние разработки оборудования позволяют вырабатывать электроэнергию и на слабых ветрах.
Промышленные ветрогенераторы имеют мощность в несколько мВт. Такие установки работают на крайнем севере в районах с постоянными сильными ветрами.

Необходимые условия для эксплуатации вертогенератора:

среднегодовая скорость ветра не менее 4 м/сек;
свободное место для установки ветряка (лучше на возвышенности);
официально согласовывать установку с местной администрацией не потребуется — следует просто поставить ее в известность;
согласие соседей на установку — шум, создаваемый ветряком, может вызвать недовольство живущих рядом людей;
кроме самой установки, понадобится масса дополнительного оборудованная: аккумуляторы, инвенторная установка, система управления, мачта.

Самый большой ловец ветра Enercon

Самым большим в мире принято считать детище компании Enercon. Мощность энергоустановки составляет 7,58 МВт. Высота несущей башни может изменяться в зависимости от требований потребителя, в стандартном варианте высота составляет 135м, а размах лопастей— 126м. Общая масса данной конструкции составляет величину около 6000т.

Если оговаривать самую большую ветровую установку для выработки электричества согласно размаху винтов-она находиться в Дании. Изготовили турбину инженеры компании LM Wind Power. Размах лопастей составляет 180м. Это рекордный размер, который в мире не имеет равных. Разработчики большой размер придали только лопастям считая, что чем больше будут остальные детали у ветротурбины, тем больше в нее будет бить молний. Сами лопасти инженеры оборудовали специальной защитой, которая отводит разряд от удара молнии прямо в землю. Также лопасти самого большего размера оснащены специальным покрытием, что защищает их от без абразивного износа, а также от дождя или снега.

Компании, что активно развивают отрасль энергетики утверждают, что вскоре мир увидит гигантские конструкции с размахом “вентилятора” более 200 метров. Согласно их прогнозам, такой генератор сможет работать непрерывно даже при ураганах и обеспечить электричеством более 10000 домов – небольшой городок. Нам остаётся только надеяться на то, что у них все получиться, и вскоре мы сможем забыть о больших счетах за электроэнергию.

Типы ветряков

Существует два типа ветрогенераторов – вертикальный и горизонтальный (пропеллерный). Каждый из видов имеет свои плюсы и минусы, в том числе экономические.

Горизонтальный

Горизонтальное расположение оси позволяет использовать энергию ветра при любой его направленности, чего нельзя сказать о вертикальном ветряке, который необходимо направлять по ветру. С другой стороны, при слабом ветре КПД будет ниже, особенно при низком расположении лопастей.

К преимуществам можно также отнести возможность установки на любой поверхности – крыше, вагончике, специальной платформе. Конструкция не занимает много места, в том числе в высоту. Ее стоимость ниже, чем вертикальных ветряков.

Горизонтальный ветрогенератор для частного дома работает эффективнее и с большим постоянством, чем вертикальный. Реже случаются падения и завалы, так как механизм можно устанавливать на небольшой высоте – до 1,5 м.

Вертикальный

Вертикальные ветряные электростанции встречаются чаще, так как считаются более продуктивными. Если расположить лопасти на большой высоте, где ветер сильнее, за единицу времени вертикальный ветряк сможет производить больше энергии, чем горизонтальный. Данный тип предпочтительнее для строительства ветряного парка.

Есть и минусы, например, требуется больше расходных материалов, поэтому конструкция стоит дороже. Установка сложная, требует привлечения специальной техники.

Для стабильности получения энергии в домашних хозяйствах рекомендуется ставить как вертикальные, так и горизонтальные ветрогенераторы.

Ветряк #1 — конструкция роторного типа

Можно сделать своими руками несложный ветряк роторного типа. Конечно, снабдить электроэнергией большой коттедж ему вряд ли будет под силу, зато обеспечить электричеством скромный садовый домик вполне под силу. С его помощью можно снабдить светом в вечернее время суток хозяйственные постройки, осветить садовые дорожки и придомовую территорию.

Так или почти так выглядит роторный ветрогенератор, сделанный своими руками. Как видите, в конструкции этого оборудования нет ничего сверхсложного

Подготовка деталей и расходников

Чтобы собрать ветрогенератор, мощность которого не будет превышать 1,5 КВт, нам понадобятся:

генератор от автомобиля 12 V;
кислотный или гелиевый аккумулятор 12 V;
преобразователь 12V – 220V на 700 W – 1500 W;
большая ёмкость из алюминия или нержавеющей стали: ведро или объёмистая кастрюля;
автомобильное реле зарядки аккумулятора и контрольной лампы заряда;
полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 V;
вольтметр от любого ненужного измерительного устройства, можно автомобильный;
болты с шайбами и гайками;
провода сечением 2,5 мм2 и 4 мм2;
два хомута, которыми генератор будет крепиться к мачте.

Для выполнения работы нам будут нужны ножницы по металлу или болгарка, рулетка, маркер или строительный карандаш, отвертка, ключи, дрель, сверло, кусачки.

Ход конструкторских работ

Мы собираемся изготовить ротор и переделать шкив генератора. Для начала работы нам понадобится металлическая ёмкость цилиндрической формы. Чаще всего для этих целей приспосабливают кастрюлю или ведро. Возьмем рулетку и маркер или строительный карандаш и поделим ёмкость на четыре равные части. Если будем резать металл ножницами, то, чтобы их вставить, нужно сначала сделать отверстия. Можно воспользоваться и болгаркой, если ведро не выполнено из крашеной жести или оцинкованной стали. В этих случаях металл неминуемо перегреется. Вырезаем лопасти, не прорезая их до конца.

Чтобы не ошибиться с размерами лопастей, которые мы прорезаем в ёмкости, необходимо сделать тщательные замеры и тщательно всё пересчитать

В днище и в шкиве размечаем и высверливаем отверстия для болтов

На этой стадии важно не торопиться и расположить отверстия с соблюдением симметрии, чтобы при вращении избежать дисбаланса. Лопасти следует отогнуть, но не слишком сильно

При выполнении этой части работы учитываем направление вращения генератора. Обычно он крутится по движению часовой стрелке. В зависимости от угла изгиба увеличивается и площадь воздействия потоков ветра, а, значит, и скорость вращения.

Это ещё один из вариантов лопастей. В данном случае каждая деталь существует отдельно, а не в составе ёмкости, из которой вырезалась

Раз каждая из лопастей ветряка существует отдельно, прикручивать нужно каждую. Преимущество такой конструкции в её повышенной ремонтопригодности

Ведро с готовыми лопастями следует закрепить на шкиве, используя болты. На мачту при помощи хомутов устанавливаем генератор, затем подсоединяем провода и собираем цепь. Схему, цвета проводов и маркировку контактов лучше заранее переписать. Провода тоже нужно зафиксировать на мачте.

Чтобы подсоединить аккумулятор, используем провода 4 мм2, длина которых не должна быть более 1-го метра. Нагрузку (электроприборы и освещение) подключаем с помощью проводов сечением 2,5 мм2. Не забываем поставить преобразователь (инвертер). Его включают в сеть к контактам 7,8 проводом 4 мм2.

Конструкция ветряной установки состоит из резистора (1), обмотки стартера генератора (2), ротора генератора (3), регулятора напряжения (4), реле обратного тока (5), амперметра (6), аккумулятора (7), предохранителя (8), выключателя (9)

Достоинства и недостатки такой модели

Если всё сделано правильно, работать этот ветрогенератор будет, не создавая вам проблем. При аккумуляторе 75А и с преобразователем 1000 W он может питать уличное освещение, охранную сигнализацию, приборы видеонаблюдения и т.д.

Схема работы установки наглядно демонстрирует то, как именно энергия ветра преобразуется в электричество и то, как она используется по назначению

Достоинства такой модели очевидны: это весьма экономичное изделие, хорошо поддаётся ремонту, не требует особых условий для своего функционирования, работает надежно и не нарушает ваш акустический комфорт. К недостаткам можно отнести невысокую производительность и значительную зависимость от сильных порывов ветра: лопасти могут быть сорваны воздушными потоками.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

установка экологически чистая;
отсутствует потребность её заправки топливом;
не накапливаются какие-либо отходы;
устройство работает очень тихо;
имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Плюсы и минусы

К достоинствам использования энергии ветра, а соответственно и ветровых генераторов,относятся следующие:

Энергия ветра – это возобновляемая энергия, обладающая неисчерпаемостью ресурсов;
Экологичность энергетического ресурса и процесса производства электрической энергии;
Способность быстрого выполнения монтажа установок и обеспечения потребителей электрической энергией;

К недостаткам можно отнести следующие:

КПД установок зависит от времени года, погодных условий и региона монтажа агрегата;
Высокий уровень шума при работе агрегатов;
Опасность для пернатых обитателей региона, где установлен ветровой генератор;
При промышленном производстве электрической энергии, при использовании ветровых генераторов, требуются значительные площади земли.

Конструкция и принцип работы ветротурбин

Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую. Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.

Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:

Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
Генератор для продуцирования переменного тока.
Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.

Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.

Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка

В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.

В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.

Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.

В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%

Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.

Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.

В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности. В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.

Принцип действия ветрового генератора

Работа ветрового генератора основана на преобразовании кинетической энергии ветра, во вращательную энергию передаточного механизма (лопасти-редуктор-передаточный вал) и далее, во вращательную энергию вала электрического генератора.

Во время вращения в обмотках генератора вырабатывается переменный электрический ток. Выработанный электрический ток подается на контроллер, преобразуется и накапливается в аккумуляторных батареях. С батарей аккумуляторов электрический ток поступает на инвертор, на которым преобразуется и поступает в электрическую сеть для использования.

Составляющие ветрового генератора:

Лопасти – служат для улавливания потоков ветра, который приводит их во вращательное движение;
Редуктор – служит для преобразования мало оборотистой скорости вращения лопастей в более высокую, позволяющую вырабатывать электрический ток;
Генератор – преобразует кинетическую энергию в электрическую;
Защитный кожух – элемент защиты технического устройства от источника посторонних воздействий;
Хвостовик — предназначен для обеспечения направленности лопастей в соответствии с направлением ветра;
Контроллер – служит для преобразования переменного тока в постоянный;
Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления выработанной электрической энергии;
Инвертор – преобразует постоянный электрический ток в переменный.

Особенности сборки ветрогенератора из стиральной машины своими руками

Рассмотрим, как сделать ветрогенератор на 220В своими руками, используя двигатель стиральный машины старого образца.

Таблица 1. Подробная инструкция ветрогенератора из стиральной машины с фото

Что необходимо сделать/ Фотопример

Следует купить неодимовые магниты, которые монтируются в углубления на роторе двигателя. Сами выемки делаются на токарном станке, для правильного размещения используйте схему.
Приклеивать магниты надо на суперклей в подготовленные углубления. Затем, их следует обернуть бумагой, а остальное пространство залить эпоксидкой.
Далее готовим ось, которую лучше заказать у токаря. Внутри полой конструкции должно остаться место для кабеля и отверстие для его входа. Держатель монтируем из железного прута. Для него используем болгарку, которой отрезаем две трубки (на них закрепляете генератор), а с другого конца следует приварить.
Переходим к лопастям, которые можно изготовить из 16 см трубы для наружной канализации. В данном случае используйте лобзик.
Осталось собрать ветрогенератор, закрепив все элементы. Для начала на несущую рейку крепим генератор, лопасти, ротор и хвост. Не забудьте закрыть генератор кожухом.
Силовую установку следует крепить при помощи шарнирного механизма, а мачта монтируется в бетонное основание на 4 болта.
Проведите провод до распределительного щитка.
Подключите все элементы и проведите тестирование работоспособности.

Чтобы было проще понять всю последовательность действий при сборке ветряной электростанции своими руками из старой стиральной машинки, посмотрите видео:

Вертикалки

Ветряки с вертикальной осью вращения являются наиболее подходящей для самостоятельного изготовления группой устройств. Они имеют простую, понятную конструкцию. Не нуждаются в большом количестве узлов вращения, нетребовательны к направлению ветра. Возможности этой группы породили большое количество вариантов конструкции, некоторые из которых следует рассмотреть подробнее.

ВС

Ветрогенератор Савониуса — одна из наиболее старых разработок, увидевших свет в 20-х годах прошлого столетия. Устройство состоит из двух лопастей достаточно большой площади, изогнутых в продольном направлении. В поперечном сечении они напоминают латинскую букву S. При этом, они слегка сдвинуты друг к другу, несколько перекрывая рабочие стороны.

При воздействии потока ветра одна из лопастей получает усилие на рабочую часть, а вторая — на обратную сторону. Форма лопасти способствует рассечению потока, часть которого уходит в сторону, а другая часть соскальзывает на рабочую поверхность второй лопасти, увеличивая вращающий момент.

Дарье

Конструкция Дарье была предложена почти одновременно с ротором Савониуса. Ее основа — лопасти, имеющие форму крыла самолета и расположенные вертикально по касательной к окружности вращения. Требуется нечетное число лопастей, иначе возникнет чрезмерно высокое уравновешивающее усилие. Подъемная сила лопастей способствует возникновению высокой скорости вращения, превышающей этот показатель в 3-4 раза по сравнению с ротором Савониуса.

Математического описания работы устройства до сих пор не имеется, но разработки, выполненные на основе конструкции, существуют и постоянно пополняются. Существует большое количество моделей частных ветрогенераторов с мощностью, достаточной для обеспечения небольшого дома.

Ортогонал

Ортогональные конструкции являются наиболее эффективными из всех базовых моделей вертикальных ветряков. Они обладают высокими скоростями, чувствительностью, производительностью. Конструкция состоит из нескольких лопастей (обычно три и больше), расположенных на некотором расстоянии от оси параллельно ей. Рассмотренный выше ротор Дарье — один из представителей ортогональных устройств. К недостаткам можно отнести высокие нагрузки на узел вращения, способствующие быстрому выходу из строя движущихся деталей.

Геликоид

Геликоидные конструкции созданы на основе базовой модели ортогонального типа, но со значительными изменениями геометрии лопастей. Они изогнуты по окружности вращения, получив форму, приближенную к спиральной. В результате достигается значительная стабилизация вращения, снижается износ движущихся элементов, конструкция в целом приобретает долговечность, прочность и надежность.

Более плавный режим вращения обеспечивает равномерную выработку электрического тока, что позволяет использовать устройства для прямого питания некоторых потребителей (осветительных устройств, насосов и т.д.). Для самостоятельного изготовления конструкция представляет достаточно трудную задачу из-за сложной геометрической формы лопастей.

Бочка-загребушка

Это — «народное» название многолопастного карусельного (вертикального) ветрогенератора. Устройство имеет хороший баланс, эффективно захватывает поток ветра, низкий уровень шума. Для желающих попробовать силы в изготовлении ветряк своими руками этот вариант конструкции рекомендуется как один из базовых типов конструкции. Лопасти делаются из листовой оцинкованной стали, разрезанных вдоль бочек или иного подручного материала.

Каркас — сваривается из металлического профиля — уголка, трубы и т.п. Особенность устройства в его неуязвимости для сильных порывов ветра — вокруг крыльчатки при усилении потока образуется вихревой кокон, препятствующий проникновению ветра внутрь крыльчатки. Поток просто обтекает устройство, как трубу.