Как сделать ветрогенератор для частного дома своими руками

Применение ветряных электрогенераторов в домашних условиях

Исходя из вышеперечисленных факторов возникает вопрос: по какой причине в каждом доме не установить ветряк? Ответ состоит из двух основных пунктов:

  • Цена. Стоимость устройств достаточной мощности очень велика. Например, стоимость агрегата мощностью 2 КВт и напряжением в 24 В составляет от 75000 руб.;
  • Средняя сила ветра в большинстве регионах не достигает и 4 м/с.


Карта средней годовой скорости ветра в России

То есть использование ветряков, как основной источник энергии – нерационально. В стандартном доме, при одновременной эксплуатации всех бытовых приборов потребляется до 1 КВт в час, а при работе мощных электроинструментов, эта цифра возрастает, увеличивая требуемое напряжение в сети.

Монтаж всей системы обойдется минимум в 400000 рублей, и при непостоянной скорости ветра, этот способ электроснабжения теряет актуальность.


Наглядный пример схемы с устройством высокой мощности

Целесообразно применение собранных своими руками 220-вольтных ветряков, как альтернативный источник энергии. В совокупности с солнечными панелями, топливным генератором достаточной мощности или с центральной электросетью.


Схема совокупности ветряка и городского электроснабжения
Электрическая система с применением трех источников

Ветряк своими руками: основные части и принцип изготовления

Как и говорилось выше, ветряной электрогенератор имеет довольно простую конструкцию, и решить вопрос, как сделать ветряк своими руками, не очень сложно. Если разбираться в его конструкции, то условно этот агрегат можно разделить на четыре основных узла.

  1. Генератор. Это сердце данной установки – именно оно ответственно за выработку электрической энергии. Как правило, в ветряных установках используются генераторы, способные вырабатывать либо 12, либо 24 вольта – сами понимаете, что таким током современную бытовую технику не порадуешь. Именно по этой причине ветряк является всего лишь частью независимой электростанции – о том, как поднять вырабатываемое им напряжение до привычного для наших электроприборов 220 вольт, мы поговорим отдельно. Делать генератор своими руками очень сложно – во всех отношениях его лучше приобрести в готовом виде. Сейчас это не проблема – с одинаковым успехом можно купить как специальный генератор, предназначенный для ветряных установок, так и найти ему альтернативу (например, автомобильный генератор). Проблема последнего заключается в малой мощности – больше чем на сто ватт рассчитывать здесь не приходится. В отличие от него, специальные генераторы могут вырабатывать более 500Вт энергии – а это означает возможность использовать добытую энергию, так сказать, напрямую, без ее аккумулирования в емкостях.

  2. Лопасти. По большому счету, эту часть ветряка также можно приобрести, что будет лучше всего – дело в том, что именно от них зависит эффективность работы самого генератора. Правильно изготовленные лопасти способны вращать его даже при слабом ветре. Лопасти могут быть двух типов – вертикальные и горизонтальные. В зависимости от этого, и ветряки классифицируются на два типа – вертикальный ветрогенератор своими руками сделать несколько сложнее, но зато он считается более эффективным, а главное, компактным. Он не занимает большого количества места, и его достаточно просто смонтировать даже на крыше дома – именно такой генератор является оптимальным решением для дома, расположенного в густонаселенных городах. Лопасти для него изготовить очень сложно – их лучше купить. Связано это с балансировкой, от которой во многом зависит эффективность работы ветряка.
  3. Мачта. По сути, она нужно исключительно для горизонтального ветрогенератора, хотя и вертикальные также могут устанавливаться на нее. Если в первых установках она является неотъемлемой частью конструкции, то во втором необходимость в ее наличии появляется только при наземной установке. Этот элемент ветряка можно сделать и самостоятельно – по сути, это труба, установленная вертикально и оборудованная специальным креплением для генератора.

И четвертый элемент, который, по сути, является частью мачты, это подвижная платформа с флюгером – она отвечает за движение лопастей за ветром, который довольно часто меняет свое направление. Платформа является связующим звеном между генератором и мачтой и монтируется она на подвижном соединении, легкий ход которого обеспечивает подшипник. Сделать такое устройство своими руками также не сложно.

Получается так, что о полном изготовлении эффективной ветроэлектростанции не может быть и речи. В принципе, сделать ее можно, но эффективность работы такой установки остается под большим вопросом – в качестве эксперимента она подойдет, но вот для полноценного электроснабжения, увы, нет. Большую часть ветряка придется приобретать по частям, которые потом собирать в единое изделие. В общем, вопрос, как сделать ветрогенератор своими руками, решается только так – мало того, дополнительно придется решить вопрос передачи электроэнергии через подвижную платформу, что не так уж и просто. Опять же, в этом отношении намного привлекательнее выглядят ветрогенераторы с вертикальной осью вращения – здесь эта проблема снимается автоматически, что в значительной мере упрощает решение вопроса изготовления ветряка своими 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.

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.

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.

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.

Основа домашнего ветрогенератора

Тема изготовления и установки самодельных ветряных генераторов очень широко представлена в сети Интернет. Однако большая часть материала – это банальное описание принципов получения электрической энергии от природных источников.

Теоретическая методика устройства (установки) ветрогенераторов уже давно известна и вполне понятна. А вот как обстоят дела практически в бытовом секторе – вопрос, раскрытый далеко не полностью.

Чаще всего в качестве источника тока для самодельных домашних ветрогенераторов рекомендуют выбирать автомобильные генераторы или асинхронные двигатели переменного тока, дополненные неодимовыми магнитами.

Процедура переделки асинхронного электродвигателя переменного тока под генератор для ветряка. Заключается в изготовлении «шубы» ротора из неодимовых магнитов. Крайне сложный и долговременный процесс

Однако оба варианта требуют существенной доработки, нередко сложной, дорогостоящей, отнимающей много сил и времени.

Куда проще и легче во всех отношениях установить электродвигатели, подобные тем, что выпускались прежде и выпускаются теперь фирмой Ametek (пример) и другими.

Для домашней ветрогенераторной установки подходят моторы постоянного тока напряжением 30 – 100 вольт. В режиме генератора от них можно получить примерно 50% от заявленного рабочего напряжения.

Следует отметить: при работе в режиме генерации электродвигатели постоянного тока требуется раскручивать до скорости выше номинальной.

При этом каждый отдельно взятый мотор из десятка одинаковых экземпляров, может показывать совершенно разные характеристики.

Поэтому оптимальный подбор электродвигателя к домашнему ветрогенератору логичен при следующих показателях:

  1. Высокий параметр рабочего напряжения.
  2. Низкий параметр RPM (угловая скорость вращения).
  3. Высокое значение рабочего тока.

Так, удачным под установку выглядит мотор производства фирмы Ametek с рабочим напряжением 36 вольт и угловой скоростью вращения — 325 об/мин.

Именно такой электродвигатель используется в конструкции ветрогенератора – установки, что описана ниже в качестве примера домашнего ветряка.

Мотор постоянного тока для домашнего ветрогенератора. Оптимальный вариант из числа продуктов, изготовленных фирмой Ametek. Также удачно подходят подобные электродвигатели производства других фирм

Проверить эффективность любого похожего мотора несложно. Достаточно подключить к электрическим выводам обычную автомобильную лампу накаливания на 12 вольт и крутануть вал мотора рукой. При хороших технических показателях электродвигателя лампа обязательно зажжётся.

Детали и расходные материалы

Для изготовления маломощного (не выше 1,5 кВт) роторного ветрогенератора потребуются такие компоненты:

  • 12-вольтовый автомобильный генератор;
  • 12-вольтовый аккумулятор;
  • преобразователь с 12 В на 220 В, рассчитанный на мощности от 700 Вт до 1500 Вт;
  • металлическая цилиндрическая емкость. Можно использовать обычное ведро или достаточно объемную кастрюлю;
  • реле для зарядки аккумуляторов от авто и лампочка для контроля заряда;
  • кнопочный выключатель на 12 В;
  • вольтметр;
  • детали для резьбовых соединений;
  • провода сечением 2,5 и 4 квадрата;
  • хомуты для крепления ветрогенератора к мачте.

Также потребуются следующие инструменты:

  • ножницы для обработки листового металла (можно заменить УШМ);
  • рулетка;
  • маркер;
  • отвертка;
  • разные гаечные ключи;
  • дрель со сверлами;
  • пассатижи и бокорезы.

Схемы подключения

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами). Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.
АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потере питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор. В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью. Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Какими должны быть лопасти?

Форма лопастей может быть:

  • парусной;
  • крыльчатой.

Что касается лопастей парусного типа, то являются плоскими, а потому и менее эффективными. Аэродинамики они не учитывают, а крутятся исключительно под напором потока ветра. Как результат – не более 10 процентов всей энергии преобразуется в электрическую. А вот у крыльчатых лопастей площадь у внутренних и наружных поверхностей разная. Еще стоит заметить, что такие лопасти должны располагаться под углом 7-10 градусов относительно ветра.

Теперь несколько слов о материале, из которого должны быть лопасти. Для старинных ветряных мельниц использовались тонике каркасы из древесины, состоящие из жердей и перемычек. На такие каркасы натягивались специальные «крылья», сделанные из тканевого полотна. В случае износа ткани ее просто заменяли на новую. Хотя существует и альтернативный вариант – брать для этих целей плотные материалы (к примеру, брезент).

Хотя своими руками можно изготовить лопасти и из более современных материалов.

  1. Если пропеллер небольшой, то в качестве лопастей для него могут послужить разрезанные на части трубы из поливинилхлорида.
  2. Также можно использовать легкие металлы (к примеру, дюралюминий).
  3. Если планируется использование «парусов», то их можно вырезать из фанеры.
  4. Наконец, для большого агрегата лопасти можно сделать из досок (даже если они будут тяжелыми – не беда, нужно лишь, чтобы они друг друга уравновешивали).

Что касается диаметра труб, то он должен соответствовать 1/5 их суммарной длины. Каждая из таких труб режется вдоль на четыре куска, а в основании необходимо вырезать прямоугольник размерами 5х5 (тут будут находиться крепления), а после этого – выполнить косой срез, благодаря которому каждая лопасть будет сужаться от основания. Для обработки рваного края используется наждак.

Особенности конструкции

Принцип действия ветрогенератора – превращение энергии ветра в электрическую.

В системах, где для получения электричества нужна тепловая энергия, используют:

  • двигатель, работающий на газе, бензине или солярке;
  • тепловыделение от пластин и блоков ядерного реактора, чьё тепло применяют для превращения воды в пар – в паровой турбине;
  • различные виды сжигаемого топлива в ТЭЦ, заменяющие тепло, жар от ядерного реактора.

Особняком стоят солнечные батареи, где в качестве исходной энергии используют свет, а не тепло или механическую энергию.

Но вернёмся к «ветрякам», чей принцип работы состоит в следующем. Сила ветра вращает пропеллер, приводящий в движение вал мотора-генератора. Вместе с валом синхронно крутится ротор двигателя, на котором установлены постоянные магниты. Магнитное поле, проходя через обмотку статора, наводит в ней переменный ток за счёт изменения силы магнитного потока, проходящего через витки катушек, из которых и собрана обмотка. Переменное электрическое напряжение подаётся на электронную схему, где оно преобразуется в постоянное. От постоянного тока и работают многочисленные приборы и устройства, которым он и нужен.

Генератор для дачи или походных условий, вырабатывающий переменный ток напряжением 220 В, изготовить сможет каждый. Чем внушительные габариты конструкции, тем большую эффективность отдачи получит конкретный пользователь. Не проблема изготовить генератор, вырабатывающий один или несколько киловатт электроэнергии в час. Электричество, получаемое от такой установки, способно запитать практически все электроприборы в доме, включая и садово-огородную технику.

Установка отдалённо напоминает флюгер с пропеллером, благодаря чему данная конструкция поворачивается туда, куда дует ветер. Это необходимо, чтобы максимально задействовать его силу, скорость.

Горизонтальный пропеллер поворачивается при помощи хвостовика, расположенного на задней части установки. Вертикальному же хвостовик не нужен – его лопасти располагаются таким образом, что сам пропеллер заведётся практически с пол-оборота, с какой бы стороны ни подул ветер.

Чтобы ветряная установка работала с максимальной эффективностью, необходима частота вращения от 3000 оборотов в минуту. Для генераторов, производящих переменный ток, такая частота соответствует значению в 50 герц, характерному для отечественных промышленных энергоустановок. Раскрутив мотор-генератор, весящий порядка 10 кг, не проблема получать 2 кВт ежечасно.

Устройство и принцип работы

Ветрогенератор работает при помощи силы ветра. Конструкция данного устройства должна включать следующие элементы:

  • турбинные лопасти или пропеллер;
  • турбина;
  • электрический генератор;
  • ось электрического генератора;
  • инвертор, в функции которого входит преобразование переменного тока в постоянный;
  • механизм, вращающий лопасти;
  • механизм, вращающий турбину;
  • аккумулятор;
  • мачта;
  • контроллер вращательных движений;
  • демпфер;
  • датчик ветра;
  • хвостовик ветряного датчика;
  • гондола и иные элементы.

У промышленных агрегатов предусмотрен силовой шкаф, защита от молнии, поворотный механизм, надежный фундамент, приспособление для тушения пожара, телекоммуникации.

Ветрогенератором принято считать устройство, которое преобразует ветряную энергию в электричество. Предшественниками современных агрегатов являются мельницы, что производят муку из зерна. Однако схема подключения и принцип работы генератора практически не поменялись.

  1. Благодаря силе ветра начинают вращаться лопасти, крутящий момент которых передается к валу генератора.
  2. Вращение ротора создает трехфазный переменный ток.
  3. Через контроллер переменный ток отправляется к аккумуляторной батарее. Аккумулятор необходим для того, чтобы создать стабильную работу ветрогенератора. Если ветер присутствует, то агрегат заряжает батарею.
  4. Для защиты от урагана в ветряной системе генерации тока имеются элементы для увода ветроколеса от ветра. Происходит это складыванием хвоста или торможением колеса при помощи электрического тормоза.
  5. Чтобы подзарядить аккумулятор, потребуется установить контролер. В функции последнего входит отслеживание зарядки АКБ для предотвращения ее поломки. При надобности данное приспособление может сбросить лишнюю энергию на балласт.
  6. Аккумуляторы имеют постоянное невысокое напряжение, однако к потребителю оно должно доходить силой 220 Вольт. По этой причине в ветрогенераторы устанавливают инверторы. Последние способны преобразовывать переменный ток в постоянный, увеличивая показатель его силы до 220 Вольт. Если инвертор не будет установлен, то потребуется использовать только те приборы, которые рассчитаны на низкое напряжение.
  7. Ток в преобразованном виде отправляется к потребителю для питания отопительных батарей, освещения помещений, работы бытовой техники.

Ветряки для дома своими руками: устройство системы

Теперь, когда мы разобрались с устройством и возможностью решения вопроса изготовления ветрогенератора для дома своими руками, самое время рассмотреть и общий принцип построения независимой системы электроснабжения. Как вы понимаете, собрать генератор – это только полдела. Сама система потребует от вас дополнительных затрат на оборудование, изготовить которое самостоятельно практически невозможно, если не сказать, что совсем невозможно. В целом, если говорить об устройстве ветряной электростанции для дома, то ее можно разделить также на четыре части.

  1. Ветрогенератор, о котором мы уже говорили. Добавить здесь можно только то, что вырабатываемая им энергия напрямую не используется – все электричество собирается в аккумуляторы, откуда и идет дальнейший его разбор.

  2. Аккумуляторы. Именно они, наравне с мощность самого генератора, обеспечивают ваш дом необходимым количеством энергии – здесь важна их емкость, способность вмещать тот или иной объем электричества. Обычным автомобильным аккумулятором здесь не обойтись – речь идет о десятке аккумуляторов емкостью от 100 до 150А/часов. Их количество рассчитывается исходя из мощности ветряка, используемого в доме электрооборудования интенсивности его работы. В таких системах применяются, как правило, гелиевые аккумуляторы, которые лучше всех приспособлены к частым циклам зарядки и разрядки.
  3. Контроллер зарядки аккумуляторных батарей – это небольшое устройство, которое является связующим звеном между ветряком и батареями. Оно контролирует цикл зарядки последних и не дает им, так сказать, перезаряжаться.
  4. Есть еще один небольшой элемент, связывающий генератор и батареи – это так называемый диод Шоттки, в задачи которого входит не выпускать электричество назад в генератор во время его бездействия – в противном случае без этого диода ваш генератор может превратиться в электромотор, который очень быстро съест весь накопленный в аккумуляторах запас энергии.
  5. И самая главная часть, отвечающая за повышение напряжения до отметки в 220 вольт, это инвертор. Преобразователь, который повышает напряжение – они бывают разные, и далеко не все подходят для использования в независимых электростанциях. Здесь нужен инвертор с чистой синусоидой на выходе – модифицированная синусоида плохо сказывается на работе большинства современных электрических потребителей. Мало того, огромное значение имеет и мощность подобных устройств – она тоже рассчитывается исходя из суммарной мощности одновременно работающих потребителей. После генератора это самая дорогостоящая часть системы ветряной энергетической установки.

Кроме всего прочего, не стоит сбрасывать со счетов и провода, используемые в подобных системах – если после инвертора можно применять любые, то вот до него нужны специальные, изготовленные с учетом минимальных потерь при транспортировке электрического тока малого напряжения.

По большому счету, система не сложная, и имея в наличии все необходимые элементы, собрать ветряную электростанцию не так уж и сложно – важнее всего правильно рассчитать ее с учетом всех, даже, казалось бы, незначительных факторов

Особое внимание здесь нужно уделить количеству ветряных дней в году – может случиться так, что в тихих и спокойных регионах ветряк может оказаться практически бесполезным. Именно по этой причине системы независимого электроснабжения делают комбинированным способом, который предусматривает использование не только ветрогенератора, но и солнечных панелей

Они как бы дополняют друг друга, обеспечивая постоянную добычу электроэнергии из неиссякаемых природных ресурсов.

Мы описали, как можно сделать ветряк своими руками. В заключение остается добавить не так уж и много – в частности, рассказать о тонкостях изготовления лопастей. Вернее не о тонкостях, а о трудностях – обосновать утверждение того, что их лучше не изготавливать своими руками, а приобретать в готовом виде или заказывать их изготовление на заводе. Дело в том, что есть такие понятия, как смещение оси и балансировка – первое вызывает биение, а второе неравномерное вращение. И то и другое приводит к замедлению вращения генератора, что само по себе сказывается на эффективности работы установки в целом. Проще говоря, вместо положенных 500Вт вы будете получать 250Вт энергии в час – вместо 18В тока – 14вольт, что, опять таки, скажется на темпах зарядки аккумуляторов.

Автор статьи Александр Куликов

Какой выбрать генератор для ветряка

Бытовые ветряки должны быть малошумные. Поэтому, лучше использовать в качестве генератора для ветроустановок малооборотный (тихоходный) двигатель. Такой двигатель способен совершать от 350 до 700 оборотов в минуту. Кроме того, низкооборотный двигатель можно использовать даже на однолопастном ветряке. Также малооборотистый генератор можно делать из шагового двигателя.

Чтобы повысить обороты ветряка можно использовать мультипликатор: он позволит ускорить вращение лопастей в 5-10 раз.

Особой популярностью пользуются дисковые двигатели на неодимовых магнитах. Магниты, при этом, могут быть разных размеров и, соответственно, мощности. Изготавливается такой генератор достаточно просто, но себестоимость его достаточно высока.

Многие делают маломощный генератор из бензогенератора, автомобильного или тракторного генератора, аккумулятора от шуруповерта. При этом следует учитывать, что на конструкцию с генератором из тракторного и автогенератора нужно будет установить редуктор, понижающий обороты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector