Россия в отношении ветроэнергетических ресурсов занимает двоякое положение. С одной стороны, благодаря огромной общей площади и обилию равнинных местностей ветра в целом много, и он большей частью ровный. С другой – наши ветры преимущественно низкопотенциальные, медленные, см. рис. С третьей, в мало обжитых местностях ветры буйные. Исходя из этого, задача завести на хозяйстве ветрогенератор вполне актуальна. Но, чтобы решить – покупать достаточно дорогое устройство, или сделать его своими руками, нужно как следует подумать, какой тип (а их очень много) для какой цели выбрать.
Примечания:
Электрический генератор для ветряка бытового назначения должен вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне скоростей вращения и обладать способностью самозапуска без автоматики и внешних источников питания. В случае использования ВСУ с ОСС (ветряки с раскруткой), обладающих, как правило, высокими КИЭВ и КПД, он должен быть и обратимым, т.е. уметь работать и как двигатель. При мощностях до 5 кВт этому условию удовлетворяют электрические машины с постоянными магнитами на основе ниобия (супермагнитами); на стальных или ферритовых магнитах можно рассчитывать не более чем на 0,5-0,7 кВт.
Примечание: асинхронные генераторы переменного тока или коллекторные с ненамагниченным статором не годятся совершенно. При уменьшении силы ветра они «погаснут» задолго до того, как его скорость упадет до МРС, и потом сами не запустятся.
Отличное «сердце» ВСУ мощностью от 0,3 до 1-2 кВт получается из автогенератора переменного тока со встроенным выпрямителем; таких сейчас большинство. Во-первых, они держат выходное напряжение 11,6-14,7 В в довольно широком диапазоне скоростей без внешних электронных стабилизаторов. Во-вторых, кремниевые вентили открываются, когда напряжение на обмотке достигнет примерно 1,4 В, а до этого генератор «не видит» нагрузки. Для этого генератор нужно уже довольно прилично раскрутить.
В большинстве случаев автогенератор можно непосредственно, без зубчатой или ременной передачи, соединить с валом быстроходного ВД, подобрав обороты выбором количества лопастей, см. ниже. «Быстроходки» имеют малый или нулевой стартовый момент, но ротор и без отключения нагрузки успеет достаточно раскрутиться, прежде чем вентили откроются и генератор даст ток.
Прежде чем решать, какой сделать ветрогенератор, определимся с местной аэрологией. В серо-зеленоватых (безветренных) областях ветровой карты хоть какой-то толк будет лишь от парусного ветродвигателя (и них далее поговорим). Если необходимо постоянное энергоснабжение, то придется добавить бустер (выпрямитель со стабилизатором напряжения), зарядное устройство, мощную аккумуляторную батарею, инвертор 12/24/36/48 В постоянки в 220/380 В 50 Гц переменного тока. Обойдется такое хозяйство никак не менее $20.000, и снять долговременную мощность более 3-4 кВт вряд ли получится. В общем, при непреклонном стремлении к альтернативной энергетике лучше поискать другой ее источник.
В желто-зеленых , слабоветренных местах, при потребности в электричестве до 2-3 кВт самому можно взяться за тихоходный вертикальный ветрогенератор . Их разработано несть числа, и есть конструкции, по КИЭВ и КПД почти не уступающие «лопастникам» промышленного изготовления.
Если же ВЭУ для дома предполагается купить, то лучше ориентироваться на ветряк с парусным ротором. Споров и них много, и в теории пока еще не все ясно, но работают. В РФ «парусники» выпускают в Таганроге на мощность 1-100 кВт.
В красных , ветреных, регионах выбор зависит от потребной мощности. В диапазоне 0,5-1,5 кВт оправданы самодельные «вертикалки»; 1,5-5 кВт – покупные «парусники». «Вертикалка» тоже может быть покупной, но обойдется дороже ВСУ горизонтальной схемы. И, наконец, если требуется ветряк мощностью 5 кВт и более, то выбирать нужно между горизонтальными покупными «лопастниками» или «парусниками».
Примечание: многие производители, особенно второго эшелона, предлагают комплекты деталей, из которых можно собрать ветрогенератор мощностью до 10 кВт самостоятельно. Обойдется такой набор на 20-50% дешевле готового с установкой. Но прежде покупки нужно внимательно изучить аэрологию предполагаемого места установки, а затем по спецификациям подобрать подходящие тип и модель.
Детали ветродвигателя бытового назначения в работе могут иметь линейную скорость, превосходящую 120 и даже 150 м/с, а кусочек любого твердого материала весом в 20 г, летящий со скоростью 100 м/с, при «удачном» попадании убивает здорового мужика наповал. Стальная, или из жесткого пластика, пластина толщиной 2 мм, движущаяся со скоростью 20 м/с, рассекает его же напополам.
Кроме того, большинство ветряков мощностью более 100 Вт довольно сильно шумят. Многие порождают колебания давления воздуха сверхнизкой (менее 16 Гц) частоты – инфразвуки. Инфразвуки неслышимы, но губительны для здоровья, а распространяются очень далеко.
Примечание: в конце 80-х в США был скандал – пришлось закрыть крупнейшую на тот момент в стране ВЭС. Индейцы из резервации в 200 км от поля ее ВСУ доказали в суде, что резко участившиеся у них после ввода ВЭС в эксплуатацию расстройства здоровья обусловлены ее инфразвуками.
В силу указанных выше причин установка ВСУ допускается на расстоянии не менее 5 их высот от ближайших жилых строений. Во дворах частных домовладений можно устанавливать ветряки промышленного изготовления, соответствующим образом сертифицированные. На крышах ставить ВСУ вообще нельзя – при их работе, даже у маломощных, возникают знакопеременные механические нагрузки, способные вызвать резонанс строительной конструкции и ее разрушение.
Примечание: высотой ВСУ считается наивысшая точка ометаемого диска (для лопастных роторов) или геомерической фигуры (для вертикальных ВСУ с ротором на древке). Если мачта ВСУ или ось ротора выступают вверх еще выше, высота считается по их топу – верхушке.
Самодельный ветрогенератор подчиняется тем же законам природы, что и заводской, рассчитанный на компьютере. И самодельщику основы его работы нужно понимать очень хорошо – в его распоряжении чаще всего нет дорогих суперсовременных материалов и технологического оборудования. Аэродинамика же ВСУ ох как непроста…
Для расчета серийных заводских ВСУ используется т. наз. плоская механистическая модель ветра. В ее основе следующие предположения:
При таких условиях максимальную энергию единицы объема воздуха вычисляют по школьной формуле, полагая плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 кг*куб. м. При скорости ветра 10 м/с один куб воздуха несет в себе 65 Дж, и с одного квадрата эффективной поверхности ротора можно, при 100% КПД всей ВСУ, снять 650 Вт. Это весьма упрощенный подход – все знают, что ветер идеально ровным не бывает. Но на это приходится идти, чтобы обеспечить повторяемость изделий – обычное в технике дело.
Плоскую модель игнорировать не следует, она дает четкий минимум доступной энергии ветра. Но воздух, во-первых, сжимаем, во-вторых, очень текуч (динамическая вязкость всего 17,2 мкПа*с). Это значит, поток может обтекать ометаемую площадь, уменьшая эффективную поверхность и КИЭВ, что чаще всего и наблюдается. Но в принципе возможна и обратная ситуация: ветер стекается к ротору и площадь эффективной поверхности тогда окажется больше ометаемой, а КИЭВ – больше 1 относительно его же для плоского ветра.
Приведем два примера. Первый – прогулочная, довольно тяжеловесная, яхта может идти не только против ветра, но и быстрее его. Ветер имеется в виду внешний; вымпельный ветер все равно должен быть быстрее, иначе как он судно потянет?
Второй – классика авиационной истории. На испытаниях МИГ-19 оказалось, что перехватчик, который был на тонну тяжелее фронтового истребителя, по скорости разгоняется быстрее. С теми же движками в том же планере.
Теоретики не знали, что и думать, и всерьез засомневались в законе сохранения энергии. В конце концов оказалось – дело в выступающем из воздухозаборника конусе обтекателя РЛС. От его носка к обечайке возникало уплотнение воздуха, как бы сгребавшее его со сторон к компрессорам двигателей. С тех пор ударные волны прочно вошли в теорию как полезные, и фантастические летные данные современных самолетов в немалой степени обусловлены их умелым использованием.
Развитие аэродинамики принято делить на две эпохи – до Н. Г. Жуковского и после. Его доклад «О присоединенных вихрях» от 15 ноября 1905 г. стал началом новой эры в авиации.
До Жуковского летали на поставленных плашмя парусах: полагалось, что частицы набегающего потока отдают весь свой импульс передней кромке крыла. Это позволяло сразу избавиться от векторной величины – момента количества движения – порождавшей зубодробительную и чаще всего неаналитическую математику, перейти к куда более удобным скалярным чисто энергетическим соотношениям, и получить в итоге расчетное поле давления на несущую плоскость, более-менее похожее на настоящее.
Такой механистический подход позволил создать аппараты, способные худо-бедно подняться в воздух и совершить перелет из одного места в другое, не обязательно грохнувшись на землю где-то по пути. Но стремление увеличить скорость, грузоподъемность и другие летные качества все больше выявляло несовершенство первоначальной аэродинамической теории.
Идея Жуковского была такова: вдоль верхней и нижней поверхностей крыла воздух проходит разный путь. Из условия непрерывности среды (пузыри вакуума сами по себе в воздухе не образуются) следует, что скорости верхнего и нижнего потоков, сходящих с задней кромки, должны отличаться. Вследствие пусть малой, но конечной вязкости воздуха там из-за разности скоростей должен образоваться вихрь.
Вихрь вращается, а закон сохранения количества движения, столь же непреложный, как и закон сохранения энергии, справедлив и для векторных величин, т.е. должен учитывать и направление движения. Поэтому тут же, на задней кромке, должен сформироваться противоположно вращающийся вихрь с таким же вращательным моментом. За счет чего? За счет энергии, вырабатываемой двигателем.
Для практики авиации это означало революцию: выбрав соответствующий профиль крыла, можно было присоединенный вихрь пустить вокруг крыла в виде циркуляции Г, увеличивающей его подъемную силу. Т.е., затратив часть, а для больших скоростей и нагрузок на крыло – большую часть, мощности мотора, можно создать вокруг аппарата воздушный поток, позволяющий добиться лучших летных качеств.
Это делало авиацию авиацией, а не частью воздухоплавания: теперь летательный аппарат мог сам создавать себе нужную для полета среду и не быть более игрушкой воздушных потоков. Нужен только двигатель помощнее, и еще и еще мощнее…
Но у ветряка мотора нет. Он, наоборот, должен отбирать энергию у ветра и давать ее потребителям. И здесь выходит – ноги вытащил, хвост увяз. Пустили слишком мало энергии ветра на собственную циркуляцию ротора – она будет слабой, тяга лопастей – малой, а КИЭВ и мощность – низкими. Отдадим на циркуляцию много – ротор при слабом ветре будет на холостом ходу крутиться как бешеный, но потребителям опять достается мало: чуть дали нагрузку, ротор затормозился, ветер сдул циркуляцию, и ротор стал.
Закон сохранения энергии «золотую середину» дает как раз посерединке: 50% энергии даем в нагрузку, а на остальные 50% подкручиваем поток до оптимума. Практика подтверждает предположения: если КПД хорошего тянущего пропеллера составляет 75-80%, то КИЭВ так же тщательно рассчитанного и продутого в аэродинамической трубе лопастного ротора доходит до 38-40%, т.е. до половины от того, чего можно добиться при избытке энергии.
Ныне аэродинамика, вооруженная современной математикой и компьютерами, все более уходит от неизбежно что-то да упрощающих моделей к точному описанию поведения реального тела в реальном потоке. И тут, кроме генеральной линии – мощность, мощность, и еще раз мощность! – обнаруживаются пути побочные, но многообещающие как раз при ограниченном количестве поступающей в систему энергии.
Известный авиатор-альтернативщик Пол Маккриди еще в 80-х создал самолет, с двумя моторчиками от бензопилы мощностью в 16 л.с. показавший 360 км/ч. Причем шасси его было трехопорным неубирающимся, а колеса – без обтекателей. Ни один из аппаратов Маккриди не вышел на линию и не встал на боевое дежурство, но два – один с поршневыми моторами и пропеллерами, а другой реактивный – впервые в истории облетели вокруг земного шара без посадки на одной заправке.
Парусов, породивших изначальное крыло, развитие теории тоже коснулось весьма существенно. «Живая» аэродинамика позволила яхтам при ветре в 8 узл. встать на подводные крылья (см. рис.); чтобы разогнать такую громадину до нужной скорости гребным винтом, требуется двигатель не менее 100 л.с. Гоночные катамараны при таком же ветре ходят со скоростью около 30 узл. (55 км/ч).
Есть и находки совершенно нетривиальные. Любители самого редкого и экстемального спорта – бейсджампинга – надев апециальный костюм-крыло, вингсьют, летают без мотора, маневрируя, на скорости более 200 км/ч (рис. справа), а затем плавно приземляются в заранее выбранном месте. В какой сказке люди летают сами по себе?
Разрешились и многие загадки природы; в частности – полет жука. По классической аэродинамике, он летать не способен. Точно так же, как и родоначальник «стелсов» F-117 с его крылом ромбовидного профиля тоже не способен подняться в воздух. А МИГ-29 и Су-27, которые некоторое время могут лететь хвостом вперед, и вовсе ни в какие представления не укладываются.
И почему тогда, занимаясь ветродвигателями, не забавой и не орудием уничтожения себе подобных, а источником жизненно важного ресурса, нужно плясать непременно от теории слабых потоков с ее моделью плоского ветра? Неужели не найдется возможности продвинуться дальше?
Однако от классики отказываться ни в коем случае не следует. Она дает основу, не оперевшись на которую нельзя подняться выше. Точно так же, как теория множеств не отменяет таблицу умножения, а от квантовой хромодинамики яблоки с деревьев вверх не улетят.
Итак, на что можно рассчитывать при классическом подходе? Посмотрим на рисунок. Слева – типы роторов; они изображены условно. 1 – вертикальный карусельный, 2 – вертикальный ортогональный (ветряная турбина); 2-5 – лопастные роторы с разным количеством лопастей с оптимизированными профилями.
Справа по горизонтальной оси отложена относительная скорость ротора, т.е., отношение линейной скорости лопасти к скорости ветра. По вертикальной вверх – КИЭВ. А вниз – опять же относительный крутящий момент. Единичным (100%) крутящим моментом считается такой, который создает насильно заторможенный в потоке ротор со 100% КИЭВ, т.е. когда вся энергия потока преобразуется во вращающее усилие.
Такой подход позволяет делать далеко идущие выводы. Скажем, количество лопастей нужно выбирать не только и не столько по желательной скорости вращения: 3- и 4-лопастники сразу много теряют по КИЭВ и вращательному моменту по сравнению с хорошо работающими примерно в том же диапазоне скорстей 2- и 6-лопастниками. А внешне похожие карусель и ортогонал обладают принципиально разными свойствами.
В целом же предпочтение следует отдавать лопастным роторам, кроме случаев, когда требуются предельная дешевизна, простота, необслуживаемый самозапуск без автоматики и невозможен подъем на мачту.
Примечание: о парусных роторах поговорим особо – они, похоже, в классику не укладываются.
ВСУ с вертикальной осью вращения имеют неоспоримое для быта преимущество: их узлы, требующие обслуживания, сосредоточены внизу и не нужен подъем наверх. Там остается, и то не всегда, упорно-опорный самоустанавливающийся подшипник, но он прочен и долговечен. Поэтому, проектируя простой ветрогенератор, отбор вариантов нужно начинать с вертикалок. Основные их типы представлены на рис.
На первой позиции – самый простейший, чаще всего называемый ротором Савониуса. На самом деле его изобрели в 1924 г. в СССР Я. А. и А. А. Воронины, а финский промышленник Сигурд Савониус бессовестно присвоил себе изобретение, проигнорировав советское авторское свидетельство, и начал серийный выпуск. Но внедрение в судьбе изобретения значит очень много, поэтому мы, чтобы не ворошить прошлое и не тревожить прах усопших, назовем этот ветряк ротором Ворониных-Савониуса, или для краткости, ВС.
ВС для самодельщика всем хорош, кроме «паровозного» КИЭВ в 10-18%. Однако в СССР над ним работали много, и наработки есть. Ниже мы рассмотрим усовершенствованную конструкцию, не намного более сложную, но по КИЭВ дающую фору лопастникам.
Примечание: двухлопастный ВС не крутится, а дергается рывками; 4-лопастный лишь немного плавнее, но много теряет в КИЭВ. Для улучшения 4-«корытные» чаще всего разносят на два этажа – пара лопастей внизу, а другая пара, повернутая на 90 градусов по горизонтали, над ними. КИЭВ сохраняется, и боковые нагрузки на механику слабеют, но изгибные несколько возрастают, и при ветре более 25 м/с у такой ВСУ на древке, т.е. без растянутого вантами подшипника над ротором, «срывает башню».
Следующий – ротор Дарье; КИЭВ – до 20%. Он еще проще: лопасти – из простой упругой ленты безо всякого профиля. Теория ротора Дарье еще недостаточно разработана. Ясно только, что начинает он раскручиваться за счет разности аэродинамического сопротивления горба и кармана ленты, а затем становится вроде как быстроходным, образуя собственную циркуляцию.
Вращательный момент мал, а в стартовых положениях ротора параллельно и перпендикулярно ветру вообще отсутствует, поэтому самораскрутка возможна только при нечетном количестве лопастей (крыльев?) В любом случае на время раскрутки нагрузку от генератора нужно отключать.
Есть у ротора Дарье еще два нехороших качества. Во-первых, при вращении вектор тяги лопасти описывает полный оборот относительно ее аэродинамического фокуса, и не плавно, а рывками. Поэтому ротор Дарье быстро разбивает свою механику даже при ровном ветре.
Во-вторых, Дарье не то что шумит, а вопит и визжит, вплоть до того, что лента рвется. Происходит это вследствие ее вибрации. И чем больше лопастей, тем сильнее рев. Так что Дарье если и делают, то двухлопастными, из дорогих высокопрочных звукопоглощающих материалов (карбона, майлара), а для раскрутки посередине мачты-древка приспосабливают небольшой ВС.
На поз. 3 – ортогональный вертикальный ротор с профилированными лопастями. Ортогональный потому, что крылья торчат вертикально. Переход от ВС к ортогоналу иллюстрирует рис. слева.
Угол установки лопастей относительно касательной к окружности, касающейся аэродинамических фокусов крыльев, может быть как положительным (на рис.), так и отрицательным, сообразно силе ветра. Иногда лопасти делают поворотными и ставят на них флюгерки, автоматически держащие «альфу», но такие конструкции часто ломаются.
Центральное тело (голубое на рис.) позволяет довести КИЭВ почти до 50% В трехлопастном ортогонале оно должно в разрезе иметь форму треугольника со слегка выпуклыми сторонами и скругленными углами, а при большем количестве лопастей достаточно простого цилиндра. Но теория для ортогонала оптимальное количество лопастей дает однозначно: их должно быть ровно 3.
Ортогонал относится к быстроходным ветрякам с ОСС, т.е. обязательно требует раскрутки при вводе в эксплуатацию и после штиля. По ортогональной схеме выпускаются серийные необслуживаемые ВСУ мощностью до 20 кВт.
Геликоидный ротор, или ротор Горлова (поз. 4) – разновидность ортогонала, обеспечивающая равномерное вращение; ортогонал с прямыми крыльями «рвет» лишь немного слабее двухлопастного ВС. Изгиб лопастей по геликоиде позволяет избежать потерь КИЭВ из-за их кривизны. Хотя часть потока кривая лопасть и отбрасывает, не используя, но зато и загребает часть в зону наибольшей линейной скорости, компенсируя потери. Геликоиды используют реже прочих ветряков, т.к. они вследствие сложности изготовления оказываются дороже равных по качеству собратьев.
На 5 поз. – ротор типа ВС, окруженный направляющим аппаратом; его схема представлена на рис. справа. В промышленном исполнении встречается редко, т.к. дорогостоящий отвод земли не компенсирует прироста мощности, а материалоемкость и сложность производства велики. Но самодельщик, боящийся работы – уже не мастер, а потребитель, и, если нужно не более 0,5-1,5 кВт, то для него «бочка-загребушка» лакомый кусок:
В 60-х в СССР Е. С. Бирюков запатентовал карусельную ВСУ с КИЭВ 46%. Немного позже В. Блинов добился от конструкции на том же принципе КИЭВ 58%, но данных о ее испытаниях нет. А натурные испытания ВСУ Бирюкова были проведены сотрудниками журнала «Изобретатель и рационализатор». Двухэтажный ротор диаметром 0,75 м и высотой 2 м при свежем ветре раскручивал на полную мощность асинхронный генератор 1,2 кВт и выдерживал без поломки 30 м/с. Чертежи ВСУ Бирюкова приведены на рис.
Бирюков на свою ВСУ получил сразу несколько авторских свидетельств. Во-первых, обратите внимание на разрез ротора. При разгоне он работает подобно ВС, создавая большой стартовый момент. По мере раскрутки во внешних карманах лопастей создается вихревая подушка. С точки зрения ветра, лопасти становятся профилированными, и ротор превращается в быстроходный ортогонал, причем виртуальный профиль меняется соответственно силе ветра.
Во-вторых, профилированный канал между лопастями в рабочем диапазоне скоростей работает как центральное тело. Если же ветер усиливается, то в нем также создается вихревая подушка, выходящая за пределы ротора. Возникает такой же вихревой кокон, как вокруг ВСУ с направляющим аппаратом. Энергия на его создание берется от ветра, и тому на поломку ветряка ее уже не хватает.
В-третьих, регулятор оборотов предназначен прежде всего для турбины. Он держит ее обороты оптимальными с точки зрения КИЭВ. А оптимум частоты вращения генератора обеспечивается выбором передаточного отношения механики.
Примечание: после публикаций в ИР за 1965 г. ВСУ Бирюкова канула в небытие. Ответа от инстанций автор так и не дождался. Судьба многих советских изобретений. Говорят, какой-то японец стал миллиардером, регулярно читая советские популярно-технические журналы и патентуя у себя все, заслуживающее внимания.
Как у сказано, по классике горизонтальный ветрогенератор с лопастным ротором – наилучший. Но, во-первых, ему нужен стабильный хотя бы средней силы ветер. Во-вторых, конструкция для самодельщика таит в себе немало подводных камней, из-за чего нередко плод долгих упорных трудов в лучшем случае освещает туалет, прихожую или крыльцо, а то и оказывается способен только раскрутить самого себя.
По схемам на рис. рассмотрим подробнее; позиции:
Примечание: ураганная защита для горизонтального лопастника диаметром более 1 м совершенно необходима, т.к. создать вокруг себя вихревой кокон он не способен. При меньших размерах можно добиться выносливости ротора до 30 м/с с лопастями из пропилена.
Итак, где нас ждут «спотыки»?
Рассчитывать добиться мощности на валу генератора более 150-200 Вт на лопастях любого размаха, вырезанных из толстостенной пластиковой трубы, как часто советуют – надежды беспросветного дилетанта. Лопасть из трубы (если только она не настолько толстая, что используется просто как заготовка) будет иметь сегментный профиль, т.е. его верхняя, или обе поверхности будут дугами окружности.
Сегментные профили пригодны для несжимаемой среды, скажем, для подводных крыльев или лопастей гребного винта. Для газов же нужна лопасть переменного профиля и шага, для примера см. рис.; размах – 2 м. Это будет сложное и трудоемкое изделие, требующее кропотливого расчета во всеоружии теории, продувок в трубе и натурных испытаний.
При насадке ротора прямо на его вал штатный подшипник скоро разобьется – одинаковой нагрузки на все лопасти в ветряках не бывает. Нужен промежуточный вал со специальным опорным подшипником и механическая передача от него на генератор. Для больших ветряков опорный подшипник берут самоустанавливающийся двухрядный; в лучших моделях – трехъярусный, Фиг. Д на рис. выше. Такой позволяет валу ротора не только слегка изгибаться, но и немного смещаться из стороны в сторону или вверх-вниз.
Примечание: на разработку опорного подшипника для ВСУ типа EuroWind ушло около 30 лет.
Принцип его работы показывает Фиг. В. Ветер, усиливаясь, давит на лопату, пружина растягивается, ротор перекашивается, обороты его падают и в конце концов он становится параллельно потоку. Вроде бы все хорошо, но – гладко было на бумаге…
Попробуйте в ветреный день удержать за ручку параллельно ветру крышку от выварки или большой кастрюли. Только осторожно – вертлявая железяка может садануть по физиономbии так, что расквасит нос, рассечет губу, а то и выбьет глаз.
Плоский ветер бывает только в теоретических выкладках и, с достаточной для практики точностью, в аэродинамических трубах. Реально же ураган ветряки с ураганной лопатой корежит больше, чем вовсе беззащитные. Лучше все-таки менять исковерканные лопасти, чем делать заново все. В промышленных установках – другое дело. Там шаг лопастей, по каждой в отдельности, отслеживает и регулирует автоматика под управлением бортового компьютера. И делаются они из сверхпрочных композитов, а не из водопроводных труб.
Это – регулярно обслуживаемый узел. Любой энергетик знает, что коллектор со щетками нужно чистить, смазывать, регулировать. А мачта – из водопроводной трубы. Не залезешь, раз в месяц-два придется весь ветряк валить на землю и потом опять поднимать. Сколько он протянет от такой «профилактики»?
Но с уменьшением размеров лопастника трудности падают по квадрату диаметра колеса. Изготовление горизонтальной лопастной ВСУ своими силами на мощность до 100 Вт уже возможно. Оптимальным будет 6-лопастный. При большем количестве лопастей диаметр ротора, рассчитанного на ту же мощность, будет меньше, но их окажется трудно прочно закрепить на ступице. Роторы о менее чем 6 лопастях можно не иметь в виду: 2-лопастнику на 100 Вт нужен ротор диаметром 6,34 м, а 4-лопастнику той же мощности – 4,5 м. Для 6-лопастного зависимость мощность – диаметр выражается следующим образом:
Оптимальным будет рассчитывать на мощность 10-20 Вт. Во-первых, лопасть из пластика размахом более 0,8 м без дополнительных мер защиты не выдержит ветер более 20 м/с. Во-вторых, при размахе лопасти до тех же 0,8 м линейная скорость ее концов не превысит скорость ветра более чем втрое, и требования к профилировке с круткой снижаются на порядки; здесь уже вполне удовлетворительно будет работать «корытце» с сегментным профилем из трубы, поз. Б на рис. А 10-20 Вт обеспечат питание планшетки, подзарядку смартфона или засветят лампочку-экономку.
Далее, выбираем генератор. Отлично подойдет китайский моторчик – ступица колеса для электровелосипедов, поз. 1 на рис. Его мощность как мотора – 200-300 Вт, но в режиме генератора он даст примерно до 100 Вт. Но подойдет ли он нам по оборотам?
Показатель быстроходности z для 6 лопастей равен 3. Формула для расчета скорости вращения под нагрузкой – N = v/l*z*60, где N – частота вращения, 1/мин, v – скорость ветра, а l – длина окружности ротора. При размахе лопасти 0,8 м и ветре 5 м/с получаем 72 об/мин; при 20 м/с – 288 об/мин. Примерно с такой же скоростью вращается и велосипедное колесо, так что свои 10-20 Вт от генератора, способного дать 100, мы уж снимем. Можно ротор сажать прямо на его вал.
Но тут возникает следующая проблема: мы, потратив немало труда и денег, хотя бы на моторчик, получили… игрушку! Что такое 10-20, ну, 50 Вт? А лопастный ветряк, способный запитать хотя бы телевизор, дома не сделаешь. Нельзя ли купить готовый мини-ветрогенератор, и не обойдется ли он дешевле? Еще как можно, и еще как дешевле, см. поз. 4 и 5. Кроме того, он будет еще и мобильным. Поставил на пенек – и пользуйся.
Второй вариант – если где-то валяется шаговый двигатель от старого 5- или 8-дюймового дисковода, или от привода бумаги или каретки негодного струйного или матричного принтера. Он может работать как генератор, и приделать к нему карусельный ротор из консервных банок (поз. 6) проще, чем собирать конструкцию наподобие показанной на поз. 3.
В целом по «лопастникам» вывод однозначен: самодельные – скорее для того, чтобы помастерить всласть, но не для реальной долговременной энергоотдачи.
Парусный ветрогенератор известен давно, но мягкие полотнища его лопастей (см. рис.) начали делать с появлением высокопрочных износостойких синтетических тканей и пленок. Многолопастные ветряки с жесткими парусами широко разошлись по миру как привод маломощных автоматических водокачек, но их техданные ниже даже чем у каруселей.
Однако мягкий парус как крыло ветряка, похоже, оказался не так-то прост. Дело не в ветроустойчивости (производители не ограничивают максимально допустимую скорость ветра): яхсменам-парусникам и так известно, что ветру разорвать полотнище бермудского паруса практически невозможно. Скорее шкот вырвет, или мачту сломает, или вся посудина сделает «поворот оверкиль». Дело в энергетике.
К сожалению, точных данных испытаний не удается найти. По отзывам пользователей удалось составить «синтетические» зависимости для установки ВЭУ-4.380/220.50 таганрогского производства с диаметром ветроколеса 5 м, массой ветроголовки 160 кг и частотой вращения до 40 1/мин; они представлены на рис.
Разумеется, ручательств за 100% достоверность быть не может, но и так видно, что плоско-механистической моделью тут и не пахнет. Никак не может 5-метровое колесо на плоском ветре в 3 м/с дать около 1 кВт, при 7 м/с выйти на плато по мощности и далее держать ее до жестокого шторма. Производители, кстати, заявляют, что номинальные 4 кВт можно получить и при 3 м/с, но при установке их силами по результатам исследований местной аэрологии.
Количественной теории также не обнаруживается; пояснения разработчиков маловразумительны. Однако, поскольку таганрогские ВЭУ народ покупает, и они работают, остается предположить, что заявленные коническая циркуляция и пропульсивный эффект – не фикция. Во всяком случае, возможны.
Тогда, выходит, ПЕРЕД ротором, по закону сохранения импульса, должен возникнуть тоже конический вихрь, но расширяющийся и медленный. И такая воронка будет сгонять ветер к ротору, его эффективная поверхность получится больше ометаемой, а КИЭВ – сверхединичным.
Пролить свет на этот вопрос могли бы натурные измерения поля давления перед ротором, хотя бы бытовым анероидом. Если оно окажется выше, чем с боков в стороне, то, действительно, парусные ВСУ работают, как жук летает.
Из сказанного выше ясно, что самодельщикам лучше браться или за вертикалки, или за парусники. Но те и другие очень медленные, а передача на быстроходный генератор – лишняя работа, лишние затраты и потери. Можно ли сделать эффективный тихоходный электрогенератор самому?
Да, можно, на магнитах из ниобиевого сплава, т. наз. супермагнитах. Процесс изготовления основных деталей показан на рис. Катушки – каждая из 55 витков медного 1 мм провода в термостойкой высокопрочной эмалевой изоляции, ПЭММ, ПЭТВ и т.п. Высота обмоток – 9 мм.
Обратите внимание на пазы под шпонки в половинах ротора. Они должны быть расположены так, чтобы магниты (они приклеиваются к магнитопроводу эпоксидкой или акрилом) после сборки сошлись разноименными полюсами. «Блины» (магнитопроводы) должны быть изготовлены из магнитомягкого ферромагнетика; подойдет обычная конструкционная сталь. Толщина «блинов» – не менее 6 мм.
Вообще-то лучше купить магниты с осевым отверстием и притянуть их винтами; супермагниты притягиваются со страшной силой. По этой же причине на вал между «блинами» надевается цилиндрическая проставка высотой 12 мм.
Обмотки, составляющие секции статора, соединяются по схемам, также приведенным на рис. Спаянные концы не должны быть натянуты, но должны образовывать петли, иначе эпоксидка, которой будет залит статор, застывая, может порвать провода.
Заливают статор в изложнице до толщины 10 мм. Центрировать и балансировать не нужно, статор не вращается. Зазор между ротором и статором – по 1 мм с каждой стороны. Статор в корпусе генератора нужно надежно зафиксировать не только от смещения по оси, но и от проворачивания; сильное магнитное поле при токе в нагрузке будет тянуть его за собой.
И что же мы имеем напоследок? Интерес к «лопастникам» объясняется скорее их эффектным внешним видом, чем действительными эксплуатационными качествами в самодельном исполнении и на малых мощностях. Самодельная карусельная ВСУ даст «дежурную» мощность для зарядки автоаккумулятора или энергоснабжения небольшого дома.
А вот с парусными ВСУ стоит поэкспериментировать мастерам с творческой жилкой, особенно в мини-исполнении, с колесом 1-2 м диаметром. Если предположения разработчиков верны, то с такого можно будет снять, посредством описанного выше китайского движка-генератора, все его 200-300 Вт.
Андрей сказал(а):
Спасибо за вашу бесплатную консультацию…А цены “от фирм”не реально дороги,и я думаю,что мастеровые люди из глубинки смогут сделать генераторы подобные вашему.А аккамуляторы Li-po можно выписать из Китая,инверторы в Челябинске делают очень хорошие (с плавным синусом).А паруса,лопасти или роторы – это очередной повод для полёта мысли наших рукастых Русских мужиков.
Иван сказал(а):
вопрос:
Для ветряков с вертикальной осью(позиция 1) и варианта “Ленца” возможно добавить дополнительную деталь – крыльчатку,выставляющуюся по ветру, и закрывающую от него же бесполезную сторону(идущую в сторону ветра). То есть ветер будет не лопасть тормозить, а этот “экран”. Постановка по ветру “хвостом”, находящимся за самим ветряком ниже и выше лопостей(гребней). Читал статью и родилась идея.
Нажимая кнопку «Добавить комментарий», я соглашаюсь с сайта.
Многие владельцы загородных домов хотели бы использовать альтернативные источники энергии. Аналогичного мнения придерживаются и жители городских квартир из-за постоянного роста стоимости электроэнергии. При желании можно собрать простой ветряной генератор и установить его на своем участке.
Перед началом работ по созданию ветрогенератора своими руками стоит разобраться в законности использования этого агрегата. Чтобы обеспечить дачный участок электроэнергией, вполне достаточно использовать установки, мощность которых не превышает 1 кВт. На территории России они считаются бытовыми, и для их использования не требуется разрешение или сертификат.
Также со стороны государства не предусмотрены и дополнительные налоги на производство энергии для бытовых потребностей. В результате можно смело собирать ветряки своими руками для дома и использовать бесплатную электроэнергию. Однако стоит дополнительно проконсультироваться в местных органах власти на предмет наличия каких-либо правовых нормативов по данному вопросу.
Кроме этого, не стоит исключать возможность жалоб со стороны соседей, если они начнут испытывать неудобства при использовании этого агрегата. Решив собрать ветровой генератор своими руками, стоит обратить внимание на несколько его параметров:
Кроме этого, могут возникнуть претензии со стороны экологических служб, если ветряк мешает миграции птиц. Однако такая ситуация крайне маловероятна.
Ветряной генератор представляет собой устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с ее последующей конвертацией в электрическую. Происходит это благодаря вращению ротора генератора. Агрегат состоит из следующих элементов:
На лопасти воздействуют три силы, две из которых, подъемная и импульсная, преодолевают третью (тормозящую) и приводят в движение маховик. Вращательное движение передается на ротор генератора, и при его вращении в статоре создается магнитное поле. В результате этого появляется переменный ток, который затем с помощью специального контроллера преобразуется в постоянный и заряжает батарею.
Электроустановки этого типа принято классифицировать в соответствии с несколькими параметрами. Одним из главных здесь можно считать количество лопастей, так как многолопастные начинают работать даже при слабом ветре. Решив собрать ветряной генератор для дома своими руками, следует помнить о том, что лопасти могут быть парусными или жесткими. Проще всего сделать изделия первого типа, но они не отличаются высокой прочностью и требуют частого ремонта.
Отличаются ветроустановки и по расположению оси вращения - горизонтальные и вертикальные. Каждый из этих типов имеет как преимущества, так и недостатки. Если вертикальные устройства более чувствительны, то горизонтальные отличаются высокой мощностью. Последний признак классификации ветряных установок - фиксированный либо изменяемый шаг. В домашних условиях проще собрать агрегат первого типа.
Собрать такую ветряную электростанцию своими руками довольно просто. При этом ее мощности будет достаточно для обеспечения всех потребностей в электрической энергии на садовом участке.
Владельцам загородных домов можно смело ориентироваться на установки мощностью около 1,5 кВт. Наиболее простым устройством станет агрегат с вертикальной осью вращения. Для его создания потребуются следующие детали и материалы:
Кроме этого, потребуются болты с гайками, мерительный инструмент, болгарка либо ножницы по металлу и дрель.
Основу будущего агрегата составит цилиндрическая емкость, например, бочка или ведро. На нее необходимо нанести разметку, разделив емкость на четыре равных части. После этого следует разрезать металл (не до конца), чтобы получились лопасти. В шкиве и днище емкости просверливаются отверстия, которые должны располагаться строго симметрично, чтобы при работе не возник дисбаланс.
После этого лопасти отгибаются с учетом направления вращения используемого генератора, чаще всего по направлению хода часовой стрелки. Также следует помнить, что угол изгиба лопастей оказывает влияние на скорость вращения пропеллера. Закрепив лопасти на шкиве, генератор с помощью хомутов монтируется на мачте.
Основная часть работ на этом завершена, и остается лишь собрать электрическую цепь. Чтобы облегчить эту задачу, во время установки генератора на мачту стоит зарисовать схему соединений. Для подключения батареи следует использовать метровый отрезок провода сечением в 4 мм 2 . В свою очередь для соединения агрегата с сетью стоит воспользоваться проводником 2,5 мм 2 . Инвертор также подключается с помощью провода большего сечения.
Если все работы были проведены в соответствии с инструкцией, то ветряк будет хорошо работать, и при его эксплуатации проблем возникнуть не должно. При этом достоинств у роторной установки значительно больше, чем недостатков. К числу последних можно отнести лишь довольно высокую чувствительность к сильным порывам ветра.
Так как рынок насытился неодимовыми магнитами, стоимость этих изделий значительно снизилась. В результате можно на их основе собрать эффективный ветряк. Основой аксиального генератора станет ступица с тормозными дисками от машины. Перед началом работ ее необходимо очистить, проверить и смазать подшипники, а также покрасить.
Всего потребуется около 20 магнитов размера 20х8 мм. При желании можно использовать и большее количество этих изделий. Однако в такой ситуации следует руководствоваться двумя правилами:
Магниты просто наклеиваются на диски ротора , но при этом их полюса должны чередоваться. Чтобы все сделать правильно, стоит предварительно изготовить шаблон-шпаргалку. Предпочтение следует отдать магнитам прямоугольной формы, так как при работе они создают магнитное поле по всей длине. Также следует отметить, что противостоящие магниты должны иметь разные полюса.
При сравнении одно- и трехфазного устройства, предпочтительнее выглядит второе. Одним из основных недостатков однофазного генератора являются вибрации, возникающие при работе. Причина их появления кроется в разнице амплитуд тока, так как его отдача происходит неравномерно. Благодаря компенсации фаз в трехфазной модели, поддерживается постоянная мощность.
Кроме этого отдача однофазного устройства примерно на 50% меньше. На этом преимущества 3-фазного генератора не заканчиваются. Так как при его работе не возникает вибрация, то шумовые показатели всей ветряной установки будут существенно ниже. При этом не стоит забывать и об увеличении срока эксплуатации, если выбор пал на трехфазную модель генератора.
В создаваемом ветряке процесс зарядки батареи должен стартовать при частоте вращения ротора в 100−150 об/мин. Таким образом, общее число витков на всех катушках находится в диапазоне 1000−1200.Если эти цифры разделить на количество используемых катушек, то можно рассчитать число витков на каждой из них.
Следует помнить, что благодаря увеличению количества полюсов можно повысить мощность всей установки при работе на низких оборотах. На характеристики самодельного генератора серьезное влияние оказывает не только количество магнитов, но и их толщина. Общую мощность генератора можно рассчитать опытным путем. Для этого после изготовления одной катушки ее следует прокрутить в устройстве и измерить напряжение на определенном количестве оборотов без нагрузки.
Дальнейшие расчеты достаточно просты. Можно предположить, что при сопротивлении в 3 Ом на 150 об/мин на выходе получилось 27 В. Если из этого значения вычесть номинальное напряжение аккумулятора (в этом случае 12 В), получится 15 вольт. Для определения силы тока полученный результат (15 В) необходимо разделить на сопротивление катушки (3 Ом), что дает 5 ампер. Катушки необходимо между собой закрепить неподвижно, а выведенные наружу концы фаз соединяются треугольником или звездой. После сборки генератора его стоит проверить на работоспособность.
Высота мачты в среднем должна составлять от 6 до 12 метров, а ее основание стоит забетонировать. Ветряк монтируется на верхней части мачты и для упрощения ремонтных работ стоит предусмотреть механизм ее подъема и спуска, который будет приводиться в движение с помощью ручной лебедки.
Для изготовления пропеллера отлично подойдет труба из ПВХ с диаметром в 160 мм. Выбор формы лопастей осуществляется опытным путем, а основной задачей на этом этапе является усиление крутящего момента при работе на низких оборотах. Чтобы уберечь винт от сильных порывов ветра, его стоит оснастить складным хвостом.
Каждая из рассмотренных моделей ветряка имеет определенные преимущества и недостатки. Они могут быть достаточно эффективными в различных регионах, но максимальный результат будет получен в местности с частыми и сильными ветрами.
Сложно не заметить, насколько стабильность поставок электроэнергии загородным объектам отличается от обеспечения городских зданий и предприятий электроэнергией. Признайтесь, что вы как владелец частного дома или дачи не раз сталкивались с перебоями, связанными с ними неудобствами и порчей техники.
Перечисленные негативные ситуации вместе с последствиями перестанут осложнять жизнь любителей природных просторов. Причем с минимальными трудовыми и финансовыми затратами. Для этого нужно всего лишь сделать ветряной генератор электроэнергии, о чем мы детально рассказываем в статье.
Цена на электроэнергию неизменно растёт и, естественно, каждый хозяин старается оптимизировать расходы на её оплату. Здесь все средства хороши - начиная от средств экономии, техники с низким индексом потребления энергии, энергосберегающих ламп, и заканчивая использование многотарифных счётчиков электричества. Тем не менее, всегда останется заманчивой перспектива получения электричества не от государства, а от природы. Одним из самых эффективных подобных устройств остаётся ветрогенератор, который используется на Западе уже фактически наравне, а то и более широко, чем классические ТЭС или АЭС.
Естественно, самым практичным решением для получения электричества из энергии ветра, станет мощное устройство, способное вырабатывать необходимое количество энергии для обеспечения потребителей во всем доме. Ветрогенераторы своими руками на 220В могут быть разной мощности и мы рассмотрим принципы изготовления каждого возможного устройства из того, что может оказаться под руками у каждого рачительного хозяина.
Но для начала стоит провести хотя бы предварительный расчёт ветрогенератора и его рентабельности. К примеру, бытовой прибор на 800 кВт российской сборки обойдётся в полторы тысячи долларов США за один киловатт. Дорого. Китайская продукция, не отличающаяся надёжностью и точностью номиналов выльется в $900 за 1кВт. Тоже дорого. Заметьте, что это только сам генератор, без периферийного оборудования. Это фактически неподъемная цена для частника, поэтому постараемся использовать все, что есть под руками и сделать собственную автономную систему.
Расчёт мощности ветрогенератора - это сложный и трудоёмкий процесс, который применим к определённому генератору-исходнику. Самый простой вариант - задействовать динамо-машину от трактора или автомобиля. Такое устройство фактически не требует доработок и может применяться в системе энергообеспечения «как есть». Безусловно, можно долго разговаривать об устройствах на неодимовых магнитах, только, к примеру, в деревне Архиповка Орловской области их не было в жизни и не будет никогда, а списанных тракторов - тьма.
Лопастные вертикальные генераторы - одни из самых популярных в мире, однако для их постройки необходимо точно выполнить расчёт лопасти, её формы и размеров. Как показывает опыт создания таких устройств энтузиастами, самые эффективные лопастные генераторы - с регулируемым углом поворота лопасти. Средние размеры каждой из шести лопастей - 650х120 мм, а самый эффективный угол поворота относительно своей оси - около 12 градусов, хотя можно ставить эксперименты в каждом частном случае.
Роторный ветряк для дома выполняется с горизонтальным расположением оси генератора, на которой установлен ротор. Он может быть выполнен по нескольким схемам, которые представлены ниже. Самый простой вариант - изготовление ротора из цилиндрической ёмкости. Это может быть как пластиковая бочка, баллон для газа, в конце концов, кастрюля. Ёмкость должна быть разделена на четыре сегмента, каждый из которых крепится ступице. Ступица установлена на металлический каркас, примерный чертёж которого показан на рисунке.
Маломощный ветряк для дома можно собрать при наличии скромного набора б/у-шных устройств и деталей:
автомобильная АКБ, чем свежее и чем больше ёмкость, тем лучше,
инвертор на 300-700 Вт,
автомобильное или тракторное реле зарядки (в зависимости от вольтажа генератора),
контрольный прибор (вольтметр),
Для коммутации прибора с сетью электрической сетью используются провода сечением площадью не менее 4 мм². Готовая установка подключается по схеме, показанной на фото через предохранители 8, которая размыкается выключателем 9 для обслуживания и ремонта. Номинал резистора 1 подбирается опытным путём, а амперметр 5 может быть установлен на выходе из преобразователя 5 по желанию. Также для удобства использования конструкции может быть использован переменный резистор 4 для регулировки напряжения. Более подробная схема инвертора представлена ниже.
Таким образом можно собрать ветрогенератор для обеспечения минимальной потребности в электричестве. Расходуйте и производите энергию с умом, удачной всем работы!
Ветрогенераторы на 220В своими руками
Ветрогенераторы на 220В своими руками Цена на электроэнергию неизменно растёт и, естественно, каждый хозяин старается оптимизировать расходы на её оплату. Здесь все средства хороши - начиная от
Ветрогенератор или в простонародье ветряк - нехитрое приспособление, обеспечивающее своему хозяину немалую экономию за счет выработки бесплатного электричества. Такая установка - мечта любого владельца отрезанного от централизованных сетей участка или дачника, недовольного вновь полученной квитанцией за потребление электроэнергии.
Разобравшись в конструкции ветрогенератора, принципе его функционирования, изучив чертежи, можно самостоятельно сделать и установить ветряк, обеспечив свой дом неограниченной альтернативной энергией.
Краткое содержимое статьи:
Создание собственной, хоть и компактной, но электростанции - вещь серьезная, поэтому логично, что невольно возникает вопрос: а законно ли их использование? Да, если мощность запускаемой от ветра установки не будет превышать 1 кВт, что вполне хватит для обеспечения электрическим током среднего загородного дома.
Дело в том, что именно с таким показателем мощности устройство считается бытовым и не требует обязательной регистрации, сертификации, согласования, постановки на учет и, тем более, не облагается никаким налогом.
Впрочем, перед тем, как сделать ветрогенератор для дома, лучше обезопасить себя и учесть несколько моментов:
Если заранее продумать все нюансы, то ни налоговая, ни экологические службы, ни соседи не смогут предъявить претензии и воспрепятствовать получению бесплатной электроэнергии.
На фото готовые самодельные ветрогенераторы представлены вытянутыми металлическими конструкциями на трех или четырех опорах, с лопастями, двигающимися от ветра. В итоге получаемая потоком ветра кинетическая энергия преобразуется в механическую, которая в свою очередь запускает ротор и становится электрическим током.
Данный процесс является результатом налаженной работы нескольких обязательных составных элементов ветроэлектрической установки (ВЭУ):
Также необходимо предусмотреть тормозной блок, гондолу, мачту, флюгер, низко и высокоскоростной вал. Устройство определяет и принцип работы ветрогенератора: вращающийся ротор производит трехфазный переменный ток, проходящий через систему контроллера и заряжающий аккумулятор постоянного тока.
Конечные амперы преобразуются инвертором и направляются по подключенной проводке к выходным точкам: розеткам, освещению, бытовой технике и электроприборам.
Самой надежной и простой по конструкции считается роторная ВЭУ, представляющая собой установку с вертикальной осью вращения. Готовый самодельный генератор такого типа способен полностью обеспечить энергопотребление дачи, включая оснащение жилого помещения, хозяйственных строений и уличное освещение (правда, не слишком яркое).
Чтобы сделать ветрогенератор, понадобятся детали конструкции, расходные материалы и инструменты. Первым делом необходимо подыскать подходящие составные элементы ветряка, многие из которых можно найти среди старых запасов:
Также потребуются расходные материалы:
Желательно найти, изучить и распечатать чертежи ветрогенераторов своими руками. Потребуются и инструменты, в числе которых болгарка, метр, пассатижи, сверло, острый нож, электродрель, отвертки (крестовая, минусовая, индикаторная) и гаечные ключи.
Подготовив все необходимое, можно приступать к сборке, ориентируясь на пошаговую инструкцию, рассказывающую, как сделать ветрогенератор своими руками:
Ветрогенераторы своими руками на 220 Вольт - это возможность обеспечить дачу или загородный дом бесплатной электроэнергией в кратчайшие сроки. Наладить такую установку можно даже новичку, а большинство деталей для конструкции уже давно без дела лежат в гараже.
Онлайн помощник домашнего мастера
Как использовать ветер в своих целях и как работает ветрогенератор своими руками. Как работает современный ветряк и как его сделать своими руками. Фото лучших и самых простых моделей.
Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток.
Сегодня для него вновь нашлась полезная работа. Ветрогенератор для частного дома из разряда технических новинок становится реальным фактором нашего быта.
Давайте поближе познакомимся с ветряными электростанциями, оценим условия их рентабельного применения и рассмотрим существующие разновидности. Домашние умельцы получат в нашей статье информацию для размышления по теме самостоятельной сборки ветряка и устройствах, необходимых для его эффективной работы.
Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный ток. Полученное электричество запасается в аккумуляторах и по мере необходимости расходуется бытовыми приборами. Конечно, это упрощенная схема работы домашнего ветряка. В практическом плане он дополняется устройствами, выполняющими преобразование электричества.
Сразу за генератором в энергоцепочке стоит контроллер. Он преобразует трехфазный переменный ток в постоянный и направляет его на зарядку аккумуляторов. Большинство бытовых приборов не может работать от «постоянки», поэтому за аккумуляторами ставится другое устройство – инвертор.
Он выполняет обратную операцию: превращает постоянный ток в бытовой переменный напряжением 220 Вольт.
Понятно, что эти преобразования не проходят бесследно и забирают от исходной энергии довольно приличную часть (15-20%).
Если ветряк работает в паре с солнечной батареей или другим генератором электричества (бензиновым, дизельным), то схема дополняется автоматическим выключателем (АВР). При отключении основного источника тока, он активирует резервный.
Для получения максимальной мощности ветряной генератор должен располагаться вдоль ветрового потока. В простых системах реализуется принцип флюгера.
Для этого на противоположном конце генератора закрепляется вертикальная лопасть, разворачивающая его навстречу ветру.
В более мощных установках стоит поворотный электромотор, управляемый датчиком направления.
Существует две разновидности ветрогенераторов:
Первый тип – самый распространенный. Он характеризуется высоким КПД (40-50%), но имеет повышенный уровень шума и вибрации. Кроме этого, для его установки требуется большое свободное пространство (100 метров) или высокая мачта (от 6 метров).
Генераторы с вертикальным ротором энергетически менее эффективны (КПД почти в 3 раза ниже, чем у горизонтальных).
К их преимуществам можно отнести простой монтаж и надежность конструкции. Низкая шумность позволяет ставить вертикальные генераторы на крышах домов и даже на уровне земли. Эти установки не боятся обледенения и ураганов.
Они запускаются от слабого ветра (от 1,0-2,0 м/с) в то время, как горизонтальному ветряку нужен воздушный поток средней силы (3,5 м/с и выше). По форме рабочего колеса (ротора) вертикальные ветрогенераторы весьма разнообразны.
Благодаря малой частоте вращения ротора (до 200 об/мин), механический ресурс таких установок существенно превышает показатели горизонтальных ветрогенераторов.
Ветер это не природный газ, качаемый по трубам и не электроэнергия, бесперебойно поступающая по проводам в наш дом. Он капризен и непостоянен. Сегодня ураган срывает крыши и ломает деревья, а завтра сменяется полным штилем.
Поэтому перед покупкой или самостоятельным изготовлением ветряка нужно оценить потенциал воздушной энергии в своем районе. Для этого следует определить среднегодовую силу ветра. Эту величину можно узнать в интернете по соответствующему запросу.
Получив вот такую таблицу, находим район своего проживания и смотрим на интенсивность его окраски, сравнивая ее с оценочной шкалой. Если среднегодовая скорость ветра получится меньше 4,0 метров в секунду, то ветряк ставить нет смысла. Он не даст нужного количества энергии.
Если сила ветра достаточна для установки ветряной электростанции, то можно переходить к следующему шагу: подбору мощности генератора.
Если речь идет об автономном энергоснабжении дома, то в расчет берут среднестатистическое потребление электроэнергии 1 семьей. Оно находится в диапазоне от 100 до 300 кВт*ч в месяц. В регионах с низким годовым ветропотенциалом (5-8 м/сек) такое количество электричества способен сгенерировать ветряк мощностью 2-3 кВт.
При этом следует учитывать, что зимой средняя скорость ветра выше , поэтому выработка энергии в этот период будет больше, чем летом.
Скажем сразу, что сделать ветрогенератор своими руками полноценным и эффективным непросто. Грамотный расчет ветрового колеса, передаточного механизма, подбор подходящего по мощности и оборотам генератора – отдельная тема. Мы дадим лишь краткие рекомендации по основным этапам данного процесса.
Генератор
Автомобильные генераторы и электродвигатели от стиральных машин с прямым приводом для этой цели не подходят. Они способны генерировать энергию от ветрового колеса, но она будет незначительной. Автогенераторам для эффективной работы нужны очень высокие обороты, которые не может развить ветряк.
В моторах для стиралок другая проблема. Там стоят ферритовые магниты, а для ветрогенератора нужны более производительные – ниодимовые. Процесс их самостоятельного монтажа и намотки токоведущих обмоток требует терпения и высокой точности.
Мощность устройства, собранного своими руками, как правило, не превышает 100-200 Ватт.
В последнее время среди самодельщиков пользуются популярностью мотор-колеса для велосипедов и скутеров.
С позиций ветроэнергетики это мощные ниодимовые генераторы, оптимально походящие для работы с вертикальными ветровыми колесами и зарядки аккумуляторов. С такого генератора можно снимать до 1 кВт ветровой энергии.
Проще всего изготавливаются парусный и роторный винты. Первый состоит из легких изогнутых трубок, закрепленных на центральной пластине. На каждую трубку натягиваются лопасти из прочной ткани. Большая парусность винта требует шарнирного крепления лопастей, чтобы при урагане они складывались и не деформировались.
Роторная конструкция ветрового колеса используется для вертикальных генераторов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.
Ветрогенераторы для дома: виды, изготовление своими руками
Принцип работы бытовой ветряной электростанции прост: воздушный поток вращает лопасти ротора, насаженного на вал генератора и создает в его обмотках переменный
Ветрогенератор, изготовленный из автомобильного генератора, может помочь в ситуации, когда в частном доме нет возможности подключения к линии электропередачи. Либо послужит вспомогательным источником альтернативной энергии. Такое устройство можно сделать своими руками из подручных материалов, используя наработки народных умельцев. Фото и видео продемонстрируют процесс создания самодельной ветровой установки.
Существует огромное видовое разнообразие ветрогенераторов и чертежей их изготовления. Но любая конструкция включает в себя следующие обязательные элементы:
Обладая некоторыми навыками, можно смастерить ветрогенератор своими руками Кроме этого, необходимо заранее продумать систему управления и распределения электроэнергии, начертить схему монтажа.
Лопасти, пожалуй, самая важная часть ветрогенератора. От конструкции будет зависеть работа остальных узлов устройства. Изготавливают их из разных материалов. Даже из пластиковой канализационной трубы. Лопасти из трубы просты в изготовлении, стоят дёшево и не подвержены воздействию влаги. Порядок изготовления ветроколеса следующий:
Лопасти для ветрового колеса После сборки ветроколесо нуждается в балансировке. Его закрепляют на штативе горизонтально. Операцию проводят в закрытом от ветра помещении. В случае правильно проведённой балансировки колесо не должно двигаться. Если же лопасти вращаются сами, то их требуется подточить до придания равновесия всей конструкции.
Только после успешного завершения данной процедуры следует перейти к проверке точности вращения лопастей, они должны крутиться в одной плоскости без перекоса. Допускается погрешность в 2 мм.
Схема сборки генератора Для изготовления мачты подойдёт старая водопроводная труба диаметром не менее 15 см, длиной около 7 м. Если в пределах 30 м от предполагаемого места монтажа есть постройки, то высоту конструкции корректируют в сторону увеличения. Для эффективной работы ветроустановки лопастник поднимают выше препятствия минимум на 1 м.
Основание мачты и колышки для закрепления растяжек бетонируют. К кольям приваривают хомуты с болтами. Для растяжек применяют оцинкованный 6 мм трос.
Совет. Собранная мачта обладает немалым весом, при ручной установке понадобится противовес из трубы с грузом.
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 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.
Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.
Схема работы ветрогенератора Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.
Человечество на протяжении всего времени его развития делало, как незначительные, так и колоссальные, буквально меняющие когнитивную и объективную реальность и представления открытия, основанные на самых широких спектрах существующих законов на планете Земля. Все они так или иначе обуславливались определёнными факторами и были плодами нужд и необходимости что-либо улучшить, создать, изменить, подстроить под себя. Исходя из этого, на сегодняшний день буквально пришли к тому, что появляются строго индивидуальные нужды в использовании уже современных и эффективных приборов и механизмов, позволяющих извлекать максимум из всего, что окружает. Речь пойдет о таком устройстве, как ветроустановка (в народе – ветродуйка, ветродуй), а также о том, как же всё-таки сделать его своими собственными руками, затратив минимум энергии и средств, и получив максимальный результат.
Отличным примером для преставления ветрогенератора и его действия может стать известная компьютерная игра Майнкрафт, где ветрогенераторы раскрыты во всех их качествах. Устроен средний мини-генератор определенным образом.
Все ветрогенераторы в своей сущности дифференцируются на следующие основные виды:
Конечно, первые картинки, что приходят на ум при возникновении образа ветрогенератора – это вращающиеся лопасти, винт, хвост, турбина или, как её ещё называют, ветротурбина, так называемый ротор.
Ключевое звено всей деятельности – генератор, мачта, аккумуляторы, инвертор, подключённый к электросети, мультипликатор (редуктор, при необходимости) и флюгер.
Вертикальные ветрогенераторы являются наиболее эффективными и простыми в изготовлении и эксплуатации, что обуславливает их достаточную распространённость, будь то спиральный или прямой механизм.
Большое значение имеет, как цель создания ветрогенератора, так и местность, на которой он будет установлен, от чего и следует отталкиваться при планировке.
Существуют основные моменты, требующие обязательного внимания, при создании ветрогенератора. Первое, что следует определить, – конечно же двигатель всего прогресса, сердце всей системы – генератор, который можно как приобрести, так и сделать самому, что, в сущности, требует определённой сноровки и умений, однако, при должном желании, можно справиться и новичку. В зависимости от поставленной цели, хотите серьёзный аппарат на 10кВт, 5кВт (5kW) или менее мощный на 12V, или более маленький и простой ветродвиатель велосипедного образца, используемый, как электрическая установка на балконе квартиры.
Ветровик может быть оснащён практически любым генератором:
Далее определяемся с лопастями – теми самыми крутящимися объектами, напоминающими лопасти мельницы. Лопасти можно изготовить из также большого количества материалов, наиболее перспективными и распространёнными из которых являются, например, фанеры, пластика, иногда жести (краёв бочки, например), ПВХ материала и так далее. При изготовлении, следует учитывать все существенные факторы – как влияние центробежной силы, так и размеры лопастей, поток ветра на местности и другие. Наиболее рационально создавать крыльчатого характера, в силу повышения эффективности, путём влияния на распределение ветрового потока.
Следующий шаг – изготовление прибора для определения скорости и направления ветра – флюгера. Представляет собой что-то вроде металлического флажка, изменяющего своё положение в соответствии с потоками ветра. В роль флюгера может подойти практически любой сравнительно прочный, но лёгкий слой металла.
Мачта – в её роли может использоваться также широкий спектр подручных средств, например, прочная водопроводная труба. Самодельный ветряной аппарат (самоделки) вполне реально изготовить самому, как уже было описано, из максимально доступных средств, при чём сила ветряка зависит от используемых материалов и продуманности использования в конкретных условиях. Самый простой представитель таких устройств вполне способен создавать электричества на освещение помещения, зарядки устройств, а при должном желании, даже для обеспечения базовых нужд сравнительно небольшого загородного домика.
Генератор – важнейший элемент всей установки, без которого невозможно создание ни единого вольта электроэнергии. Изготовить низкооборотный генератор самостоятельно из подручных средств вполне реально, но следует подбирать все элементы под конкретные цели, ведь если речь идёт о мощной установке, то здесь необходимы достаточно серьёзные детали.
Генератор включает в себя:
При этом, для выполнения функции генератора, в зависимости от цели, можно использовать практически любой работоспособный механизм, будь то остатки тракторного двигателя или же электромотор от принтера или стартера вентилятора.
Важно, как подбирается медная электро проволока.
Если речь идёт об изготовлении генератора с нуля, то здесь необходимы элементы. Ступица – средняя часть колеса, металлическое основание для будущего моторчика. Неодимовые магниты в определённом количестве и размерах. Необходимы металлические диски, на которые будут крепиться магниты, полиэфирная смола или иной способный закрепить и склеить магнитный слой, плотный слой бумаги, фанера.
Изготовить ветрогенератор мощностью 220 вольт вполне реально самому, и даже это далеко не предел возможностей, при должном желании и наличии необходимых материалов.
Отличительными чертами генераторов со сравнительно значимой мощностью до мелких с небольшой мощностью являются:
Из последнего вытекает потребность в фундаменте, хотя бы в виде небольших подготовленных и залитых лунок для того, чтобы установить в них макет.Также аксиальные генераторы лишены свойства залипания, или, что называется, отправной точки, в силу чего даже малейший ветер способен сдвинуть с места лопасти такого прибора.
В остальном ветрогнераторы на 220 В (в том числе их изготовление) практически не отличаются от иных представителей и подчиняются общим правилам, изложенным выше.
Наиболее распространён ветровой генератор, основа которого – аксиальная система ветроустановок, основанная на использовании в ней неодимовых магнитов, завоевавших своё высокое место на рынке в силу качества, стойкости и доступности.
Если говорить о загородном участке дачи или усадьбе, но следует понимать, что чем больше потребность, тем больше стоимость. Особенно, если иметь в виду цели отопления или постоянного содержания всех домашних приборов, трудоёмкость и содержание такого устройства, пусть даже он и является одним из самых выгодных.
Ветродвигатель, как уже освещалось выше, вполне может выполнять функцию основного источника электроэнергии даже для целого дома.
Если сравнивать с близкими аналогами, например, солнечный источник во многом уступает ветрякам, ведь солнце бывает не ежедневно, а электрогенератор и подавно не чета ветрогенератору в экономической и экологической составляющей.
Основные компоненты ветрогенератора для дома (к онечно же, говоря о ветрогенераторе для дома, следует понимать, что необходимы все базовые элементы
Помимо того, при изготовлении также можно использовать принципы изобретений ВСУ Склярова, Бирюкова или Третьякова, что существенно повысит рационализм и выгоду использования системы и, для комфорта, уменьшит шумовые эффекты.
Процесс изготовления ветрогенератора является творческим и то, как он будет устроен, зависит только от мастера. Нет универсальной инструкции, так как каждая конструкция – совокупность различных деталей и других факторов каждого частного случая.
Делается всё с помощью базовых инструментов – шуруповерта, молотка, болгарки и иных подобных.
Первым, что нужно сделать при изготовлении ветрогенератора – это определиться с целью и сделать базовые расчёты, чертежи, определить место и так далее. Далее следует собрать и закрепить лопасти, хвост к аккумулятору (подключить к генератору).
Основная и наиболее оптимальная, апробированная и подробная инструкция по изготовлению ветрогенератора своими руками:
Забетонировать и построить основание конструкции, чтобы стабилизировать её при сильном ветре, рассчитав основные параметры, ведь для значительной установки шагового расстояния может быть недостаточно.
В заключение, следует отметить, что самодельный ветряной генератор – отличный, современный и с каждым днём всё более доступный источник энергии, распространяющийся с невероятной скоростью. Основные преимущества ветрогенератора, чего не могут присвоить электрогенераторы на основе бензогенератора – высокая экономичность, доступность, эффективность, простота монтажа и эксплуатации, современность, большинство – малошумные, экологичные.
Ветрогенераторы на сегодняшний день являются перспективным и всё более эффективным и набирающим обороты средством получения электроэнергии, при этом являющимися сравнительном экономичными и вполне доступными, даже для того, чтобы сделать такой прибор своими руками.
Ветрогенераторы-самоделки – отличный способ узнать что-то новое, попробовать в новом деле, а также сделать доступный и простой способ обеспечить домик электроэнергией в простейших домашних условиях.
