Как сделать ветряной генератор своими руками

E-VETEROK.RU Энергия ветра и солнца

Добро пожаловать на сайт о самодельных ветрогенераторах, солнечных панелях, электричестве от ветра и солнца. Меня зовут Алексей, я автор данного сайта. Моё увлечение альтернативной энергией началось с переезда и жизни на даче, где электросети нет совсем.

Всё началось и изготовления первого ветрогенератора небольшой мощности. Далее я начал всё изучать и появлялись новые ветряки, потом приобрёл солнечные батареи, аккумуляторы и ветро-солнечная электростанция стала расти, развивается она и сейчас потихоньку.

На страницах сайта есть много информации о том как в домашних условиях сделать ветрогенератор своими руками, начиная от генератора, и заканчивая подключением, контроллером, и аккумуляторами.

Так-же в разделе Мой небольшой опыт я выложил фото отчёты о своих ветрогенераторах, и о солнечных батареях. Вы я думаю найдёте ответы на все вопросы начиная от намотки катушек генератора, и до расчёта лопастей, и многое другое. Так-же на сайте есть информация о аккумуляторах, контроллерах, схемах защиты и т.д.

Законность установки ветрогенератора

Перед непосредственной установкой ветрогенератора необходимо ознакомиться  с требованиями и ограничениями, предусмотренными действующим законодательством.

Так, если мощность устройства не превышает 1 кВт, то ветрогенератор считается бытовым прибором и на него не распространяется ни одна из существующих регламентаций.

При этом 1 кВт вполне достаточно для маленького жилого дома или дачи. Конечно, если не пользоваться мощной техникой. Для освещения, работы телевизора и компьютерной техники данной мощности хватит с лихвой. Можно будет даже пользоваться некоторыми типами домашнего электроинструмента.

Сертификации же, подлежат установки мощностью 75 кВт и более. В  иных случаях не потребуется наличие разрешительных документов.

Еще стоит учитывать, что никакие ветровые установки не облагаются налогом. Ведь ветер является бесплатным ресурсом. При использовании генератора в личных целях к пользователю не будут возникать вопросы со стороны представителей власти.

Ограничения распространяются разве что на высоту мачты. Особенно если установка будет размещаться вблизи аэродромов, вышек связи или линии электропередач. Возможно, претензии начнут предъявлять экологические службы. К примеру, их специалисты могут указать на то, что мачта создает препятствия для свободного перелета птиц.

Конечно же, перед установкой мачты необходимо выяснить, не будет ли она мешать соседям по участку. Например, некоторые люди опасаются возможного падения мачты. Такой страх вполне закономерен и чтобы развеять все предрассудки, рекомендуется убедить соседей в том, что мачта надежно закреплена. Еще соседей может раздражать вибрация от мачты и громкая ее работа. В таком случае лучше выбрать качественный и тихо работающий генератор.

Есть вероятность того, что мачта спровоцирует ухудшение приема радио или телевизионного сигнала. Пострадать может и мобильная связь. Во избежание возникновения конфликтной ситуации с соседями, рекомендуется заранее с ними договориться об установке ветрогенератора.

Также оборудование необходимо разместить так, чтобы оно не нарушало привычный жизненный уклад соседей. Обязательно во время установки ветряка нужно учитывать и правила техники безопасности. Стоит учитывать, что лопасти вращаются с очень высокой скоростью, а отколовшийся от них кусок способен развить скорость больше 100 км/ч. Во избежание повреждения имущества и нанесения вреда жизни и здоровью человека, установка должна находиться на безопасном расстоянии от домостроения.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Необходимые инструменты и материалы

Для изготовления самодельного ветряка потребуются такие детали:

• ротор с лопастями;
• редуктор для регулирования скорости вращения ротора;
• гелевый или щелочной аккумулятор для питания электроприборов;
• инвертор для трансформации тока;
• хвостовая часть;
• мачта.

Ротор с лопастями можно сделать самостоятельно, тогда как остальные элементы, вероятно, придётся купить или собрать из необходимых деталей. Кроме этого, для сборки самодельного ветряка потребуются такие инструменты и материалы:

• пила по дереву;
• ножницы по металлу;
• горячий клей;
• паяльник;
• дрель.

Обязательно нужны винты и болты для соединения лезвий со ступицей и для скрепления металлической трубы с деревом.

Лопасти для ветрогенератора своими руками

Изготавливая лопасти самостоятельно, стоит особое внимание уделить соблюдению заданной чертежом формы изделий. Лопасти могут быть крыльчатого или парусного типа

Второй более прост в изготовлении, но имеет невысокий КПД, что делает его неэффективным в самодельных ветрогенераторах даже средних размеров.

Для изготовления лопастей самодельного ветрогенератора подойдут такие материалы как:

• пластик;
• дерево;
• алюминий;
• стекловолокно;
• поливинилхлорид.

Устройство лопастной части ветрогенератора

Если выбирать поливинилхлорид, то для создания лопастей отлично подойдут ПВХ-трубы диаметром от 160 мм. Пластик и дерево — менее износостойкие материалы, которые под воздействием осадков и сильного ветра через несколько лет придут в негодность. Оптимальный вариант — алюминий: он прочный и лёгкий, устойчивый к разрыву и залому, невосприимчивый к влаге и повышенным температурам.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Когда все чертежи будут составлены, а материалы и инструменты подготовлены, можно начинать собирать ветрогенератор своими руками, руководствуясь следующим порядком:

1. Подготовить бетонный фундамент. Глубина ямы и объём бетонной смеси рассчитывается исходя из типа грунта и климатических условий. После заливки фундаменту нужно несколько недель, чтобы набрать нужную прочность. Только после этого можно устанавливать в него мачту на глубину 60-70 см, закрепив её растяжками.
2. Поместить подготовленные лопасти в трубу, закрепить их с помощью винтов и гаек на втулке, на которую будет установлен двигатель.
3. Расположить диодный мост рядом с двигателем и закрепите его с помощью саморезов. Подсоединить провод от двигателя к диодному мосту «плюс», а другой провод к отрицательному мосту.
4. Закрепить вал двигателя, надеть на него втулку и плотно затянуть её против часовой стрелки.
5. Уравновесить основание трубы с прикреплённым к нему двигателем и валом и отметить точку баланса.
6. Закрепить основание прибора болтами.

Ветрогенератор может прослужить гораздо дольше, если покрасить не только лопасти, но основание, вал и крышку двигателя. Чтобы включить установку потребуется комплект проводов, зарядное устройство, амперметр и аккумулятор.

Крепление магнитов

Магниты следует фиксировать на роторных дисках. Для стандартной ступицы будет достаточно 20 магнитов типоразмера 25х8 мм. Магниты необходимо располагать с чередованием полюсов.

Лучше сделать бумажный шаблон, который приложить к диску, и по нему разместить магниты.

В идеале следует использовать магниты прямоугольной формы. Перед нанесением промаркируйте каждый магнит по полюсам, чтобы не запутаться при чередовании.

Притягивающие стороны – это «+», отталкивающиеся – «-». Магниты нужно крепить надежным клеем. Для дополнительной фиксации сверху их следует залить эпоксидной смолой.

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

Разновидности генераторов

Прежде чем решить, как сделать ветрогенератор своими руками, рассмотрим особенности конструкции:

По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным

• Классическая конструкция — ось вращения расположена параллельно земле, плоскость лопастей — перпендикулярно. Такая схема предусматривает свободное вращение вокруг вертикальной оси, для позиционирования «по ветру».Чтобы плоскость вращения всегда занимала эффективное положения перпендикулярно направлению ветра, требуется хвостовое оперение, которое работает по принципу флюгера. Принцип действия простой: ветер меняет направление, воздействует на хвостовую плоскость, ось вращения генератора всегда расположена вдоль движения потока воздуха. Единственная сложность — подключение силовых кабелей. Если корпус генератора совершит несколько оборотов вокруг вертикальной оси, провода намотаются на мачту, и оборвутся. Поэтому требуется установка ограничителя. Он не позволяет совершить полный оборот, но приводит к зависанию) корпуса в мертвых зонах.Промышленные образцы имеют электронный регулятор слежения за направлением, и поворачивает корпус с помощью встроенного электромотора.Решить проблему можно с помощью цилиндрического пропеллера, который принимает воздушный поток как поперек, так и вдоль оси вращения. Правда, эффективность зависит от угла атаки. Чем больше ветер отклоняется от угла 90°, тем ниже КПД.Но такую конструкцию трудно сделать своими руками, из-за сложностей в аэродинамике движителя.
• Оптимальный вариант — вертикальные генераторы (то есть, ось вращения вала располагается перпендикулярно земле). При таком расположении аэродинамического движителя, вы вообще не зависите от направления ветра. Вращение одинаково эффективно, и зависит только от силы потока воздуха.Форма лопастей может быть самой разной, есть простор для инженерной мысли. Существует множество интересных аэродинамических проектов, разработанных научными учреждениями. Причем чертежи большинства их них представлены в свободном доступе. Причем конструкции, опубликованные в литературе технической направленности времен СССР, порой оказываются наиболее рациональными.Роторные винты имеют неоспоримое преимущество: вертикальный генератор закреплен статично, что упрощает электрическое подключение. Нет необходимости устанавливать ограничители вращения, как в горизонтальных схемах.

По номиналу генерируемого напряжения

• Ветрогенераторы, изготовленные своими руками на 220 вольт, не требуют дополнительных преобразователей величины напряжения, и являются конструкциями прямого применения. Однако их работа зависит от силы ветра. Как минимум, необходим стабилизатор на выходе, выполняющий функцию регулятора при разных оборотах вала. При отсутствии ветра, система просто не работает.Преимущества неоспоримы: как правило, используется мощный электродвигатель, на который можно устанавливать винт, непосредственно закрепив его к валу ротора. Переделки минимальны по трудозатратам, такие моторы уже имеют удобный постамент, остается лишь изготовить опорную площадку.Электродвигатели можно найти с минимальными финансовыми затратами: от любой списанной электроустановки. Например, промышленного вентилятора. Подходят и моторы от бытовой техники: стиральные машины, пылесосы.
• 12 вольт (реже 24 вольта). Наиболее популярная конструкция — ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора. Причем он демонтируется из автомобиля-донора в комплекте с преобразователем напряжения. Переделка схемы не требуется: на выходе мы получаем либо 14 вольт (в автомобиле таким напряжением заряжается аккумулятор), либо требуемые для питания вашей энергосистемы 12 вольт. Наличие шкива позволяет сконструировать ременную передачу с требуемым соотношением оборотов. Ответную часть также можно снять с автомобиля донора.При желании, лопасти крепятся непосредственно на вал.Такие ветрогенераторы можно использовать как для непосредственного подключения к потребителю, так и в автомобильном режиме, воспроизведя систему зарядки в комплекте с аккумулятором. Если для организации энергоснабжения требуется 12 вольт, питание берется напрямую с клемм аккумулятора. Для получения 220 вольт, используется преобразователь. Подходящий вариант — источник бесперебойного питания.Система работает следующим образом: если отбираемая мощность ниже, чем может обеспечить генератор — аккумуляторные батареи заряжаются. Если порог превышен — мощность генерируется от АКБ.

Ходовая часть и хвост ветряка

Ветряк действительно было очень легко сделать. Я начал с кусков стали толщиной 3/8″ (~9,5 мм), к которым можно было прикрутить генератор. Для этого я сварил трубу, которая подходила по размеру к трубе на конце мачты, – на ней ветряк будет вращаться. В этой машине нет токосъемников, я просто использовал достаточное количество кабеля, чтобы она могла сделать несколько оборотов прежде чем остановиться. Линия электропередачи генератора чуть длиннее, чем кабель, чтобы ветряк мог остановиться, не вырвав шнур питания. Хвост закреплен железным треугольником в 4 ярдах (~4 метра) от центра вращения. Два 0.5″ (~1,27 см) стальных бруска служат для лучшего закрепления хвоста. Я слегка сдвинул хвост и генератор относительно оси, это было сделано исключительно интуитивно в надежде, что порывы ветра не закрутят его слишком быстро.

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.

Дополнительное электрооборудование

Как уже было сказано выше, неотъемлемой частью ветряной электростанции является аккумулятор, берущий на себя питание потребителей. при его выборе нужно помнить, что чем больше его емкость, тем дольше он сможет поддерживать напряжение в сети, но при этом и дольше будет заряжаться. Приблизительное время работы можно определить как то время, за которое исчерпается половина емкости аккумулятора (после этого падение напряжения станет уже ощутимым, кроме того, глубокий разряд снижает ресурс свинцово-кислотных батарей).

Пример: Так, аккумулятор емкостью 65 А*ч условно сможет отдавать в нагрузку 30-35 ампер-часов энергии. Много это или мало? Обычная лампа освещения мощностью 60 ватт потребует, с учетом наличия инвертора, преобразующего 12 В постоянного тока в 220 В переменного и имеющего собственный КПД в пределах 70%, тока в 7 ампер — это чуть больше четырех часов работы. Восстанавливать же растраченную энергию наш ветряк с условной мощностью 90 ватт даже в лучшем случае, при постоянном сильном ветре, будет не менее пяти часов. Как вы видите, при использовании ветрогенератора исключительно как автономного источника энергии электричество в вашем доме будет доступным лишь на несколько часов в день.

Вторым узлом системы электроснабжения становится инвертор. В нашем случае можно использовать как готовый автомобильный, так и извлеченный из источника бесперебойного питания

В любом случае важно не перегружать его потреблением тока, учитывая, что реальная эксплуатационная мощность его в 1,2-1,5 раза меньше указываемой максимальной мощности

Как вы можете видеть, привлекательность использования даровой энергии упирается во многочисленные ограничения, и даже единственный эффективный в средней полосе России вариант — ветрогенератор — неспособен обеспечивать длительную автономность.

Но вместе с тем эта идея неплоха и как источник аварийного электропитания и, особенно, как конструкторская задача — удовольствие от создания своими руками ветрогенераторной установки может в разы превосходить ее мощность.

Схема подключения ветрогенератора

Рабочие схемы подключения ветрогенератора. Как правильно подключить ветрогенератор, варианты подключения, схемы, фото.

При установке ветрогенератора очень важно его правильно подключить к потребителям. Существует несколько вариантов схем подключения в зависимости от дополнительного оборудования системы

Существует несколько вариантов схем подключения в зависимости от дополнительного оборудования системы.

Минимальный комплект ветроустановки состоит из комплектующих:

• Ветрогенератор.
• Контроллер.
• Аккумулятор.
• Инвертор.
• Кабеля и предохранители.

Ветрогенератор – используется для заряда аккумуляторных батарей, генератор вырабатывает переменный ток. Напряжение и сила тока генератора зависят от мощности генератора и силы ветра. Высота мачты, на которой расположен генератор, также играет важную роль, чем выше мачта, тем стабильней воздушный поток и больше вероятность работы ветрогенератора при слабом ветре.

Контроллер – преобразовывает переменный ток, в постоянный который необходим для заряда аккумуляторных батарей.

Аккумуляторы – служат накопителями энергии, потребление энергии идёт от аккумуляторов.

Инвертор – преобразователь постоянного тока в переменный. На вход инвертора поступает постоянный ток от аккумуляторов 12V или 24 V, а на выходе переменный 220V который потребляют большинство бытовых электроприборов.

В свою очередь инверторы бывают нескольких типов:

Модифицированная синусоида – низкое качество выходного напряжения, применяется для потребителей не чувствительных к качеству напряжения (лампочки, телевизоры, отопительные приборы, зарядные устройства).

Чистая синусоида – высокое качество выходного напряжения, подходит для всех потребителей, в том числе и для электродвигателей и точного оборудования.

Трехфазный – преобразовывает постоянный ток в переменный трёхфазный 380 V.

Сетевой – применяется на мощных ветростанциях для выхода электроэнергии в общественную сеть.

Это основное оборудование необходимое для работы ветростанции, из дополнительного оборудования можно отметить автоматический переключатель источника питания (АВР).

АВР – переключатель, позволяет переключить в автоматическом режиме источник питания для потребителей. При отключении основного источника электроэнергии в данном случае ветроустановки переключает потребителей на аварийный генератор или бытовую электросеть.

Общая схема подключения ветрогенератора.

На рисунке схематически показан принцип подключения компонентов установки.

Схема подключения однофазного ветрогенератора.

В данном случае потребители энергии полностью зависят от работы ветряка и ёмкости аккумуляторов.

Гибридная система подключения с солнечной панелью.

В данном случае в систему дополнительно подключена солнечная панель, что повышает производительность установки.

В отличие от первого варианта система не зависит полностью от работы ветрогенератора, и аккумуляторы также заряжаются от солнечной панели.

Схема подключения ветрогенератора с резервным генератором.

Вариант подключения с резервным бензиновым (дизельным) генератором, в данном случае при снижении заряда аккумуляторов АВР (автоматический переключатель источника питания) запускает резервный генератор.

Схема подключения ветрогенератора с резервным питанием из сети.

Следующий вариант системы с подключением к сети. В этом случае, когда ветра нет, и генератор не может набрать рабочую скорость, АВР переключает потребителей на сеть. При отключении электроэнергии в сети, АВР переключает потребителей на питание от аккумуляторов установки.

Это основные примеры схем подключения ветрогенератора.

Преимущества и принцип работы ветряков

Современный вертикальный генератор – один из вариантов альтернативной энергии для дома. Агрегат способен преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.

Ветряной генератор роторного типа очень легко изготовить своими руками. Конечно, полностью взять на себя обеспечение частного крупногабаритного коттеджа энергией он не сможет, но с освещением хозяйственных построек, садовых дорожек и придомовой территории справится на отлично

Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.

Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.

Малые бытовые модели состоят из трех и более легких лопастей, моментально улавливают самый слабый порыв и начинают вращаться, как только сила ветра превышает 1,5 м/с. Благодаря этой способности их эффективность часто превышает КПД крупных установок, нуждающихся в более сильном ветре

Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.

Ветряк, имеющий вертикальную ось вращения, по эффективности уступает своим горизонтальным аналогам. Зато не предъявляет претензий к территориальному расположению и полноценно работает практически в любом удобном для домовладельцев месте