Как выполнить ветрогенератор собственными руками

В наше время тема зеленой энергетики стала чрезвычайно востребованной. Некоторые даже предрекают, что такая энергетика уже в ближайшем будущем полностью вытеснит угольные, газовые, атомные электрические станции. Одним из направленностей зеленой энергетики считается ветроэнергетика. Резервные электростанции, преобразующие энергию ветра в электричество, бывают не только промышленными, в составе ветряных электростанций, но и маленькими, обслуживающими приватное хозяйство.

Ветрогенератор можно даже сделать собственноручно — этому и посвящен этот материал.

Что такое генератор

В широком смысле генератором называют устройство, производящее какие-нибудь продукты или преобразующее один вид энергии в другой. Это может быть, например, парогенератор (создает пар), генератор кислорода, квантовый генератор (источник электромагнитного излучения).

Виды генераторов

Электрогенеаторы классифицируются как:

• индукционные — они преобразуют механическую работу в электрическую энергию;
  
• термоэлетрические — преобразуют энергию тепла в электричество;
  
• фотоэлектрические (фотоэлементы, фотоэлектрические панели) — преобразуют свет в электричество;
  
• магнитогидродинамические (МГД-генераторы) — электрическая энергия вырабатывается из энергии плазмы, двигающейся через магнитное поле;
  
• химические — преобразуют энергию хим. реакций в электрическую энергию.

Более того, индукционные резервные электростанции отмечают по типу мотора. Выделяют такие их варианты:

• турбогенераторы приводятся в движение паровой турбиной;
• гидрогенераторы в качестве мотора применяют гидравлическую турбину;
• дизель-генераторы или бензогенераторы изготавливают на основе дизельных или двигателей на бензине;
• ветряные генераторы преобразуют энергию масс воздуха в электрическую энергию с помощью ветротурбины.

Ветряные генераторы

Подробно остановимся на ветрогенераторах (называют их еще по другому ветряками). Самый простой маломощный ветрогенератор в большинстве случаев состоит из мачты, в основном, укрепляемой растяжками, на которую ставится ветротурбина.

Эта ветротурбина раскручивается винтом, приводящим в движение ротор электрического генератора. В состав устройства, не считая электрического генератора, также входят аккумулятор с контроллером заряда и преобразователь напряжения, подключенный к электрической сети.

Рабочая схема данного устройства неимоверно проста: под воздействием ветра крутится винт, раскручивая ротор, электрический генератор формирует переменный электроток, который превращается контроллером заряда в постоянный ток.

Этим током заряжается аккумулятор. Постоянный ток, поступающий с аккумулятора, превращается преобразователем напряжения в электрический ток, параметры которого соответствуют показателям электрические сети.

Промышленные устройства устанавливаются на башнях. Они дополнительно оснащаются механизмом поворотного типа, анемометром (прибор чтобы провести измерения скорости и направления ветра), устройством изменения поворотного угла лопастей, системой торможения, силовым шкафом с управляющими цепями, системами пожаротушения и защиты от молний, системой передачи данных о работе установки и т. д.

Типы ветрогенераторов

По расположению оси вращения относительно поверхности земли ветроустановки разделяют на горизонтальные и вертикальные. Самой простой вертикальной моделью считается установка с ротором Савониуса.

В ней две или более лопастей, они собой представляют пустотелые полуцилиндры (цилиндры, разделенные надвое в вертикальном положении).

Ротор Савониуса Есть разные варианты компоновки и конструкции таких лопастей: симметрично закрепленные, заходящие краями друг за друга, с аэродинамическим профилем.

Преимуществом ротора Савониуса считается простота и конструкционная надежность, также, его работа не зависит от направления ветра, минусом — невысокий КПД (не больше 15%).

Другой вертикальной системой считается ротор Дарье. Его лопасти собой представляют крылья с аэродинамическим профилем. Они бывают дугообразными, Н-образными, спиралевидными. Лопастей может быть две и более.

Ротор Дарье Хорошими качествами такого ветрогенератора считаются:

• его большой коэффициэнт полезного действия,
• очень низкий шум во время работы,
• сравнительно обычная конструкция.

Из плохих качеств отмечаются:

• высокая нагрузка на мачту (благодаря эффекту Магнуса);
• отсутствие математической модели работы этого ротора, что осложняет его совершенствование;
• скоротечный износ из-за центробежных нагрузок.

Дополнительным видом вертикальных установок считается геликоидный ротор. Он оборудован лопастями, которые ввинчены вдоль несущей оси.

Геликоидный ротор Это обеспечивает долговечность конструкции и большой коэффициэнт полезного действия. Минусом считается большая цена ввиду сложности изготовления.

Многолопастный вид ветряка собой представляет конструкцию с 2-мя рядами вертикальных лопастей — внутренним и внешним. Данная конструкция даёт самый большой КПД, но выделяется большой ценой.

Горизонтальные модели выделяются:

• количеством лопастей (однолопастные и с очень приличным количеством);
• материалом, из которого сделаны лопасти (жёсткие или гибкие парусные);
• изменяемым или фиксированным шагом лопастей.

Конструктивно они все схожи. В общем ветряные генераторы данного типа выделяются большим коэффициентом полезного действия, но у них есть потребность постоянной подстройке под направление ветра, что решается применением в конструкции хвоста-флюгера или автоматизированным позиционированием установки при помощи механизма поворотного типа по показаниям датчика.

Ветрогенератор собственными руками

Модельный выбор ветрогенераторов на рынке очень и очень широкий, доступны устройства очень разных конструкций и разной мощности. Но лёгкую установку можно выполнить своими руками.

Поиск подходящих материалов

В качестве генератора лучше взять трехфазный на постоянных магнитах, к примеру, тракторный. Но вполне можно изготовить его из электрического мотора, о чем будет подробно сказано ниже. Важен вопрос выбора лопастей. Если ветряк вертикального типа, в большинстве случаев применяют вариации ротора Савониуса.

Тракторный генератор Для производства лопастей прекрасно подойдет емкость формы цилиндра, к примеру, старая выварка. Но, как выше упоминалось, ветряные генераторы данного типа обладают невысоким КПД, а сделать лопасти очень сложной формы для вертикального ветряка не выйдет. В самоделках в большинстве случаев применяют 4-ре полуцилиндрические лопасти.

Что же касается ветряков горизонтального типа, то для маломощной установки благоприятной считается однолопастная конструкция, но при всей ее видимой простоте очень тяжело будет сделать сбалансированную лопасть кустарным образом, а без этого ветряк будет часто выходить из строя.

• В горизонтальных ветряках разрешено использовать лопасти 2-ух типов: парусные и крыльчатые. Парусные очень просты, это только широкие полосы, напоминающие лопасти ветряных мельниц. Минусом подобных элементов является слишком низкий КПД. В данном отношении намного перспективнее крыльчатые лопасти. Дома их в большинстве случаев делают из 160 мм Пластиковых труб по лекалу.

Можно применять и алюминий, однако это обойдется намного дороже. Также поливинилхлоридное изделие трубы с самого начала имеет изгиб, который придаёт ей дополнительные аэродинамические свойства.

Лопасти из поливинилхлорида трубы Длина лопастей выбирается по следующему принципу: чем мощнее выходная мощность ветряка, тем они длиннее; если их много, тем они короче. Например, для трехлопастного ветряка на 10 Вт благоприятной считается длина 1,6 метра, для четырехлопастного — 1,4 м.

Если мощность составляет 20 Вт, то критерий поменяется на 2,3 м для трехлопастного и 2 м для четырехлопастного.

Важные этапы изготовления

Ниже приведен пример самостоятельного изготовления горизонтальной трехлопастной установки с переделкой в генератор асинхронного мотора от машины для стирки.

Перестройка мотора

Одним из важных факторов создания ветрогенератора собственноручно считается перестройка электрического двигателя в электрический генератор. Для переделки применяется электрический двигатель от старой машины для стирки еще производства СССР.

1. С мотора снимается ротор и протачивается на нем широкая канавка.
2. По всей длине канавки клеятся неодимовые магниты четырехугольной формы (размеры 19х10х1 мм) парами, по одному магниту с каждого края канавки друг напротив друга, не беря во внимание их полярность. Закрепить приклеенные магниты можно смолой на эпоксидной основе.
3. Электрический двигатель собирается.
4. Для сбора устройства, преобразовывающего электрический ток в постоянный, применяются зарядные приспособления для сотовых телефонов на 5 В и 1 А (нельзя применять устройство на микросхеме, только транзисторное).
5. Блок питания разбирается.
6. Выпаивается USB и вилка.
7. Платы трех подготовленных трансформаторов объединяют постепенно и собирают в виде единой сборки.
8. Вход собранной сборки на 220 В подсоединяют к генератору, выход — к контроллеру зарядки аккумулятора.

Видео: как переделывать мотор для ветрогенератора Для увеличения силы тока можно применять несколько сборок, скреплённых параллельно.

Создание корпуса и лопастей

Другим этапом изготовления ветряка считается сборка основы, на которую устанавливаются детали ветрогенератора.

1. База сваривается из труб из стали в виде конструкции, одна оконцовка которой раздвоенная, укрепленная поперечными элементами, иная — одинарная для крепления хвоста устройства.
2. На раздвоенной оконцовке сверлятся 4 отверстия для крепления электрического генератора.
   
3. Устанавливается поворотная часть на основе подшипника.
   
4. К подшипнику фиксируется фланец с монтажными дырочками.
5. Делается хвост из листа металла.
   
6. Конструкция зачищается и красится.
   
7. Красится хвост.
8. Из тонкого листа металла делается и красится защитный кожух-обтекатель.
9. После обсыхания окрашенных компонентов на основу ставится электрический генератор, фиксируется кожух и хвост.
   
10. Лопасти крепят на крыльчатку от системы охлаждения тракторного мотора.
11. К лопастям привариваются распорки (в таком случае лопасти железные).

Видео: как выполнить ветрогенератор

Как можно заметить, собрать ветроустановку собственноручно не слишком легко. Это просит конкретных способностей и знаний в области электробытовой техники и электроники. Однако для людей, обладающих такими познаниями, эта задача полностью по силам. Также рукодельный ветряк будет стоить не очень дорого покупной конструкции.