Содержание
Как сделать своими руками?
Ветряной генератор – это не очень сложная конструкция, которую сможет собрать практически любой человек, если он имеет начальные навыки работы с ручным инструментом и обладает знаниями в электротехнике. Рассмотрим процесс сборки самого простого ветряного генератора для пользователей, начинающих осваивать альтернативные источники энергии.
Инструменты и материалы
Чтобы не ошибиться в размерах и собрать все правильно, можно воспользоваться любым готовым чертежом из интернета или можно начертить свой собственный и проверить его на деле. Для изготовления надежной и качественной конструкции потребуется:
- листовой металл для изготовления лопастей с толщиной 0.8-0.9 мм, он не должен быть слишком тонким и слабым, чтобы его не погнул или не порвал сильный порыв ветра, но и слишком толстый материал также нежелателен, поскольку избыточный вес конструкции приведет к быстрому износу подшипников;
- стальная пластина 40 мм или другого диаметра;
- стальная труба 25 мм;
- полуось от любого автомобиля с подшипником;
- стальной уголок;
- 2 шкива разного размера;
- автомобильный генератор.
Схема изготовления
Схема сборки самодельного ветряного генератора простая, в нее всегда можно добавить свои конструкторские решения. Из листового металла нужно изготовить 4 лопасти, размер которых будет составлять 1000 на 800 мм. Для скрепления лопастей между собой применяется стальная полоса. В результате конструкция должна напоминать форму барабана. Лопасти должны быть направлены от центра к наружной стороне. Такое направление позволит иметь больший парус на захват воздушного потока, а при развороте лопасти ее обтекаемая форма будет иметь минимальное сопротивление воздуху.
Из стальной трубы изготавливается вертикальный упор, который одной стороной крепится к полуоси, а на противоположную устанавливаются получившиеся лопасти.
Для большей производительности нам и понадобятся шкивы разных радиусов. Тот, который побольше, крепим на мачту, а который поменьше – на сам генератор. Если на генераторе имеется свой шкив, то можно использовать его. После этого генератор готов к выработке тока, но его нужно отправить в нужное нам место. Для этого прикрепляем к контактам провода. Желательно, чтобы они были медные и сечением не менее 1.5 кв. мм.
Компоненты и расчеты
Стоимость постройки варьируется в самых широких пределах, в зависимости от выбранной конструкции ветряка и использованных компонентов. Есть два основных типа ветрогенераторов — с горизонтальной осью вращения (обязательно располагать на высоте, оптимально 25-35 м) и с вертикальной осью, которые допустимо размещать просто на уровне земли.
Кроме самого генератора для ветряков с горизонтальной осью вращения необходим ротор с лопастями, редуктор и поворотный хвост, а также защитный кожух. Все это, обычно, устанавливается на высокую мачту. Поскольку мачта, как правило, довольно массивное и высокое сооружение, под него придется закладывать фундамент, а также закреплять ее дополнительными тросами-растяжками.
Дополнительно к суммарной цене конструкции добавляется стоимость монтажа при помощи крана. Чтобы избежать строительства высокой и дорогой мачты, для небольших ветряков все чаще используют варианты конструкции с вертикальной осью вращения ротора, которые способны работать на меньшей высоте при скоростях ветра от 1 м/с. Но такие системы относительно новые, поэтому однозначной статистики их эксплуатации еще не накоплено. Они дают меньше электроэнергии, зато существенно дешевле и не такие шумные, их проще изготовить своими руками.
На земле, в помещении располагается инвертор для превращения постоянного тока от генератора в переменный, комплект аккумуляторов, разъединители и автоматические выключатели, нужные для перераспределения полученной электроэнергии и отключения устройства при аварийных ситуациях либо для ремонта.
Примерное количество энергии, вырабатываемое на протяжении года ветряком с горизонтальной осью вращения можно подсчитать по такой эмпирической формуле: E = 1.64 * D*D * V*V*V. Где: E — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодовая скорость ветра (м/сек). После этого подсчитываем количество и стоимость потребляемой вашим домом за год электроэнергии, а затем множим полученные цифры на 25-30 лет — оценочный срок службы ветряка. Исходя из этого, рассчитываем необходимый размер лопастей и примерную общую стоимость конструкции, в зависимости от стоимости компонентов.
Если мачту можно построить самостоятельно, то электрооборудование и сам ветряк целесообразно покупать серийные, заводской сборки. Хотя, народные умельцы не раз демонстрировали примеры самостоятельной постройки ветрогенераторов для дома на основе компонентов из других устройств (электрогенераторов автомобилей, промышленного оборудования, даже умудряются пускать в дело переделанные электродвигатели от бытовой техники), использовать самодельные лопасти ротора и хвостовое оперение.
Схемы, методики и советы несложно найти в интернете или специализированных технических журналах, но в таком случае вся ответственность за работоспособность и безопасность построенного ветрогенератора будет лежать только на вас.
Очевидно, что с увеличением диаметра лопастей ротора и высоты мачты и соответственно большей собираемой энергии ветра возрастает генерируемая мощность, но пропорционально растет окончательная стоимость конструкции.
По разным оценкам стоимость постройки небольшого ветрогенератора для дома составляет в пределах 2-8 тыс. долларов за 1 кВт электроэнергии. Если у вас дома нет централизованного электроснабжения, ветряк, скорее всего, будет стоить дешевле самостоятельной прокладки линии электропередач или топлива для дизель-генератора.
Если же он задумывался как средство экономии — считайте и делайте выводы о его необходимости для дома. Кстати, уже сейчас полученная на крупных промышленных ветрогенераторах электроэнергия за 1 кВт получается дешевле, чем электроэнергия, выработанная на классических тепловых электростанциях. Себестоимость электроэнергии на малых ветрогенераторах немного выше, но все последние годы она неуклонно снижается.
В любом случае, если сегодня ветряк окажется нерентабельным, не выбрасывайте сделанные своими руками расчеты — через некоторое время появление новых моделей генераторов с большими показателями КПД, изменение тарифов на электроэнергию могут кардинально изменить ваше предыдущее решение.
Также наблюдайте за ситуацией с зеленым тарифом, который применяется во многих странах. По этому тарифу электроэнергию, сгенерированную дома при помощи альтернативных источников, в том числе энергии ветра, можно возвращать в электросеть, получая за нее доплату. Появление в стране зеленого тарифа или изменение его ставки может существенно повлиять на время окупаемости ветряка и проносимую им экономию для дома.
Развитие ветровой энергии в северной Европе
Норвегия расположена на Скандинавском полуострове, большая часть территории омывается морем, где дуют сильные северные ветра. Возможности получения электричества безграничны. В 2014 году был введен в эксплуатацию парк проектной мощностью 200 мегаватт. Такой комплекс обеспечит 40 тысяч жилых домов. Не стоит забывать, что Норвегия и Дания тесно сотрудничают на энергетическом рынке. Дания – это мировой лидер в области офшорной энергетики.
Большинство электростанций расположено в море, более 35% электроэнергии вырабатывается такими комплексами. Не имея атомных станций, Дания легко обеспечивает себя и Европу электричеством. Грамотное использование альтернативных источников позволило добиться такого прогресса.
Все ветряные генераторы могут быть классифицированы по нескольким принципам:
- Оси вращения.
- Количеству лопастей.
- Материалу, из которого выполнены лопасти.
- Шагу винта.
Классификация по оси вращения:
- Горизонтальные.
- Вертикальные.
Схема работы
Наибольшую популярность получили горизонтальные ветрогенераторы, ось вращения турбины которых расположена параллельно земле. Этот тип получил название «ветряной мельницы», лопасти которой вращаются против ветра. Конструкция горизонтальных ветрогенераторов предусматривает автоматический поворот головной части (в поисках ветра), а также поворот лопастей, для использования ветра небольшой силы.
Вертикальные ветрогенераторы гораздо менее эффективны. Лопасти такой турбины вращаются параллельно поверхности земли при любом направлении и силе ветра. Так как при любом направлении ветра половина лопастей ветроколеса всегда вращается против него, ветряк теряет половину своей мощности, что значительно снижает энергоэффективность установки. Однако ВЭУ такого типа проще в установке и обслуживании, поскольку ее редуктор и генератор размещаются на земле. Недостатками вертикального генератора являются: дорогостоящий монтаж, значительные эксплуатационные затраты, а также то, что для установки такой ВЭУ требуется немало места.
Ветрогенераторы горизонтального типа больше подходят для производства электроэнергии в промышленных масштабах, их используют в случае создания системы ветряных электростанций. Вертикальные часто применяют для потребностей небольших частных хозяйств.
Классификация по количеству лопастей:
- Двухлопастные.
- Трехлопастные.
- Многолопастные (50 и более лопастей).
По количеству лопастей все установки делятся на двух- и трех- и многолопастные (50 и более лопастей). Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.
Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в том случае, когда имеет значение сам факт вращения, как, например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, потому что это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.
Классификация по материалам лопастей:
- Ветрогенераторы с жесткими лопастями.
- Парусные ветрогенераторы.
Следует отметить, что парусные лопасти значительно проще в изготовлении, а потому менее затратны, нежели жесткие металлические или стеклопластиковые. Однако подобная экономия может обернуться непредвиденными расходами. Если диаметр ветроколеса составляет 3 м, то при оборотах генератора 400-600 об/мин кончик лопасти достигает скорости 500 км/ч. С учетом того обстоятельства, что в воздухе содержится песок и пыль, этот факт является серьезным испытанием даже для жестких лопастей, которые в условиях стабильной эксплуатации требуют ежегодной замены антикоррозийной пленки, нанесенной на концы лопастей. Если не обновлять антикоррозионную пленку, то жесткая лопасть постепенно начнет терять свои рабочие характеристики.
Лопасти парусного типа требуют замены не раз в год, а непосредственно после возникновения первого серьезного ветра. Поэтому автономное электроснабжение, требующее значительной надежности компонентов системы, не рассматривает применение лопастей парусного типа.
Классификация по шагу винта:
- Фиксированный шаг винта.
- Изменяемый шаг винта.
Безусловно, изменяемый шаг винта увеличивает диапазон эффективных рабочих скоростей ветрогенератора. Однако внедрение данного механизма ведет к усложнению лопастной конструкции, к увеличению веса ветрового колеса, а также снижает общую надежность ВЭУ. Следствием этого является необходимость усиления конструкции, что приводит к значительному удорожанию системы не только при приобретении, но и при эксплуатации.
Виды устройств
Существует немало разновидностей роторных установок. К наиболее известным можно отнести:
- ортогональный ротор
- ротор Онипко
- гелиоцентрический ротор
- ротор Савониуса
- ротор Дарье
- ротор Угринского и т.д.
Большинство конструкций создавались в начале прошлого века, но широкого распространения не получили из-за низкого интереса к бытовым установкам, к которым относили роторные ветряки. В Европе назревала серьезная потребность в больших мощностях, что требовало использования крупных установок.
В России отношение к ветроэнергетике изначально было чисто научным, направление рассматривалось как прикладное и не имеющее высокой значимости. Обилие мощных полноводных рек позволило развивать гидроэнергетику, которая гораздо эффективнее использования энергии ветра, по крайней мере, на нынешнем уровне развития технологий.
Интерес к ветрогенераторам появился буквально в последние десятилетия и вызван нехваткой сетевых ресурсов и общей изношенностью сетей. Появилось большое число разработок, самодельных устройств, которые продемонстрировали свою пригодность к употреблению в частных целях для обеспечения дома или усадьбы.
Сборка ветрогенератора своими руками
Тип генератора
Выбирать придется между горизонтальным или вертикальным (роторным) типом ветродвигателя.
Более простым вариантом будет установка вертикального ветрогенератора. У него выше коэффициент съёма ветра, а его балансировка значительно легче.
Мощность генератора
Чем мощнее выбранный вами генератор, тем больше вес и диаметра ветроколеса. Соответственно возрастает сложность его балансировки и закрепления.
Расчёт конструкции
Перед созданием устройства подумайте, сможете ли вы в точности воспроизвести точные заводские детали, или найти им достойную замену. Если нет — не стоит начинать.
Аккумуляторные батареи
Не стоит использовать автомобильные аккумуляторные батареи.
Минусы:
- Недолговечность;
- Взрывоопасность;
- Потребность в частом уходе.
Лучше выбрать герметические аккумуляторы:
- Созданы специально для нужд альтернативной энергетики;
- Стоит два-три раза дороже;
- Срок службы вырастет до 10 лет.
Возможные ошибки
- Неприспособленность к работе в зимних и летних условиях;
- Уязвимость к ураганным ветрам;
- Несоблюдение какой-либо технической мелочи, приводящее к деструкции всего устройства.
Стоимость ветрогенераторов
Цены на ветрогенераторы достаточно высокие. Это громоздкие конструкции, которые производятся из дорогостоящего материала. Имеют в комплекте аккумуляторы, контроллер, инвертор и мачту.
Комплект может состоять из: 1 — самого ветрогенератора, 2 — Мачты, 3 — Фундамента, 4 — Комплекта аккумуляторных батарей, 5 — Инвертора, 6 — Контроллера, а также проводов, коннекторов, стеллажа, дизель-генератора и прочих расходных материалов необходимых для монтажа
Технические характеристики ветрогенераторов также влияют на стоимость.
- Самый простой − это генератор с малой мощностью до 300 ватт. Производит энергию при силе ветра в 10-12 м /сек. Комплект самого простого ветряка только с контроллером стоит от 15 000 рублей. В комплектации с инвертором, аккумулятором и мачтой цена доходит до 50 000 рублей.
- Генераторы с заявленной мощностью 1 кВт. При слабом ветре в среднем производят энергии от 30-100 кВт в месяц. Для большого дома с высоким потреблением электроэнергии рекомендуется использовать в дополнение дизельный и бензиновый агрегаты. Они также будут заряжать аккумуляторы в дни полного безветрия. Стоит такой ветрогенератор от 150 000 рублей. Доходит и до 300-400 тысяч рублей с более полной комплектацией.
- Электрический расход в большом доме с приусадебным хозяйством потребует ветряк мощностью 3-5 кВт. Достаточное количество аккумуляторов, более мощный инвертор, контроллер, высокая мачта. Один комплект стоит от 300 000 рублей до миллиона.
Если дом еще и отапливался за счет ветра, то установку надо выбирать мощностью 10 кВт. И позаботиться о дополнительных источниках, таких как солнечные батареи. Возможно, понадобится и бензогенератор. Все зависит от того, сколько энергии придется держать в запасе на случай безветренных и пасмурных дней.
Ветрогенератор – источник электроэнергии
Тарифы на коммунальные услуги поднимаются как минимум один раз в год. А если присмотреться, то в некоторые годы та же электроэнергия поднимается в цене два раза – цифры в платежных документах растут как грибы после дождя. Естественно, все это ударяет по карману потребителя, доходы которого не показывают столь устойчивого роста. А реальные доходы, как показывает статистика, показывают тенденцию к падению.
Еще совсем недавно бороться с ростом тарифов на электроэнергию можно было одним простым, но незаконным способом – с помощью неодимового магнита. Это изделие прикладывалось к корпусу расходомера, в результате чего тот останавливался. Но пользоваться данной методикой мы настоятельно не рекомендуем – это небезопасно, незаконно, а штраф при поимке будет таким, что мало не покажется.
Схема была просто великолепная, но впоследствии она перестала работать по следующим причинам:
Участившиеся контрольные обходы стали массово выявлять недобросовестных хозяев.
- Участились контрольные обходы – по домам ходят представители контролирующих органов;
- На счетчики стали наклеиваться специальные стикеры – под действием магнитного поля они темнеют, разоблачая нарушителя;
- Счетчики стали невосприимчивыми к магнитному полю – здесь устанавливаются электронные учетные узлы.
Поэтому люди стали уделять внимание альтернативным источникам электроэнергии, например, ветрогенераторам. Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.
Еще один способ разоблачить нарушителя, ворующего электроэнергию – провести экспертизу уровня намагниченности счетчика, которая с легкостью выявляет факты хищения.
Ветряки для дома становятся привычным явлением в районах, где часто дуют ветра. Ветровой электрогенератор использует для выработки электроэнергии энергию ветровых потоков воздуха. Для этого они оснащаются лопастями, которые приводят в движение роторы генераторов. Полученная электроэнергия преобразуется в постоянный ток, после чего передается потребителям или запасается в аккумуляторных батареях.
Ветрогенераторы для частного дома, как самодельные, так и заводской сборки, могут основными или вспомогательными источниками электроэнергии. Вот типичный пример работы вспомогательного источника – он греет воду в бойлере или питает низковольтные домашние светильники, в то время как остальная домашняя техника работает от основной электросети. Также возможна работа как основного источника электричества в домах, не подключенных к электрическим сетям. Здесь они питают:
- Люстры и светильники;
- Крупную бытовую технику;
- Отопительные приборы и многое другое.
Соответственно, для того чтобы обогревать свое жилье, необходимо сделать или приобрести ветряную электростанцию на 10 кВт – этого должно хватить на все нужды.
Ветровая электростанция может питать как традиционные электроприборы, так и низковольтные – они работают от 12 или 24 вольт. Ветряной генератор на 220 В выполняется по схеме с применением инверторных преобразователей с накоплением электроэнергии в аккумуляторах. Ветрогенераторы на 12, 24 или 36 В устроены проще – здесь применяются более простые контроллеры заряда батарей со стабилизаторами.
Сенсация альтернативной энергетики
Одним из самых слабых мест у вертикальных ветрогенераторов является опорный подшипник. Масса всей конструкции давит на опору вызывая её усталостную деструкцию, а механическое трения снижает производительность. Чтобы обойти этот изъян, один китайско-немецкий консорциум предложил использовать магнитные подшипники с эффектом левитации.
Формы лопаток турбины могут быть различные, но центральный вал в этих моделях держится на магнитном подшипнике – левитирует. Проверка работоспособности конструкции вертикального ветрогенератора на магнитом подшипнике, продемонстрировала высокую эффективность в изменяющихся ветровых условиях по сравнению с аналогичной системой без такой опоры
Феномен маглева (магнитной левитации) основан на отталкивании одноименных полюсов постоянных магнитов. Использование пары постоянных неодимовых магнитов, с реальной поддержкой магнитной левитации, достаточно легко испытывается на практике. Два кольцевых магнита обращённых друг к другу одинаковыми полюсами демонстрирую достаточно сильное отталкивание, чтобы держать обе поверхности на расстоянии друг от друга. Сила, создаваемая в результате этого отталкивания, используется для подвески и является достаточно мощной, чтобы уравновесить вес объекта в зависимости от мощности магнитного поля.
В этом проекте удалось реализовать технологию достижения вертикальной ориентации с помощью роторов, а также генератора осевого потока. Однако есть нюансы, которые действительно отличают систему, работающую на постоянных магнитах, от электромагнитов.
В конструкции ветряка с осевым потоком, работоспособность основана на генераторах с постоянными магнитами. В них концепция магнитов и магнитных полей является доминирующим фактором в этой форме работы. Эти генераторы имеют воздушный зазор, перпендикулярный оси вращения. Одновременно, воздушный зазор создает магнитные потоки, параллельные оси.
Технология maglev, служит эффективной заменой шарикоподшипников, используемых в типовой ветротурбине, и обычно реализуется с постоянными магнитами.
Левитация используется между вращающимся валом турбины и основанием всей системы ветряка. При наличии соответствующих механизмов удаётся использовать очень слабые ветра для выработки электроэнергии. Правильно размещённые магниты формирует магнитное поле, а медные катушки будут способствовать захвату напряжения из-за изменения этого магнитного поля.
Такая система может работать при скорости ветра от 1 м/с, и поддерживает генерацию до шквальных порывов в 55 м/с. Согласно исследованию, генерирующая мощность ветровой турбины Маглева выше на 20% по сравнению с обычными ветряными турбинами, а эксплуатационные расходы на 50% ниже.
Ветрогенераторы МагЛев производятся и продаются в США с 2014 года.
Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:
Спасибо, что дочитали до конца!
Не забывайте , в ДЗЕНе
Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Следите за нами в твиттере:
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!
Преимущества и недостатки роторного ветрогенератора
Когда ветрогенератор сделать как надо, он будет функционировать без каких-либо ошибок. С аккумулятором на 75А и с хорошим инвертером на 1000 W, ветряк без проблем будет обеспечивать светом улицу, площадку дома, питать защитную сигнализацию, видеонаблюдение и т. д.
Ветрогенераторы такого типа имеют следующие преимущества:
- простота монтажа;
- небольшая себестоимость;
- экономичность;
- податливость к ремонту;
- не привередлив к условиям функционирования;
- надежность и бесшумность работы.
Минусов ветрогенератора несколько:
- небольшая производительность ветрогенератора;
- полная зависимость ветряка от ветра;
- лопасти может сорвать воздушный поток.
Подготовка материалов для ветрогенератора
Первым делом нужно собрать все расходники и детали для ветряка. Сделанный вами ветрогенератор будет выдавать мощность не более 1,5 КВт. Чтобы сделать агрегат вам нужно иметь:
- Автомобильный генератор на 12 В.
- Гелиевый или кислотный аккумулятор на 12 В.
- Специальный преобразователь с 12 В на 220 В и с 700 Вт на 1500 Вт.
- Большую емкость из нержавейки или алюминия: ведро или кастрюля.
- Простой вольтметр.
- Болты, шайбы и гайки.
- Реле зарядки аккумулятора от автомобиля и контрольной лампочки заряда.
- Провода с разным сечением (2,5 мм2 и 4 мм2).
- Хомуты, фиксирующие ветрогенератор.
- Выключатель «кнопка» полугерметичный, на 12 В.
Кроме того, запаситесь такими инструментами:
болгаркой или ножницами по металлу;
рулеткой;
строительным карандашом или маркером;
отверткой, дрелью, кусачками и сверлом.
Конструкторские работы ветрогенератора
Работа заключается в изготовлении ротора и переделывания шкива генератора. Этапы следующие:
Подготовьте ведро или кастрюлю.
При помощи рулетки и маркера сделайте разметку, разделив емкость на 4 одинаковые части.
Теперь нужно вырезать лопасти.
Обратите внимание! Работая ножницами по металлу, необходимо вырезать под них отверстие. Если же ведро сделано не из покрашенной жести или оцинковки, то можно использовать болгарку
Снизу ведра и в шкиве пометьте место, где будут отверстия. В них ввинчиваются болты. Не торопитесь, сделайте все ровно, так как при вращении может возникнуть дисбаланс. После чего сделайте отверстия.
Теперь отогните лопасти. Только не забудьте учесть, в каком направлении крутится генератор.
Угол изгиба лопасти влияет на площадь, которую будет встречать ветер. Это напрямую влияет на скорость и частоту оборотов ветряка.
При помощи болтов, закрепите ведро на шкиве.
Установите свой ветрогенератор на мачту, закрепив его хомутами.
Осталось подсоединить провода и собрать цепь.
На мачте зафиксируйте провода, чтобы они не болтались.
Для подсоединения аккумулятора возьмите провода, сечение которых 4 мм2. Рекомендуемый размер – не больше 1 м. А благодаря проводам с 2,5 мм2 подключите свет и приборы. Не забудьте установить инвертер (преобразователь). Подключите прибор в сеть к контактам №7 и №8, показанным на схеме ниже. Пользуйтесь проводами 4 мм2.
Вот и все, теперь ваш ветрогенератор готов к работе. Не может не радовать то, что он сделанный своими руками.
