Ветрогенератор своими руками: что надо знать до начала работ

Ставший в последние десятилетия ведущим тренд на использование неиссякаемых источников энергии коснулся не только специалистов в области альтернативной энергетики и энергосбережения, но и обычных жителей городов, а особенно сел. Ведь собрать качественный ветрогенератор своими руками – это в перспективе более, чем существенная экономия. Подключение к розетке дорожает практически на глазах, ведь традиционно используемые источники энергии не бесконечны, а потребности человечества в электричестве растут.

Ресурс ветра, Солнца, морских приливов и прочих потенциальных источников энергии стремится к бесконечности, в рамках существования нашей планеты. Это важная причина максимально эффективно использовать подаренные природой богатства, но причина не единственная. Дело в том, что даже самодельный ветрогенератор – достаточно технически сложное устройство. Собрать его собственноручно, привести в рабочее состояние и эксплуатировать с пользой – немалое личное достижение, подтверждающее хорошие знания в области техники, упорство и склонность к созиданию.

С другой стороны, создавать ветрогенераторы для дома своими руками можно и по упрощенной схеме. Многие производители ветросиловых установок выпускают некие конструкторы, из которых можно собрать ветрогенератор с необходимыми характеристиками.

Для этого необходимо изучить поведение ветров в местности установки аппарата и определиться с требуемыми параметрами.

Но считать такой ветрогенератор самодельным можно лишь с большой условностью.

Несколько слов о ветрогенераторах

Прежде, чем поговорить о видах ветросиловых установок, их преимуществах и недостатках, необходимо прийти к пониманию ограниченности возможностей этих устройств. Чем мощнее установка, тем она сложнее, массивнее, дороже.

Выработка электроэнергии ветрогенераторо

Выработка электроэнергии ветрогенераторо

Понятно желание сделать своими руками ветрогенератор для дома с мощностью, необходимой для полного обеспечения энергонезависимости дома.

Но для того, чтобы хватило электроэнергии на освещение дома и подворья, на работу даже небольшого количества электроприборов, нужен источник мощностью несколько киловатт.

Например, даже довольно скромный пылесос требует 1-1,5 кВт, не говоря уже о всей совокупности привычной в быту электротехники.

Но существует зависимость: чем больше мощность ветросиловой установки, тем более сложных расчетов она требует, тем сложнее оборудование для изготовления, дороже материалы. Возможности одного человека слишком скромны, чтобы справиться с такими требованиями.

Поэтому, стремиться соорудить слишком сложный ветрогенератор своими руками не стоит. Если есть нужда в мощном агрегате, лучше купить то, что производит промышленность, хоть это и дорого.

Принцип работы и условия для работы, основные понятия

Перед тем, как сделать ветрогенератор своими руками, нужно изучить его принцип действия и конструкцию. Простая ветросиловая установка состоит из ветрового колеса (пропеллера, ротора и т.п.), генератора, инвертора (преобразователя напряжения), многофункционального контроллера и набора аккумуляторных батарей. Это упрощенная конструкция, но достаточная для понимания сути работы установки.

Принцип работы ветрогенератора

Принцип работы ветрогенератора

Силы, заставляющие ветровое колесо вращаться, можно условно разделить на три вида. Подъемная и импульсная работают на вращение, тормозящая, соответственно, в противоположном направлении. Первые две больше второй, пропеллер вертится, количество его оборотов в минуту зависит от скорости ветра.

Ветровое колесо вращает ротор генератора, создается переменный ток, идущий на зарядку аккумуляторной батареи через контроллер, а через инвертор, превращающий его ток напряжением 220V и 50 Гц — на питание электроприборов.

Работа самодельного ветрогенератора зависит от характеристик ветра на участке, где он будет устанавливаться. Этот показатель, точнее, показатели, настолько важны, что для обустройства ветровой электростанции или для установки промышленной ветросиловой установки специалисты детально изучают поведение ветра на данной территории не менее, чем год. Такое внимание к ветру оправдано, промышленные ветрогенераторы очень дороги, устанавливать их нужно только там, где они дадут соответствующий эффект.

Ветрогенератор своими руками

 Для того, чтобы подобрать параметры, которыми должен обладать самодельный ветрогенератор, можно, конечно, обойтись без услуг специальной команды ученых. Всю информацию можно найти на сайтах метеорологических служби и прогнозов погоды. Там можно посмотреть архив многолетних наблюдений по тому или иному региону страны.

Ветросиловые установки сложны, и специальная терминология для них богатая. Для того, чтобы делать ветрогенераторы своими руками на 220в, достаточно иметь представление о нескольких из этих терминов, и то, главным образом для ознакомления с проблематикой.

Минимальная рабочая скорость ветра, в аббревиатуре – МРС, представляет собой скорость, при которой ветрогенератор запускается самостоятельно. Максимально допустимая скорость ветра, или же МДС – это показатель, после достижения которого работа установки прекращается, во избежание ее разрушения. Для остановки ветряка применяются специальные технические приемы. Между минимальной рабочей и максимально допустимой скоростью ветра находится рабочий диапазон скоростей ветра, при который установка будет работать наиболее эффективно.

princip_raboty_vertikalnye_vetrogeneratory_1-500x372

Коэффициент полезного действия, которым обладает самодельный ветрогенератор, да и промышленный, для данного случая называется коэффициентом использования энергии ветра, или же КИЭВ.

При упрощенной модели расчетов он равен коэффициенту полезного действия ротора ветрогенератора.

Делаем статор

Тихоходный ветрогенератор — это устройство, в котором линейная скорость оконечностей ветрового колеса превышает скорость ветра всего в несколько раз. Опять же, быстроходный тот – у которого скорость оконечностей пропеллера больше скорости ветра, например, в двадцать раз. Тихоходность и быстроходность ветрогенератора – понятия очень относительные, и зависят как от количества оборотов, так и от диаметра ветрового колеса. Небольшое колесико с огромным количеством оборотов в минуту является тихоходным, если диаметр пропеллера небольшой. А промышленный ветрогенератор, который за минуту не успевает даже десять раз обернуться вокруг своей оси, очень быстроходен, из-за огромного диаметра ветрового колеса, точнее – пропеллера.

Как сделать ветрогенератор, не забираясь в дебри теории и непроходимые джунгли реализации? Да просто. Надо понимать границы собственной компетентности и границы возможностей гаражного технического творчества.

Виды ветрогенераторов, выбор параметров

Чтобы полностью разобраться, как конструируется ветрогенератор, не помешает общее представление о видах ветросиловых установок. Самый важный способ классификации таких установок для мастера-любителя – это расположение оси вращения ветрового колеса. Тут вида всего два. Если ось вращения расположена вертикально, на ней можно соорудить роторный ветрогенератор, один из вариантов которого – популярный у любителей ротор Савониуса, да и ротор Дорнье тоже.

Конструкция вертикального ветрогенератора Савониуса

 На ветросиловую установку с горизонтально расположенной осью вращения крепятся пропеллеры. Следует заметить, что вертикальный ветрогенератор в разы эффективнее устройства с горизонтальным ветровым колесом. Тем не менее, сделать роторный ветряк из старого ведра гораздо проще, чем сделать качественный пропеллер и сбалансировать его вручную.

Регионы разделяют на безветренные, слабоветренные и ветреные. В первом варианте скорость ветра меньше трех метров на секунду, во втором – от трех до пяти метров на секунду, в третьем – свыше пяти метров за секунду.

В безветренных районах делать ветрогенераторы для дома своими руками стоит разве что в случае применения парусного ветрового колеса. Даже при идеальной конструкции установки, чтобы при таких скоростях ветра получить стабильный переменный ток, надо вложить приличную сумму в выпрямители со стабилизаторами напряжения, универсальные инверторы, большое количество мощных аккумуляторов.

Возможность окупаемости таких инвестиций при таких условиях весьма сомнительна, лучше поинтересоваться другими, более перспективными источниками энергии.

В слабоветренных зонах, при относительно небольшой потребности в электроэнергии, подойдет вертикальный ветрогенератор. Разработок такого типа аппаратов больше всего, в реальных эксплуатационных условиях они практически не уступают заводским устройствам в КПД и в КИЭВ.

Самодельный генератор для ветряка на 12 неодимовых магнитов

Самодельный генератор для ветряка на 12 неодимовых магнитов

В регионах, где скорость ветра превышает 5 километров в секунду, выбор богаче и потенциальные мощности больше. Устройство сможет дать от 0,5 до 1,5 киловатта мощности без особых проблем. Но даже в таких районах, когда требуется энергоотдача повыше, стоит приобрести устройство промышленного производства, будь то парусник или дорогой ветряк с горизонтальным расположением ветрового колеса.

Какой большой бы не была сила ветра и конструкция колеса, все же сердце прибора – это генератор. То есть прибор, непосредственно превращающий механическую энергию в электрическую. К нему есть достаточно много требований, если имеется в виду эффективная и долговременная работа.

Самодельный ветрогенератор для дома будет хорошо работать, если его функционирование предусмотрено в значительном диапазоне скорости вращения и он способен самозапускаться, не требуя применения внешних источников питания. Если для раскрутки требуется постороннее усилие, сложность конструкции для домашнего применения неоправданно повышается.

Генераторы на ферритовых или стальных магнитах способны потянуть установку, вырабатывающую менее одного киловатта электроэнергии в час. В то же время, ветрогенераторы на неодимовых магнитах способны вырабатывать до пяти киловатт электроэнергии.

Самодельный ветряк с  аксиальным генератором на неодимовых магнитах

Самодельные ветрогенераторы своими руками принято делать с применением автомобильных генераторов. Именно автомобильный генератор переменного тока с выпрямителем – наиболее подходящее устройство для сборки ветросиловых установок мощностью от 0,1 до 2 кВт.

Он держит при довольно широком диапазоне скоростей выходное напряжение в пределах от 11 до 15 вольт, не требуя применения сложных и дорогих стабилизаторов.

И минимум срабатывания происходит при 1,4 В на обмотке.

Многие автомобильные генераторы не требуют применения зубчатой или ременной передачи для соединения с валом быстроходного ветрового двигателя при подборе количества оборотов за минуту количеством же лопастей. Как известно, чем больше количество лопастей пропеллера, тем меньше у него скорость.

Тем не менее, генератор из асинхронного двигателя – не лучший выбор. Специалисты отмечают, что такой генератор затормозит задолго до падения скорости ветра до МРС, и запустить его будет непросто.

Расчеты ветрогенератора производятся, исходя из описанных выше параметров, как то МРС, МДС, КИЭВ, так и из требуемых разработчиком характеристик. Речь идет о мощности, тихоходности и быстроходности, и тому подобное. В каждом конкретном случае расчет имеет индивидуальные особенности, учитывает множество факторов. В исполнении мастера-любителя такой расчет будет иметь довольно приблизительную точность.

Но и требования к самодельной ветросиловой установке не такие жесткие, как к устройству, изготовленному промышленным способом.

Вопросы безопасности

Ветросиловая установка – устройство довольно опасное, из-за предельно больших нагрузок, которые она выдерживает. Самодельный вертикальный ветрогенератор может быть гораздо опаснее промышленного, так как один человек не в состоянии рассчитать все параметры безопасности и соблюдать требования отраслевых нормативов.

Некоторые части ветрового колеса в состоянии достигнуть скорости 150 м/с, и если оно разлетится на части от нагрузки, осколки будут по убойной силе такими же, как пули, выпущенные из боевого оружия. Не менее опасны и лопасти пропеллера во время движения.

Ветряки с горизонтальной осью вращения

Ветряки с горизонтальной осью вращения

Ветрогенератор – штука шумная, да еще и издает инфразвук, а это уже опасно для здоровья. Нормативы требуют размещать устройство на значительном расстоянии от жилья, и уж точно не на крыше дома. Даже относительно маломощная установка в состоянии нарушить целостность стены при сильном ветре.

Если Вам понравился наш сайт или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми - нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.
  • Александр Фроня: Большое ВАМ спасибо за очень интересный и полезный материал.