Як зробити вітряну електростанцію своїми руками

1. Класифікація вітряних генераторів
2. Переваги і недоліки «вітряків»
3. Саморобні вітрові генератори
4. Узагальнений проект домашньої ВЕУ
5. Про генераторах для домашніх «вітряків»
6. Вертикально-осьовий саморобний «вітряк»
7. Виготовлення ротора Савоніуса
8. З'єднання з двигуном і установка на щоглу
9. Контролер напруги (просте зарядний пристрій)
10. Горизонтально-осьова вітряна електроустановка
11. Виготовлення горизонтально-осьового «вітряка»
12. комбіновані ВЕУ
13. Розрахунок потужності вітряної домашньої електростанції

Одним з найбільш доступних варіантів використання поновлюваних джерел енергії - є використання енергії вітру. Про те, як самостійно зробити розрахунок, зібрати і встановити вітряк, читайте в цій статті.

Класифікація вітряних генераторів

Установки класифікуються виходячи з таких критеріїв вітродвигуна:

• розташування осі обертання;
• число лопатей;
• матеріал елементів;
• крок гвинта.

ВЕУ, як правило, мають конструктивне виконання з горизонтальною і вертикальною віссю обертання.

Виконання з горизонтальною віссю - пропелерна конструкція з однією-двома-трьома і більше лопатями. Це найпоширеніше виконання повітряних енергетичних установок унаслідок високого ККД.

Виконання з вертикальною віссю - ортогональні і креслень конструкції на прикладі роторів Дарині і Савоніуса. Останні два поняття слід пояснити, так як обидва мають певну значимість у справі конструювання вітряних генераторів.

Ротор Дарині - ортогональна конструкція вітродвигуна, де аеродинамічні лопаті (дві або більше), розташовані симетрично один одному на деякій відстані і укріплені на радіальних балках. Досить складний варіант вітродвигуна, що вимагає ретельного аеродинамічного виконання лопатей.

Ротор Савоніуса - конструкції вітродвигуна карусельного типу, де дві лопаті полуціліндріческой форми розташовані одна проти одної, утворюючи в цілому форму синусоїди. Коефіцієнт корисної дії конструкцій невисокий (близько 15%), але може бути збільшений практично вдвічі, якщо лопаті ставити у напрямку хвилі не горизонтально, а вертикально і застосовувати багатоярусне виконання з кутовим зміщенням кожної пари лопатей щодо інших пар.

Переваги і недоліки «вітряків»

Переваги даних пристроїв очевидні, особливо стосовно до побутових умов експлуатації. Користувачі «вітряків» фактично отримують можливість відтворення безкоштовної електричної енергії, якщо не брати до уваги невеликих витрат на спорудження та обслуговування. Однак очевидні також і недоліки вітроелектричних установок.

Так, щоб домогтися ефективної роботи установки, слід дотримуватися умов стабільності вітрових потоків. Такі умови людина створити не в силах. Це чисто прерогатива природи. Ще одним, але вже технічним недоліком, відзначається низька якість електрики, що виробляється, в результаті чого доводиться доповнювати систему дорогими електричними модулями (мультиплікаторами, зарядні пристрої, акумуляторами, перетворювачами , Стабілізаторами).

Переваги і недоліки в плані особливостей кожної з модифікацій вітродвигунів, мабуть, балансують на нульовій позначці. Якщо горизонтально-осьові модифікації відрізняються високим значенням ККД, то для стабільної роботи вимагають застосування контролерів напрямки вітрового потоку і пристроїв захисту від ураганних вітрів. Вертикально-осьові модифікації мають малий ККД, але стабільно працюють без механізму стеження за напрямком вітру. При цьому такі вітродвигуни відрізняються малим рівнем шумів, виключають ефект «розносу» в умовах сильних вітрів, досить компактні.

Саморобні вітрові генератори

Виготовлення «вітряка» власними руками - завдання цілком вирішуване. Причому конструктивний і раціональний підхід до справи допоможе звести до мінімуму неминучі фінансові витрати. В першу чергу варто накидати проект, провести необхідні розрахунки балансування і потужності. Ці дії будуть не просто запорукою успішної побудови вітряної електростанції, але також запорукою збереження в цілісності всього придбаного обладнання.

Почати рекомендується з будівлі мікро-вітряка, потужністю в кілька десятків ват. Надалі отриманий досвід допоможе створити більш потужну конструкцію. Створюючи домашній вітряної генератор, не варто робити упор на отримання якісного електрики (220 В, 50 Гц), так як цей варіант зажадає істотних фінансових вкладень. Розумніше обмежитися використанням спочатку отриманого електрики, яке можна успішно застосовувати без перетворення для інших цілей, наприклад, для підтримки систем опалення та гарячого водопостачання, побудованих на електронагрівачах (ТЕН) - такі прилади не вимагають стабільного напруги і частоти. Це робить можливим створювати просту схему, яка працює безпосередньо від генератора.

Швидше за все, ніхто не буде стверджувати, що опалення і гаряче водопостачання в будинку по значущості поступаються побутової техніки та освітлювальних приладів, для харчування яких найчастіше прагнуть встановлювати домашні вітряки. Пристрій ВЕУ саме з метою забезпечення будинку теплом і гарячою водою - це мінімальні витрати і простота конструкції.

Узагальнений проект домашньої ВЕУ

Конструктивно домашній проект багато в чому повторює промислову установку. Правда, побутові рішення часто базуються на вертикально-осьових вітродвигуна і комплектуються низьковольтними генераторами постійного струму. Склад модулів побутової ВЕУ за умови отримання якісного електрики (220 В, 50 Гц):

• вітродвигун;
• пристрій орієнтації на вітер,
• мультиплікатор;
• генератор постійного струму (12 В, 24 В);
• модуль заряду акумуляторних батарей;
• акумуляторні батареї (літій-іонні, літій-полімерні, свинцево-кислотні);
• перетворювач постійної напруги 12 В (24 В) в змінну напругу 220 В.

Bетрогенератор PIC 8-6 / 2.5

Як це працює? Просто. Вітер крутить вітродвигун. Крутний момент передається через мультиплікатор на вал генератора постійного струму. Отримана на виході генератора енергія через зарядний модуль акумулюється в батареях. Від клем акумуляторних батарей постійна напруга 12 В (24 В, 48 В) подається на перетворювач, де трансформується в напругу, придатне для живлення побутових електричних мереж.

Про генераторах для домашніх «вітряків»

Більшість побутових конструкцій вітрових установок , Як правило, конструюються із застосуванням малооборотних електродвигунів постійного струму. Це найпростіший варіант генератора, який не потребує модернізації. Оптимально - електродвигуни з постійними магнітами, розраховані на напругу живлення близько 60-100 вольт. Є практика застосування автомобільних генераторів, але для такого випадку потрібно впровадження мультиплікатора, так як автогенератори видають потрібне напруження тільки на високих (1800-2500) оборотах. Один з можливих варіантів - реконструкція асинхронного двигуна змінного струму, але також досить складний, що вимагає точних розрахунків, виконання токарних робіт, установки неодімових магнітів в області ротора. Є варіант для трифазного асинхронного двигуна з підключенням конденсаторів однакової ємності між фазами. Нарешті, існує можливість виготовлення генератора з нуля власними руками. Інструкцій на цей рахунок є маса.

Вертикально-осьовий саморобний «вітряк»

Досить ефективний і головне недорогий вітрогенератор можна спорудити на основі ротора Савоніуса. Тут як приклад розглядається мікро-енергетична установка, потужність якої не перевищує 20 Вт. Однак цього пристрою цілком достатньо, наприклад, для забезпечення електричною енергією деяких побутових приладів, що працюють від напруги 12 вольт.

Набір деталей:

1. Лист алюмінієвий товщиною 1,5-2 мм.
2. Труба пластикова: діаметр 125 мм, довжина 3000 мм.
3. Труба алюмінієва: діаметр 32 мм, довжина 500 мм.
4. Двигун постійного струму (потенційний генератор), 30-60В, 360-450 об / хв, наприклад, електродвигун моделі PIK8-6 / 2.5.
5. Контролер напруги.
6. Акумулятор.

Виготовлення ротора Савоніуса

З алюмінієвого листа вирізаються три «млинця» діаметром 285 мм. По центру кожного просверливаются отвори під алюмінієву трубу 32 мм. Виходить щось подібне компакт-дисків. Від пластикової труби відрізаються два шматки довжиною по 150 мм і розрізають навпіл уздовж. Результат - чотири напівкруглих лопаті 125х150 мм. Всі три алюмінієвих «компакт-диска» надягають на трубу 32 мм і закріплюються на відстані 320, 170, 20 мм від верхньої точки строго горизонтально, утворюючи два яруси. Між дисками вставляються лопаті, по дві штуки на ярус і закріплюються суворо одна проти одної, утворюючи синусоїду. При цьому лопаті верхнього ярусу зміщуються щодо лопатей нижнього ярусу на кут 90 градусів. У підсумку виходить чотирилопатевий ротор Савоніуса. Для кріплення елементів можна використовувати заклепки, саморізи, куточки або застосувати інші способи.

З'єднання з двигуном і установка на щоглу

Вал двигунів постійного струму з зазначеними вище параметрами зазвичай має діаметр не більше 10-12 мм. Для того щоб з'єднати вал двигуна з трубою вітродвигуна, в нижню частину труби запресовується латунна втулка, що має необхідний внутрішній діаметр. Крізь стінку труби і втулки просверливается отвір, нарізається різьба для вкручування стопорного гвинта. Далі труба вітродвигуна надаватися на вал генератора, після чого з'єднання жорстко фіксується стопорним гвинтом.

Частина, що залишилася пластикової труби (2800 мм) - це щогла вітроустановки. Генератор в зборі з колесом Савоніуса монтуються нагорі щогли - просто вставляється всередину труби до упору. Як упор використовується металева дискова кришка, закріплена на передньому торці мотора, що має діаметр дещо більший діаметра щогли. На периферії кришки просверливаются отвори для кріплення розтяжок. Так як діаметр корпусу електродвигуна менше внутрішнього діаметра труби, для вирівнювання генератора по центру застосовуються прокладки або упори. Кабель від генератора пропускається всередині труби і виводиться через вікно в нижній частині. Необхідно врахувати при монтажі виконання захисту генератора від впливу вологи, використовуючи для цього герметизирующие прокладки. Знову ж з метою захисту від опадів, вище з'єднання труби вітродвигуна з валом генератора можна встановити парасольку-ковпак.

Установка всієї конструкції виконується на відкритій добре обдувається майданчику. Під щоглу викопується яма глибиною 0,5 метра, нижня частина труби опускається в яму, конструкція вирівнюється розтяжками, після чого яма заливається бетоном.

Контролер напруги (просте зарядний пристрій)

Виготовлений вітряної генератор, як правило, не здатний видавати напругу 12 вольт через низьку частоти обертання. Максимальна частота обертання вітродвигуна при швидкості вітру 6-8 м / сек. досягає значення 200-250 об / хв. На виході вдається отримати напруга близько 5-7 вольт. Для заряду акумулятора потрібна напруга 13,5-15 вольт. Вихід зі становища - застосування простого імпульсного перетворювача напруги, зібраного, припустимо, на основі регулятора напруги LM2577ADJ. Подаючи на вхід перетворювача 5 вольт постійного струму, на виході отримують 12-15 вольт, що цілком достатньо для заряду автомобільного акумулятора.

Готовий перетворювач напруги на LM2577

Даний мікро-вітрогенератор, безумовно, можна вдосконалювати. Збільшити потужність турбіни, змінити матеріал і висоту щогли, додати перетворювач постійної напруги в змінну мережеву напругу і т. Д.

Горизонтально-осьова вітряна електроустановка

Набір деталей:

1. Пластикова труба діаметром 150 мм, алюмінієвий лист товщиною 1,5-2,5 мм, дерев'яний брусок 80х40 довжиною 1 м, сантехнічні: фланець - 3, куточок - 2, трійник - 1.
2. Електродвигун постійного струму (генератор) 30-60 В, 300-470 об / хв.
3. Колесо-шків для двигуна діаметром 130-150 мм (алюміній, латунь, текстоліт і т. П.).
4. Сталеві труби діаметром 25 мм і 32 мм і довжиною відповідно 35 мм і 3000 мм.
5. Зарядний модуль для акумуляторів.
6. Акумулятори.
7. Перетворювач напруги 12 В - 120 В (220 В).

Виготовлення горизонтально-осьового «вітряка»

Пластикова труба необхідна для виготовлення лопатей вітродвигуна. Відрізок такої труби, довжиною 600 мм, розрізається уздовж на чотири однакових сегмента. Для вітряка потрібні три лопаті, які виготовляються з отриманих сегментів шляхом зрізу частини матеріалу по діагоналі на всю довжину, але не точно з кута на кут, а від нижнього кута до верхнього кута, з невеликим відступом від останнього. Обробка нижньої частини сегментів зводиться до формування кріпильного пелюстки на кожному з трьох сегментів. Для цього по одному краю вирізується квадрат розміром приблизно 50х50 мм, а частина, що залишилася служить кріпильних пелюсткою.

Лопаті вітродвигуна закріплюються на колесі-шківі за допомогою болтових з'єднань. Шків насаджується безпосередньо на вал електродвигуна постійного струму - генератора. Як шасі вітродвигуна використовується простий дерев'яний брусок перетином 80х40 мм і довжиною 1 м. Генератор встановлюється на одному кінці дерев'яного бруска. З протилежного боку бруска монтується «хвіст», виготовлений з листа алюмінію. У нижній частині бруска, кріпиться металева труба 25 мм, призначена виконувати роль вала поворотного механізму. Як щогли використовується триметрова металева труба 32 мм. Верхня частина щогли є втулкою поворотного механізму, куди вставляється труба вітродвигуна. Опора щогли виготовляється з листа товстої фанери. На цій опорі, у вигляді диска діаметром 600 мм, збирається конструкція з сантехнічних деталей, завдяки якій, щоглу можна легко піднімати або опускати, або монтувати - демонтувати. Для кріплення щогли застосовуються розтяжки.

Вся електроніка вітряної установки монтується окремим модулем, інтерфейс якого передбачає підключення акумуляторів та споживчої навантаження. До складу модуля входить контролер заряду батарей і перетворювач напруги. Подібні пристрої можна збирати самостійно при наявності відповідного досвіду, або купувати на ринку. У продажу є безліч різних рішень, що дозволяють отримати потрібні вихідні значення напруг і струмів.

комбіновані ВЕУ

Комбіновані ВЕУ - серйозний варіант домашнього енергетичного модуля. Власне, комбінація передбачає об'єднання в єдину систему вітряного генератора, сонячної батареї, дизельної або бензинової електростанції . Комбінувати можна всіляко, виходячи з можливостей і потреб. Природно, коли має місце варіант - три в одному, це найбільш ефективне і надійне рішення.

Також під комбінацією ВЕУ передбачається створення вітроенергетичних установок, що мають в своєму складі відразу дві різні модифікації. Наприклад, коли в одній зв'язці працюють ротор Савоніуса і традиційна трехлопастная машина. Перша турбіна працює при малих швидкостях вітрового потоку, а друга тільки при номінальних. Тим самим зберігається ефективність установки, можна уникнути марних енергетичні втрати, а у випадку з асинхронними генераторами компенсуються реактивні струми.

Комбіновані системи - це варіанти технічно складні та витратні для домашньої практики.

Розрахунок потужності вітряної домашньої електростанції

Для розрахунку потужності вітряного генератора горизонтально-осьового виконання можна користуватися стандартною формулою:

• N = p · S · V3 / 2
• N - потужність установки, Вт
• p - щільність повітря (1,2 кг / м3)
• S - продувається площа, м2
• V - швидкість потоку вітру, м / сек

Наприклад, потужність установки, що володіє максимальним розмахом лопатей 1 метр, при швидкості вітру 7 м / сек., Складе:

• N = 1,2 · 1 · 343/2 = 205,8 Вт

Наближений розрахунок потужності ВЕУ, створеної на основі ротора Савоніуса можна порахувати, використовуючи формулу:

• N = p · R · H · V3
• N - потужність установки, Вт
• R - радіус робочого колеса, м
• V - швидкість вітру, м / сек

Наприклад, для згаданої в тексті конструкції вітроенергетичної установки з ротором Савоніуса, значення потужності при швидкості вітру 7 м / сек. становитиме:

• N = 1,2 · 0,142 · 0,3 · 343 = 17,5 Вт

рмнт.ру

04.01.17