РУС УКР

Ветрогенератор своими руками

640683

Ветрянная электростанция с шестью лопастями и радиусом ветроколеса 2 мСодержание статьи

   Выбор мощности
   Выбор конструкции ветроколеса
   Электрический генератор для ветряной электростанции
   Изготовление ветрогенератора своими руками
   Изготовление лопастей
   Крепление генератора к раме
   Токоприёмник и поворотный узел
   Защита от ураганного ветра
   Мачта
   Электрическая схема
   Уход

Из этой статьи Вы узнаете, как изготовить несложный ветрогенератор своими руками в домашних условиях. Такая ветряная электростанция всегда пригодится в удалённых местах, где нет доступа к бытовой электрической сети, например, на удалённом дачном участке. Конечно, можно использовать бензиновый генератор, но рокот и дым от двигателя внутреннего сгорания вряд ли кому-то придётся по душе, и уж точно это не располагает к отдыху на природе. Кроме того, расходы на бензин будут весьма немаленькими.

Ветряная электростанция сможет заряжать аккумуляторные батареи для автономной работы не сильно мощной бытовой техники и освещения. Впрочем, куда именно тратить полученную энергию, решать Вам.

Купить ветрогенератор EuroWind

Производительность:
до 13кВт.
Цена: от 600$.

Купить роторный ветрогенератор

Производительность: 540кВтЧ/мес.
Цена: от 4500$.

Горизонтальный ветрогенератор TECH

Выходное напряжение 220/380В.
Цена: 5920 грн.

Эта статья рассчитана на любителей в области конструирования ветрогенераторов своими руками, и поэтому в качестве конструкции выбрана максимально простая схема ветряной электростанции. Это будет относительно тихоходный самодельный ветряк (показатель быстроходности Z=3). Такая конструкция является надёжной и безопасной при работе.

Промышленный ветрогенератор мощностью 2 кВт компании AVIC

Выбор мощности ветряной электростанции

Наверняка многим, кто читает эту статью, не захочется ограничиваться постройкой ветрогенератора для питания холодильника и освещения на даче, а сразу построить такую электростанцию, чтобы запитать ею не только аккумуляторные батареи, но и батареи отопления или бойлер для горячей воды. Но такая мощная электростанция будет чрезвычайно сложна в изготовлении, ведь усложнение конструкции с ростом мощности возрастает даже не в квадрате, а чуть ли не в кубе!

Как пример ветряной электростанции мощностью всего 2 кВт можно привести промышленный ветрогенератор W-HR2 международной компании AVIC (изображен на фото). Этот ветрогенератор номинальной мощностью 2 кВт имеет ротор диаметром 3,2 м с аэродинамически металлическими лопастями, прочную стальную башню высотой 8 м на массивном железобетонном фундаменте. Монтаж узлов производится при помощи автокрана. Очевидно, что расчет и изготовление подобного ветрогенератора сложно даже для отдельных специализированных фирм, и практически нереально силами одного человека непрофессионала для сооружения такого ветряка своими руками.

Таблица 1. Зависимость мощности ветрогенератора от количества лопастей и диаметра ветроколеса при скорости ветра 4 м\с

Мощность, Вт

Диаметр ветроколеса при числе лопастей, м

2

3

4

6

8

16

10

2

1,64

1,42

1,16

1

0,72

20

2,82

2,32

2

1,64

1,42

1

30

3,44

2,82

1,44

2

1,72

1,22

40

4

3,28

2,84

2,32

2

1,42

50

4,48

3,68

3,18

2,6

1,24

1,58

60

4,9

4

3,48

2,84

2,44

1,74

70

5,3

4,34

3,76

3,08

2,64

1,88

80

5,66

4,64

4

3,28

2,82

2

90

6

4,92

4,26

3,48

3

2,12

100

6,34

5,2

4,5

3,68

3,16

2,24

300

10,94

8,98

7,76

6,34

5,46

3,88

500

14

11,48

9,94

8,16

7

5

В табл. 1 показано зависимость мощности ветроколеса крыльчатого типа от его диаметра и количества лопастей. Или другими словами, какой длинны нужно взять лопасти определённого ветроколеса, чтобы получить нужную мощность. Данные в этой таблице основаны на практических испытаниях эксплуатируемых ветрогенераторов, у которых КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) ветроколеса равен 0,35 (профиль среднего качества), КПД генератора имеет значение 0,8 и КПД редуктора — 0,9.

Зависимость мощности ветрогенератора от скорости ветра для ветряка мощностью 240 ВтДля кого-то эти данные могут на первый взгляд показаться слишком завышенными. Так, для примера, из табл. 1 видно, что для постройки ветряной электростанции мощностью 500 Вт с тремя лопастями, диаметр ветроколеса должен быть равным 11,48 м. Но не стоит пугаться этой цифры, поскольку данные приведены для слабого ветра 4 м/с. Это обычный ветер для равнинной местности вдали от моря.

При этом с ростом скорости ветра мощность ветряной электростанции увеличивается. На рис. показано такую зависимость для электростанции номинальной мощностью 240 Вт. Из графика видно, что при минимальном ветре 4 м/с (при котором электростанция начинает работать), мощность составляет всего 30 Вт. Но мощность ветроэлектростанции пропорциональна скорости ветра в кубе. То есть при увеличении скорости ветра в два раза до максимальной рабочей скорости 8 м/с, мощность ветряной электростанции увеличивается в 23=8 раз или с 30 Вт до полной мощности 240 Вт. При более высокой скорости ветра работа ветровой станции должна будет ограничиваться.

В целом, основываясь на практическом опыте можно заключить, что относительно несложный самодельный ветрогенератор будет иметь мощность в пределах 200-500 Вт. Это своего рода «золотая середина». Редко индивидуальным конструкторам удаётся собрать более мощный ветрогенератор своими руками, который реально будет работать.

Форма лопастей старинных ветряных мельниц является неэффективной

Выбор конструкции ветроколеса

Ветряное колесо — самая важная часть ветрогенератора. Именно оно преобразует энергию ветра в механическую. И от его конструкции зависит выбор всех остальных узлов, например, генератора электрического тока.

Наверняка, всем хорошо знакома форма ветряных колёс старинных ветряных мельниц. Это как раз тот случай исключение, когда всё забытое старое не всегда хорошо. Такие ветроколёса ветряной мельницы имеют очень низкий КИЭВ порядка 0,10-0,15, что намного меньше КИЭВ современных быстроходных крыльчатых колёс, которое достигает 0,46. Всё потому, что низкие познания в аэродинамике старинных мастеров не позволяли им сконструировать более совершенную конструкцию.

На рисунке изображена работа двух типов лопастей: парусной (1) и крыльчатой (2). Для того чтобы сделать парусную лопасть (1), достаточно просто прикрепить листовой материал к оси, расположив под углом к ветру, то есть по аналогии с ветряными мельницами древности. Но при вращении такой лопасти она будет иметь значительное аэродинамическое сопротивление, которое возрастает с увеличением угла атаки. Также на её концах образуются завихрения, и за лопастью возникает зона пониженного давления. Всё это делает парусные лопасти неэффективными ветровыми движителями.

Сравнение работы лопастей при парусной (1) и крыльчатой (2) формеПрофиль лопасти крыльчатого винта

Гораздо более эффективной является лопасть крыльчатого типа (2). При такой форме лопасти, которая похожа на крыло самолёта, потери от трения и разрежения сведены к минимуму. Что касается угла атаки лопасти, то на практике установлено, что наиболее оптимальный угол составляет 10-12º. При более высоком угле атаки прирост мощности в результате более высокого давления ветра на лопасть не покрывается ростом аэродинамических потерь.

Промышленные электростанции на берегу Северного моря с использованием лопастей крыльчатого типаКонечно, есть много других интересных типов ветровых двигателей, например, вертикально-осевые роторы Савониуса или роторы Дарье. Но все они имеют более низкие коэффициенты использования энергии ветра при более высокой материалоёмкости (в сравнении с крыльчатыми колёсами). Например, установка с ротором Савониуса диаметром 2 метра и высотой 2 метра при тихом ветре 4 м/с будет иметь полезную мощность 20 Вт. Такую же мощность выработает шестнадцатилопастный крыльчатый винт диаметром всего 1 метр.

Поэтому мы не будем «изобретать велосипед» и сразу за основу возьмём конструкцию, где используются лопасти крыльчатого типа с горизонтальной осью вращения. Именно этот тип ветряного двигателя имеет максимальный КИЭВ при минимальном расходе материалов. Неудивительно, что такая конструкция используется почти в 99% всех действующих промышленных ветровых электростанциях.

Прежде всего, нужно выбрать число лопастей. Наиболее дешевыми являются двух- и трёхлопастные ветроколёса, но они являются быстроходными и обладают следующими недостатками:

— высокие рабочие обороты приводят к возникновении больших центробежных и гироскопических сил. Гироскопические силы нагружают ось генератора, крепления и мачту, а центробежные стремятся разорвать лопасти на части. Так, окружная скорость концов лопастей быстроходных двухлопастных ветроколёс нередко достигает 200 м/с и более. Для сравнения скорость пули, выпущенной из винтовки Бейкера 1808 г., равнялась 150 м/с. Таким образом, осколки разлетающегося сломанного винта могут ранить или даже убить человека. По этой причине никому не рекомендуется изготавливать лопасти высокоскоростных ветроколёс из пластиковой трубы. Для этих целей лучше подходит более прочная на растяжение древесина. Изготовление же лопастей из дерева весьма трудоёмкий процесс.

— известно, что чем быстрее вращаются лопасти, тем больше сила трения о воздух. Поэтому лопасти быстроходных ветроколёс гораздо более требовательны к аэродинамическому качеству изготовления. Даже небольшие погрешности сильно снижают КИЭВ быстроходных лопастей. Крайне нежелательно делать быстроходные лопасти вогнутыми, они должны иметь форму крыла самолёта. Изготовить же лопасти тихоходного винта гораздо проще для любителя. Нужно сильно «постараться», чтобы сделать лопасть для тихоходного винта из разрезанной трубы с КИЭВ хуже 0,3.

— быстроходные ветродвигатели издают сильный шум при вращении, ведь даже аэродинамически высококачественные лопасти при быстром вращении создают значительные зоны сжатий и разряджений воздуха, а кустарно изготовленные лопасти и подавно. Соответственно, чем больше окружная скорость и размеры лопасти, тем больше шум. Поэтому мощный быстроходный ветряк нельзя просто установить на крыше дома или в огороде при плотной застройке, иначе Вы рискуете просыпаться ночью от шума взлетающего вертолёта и испортить отношения с соседями в придачу.

— чем меньше лопастей у ветроколеса, тем больше вибрации. Поэтому ветроколёса с малым числом лопастей (2-3) будет труднее сбалансировать.

Учитывая все эти недостатки быстроходных ветроколёс, для более-менее мощного «ветряка» лучше выбрать число лопастей не менее 5-6.

Теперь основываясь на данных табл. 1, давайте прикинем, какой максимальной длинны лопасти подойдут для изготовления несложной электростанции. Очевидно, шестилопастный винт диаметром 2,5-3 м будет сложен в изготовлении. Представьте себе хотя бы процесс балансировки такого винта и его установку на мачту, которая в свою очередь должна быть довольно прочной, чтобы выдержать вес такого винта и аэродинамические нагрузки. А вот шестилопастный винт диаметром 2 метра или около того будет по силам энтузиасту для изготовления своими руками.

Возможно у кого-то возникнет соблазн, не посчитаться с затратой материалов и ещё больше увеличить количества лопастей для увеличения полезной мощности ветроустановки. Так, при числе лопастей двухметрового винта равным 12 мощность при «свежем» ветре (8 м/с) достигнет почти 500 Вт. Но такое дорогое ветряное колесо получиться слишком тихоходным, а значит, неизбежно потребует применения отдельного редуктора, что сильно усложнит конструкцию ветровой электростанции.

Таким образом, наиболее оптимальной является конструкция винта ветрогенератора диаметром 2 м и количеством лопастей равным 6.

Электрический генератор для ветряной электростанции

При подборе генератора электрического тока для ветроэлектростанции прежде всего нужно определить частоту вращения ветроколеса. Рассчитать частоту вращения ветроколеса W (при нагрузке) можно по формуле:

W=V/L*Z*60,
L=π*D,

где V — скорость ветра, м/с; L — длинна окружности, м; D — диаметр ветроколеса; Z — показатель быстроходности ветроколеса (см. табл. 2).

Таблица 2. Показатель быстроходности ветроколеса

Число лопастей

Показатель быстроходности Z

1

9

2

7

3

5

6

3

12

1,2

Если в эту формулу подставить данные для выбранного ветроколеса диаметром 2 м и 6 лопастями, то получим частоту вращения. Зависимость частоты от скорости ветра показано в табл. 3.

Таблица 3. Обороты ветроколеса диаметром 2 м с шестью лопастями в зависимости от скорости ветра

Скорость ветра, м/с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Число оборотов, об/мин

29

57

86

115

143

172

201

229

258

287

315

344

Примем максимальную рабочую скорость ветра равной 7-8 м/с. При более сильном ветре работа ветрогенератора будет небезопасной и должна будет ограничиваться. Как мы уже определили, при скорости ветра 8 м/с максимальная мощность выбранной конструкции ветроэлектростанции будет равна 240 Вт, что соответствует частоте вращения ветроколеса 229 об/мин. Значит, нужно подобрать генератор с соответствующими характеристиками.

Автомобильный генератор Г-221 не подходит для простой ветроэлектростанции (его рабочая частота вращения меньше)Веломотор удобно использовать в качестве генератора электрического тока для ветроэлектростанции

К счастью, времена тотального дефицита «канули в Лету», и нам не придётся по традиции приспосабливать автомобильный генератор от ВАЗ-2106 к ветряной электростанции. Проблема в том, что такой автомобильный генератор, например, Г-221 является высокооборотным с номинальной частотой вращения от 1100 до 6000 об/мин. Получается, без редуктора наше тихоходное ветроколесо ни как не сможет раскрутить генератор до рабочих оборотов.

Делать редуктор к нашему «ветряку» мы не будем, и поэтому подберём другой тихоходный генератор, чтобы закрепить ветроколесо просто на валу генератора. Наиболее подходящим для этого является веломотор, специально разработанный для мотор-колеса велосипедов. Такие веломоторы имеет низкие рабочие обороты, и могут легко работать в режиме генератора. Наличие постоянных магнитов в этом типе двигателя будет означать отсутствии проблем с возбуждением генератора как в случае, например, с асинхронными двигателями переменного тока, у которых, обычно, используются электромагниты (обмотка возбуждения). Без подпитки током обмотки возбуждения такой двигатель не будет вырабатывать ток при вращении.

К тому же весьма приятная особенность веломоторов заключается в том, что они относятся к бесколлекторным двигателям, а значит, не требуют замены щёток. В табл. 4 представлен пример технических характеристик веломотора мощностью 250 Вт. Как видим из таблицы, этот веломотор отлично подойдёт в качестве генератора для «ветряка» мощностью 240 Вт и с максимальными оборотами ветроколеса 229 об/мин.

Таблица 4. Технические характеристики веломотора мощностью 250 Вт

Производитель

Golden Motor(Китай)

Номинальное напряжение питания

24 В

Максимальная мощность

250 Вт

Номинальные обороты

200 об/с

Крутящий момент

20 Нм

КПД

81%

Тип питания статора

бесколлекторный

Изготовление ветрогенератора своими руками

После того как приобретён генератор, можно приступать к сборке ветрогенератора своими руками. На рисунке изображено устройство ветроэлектростанции. Способ крепления и расположения узлов может быть иным и зависит от индивидуальных возможностей конструктора, но нужно придёрживаться размеров основных узлов на рис. 1. Эти размеры подобранны под данную ветряную электростанцию с учетом конструкции и размеров ветроколеса.

Устройство ветрянной электростанции

1. лопасти ветроколеса;

2. генератор (веломотор);

3. станина для закрепления вала генератора;

4. боковая лопата для защиты ветрогенератора от ураганного ветра;

5. токоприёмник, который передаёт ток к неподвижным проводам;

6. рама для крепления узлов ветряной электростанции;

7. поворотный узел, который позволяет поворачиваться ветрогенератору вокруг оси;

8. хвост с оперением для установки ветроколеса по ветру;

9. мачта ветрогенератора;

10. хомут для крепления растяжек

Рис. 1. Основные размеры узлов ветрогенератора (вид-сверху): 1. боковая лопасть, 2. хвоста с оперением, 3. рычагНа рис. 1 изображены размеры боковой лопаты (1), хвоста с оперением (2), а также рычага (3), через который передаётся усилие от пружины. Хвост с оперением для поворота ветроколеса по ветру нужно изготовить по размерам на рис. 1 из профильной трубы 20х40х2,5 мм и кровельного железа в качестве оперения.

Крепить генератор следует на таком расстоянии, чтобы минимальное расстояние между лопастями и мачтой было не менее 250 мм. В противном случае нет гарантий, что лопасти, прогнувшись под действием ветра и гироскопических сил, не разобьются об мачту.

Изготовление лопастей

Ветряк своими руками обычно начинается из лопастей. Наиболее подходящим материалом для изготовления лопастей тихоходного ветряка является пластик, точнее пластиковая труба. Изготовить лопасти из пластиковой трубы проще всего — небольшая трудоёмкость и трудно ошибиться новичку. Также пластиковые лопасти в отличии от деревянных гарантированно не покорежатся от влаги.

Труба должна быть из ПВХ диаметром 160 мм для напорного трубопровода или канализации, например, SDR PN 6,3. У таких труб толщина стенки не менее 4 мм. Трубы для безнапорной канализации не подойдут! Эти трубы слишком тонкие и непрочные.

Труба SDR PN 6,3 160 мм 4 мм стенка для изготовления лопастейЛопасти нельзя изготовлять из тонкой трубы, иначе они могут прогнуться и разбиться об мачту

На фото изображено ветроколесо с разбившимися лопастями. Эти лопасти были изготовлены из тонкой ПВХ трубы (для безнапорной канализации). Они прогнулись от давления ветра и разбились об мачту.

Рис. 2. Шаблон для изготовления лопасти длинной 1000 мм по трубе 160 мм
Труба с нанесённым контуром формы лопастей по шаблону

Расчет оптимальной формы лопасти довольно сложный и нет необходимости его тут приводить, пусть им занимаются профессионалы своего дела. Нам же достаточно изготовить лопасти, используя уже рассчитанный шаблон по рис. 2, на котором изображено размеры шаблона в миллиметрах. Нужно просто вырезать такой шаблон из бумаги (фото шаблона лопасти в масштабе 1:2), далее приложить к трубе 160 мм, нарисовать контур шаблона на трубе маркером и вырезать лопасти с помощью электролобзика или вручную. Красными точками на рис. 2 изображено ориентировочное расположение креплений лопастей.

В итоге у Вас должно будет получиться шесть лопастей, формой как на фотографии. Чтобы полученные лопасти имели более высокий КИЭВ и меньше издавали шума при вращении, нужно сточить острые углы и края, а также отшлифовать все шершавые поверхности.

Готовые лопасти для ветрогенератораШлифование поверхности лопасти

Для крепления лопастей к корпусу веломотора нужно использовать головку ветродвигателя, которая представляет собой диск из мягкой стали толщиной 6-10 мм. К нему приварены шесть стальных полос толщиной 12 мм и монтажной длинной 30 см с отверстиями для крепления лопастей. Диск крепится к корпусу веломотора с помощью болтов с контргайками за отверстия под крепление спиц.

Головка ветродвигателя для крепления лопастейБалансировка ветроколеса

После изготовления ветроколеса, его нужно обязательно отбалансировать. Для этого ветроколесо закрепляется на высоте в строго горизонтальном положении. Желательно, это сделать в закрытом помещении, где нет ветра. При сбалансированном ветроколесе лопасти не должны самопроизвольно поворачиваться. Если же какая-то лопасть тяжелее, её нужно сточить с конца до уравновешивания в любом положении ветроколеса.

Также нужно проверить вращаются ли все лопасти в одной плоскости. Для этого замеряется расстояние от конца нижней лопасти до какого-нибудь ближайшего предмета. Затем ветроколесо поворачивается и замеряется расстояние от выбранного предмета до других лопастей. Расстояние от всех лопастей должно быть в пределах +/- 2 мм. Если разница больше, то перекос нужно устранить, подогнув стальную полосу к которой крепится лопасть.

Крепление генератора (веломотора) к раме

Поскольку генератор испытывает большие нагрузки, в том числе и от гироскопических сил, его следует надёжно закрепить. Сам веломотор имеет прочную ось, поскольку используется при больших нагрузках. Так, его ось должна выдерживать вес взрослого человека при динамических нагрузках, возникающих при ездё на велосипеде.

Но на раме велосипеда веломотор крепится с двух сторон, а не с одной, как будет при работе в качестве генератора тока для ветряной электростанции. Поэтому вал нужно крепить к станине, которая представляет собой металлическую деталь с резьбовым отверстием для накручивания на вал веломотора соответствующего диаметра (D) и четырьмя монтажными отверстиями для крепления стальными болтами М8 к раме.

Станина для крепления вала генератора

Желательно, использовать максимально большую длину свободного конца вала для крепления. Чтобы вал не прокручивался в станине, его нужно закрепить гайкой с контршайбой. Станину лучше всего изготовить из дюралюминия.

Поворотный узел и токоприёмникДля изготовления рамы ветрогенератора, то есть основы, на которой будут располагаться все другие детали, нужно использовать стальную пластину толщиной 6-10 мм или отрезок швеллера подходящей ширины (зависит от наружного диаметра поворотного узла).

Изготовление токоприёмника и поворотного узла

Если к генератору просто привязать провода, то рано или поздно провода перекрутятся при вращении ветряка вокруг оси и оборвутся. Чтобы этого не произошло, нужно применить подвижный контакт — токоприёмник, который состоит из втулки, изготовленной из изоляционного материала (1), контактов (2) и щёток (3). Для защиты от осадков контакты токоприёмника должны быть закрыты.

Для изготовления токоприёмника ветрогенератора удобно использовать такой способ: сначала на готовом поворотном узле размещаются контакты, например, из толстой латунной или медной проволоки прямоугольного сечения (используется для трансформаторов), контакты должны быть уже с припаянными проводами (10), в качестве которых нужно использовать одно- или многожильный медный провод сечением не менее 4 мм2. Контакты накрываются пластиковым стаканчиком или другой ёмкостью, закрывается отверстие в опорной втулке (8) и заливается эпоксидной смолой. На фото использована эпоксидная смола с добавкой двуокиси титана. После затвердевания эпоксидной смолы деталь стачивается на токарном станке до появления контактов.

Изготовление токоприёмника

В качестве подвижного контакта лучше всего использовать медно-графитовые щетки от автомобильного стартёра с плоскими пружинами.

Медно-графитовые щетки для токоприёмникаДетали поворотного узла

Для того чтобы ветряное колесо ветрогенератора могло поворачиваться по ветру, необходимо обеспечить подвижное соединения рамы ветродвигателя с неподвижной мачтой. Подшипники располагаются между опорной втулкой (8), которая через фланец соединяется с трубой мачты с помощью болтов и муфтой (6), которая приваривается дуговой сваркой (5) к раме (4). Чтобы облегчить поворот, нужен поворотный узел с использованием подшипников (7) с внутренним диаметром не менее 60 мм. Лучше всего подойдут роликоподшипники, которые лучше воспринимают осевые нагрузки.

Ветрогенератор с защитой от ураганного ветра с помощью боковой лопаты

Защита ветряной электростанции от ураганного ветра

Максимальная скорость ветра, при которой может эксплуатироваться данная ветряная электростанция, составляет 8-9 м/с. Если скорость ветра больше, работа ветряной электростанции должна ограничиваться.

Конечно, этот предлагаемый тип ветряка для изготовления своими руками тихоходный. Вряд ли лопасти раскрутятся до чрезвычайно высоких оборотов, при которых они разрушаться. Но при слишком сильном ветре давление на хвост оперения становится очень значительным, и при резком изменении направления ветра ветрогенератор будет резко поворачиваться.

Учитывая же, что лопасти при сильном ветре быстро вращаются, то ветроколесо превращается в большой тяжелый гироскоп, который противится любым поворотам. Именно поэтому между рамой и ветроколесом возникают значительные нагрузки, которые сосредотачиваются на валу генератора. Известно много случаев, когда любители строили ветрогенераторы своими руками без какой-либо защиты от ураганно ветра, и у них из-за значительных гироскопических сил ломались прочные оси автомобильных генераторов. 

Кроме того, шестилопасное ветроколесо диаметром 2 м обладает значительным аэродинамическим сопротивлением, и при сильном ветре будет значительно нагружать мачту.

Поэтому, чтобы самодельный ветрогенератор служил долго и надёжно, а ветроколесо не свалилось на голову прохожим, необходимо защищать его от ураганных ветров. Проще всего защитить ветряк с помощью боковой лопаты. Это довольно простое устройство, которое хорошо зарекомендовало себя на практике.

Защита ветрогенератора от ураганного ветра боковой лопатойРабота боковой лопаты заключается в следующем: при рабочем ветре (до 8 м/с) давление ветра на боковую лопату (1) меньше жесткости пружины (3), и ветряк устанавливается приблизительно по ветру с помощью оперения. Для того чтобы пружина не складывала ветряк при рабочем ветре более чем это нужно, между хвостом (2) и боковой лопатой натянута растяжка (4).

Когда скорость ветра достигает 8 м/с, давление на боковую лопату становится сильнее, чем усилие пружины, и ветрогенератор начинает складываться. При этом ветряной поток начинает набегать на лопасти под углом, что ограничивает мощность ветроколеса.

При очень сильном ветре ветряк складывается полностью, и лопасти устанавливаются параллельно направлению ветра, работа ветряка практически прекращается. Обратите внимание, что хвост оперения не связан с рамой жестко, а вращается на шарнире (5), который должен быть изготовлен из конструкционной стали и иметь диаметр не менее 12 мм.

Размеры боковой лопаты приведены на рис. 1. Саму боковую лопату, также как и оперение, лучше всего изготовить из профильной трубы 20х40х2,5 мм и стального листа толщиной 1-2 мм.

В качестве рабочей пружины можно использовать любые пружины из углеродистой стали с защитным цинковым покрытием. Главное, чтобы в крайнем положении усилие пружины равнялось 12 кг, а в начальном положении (когда ветряк ещё не складывается) — 6 кг.

Для изготовления растяжки следует использовать стальной велосипедный тросик, концы тросика загибаются в петлю, а свободные концы закрепляются восемью витками медной проволки диаметром 1,5-2 мм и спаиваются оловом.

Мачта для ветрогенератора из стальной трубы

Мачта ветрогенератора

В качестве мачты для ветряной электростанции можно использовать стальную водопроводную трубу диаметром не менее 101-115 мм и минимальной длинной 6-7 метров при условии относительно открытой местности, где на расстоянии 30 м не было бы препятствий для ветра.

Если же ветряную электростанцию невозможно установить на открытой площадке, то тут ничего не поделаешь. Нужно увеличивать высоту мачты так, чтобы ветроколесо было хотя бы на 1 м выше окружающих препятствий (домов, деревьев), иначе выработка электроэнергии ощутимо снизится.

Само основание мачты следует устанавливать на бетонную площадку, чтобы оно не продавливалось в размокшую почву.

В качестве растяжек нужно использовать стальные оцинкованные монтажные тросы, диаметром не менее 6 мм. Растяжки крепятся к мачте посредством хомута. У земли тросы крепятся к прочным стальным колышкам (из трубы, швеллера, уголка и т.д.), которые закопаны в землю под углом на полную глубину полтора метра. Ещё лучше, если они дополнительно замоноличенны у основания бетоном.

Хомут для крепления растяжек к мачтеПодъём мачты с установленным ветрогенератором при помощи стрелы противовеса

Поскольку мачта в сборе с ветрогенератором обладает значительным весом, то для ручной установки нужно использовать противовес, изготовленный из такой же стальной трубы, как и мачта или деревянного бруса 100х100 мм с грузом.

Простейщая электрическая схема для ветряной электростанции

Электрическая схема ветряной электростанции

На рисунке изображена простейшая схема зарядки аккумуляторов: три вывода от генератора подключаются к трёхфазному выпрямителю, который представляет собой три диодных полумоста подключенных параллельно и объединённых звездой. Диоды должны быть рассчитаны на минимальное рабочее напряжение 50В и ток 20А. Так как максимальное рабочее напряжение от генератора будет равно 25-26 В, то выводы от выпрямителя подключаются к двух батареям на 12 вольт, соединённых последовательно.

При использовании такой простейшей схемы зарядка аккумуляторов протекает следующим образом: при низком напряжении менее 22 В зарядка аккумуляторов происходит очень слабо, поскольку ток ограничивается внутренним сопротивлением аккумуляторов. При скорости ветра 7-8 м/с вырабатываемое напряжение генератора будет в пределах 23-25 В, и начнётся интенсивный процесс зарядки аккумуляторов. При более высокой скорости ветра работа ветрогенератора будет ограничиваться боковой лопатой. Для защиты аккумуляторных батарей (при аварийной работе ветряной электростанции) от чрезмерного сильного тока в схеме должен быть плавкий предохранитель, рассчитанный на максимальный ток 25 А.

Как видите, эта простая схема имеет значительный недостаток — при тихом ветре (4-6 м/с) аккумуляторная батарея практически не будет заряжаться, а ведь именно такие ветра чаще всего встречаются на равнинной местности. Для того чтобы подзаряжать аккумуляторные батареи при несильном ветре, нужно использовать контроллер заряда, который подключается перед аккумуляторными батареями. Контроллер заряда будет автоматически преобразовывать необходимое напряжение, также контроллер более надёжен, чем плавкий предохранитель и предупреждает перезаряд аккумуляторов.

Контроллер заряда 12-24 ВИнвертор преобразователь напряжения 24В в 220В

Чтобы использовать аккумуляторные батареи для питания бытовой техники рассчитанной на переменное напряжение 220 В, понадобится дополнительно инвертор для преобразования постоянного напряжения 24 В соответствующей мощности, которая подбирается в зависимости от пиковой мощности. Например, если Вы будете подключать к инвертору освещение, компьютер, холодильник, то вполне достаточно инвертора рассчитанного на 600Вт, если же планируете хоть изредка дополнительно пользоваться электродрелью или дисковой пилой (1500 Вт), то следует выбрать инвертор мощностью 2000 Вт.

Электрическая схема контролера для ветряной электростанцииНа рисунке показано более сложную электрическую схему: в ней ток от генератора (1) сначала выпрямляется в трехфазном выпрямителе (2), далее напряжение стабилизируется контроллером заряда (3) и заряжает аккумуляторные батареи на 24 В (4). Для питания бытовых приборов подключается инвертор (5).

Токи от генератора достигают десятки ампер, поэтому для соединения всех приборов в цепи следует использовать медные провода общим сечением 3-4 мм2.

Желательно ёмкость аккумуляторных батарей взять не менее 120 а/ч. Общая емкость батарей будет зависеть от средней интенсивности ветра в регионе, а также от мощности и частоты подключаемой нагрузки. Более точно необходимая ёмкость будет известна в процессе эксплуатации ветряной электростанции.

Уход за ветряной электростанцией

Рассмотренный тихоходный ветрогенератор для изготовления своими руками, как правило, хорошо запускается при слабом ветре. Для нормальной работы ветрогенератора вцелом нужно придерживаться таких правил:

1. Через две недели после запуска опустить ветрогенератор при слабом ветре и проверить все крепления.

2. Не менее чем два раза в год смазывать подшипники поворотного узла и генератора.

3. При первых признаках разбалансировки ветроколеса (дрожание лопастей при вращении в установившемся по ветру положении) ветрогенератор следует опустить и устранить неисправность.

4. Раз в год проверять щетки токоприёмника.

5. Красить металлические детали ветряной электростанции один раз в 2-3 года.

Игорь Соларов, специально для iBud.ua

Дата публикации: 16 декабря 2013

Похожие статьи

Все статьи

Комментарии

  • М
    Михаил Андреевич 09 марта 2012

    Такая подробная информация так и подталкивает сделать ветрогенератор своими руками

    Пожаловаться на спам
  • I
    Irishkawowkhl 19 апреля 2012

    Здравствуйте,

    Меня очень заинтересовала ваша статья. Я хотела собрать ветряную электростанцию, но все никак не могла найти достаточно подробное описание с подбором деталей. Причём я хотела собрать её в уменьшенном масштабе. Нет могли бы вы мне сказать; какую модель веломотора нужно купить? Не могли бы вы написать мне на почту, если вам не сложно irishkawowkhl@gmail.com

    С уважением,
    Ирина.

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 23 апреля 2012

      Подойдёт практически любой веломотор у которого номинальная мощность 250Вт, у разных моделей веломоторов такой мощности примерно одинаковые характиристики, однако я советую сначала потренироваться и сделать очень простую элетростанцию из аккумуляторного шуруповёрта, электродвигатель будет напрямую заряжать аккумулятор в комплекте. Мощность получится маленькой порядка 10-15Вт, зато можно будет иметь представление о том как это работает и затем перейти к более сложным и мощным моделям.

      Пожаловаться на спам
    • V
      Vovan Tigra 09 июня 2012

      Упс извеняюсь, на глаза попалось ((однако я советую сначала потренироваться и сделать очень простую элетростанцию из аккумуляторного шуруповёрта, электродвигатель будет напрямую заряжать аккумулятор в комплекте)) енто как?? Есть в наличии шуруповерт(не выкинул еще - у него батареи сдохли, купил новый) Поделитесь информацией если не сложно...vovan.tigra@yandex.ua

      Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 17 июня 2012

      Посмотрите пожалуйста тему на форуме про ветрогенератор из шуруповёрта, мы там все подробно обсудили :) http://krainamaystriv.com/show...

      Пожаловаться на спам
    • S
      Sto-xxxxxxxxxx1 22 ноября 2012

      Я сделал такой генератор как описан на сайте.Но сталкнулся с проблемой генератор даёт три фазы переменного тока напряжением 4-5 вольт .Применил готовый выпрямитель от генератора с москвича и после выпрямителя получается только 7-8 вольт.Казалось бы должно бы получаться 12-15 вольт.Уточните описание выпрямителя.

      Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 05 марта 2013

      А какой Вы использовали генератор? Может быть ветроколесо не может раскрутить его до номинальных оборотов?

      Пожаловаться на спам
  • И
    Игорь Буганков 01 мая 2012

    Интересная статья. Вертогенератор можно изготовить даже из компьютерного кулера.

    Пожаловаться на спам
  • B
    Borisstalker 20 мая 2012

    Вот поеду куда-то в лес, недалеко от города, чтобы краски пополнять и кисти,куплю там себе маленький домик-дачку под мастерскую и сделаю там себе ветряную электростанцию... Лишь бы запал не прошел!

    Пожаловаться на спам
    • А
      александр 16 января 2014

      Привет ребята изобретатели:-) предлогаю место в сибири! У меня есть куча брошенных дачь,и без света все:-):-):-)обеспечю всем инструментом,сух.пайком!собирай генераторы! Сбыт найдём:-):-):-)

      Пожаловаться на спам
    • Д
      дмитрий 16 января 2014

      Александр я согласен

      Пожаловаться на спам
  • Б
    Бодя 30 мая 2012

    А якщо використовувати тракторні генератори , для їх потрібно менше обертів.

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 30 мая 2012

      Современные автотракторные генераторы имеют рабочее число оборотом выше 900 об/мин, так что их к сожалению без передачи нельзя использовать.

      Пожаловаться на спам
    • 1
      19vova61@mail.ru 30 марта 2013

      та ни тракторному потрибно 900обэртив а цёму 350ш прикурити треба тракторным а цисами збуджуються

      Пожаловаться на спам
    • Б
      Бодя 23 июня 2013

      По-перше. В тракторних генераторах великий кофіцієнт опору обертального руху. Наприклад генератор від Т40 , для збудження зовнішньої обмоткі генератора потрібен акумулятор , і при подачі струму виникає залипання і зростає кофіцієнт опору.
      По-друге. 900 обертів це всерівно забагато , при наших вітрах , нам потрібно тихоходні генератори.

      Пожаловаться на спам
  • V
    Volo-dar 05 июня 2012

    очень интересно! я сделал генератор на неодимовых магнитах (24 шт) 9 катушек, три фазы. Теперь не знаю, что делать дальше. Какой контролер ставить, вобщем хотел бы пообщяться c автором статьи мой e-mail volo-dar@mail.ru

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 06 июня 2012

      Вначале нужно узнать какие параметры тока даёт Ваш генератор при номинальной нагрузке, если что пишите igorsolarov@gmail.com

      Пожаловаться на спам
  • Н
    Николай 17 июня 2012

    Здравствуйте! А какой нужно генератор, если нужно 6кВт, и имеется преобразователь 48v- 220v 6кВт .Рекомендуемая суммарная емкость АКБ (800-Ач) Минимальная суммарная ёмкость АКБ (200-Ач)

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 17 июня 2012

      6 кВт это очччень больша мощность. С трудом представляю как Вы сможете сделать ветроколесо для такого ветрогенератора. В качестве генератора тока однозначно не подойдут ни какие автомобильные или тракторные автогенераторы, нужно искать предложения генераторов постоянного тока среди поставщиков элетротехнического оборудования.

      Пожаловаться на спам
    • Д
      дмитрий 21 ноября 2012

      здравствуйте.возмите 3х фазный двигатель с оборотами самыми малыми любой мощности но не выше 5ква.подключите паралельно звезде конденсаторы.это уже генератор покрутите его дрелью у которой регулируются обороты подключив к леме лампу 100ват.двигатель желательно 6ю выводами.проэксперементируйте а там уже сообразите что к чему.желаю удачи.

      Пожаловаться на спам
  • Ю
    юра 28 августа 2012

    Де можна купити веломотор

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 15 октября 2012

      В каком ни будь интернет-магазине например, сейчас большой выбор https://www.google.com.ua/search?q=мотор+колесо

      Пожаловаться на спам
  • Г
    Гость 06 октября 2012

    Здравствуйте, Вы пишите только о генераторе 250вт, а скажите допустим 500 вт не пойдет? а то 250 больно мало. Большая просьба если можно скиньте схему 500 ватного генератора. хочу поставить в море около избы, в магазинах ветряки очень дорого. моя почта-
    alecs-korolev@rambler.ru

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 05 марта 2013

      Схема будет та же, но нужно будет значительно увеличить мощность ветроколеса (в статье есть формула расчета).

      Пожаловаться на спам
    • B
      bb12 30 июня 2013

      здравствуйте!
      реально ли сделать просто подогрев воды в системе отопления в 100 литров, напрямую без всяких аккумуляторов и т.д.?

      Пожаловаться на спам
    • Наталия 12 ноября 2013

      Для подогрева воды вам нужен солнечный коллектор, к примеру, как здесь ребята демонстрируют http://www.youtube.com/watch?v=ZC9xZ0IXCF8 либо купить можно здесь http://www.avante.com.ua

      Пожаловаться на спам
    • А
      Алексей 13 ноября 2013

      не занимайтесь фигней, купите нормальные http://www.youtube.com/watch?v=U2EGG3tiqQw производительные солнечные коллекторы и не будете иметь проблем с самоделкой которая врядли будет нормально и долго работать.

      Пожаловаться на спам
  • К
    константин 28 ноября 2012

    помогите ! у меня есть армейский бензо генератор как сделать с него ветро генератор
    мощность 4 квт

    Пожаловаться на спам
  • В
    Валера 21 декабря 2012

    с какого материала можно сделать лопостя?

    Пожаловаться на спам
  • Ю
    Юрий 28 января 2013

    сколько максимально будет давать киловат этот гениратор и на сколько хватит акамуляторов

    Пожаловаться на спам
  • T
    tohir 29 января 2013

    пожалуйста мне нужен ветрогенератор в компактном режиме я нахожусь в таджикистане если можно бросьте схему на мой адрес ,porsyjonum@mail.ru

    Пожаловаться на спам
  • Т
    тарас 15 февраля 2013

    Статья понравилась своей конкретностью. Но осталась пара вопросов:
    1. Почему стоит ограничиться 6-ю лопастями, а не скажем 12-ю? Ведь по всем вашим расчетам это значительно увеличит мощность?
    2. Все фото, кроме 1-го - это фото 2-3 лопастных ветряков. Если многолопастные ветряки лучше, почему их так мало и даже на ваших фото не они, а какие-то левые?

    Пожаловаться на спам
    • I
      igorsolarov 04 марта 2013

      Потому, что чем больше лопастей, тем дороже ветряк. Так же чем больше лопастей, тем больше ступеней должно быть у редуктора, двух и трехлопасные ветряки могут даже работать напрямую с тихоходным генератором без редуктора, это сильно упрощает конструкцию.

      Пожаловаться на спам
  • І
    Іван 25 февраля 2013

    Дякую за цікаву статтю ! давно вже хотів спорудити собі автономне енерго постачання але заявленої потужності в 500 ват маловато хотілосяб кіловат так 3-5 ...
    Не підскажите чи можливо отримати таку потужність за допомогою енергії води обєми падіння якої становить приблизно 1літр в секунду ?

    Пожаловаться на спам
    • I
      Igor Solarov 05 марта 2013

      Очень важен не только расход воды, но и напор.
      Но 1 литр для 500Вт явно маловато.

      Пожаловаться на спам
  • В
    василий 16 марта 2013

    Написал много.Исчез.

    Пожаловаться на спам
  • В
    Владимир 28 марта 2013

    В формуле расчета скорости вращения ветроколеса полагаю ошибочно указано выражение "W (при нагрузке)", думаю должно быть "без нагрузки" ибо можно так нагрузить, что и вращаться не будет

    Пожаловаться на спам
  • A
    Alex 11 апреля 2013

    Сделал свой ветряк из моторколеса 500ватт х 48 вольт, диаметр винта2,5м, 6лопастей.Результатом вполне доволен.При ветре 10 м\с на амперметре было 20А.А при порывах, стрелка и на 30А ложилась. Автору спасибо за идею !)))

    Пожаловаться на спам
  • M
    maukuris 30 мая 2013

    tovarisc kotorij sostavljal etu statjju,dajte ssilku otkuda eto sperli,a to tam kusok tam fotki,vse vrasbros

    Пожаловаться на спам
  • А
    Алексей 07 июля 2013

    я не совсем понимаю подключение мотор-колеса, как я понял из него выходит три вывода положительной полярности и подключаються через диодный мост к аккумуляторам, а масса?

    Пожаловаться на спам
  • О
    Олег 23 августа 2013

    Добрий день я б хотів дізнатися чи можна зменшити всю конструкцію великого вітряка до розмірів наприклад чашки для чаю?

    Пожаловаться на спам
  • В
    Вадим 20 сентября 2013

    Вы не рассматривали возможность использования центробежной силы при вращении колеса на разных скоростях для изменения угла атаки лопастей, что могло бы позволить отказаться от "лопаты" и сохранить возможность работы генератора на высоких скоростях ветра?

    Пожаловаться на спам
  • Р
    Рик Шар 03 ноября 2013

    Недавно видел на базе барабана от стиральной машины с приделанными лопастями,мне кажется ему не страшен ураганный ветер,так как ветер ловить не надо он с любой стороны крутит,по-моему Кусто Жак приспосабливал такой парус на своём втором судне.А если парусность направить в трубу с многосекционными лопостями,вообще можно избавиться от аварий.В трубе куча придумок для центрации ветряных колёс.А пора делать,ведь хотят рубашку снять с кожей.

    Пожаловаться на спам
  • С
    Сергей 03 декабря 2013

    Автомобильный генератор можно переделать, добавить на якорь магниты и переделать обмотку 10 -11 витков проводом 0.8 мм. С уважением, Сергей

    Пожаловаться на спам
  • Б
    Букин 02 января 2014

    я бы хотел спросить, можно ли сделать ветрогенератор из обычного велосипедного генератора ? скажите пожалуйста .

    Пожаловаться на спам
  • Б
    Бодя 11 января 2014

    Скажіть ,будь ласка, а чому з генератора виходять 3 контакти, а не два?

    Пожаловаться на спам