Как сделать ветряную электростанцию своими руками

Изготовление из асинхронного двигателя

Генератор для ветряка также можно сделать благодаря переделке асинхронного двигателя. Для этого требуется или переточить ротор на размер неомагнитов, или сделать его своими руками. Переточка родного ротора предполагает еще и использование стальной гильзы, которая бы замыкала магнитное поле. По этой причине нужно учитывать и ее толщину. Можно использовать как круглые, так и квадратные магниты. Последний вариант более эффективный по причине возможности установить их с большей плотностью.

Перематывать двигатели под генераторы своими руками несложно, но рекомендуется доверить данную работу электрикам. Это позволит избежать ошибок и при этом ветряки из асинхронников получаются значительно эффективнее.
Решение оборудовать ветровые установки мультипликатором позволяет не перематывать двигатель. Также можно поставить небольшой электромагнит для самовозбуждения. Его запитка производится за счет самого вращения ветряка, а чтобы он не потреблял электричество с аккумулятора устанавливается в цепь мощный диод.

В конце хотелось бы сказать, что сделать самодельный генератор для своего ветряка довольно просто. И для этого не требуется особых знаний. Нужно запастись терпением и готовностью проводить опыты. Но при этом следует помнить о технике безопасности, так как электрогенераторы могут вырабатывать большие токи.

Ветряк вертикальной установки

Соорудить ветрогенератор своими руками на 220 вольт можно и в виде вертикально ориентированной конструкции, чертежи которой приводятся ниже.

Вертикальный генератор

Лопастями этой конструкции служат фрагменты железного бочонка небольшого размера, вырезанные по заранее подготовленному профилю. А в качестве основы, на которой они закрепляются, можно выбрать ступицу от генератора постоянного тока автомобиля.

Перед тем, как сделать генератор этого типа, необходимо учесть, что из-за малых оборотов исходной установки мощность генератора тока будет ограничена и вряд ли превысит 2-3 кВт. Для их увеличения потребуется изготовить или купить специальное преобразующее устройство с передаточным числом 1:12 (его называют мультипликатором или редуктором). При одном повороте лопастей на 360 градусов вал генераторного устройства будет делать 12 оборотов.

О том, как сделать электрогенератор своими руками из автомобильного генератора, в Интернете имеется достаточно информации. Там же указывается, что, несмотря на вносимую редуктором дополнительную нагрузку, она все же не превышает аналогичного показателя для автомобильной схемы со стартёром.

Лопасти для такого изделия можно вырезать из листа алюминия с соответствующими подготовленному профилю размерами. При установке на ветряк, используемый для отопления, например, их потребуется минимум 6 штук.

Возможности и назначение

Перед изготовлением ветрогенератора своими руками следует тщательно просчитать все возможные издержки, связанные со сборкой и эксплуатацией этого агрегата (иначе с эффективностью его работы). Для этого необходимо заранее определиться с тем, для каких нужд он предназначается, то есть обозначить круг потребителей генерируемой энергии мощностью порядка 1 квт.

Обычно такие агрегаты используются как дополнительные источники энергии, которых достаточно для того, чтобы:

  • Обеспечивать электроэнергией отопительную систему не очень высокой мощности;
  • Самому подогреть в случае необходимости некоторое количество воды;
  • Освещать отдельные зоны отдыха и прогулочные дорожки (при наличии аккумуляторных устройств).

Перед тем, как сделать электрогенератор своими руками, необходимо также выяснить особенности розы ветров в данном регионе, что очень важно для выбора основных параметров его механизма. Так, для большинства регионов нашей страны, где ветра не отличаются постоянством и достаточной интенсивностью, целесообразнее использовать самодельный агрегат, рассчитанный на сравнительно низкое напряжение (не более 12 Вольт)

Так, для большинства регионов нашей страны, где ветра не отличаются постоянством и достаточной интенсивностью, целесообразнее использовать самодельный агрегат, рассчитанный на сравнительно низкое напряжение (не более 12 Вольт).

Мощность генератора в этом случае будет ограничена (не более 1-3-х киловатт), что объясняется инерционностью процессов, протекающих в слишком массивных и энергоёмких устройствах.

Для их «раскрутки» потребуется «мощный» вращающий импульс, который в случае слабых ветров не удастся получить даже при лопастях большого размера. Простой, не очень габаритный и малоинерционный прибор – вот оптимальный вариант изготовления элекрогенератора своими руками в бытовых условиях (смотрите фото далее по тексту).

Малогабаритный генератор

Обратите внимание! Такие генераторы для ветряка, своими руками собранные за городом, можно будет использовать при отключении электропитания 220 Вольт с целью зарядки мобильного телефона и других гаджетов. Часть деталей будущего электродвигателя можно будет взять уже готовыми, переделав их соответствующим образом

Часть деталей будущего электродвигателя можно будет взять уже готовыми, переделав их соответствующим образом.

Комплектующие и инструменты для сборки

Сборка ветряка потребует наличия множества различных комплектующих и дополнительных приспособлений. Соберите и купите все необходимое заранее, чтобы вам не пришлось отвлекаться на это в будущем.

Ветрогенератор Савониуса

Набор для сборки ветрогенератора

  1. Генератор. Бытовую установку лучше всего собирать на основе генератора на 12 В.
  2. Ротор. В рассматриваемой установке будет использовать ротор 1,5 м. При желании вы можете вносить свои коррективы в рекомендуемые параметры, но помните о том, что многие из них напрямую связаны друг с другом.
  3. Аккумулятор. Лучше всего использовать специальный альтернативный (герметичный) аккумулятор. В крайнем случае, подойдет автомобильная батарея. Используйте аккумулятор на 12 В.
  4. Бочка из алюминия либо нержавеющей стали.
  5. Реле для подзарядки батареи.
  6. Полугерметичный выключатель.
  7. Вольтметр.
  8. Реле лампы заряда.
  9. Большая наружная доза. Этот элемент представляет собой распределительную коробку, посредством которой осуществляется присоединение проводов. Также благодаря дозе будет обеспечиваться удобный доступ к соединениям.
  10. Мачта для установки колеса. В домашних условиях не рекомендуется использовать мачты высотой более 10 м.
  11. Провода.
  12. Болты М6.
  13. Хомуты для крепления основного элемента ветрогенератора к опорной мачте. Также для крепления можно использовать нержавеющую проволоку.
  14. Кусачки.
  15. Электродрель.
  16. Шуруповерт.
  17. Гаечные ключи.
  18. Отвертки.
  19. Ножовка.
  20. Уровень.
  21. Рулетка.

В зависимости от условий конкретной ситуации перечень необходимых инструментов может немного меняться. В этом моменте вы самостоятельно сориентируетесь по ходу выполнения работы.

Вертикальный ветрогенератор

Ключевые узлы

Как говорилось, ветряной генератор можно сделать в домашних условиях. Надо подготовить определенные узлы для его надежного функционирования. Они включают:

  1. Лопасти. Изготавливать их можно из разных материалов.
  2. Генератор. Его тоже можно собрать собственноручно или же купить готовый.
  3. Хвостовая зона. Используется для движения лопастей по направлению вектора, обеспечивая предельно возможный КПД.
  4. Мультипликатор. Увеличивает скорость вращения ротора.
  5. Мачта для крепежа. Она играет роль элемента, на котором зафиксированы все указанные узлы.
  6. Натяжные тросы. Необходимы для фиксации конструкции в целом и защиты от разрушения под воздействием ветра.
  7. Аккумулятор, инвертор и контроллер заряда. Способствуют преобразованию, стабилизации энергии и ее накапливанию.

Новичкам следует рассматривать простые схемы роторного ветрогенератора.

Сборка ветряного генератора согласно чертежам

Лопасти ветряка можно изготовить из дюраля по приведенным чертежам. Деталь надо качественно зашкурить, при этом переднюю кромку сделать закругленной, а заднюю заточить. Для хвостовика подойдет кусок жести достаточной жесткости.

К электродвигателю закрепляем втулку, а на ее корпусе высверливаем три отверстия на равном расстоянии друг от друга. В них надо нарезать резьбу под болты.

Трубку ПВХ разрежем вдоль, и будем использовать в качестве уплотнителя между квадратной трубой и корпусом генератора.

Диодный мост также закрепим возле мотора с помощью саморезов.

Черный провод от двигателя подключим к плюсу диодного моста, а красный к минусу.

Хвостовик прикручиваем саморезами на противоположный конец трубы.

Лопасти соединяем с втулкой при помощи болтов, обязательно используем по две шайбы и гровер на каждый болт.

Втулку закручиваем на вал двигателя против часовой стрелки, удерживая ось пассатижами.

Патрубок приворачиваем к маскирующему фланцу при помощи газового ключа.

Надо обязательно найти точку равновесия на трубе с закрепленным двигателем и хвостовиком. По этой точке закрепляем конструкцию на мачту.

Все металлические детали, которые могут подвергнуться коррозии желательно покрыть качественной эмалью.

Ветрогенератор для частного дома стоит установить на некотором расстоянии от основных строений, мачту обязательно закрепить растяжками из стального троса. Высота зависит от возможной силы ветра, рельефа и искусственных препятствий, окружающих электростанцию.

Электрический ток после диодного моста должен через контрольный амперметр поступать на электронную схему зарядки аккумулятора. Напрямую к такому генератору можно подключить маломощные лампы накаливания. Заряженные батареи выдают стабильное постоянное напряжение. Его рекомендуется использовать для освещения (галогенные лампы и светодиодные ленты), либо вывести на инвертор, чтобы получить 220В переменного тока и подключить любые бытовые приборы, мощность которых не превышает параметры инвертора.

Представленная фото и видео информация даст вам более наглядное представление о сборке ветрогенератора своими руками.

Подготовительные мероприятия перед работой

Перед началом работы необходимо определиться, какое именно устройство хотите сделать, так как существует несколько видов ветрогенераторов:

  • роторный;
  • аксиальный, на магнитах и т.д.

Бывает два расположения оси:

  • горизонтальное – самое распространённое, КПД у такого вида в 2 раза больше;
  • вертикальное – устанавливается внизу, так как имеет большой вес. А ветер внизу тише в 2 раза и, следовательно, мощность устройства уменьшается раз в 8. Преимущество – в меньшем шуме и удобстве использования.

Независимо от типа конструкции, для изготовления самодельного ветрогенератора следует запастись:

  • автомобильным генератором;
  • вольтметром;
  • реле зарядки аккумулятора;
  • регулятором напряжения для переменного тока;
  • материалом для изготовления лопастей;
  • аккумулятором кислотным или гелиевым;
  • коробкой для закрывания провода;
  • ёмкостью (нержавеющая кастрюля или ведро из алюминия);
  • выключателем на 12 вольт;
  • электрическим трёхжильным кабелем (сечение не меньше 2,5 мм кв.);
  • старой водопроводной трубой (диаметр не меньше 15 мм, длина 7 м);
  • лампочкой-зарядкой;
  • четырьмя болтами с гайками и шайбами;
  • металлическими хомутами для крепления.

Кроме того, необходимо иметь для работы специальные инструменты:

  • болгарку с дисками;
  • маркер;
  • шуруповёрт;
  • дрель и свёрла;
  • ножницы по металлу;
  • набор накидных ключей;
  • газовые ключи разных номеров;
  • кусачки;
  • рулетку.

Обслуживание ветрогенератора

Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.

Схема работы ветрогенератора

  1. Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
  2. При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
  3. Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
  4. Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.

Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.

Изготовление

Учитывая то, что эффективность электростанции с горизонтальной осью имеет лучшие показатели эффективности, а бесперебойность подачи электроэнергии предполагается обеспечивать с помощью накопления энергии в аккумуляторной батарее, предпочтительнее для изготовления своими руками является именно такой вид ВЭУ, который мы и рассмотрим в рамках данной статьи.

Для того что бы сделать такую электростанцию своими руками понадобится следующий инструмент:

  • сварочный аппарат электродуговой сварки;
  • набор гаечных ключей;
  • набор сверл по металлу;
  • электродрель;
  • ножовка по металлу или УШМ с отрезным диском;
  • болты диаметром 6 мм с гайками для крепления лопастей к шкиву и алюминиевого листа к квадратной трубе.

Для изготовления ветряной электростанции своими руками потребуются следующие материалы:

  • пластиковая труба 150 мм длиной 600 мм;
  • лист алюминия размером 300х300 мм и толщиной 2,0 — 2,5 мм;
  • металлическая квадратная труба 80х40 мм и длиной 1,0 м;
  • труба диаметром 25 мм и длиной 300 мм;
  • труба диаметром 32 мм и длиной 4000-6000 мм;
  • медный провод длиной, достаточной для соединения электродвигателя, находящегося на мачте длиной 6 м, и нагрузки, которую будет питать этот источник тока;
  • электродвигатель постоянного тока 500 об/мин;
  • шкив для двигателя диаметром 120-150 мм;
  • аккумуляторная батарея 12 вольт;
  • автомобильное зарядное реле аккумулятора;
  • инвертор 12/220 вольт.

Процесс изготовления своими руками производится в следующем порядке:

  • Пластиковая труба 150х600 мм, для изготовления лопастей пропеллера, разрезается вдоль на четыре части и каждая часть по диагонали разрезается так, что бы одна сторона осталась прежней ширины, а вторая получилась размером 20-25 мм. В качестве лопастей будут использоваться три части трубы;
  • Полученные лопасти крепятся к шкиву с шагом 1200 с помощью болтов 6 мм подходящей длины, и шкив крепится на валу электродвигателя;
  • К более широкой стороне квадратной трубы на расстоянии 1/3 от края перпендикулярно приваривается труба диаметром 25 мм;
  • На короткое плечо квадратной трубы крепится электродвигатель, а на длинное устанавливается алюминиевый лист, служащий для поворота всей конструкции по направлению ветра по типу флюгера;
  • Полученная конструкция вставляется трубой 25 мм в один конец трубы 32 мм. Это сочленение будет служить поворотным механизмом ветряной электростанции для следования ее по направлению ветра;
  • К электродвигателю подключается кабель, труба диаметром 32 мм устанавливается в качестве мачты и прочно закрепляется в грунте и с помощью растяжек;
  • Электрическая часть ВЭУ собирается в отдельном блоке таким образом, что бы энергия от генератора через реле зарядки подключалось к аккумуляторной батарее, а от батареи через инвертор запитывались необходимые потребители. Составные части электрооборудования можно сделать самостоятельно или приобрести.

Далее, в процессе работы установки, возможно, придется сделать другими размеры и конфигурацию лопастей, передаточное отношение между ветряным двигателем и генератором — каждый ветрогенератор, изготовленный своими руками, индивидуален в силу использования различных компонентов и условий ветрообразования. Первоначально ветряную электростанцию рекомендуют изготавливать небольшой мощности, на которой можно отработать полученную информацию не вкладывая большое количество средств.

Преимущества и принцип работы ветряков

Современный вертикальный генератор, способный преобразовать порывы ветра в энергетический ресурс, имеет целый комплекс интересных преимуществ. Для корректной работы он не нуждается в дополнительных устройствах, определяющих направление ветра.

Ветряной генератор роторного типа очень легко изготовить своими руками. Конечно, полностью взять на себя обеспечение частного крупногабаритного коттеджа энергией он не сможет, но с освещением хозяйственных построек, садовых дорожек и придомовой территории справится на отлично

Прибор вертикального типа функционирует на низкой высоте. Для его обслуживания не нужны различные приспособления, обеспечивающие безопасное проведение высотных ремонтных и обслуживающих работ.

Минимум движущихся деталей делает ветряную установку более надежной и эксплуатационно устойчивой. Оптимальный профиль лопастей и оригинальной формы ротор обеспечивают агрегату высокий уровень КПД независимо от того, в каком направлении дует ветер в каждый отдельный момент.

Малые бытовые модели состоят из трех и более легких лопастей, моментально улавливают самый слабый порыв и начинают вращаться, как только сила ветра превышает 1,5 м/с. Благодаря этой способности их эффективность часто превышает КПД крупных установок, нуждающихся в более сильном ветре

Генератор работает абсолютно бесшумно, не мешает хозяевам и соседям, не создает вредных выбросов в атмосферу и надежно служит в течение многих лет, аккуратно поставляя энергию в жилые помещения.

Вертикальный генератор ветрового типа работает по принципу магнитной левитации. В процессе вращения турбин образуются импульсная и подъемная силы, а также сила фактического торможения. Первые две заставляют крутиться лопасти агрегата. Это действие активирует ротор и он создает магнитное поле, вырабатывающее электричество.

Ветряк, имеющий вертикальную ось вращения, по эффективности уступает своим горизонтальным аналогам. Зато не предъявляет претензий к территориальному расположению и полноценно работает практически в любом удобном для домовладельцев месте

Прибор функционирует полностью самостоятельно и не требует вмешательства хозяев в процесс.

Переделка генератора

Для изготовления генератора ветряка подойдёт генератор от любого автомобиля. Их конструкции схожи между собой, а переделка сводится к перемотке провода статора и изготовлению ротора на неодимовых магнитах. В полюсах ротора высверливаются отверстия для фиксации магнитов. Устанавливают их, чередуя полюса. Ротор оборачивают бумагой, а пустоты между магнитами заливают эпоксидной смолой.

Автомобильный генератор

Таким же способом можно переделать двигатель от старой стиральной машины. Только магниты в этом случае во избежание залипания наклеивают под углом.

Новую обмотку перематывают по катушке на зуб статора. Можно сделать всыпную обмотку, это как кому удобно. Чем больше количество витков, тем эффективнее получится генератор. Мотают катушки в одном направлении по трёхфазной схеме.

Готовый генератор стоит опробовать и измерить данные. Если при 300 оборотах генератор выдаёт порядка 30 вольт, это хороший результат.

Генератор для ветряка из автомобильного генератора

Передача

Нельзя забывать про несоответствие между тихоходностью роторного ветряка и высокими оборотами, которые требует для нормальной работы генератор, что вызывает необходимость в использовании ускоряющей передачи. В этом качестве можно использовать редуктор, но его надёжность при использовании для повышения оборотов будет довольно низкой. Самый лучший способ решения этой проблемы — применение клиноременной передачи от тракторного генератора с передаточным числом от 1,5 до 2,0, которая, помимо увеличения скорости вращения, позволит также решить проблему по его передаче с вертикального вала ротора на горизонтально расположенный генератор.

Изготовление лопастей

Лопасти роторного ветряка несложно изготовить своими руками из большой железной бочки (рис.2.). Резать бочку следует болгаркой или другим, подобным инструментом. Применение сварочного аппарата в данном случае недопустимо, т.к. металл покоробится от высокой температуры. Борта лопастей необходимо усилить, приварив прутки арматуры.

Рис. 2. Схема раскроя металлической бочки:

  1. Отверстие для крепления;
  2. Усиление борта;
  3. Контуры лопастей.

Лопасти ветряка крепятся к крестовинам болтами М14, таким образом, чтобы между валом и их бортами оставался зазор шириной 150,0 мм. Для изготовления верхней крестовины применяется листовая сталь толщиной около 6,0 мм. Нижнюю крестовину, на которую приходится весь вес ветряка, изготавливают из швеллера со стенками высотой не менее 50,0 мм, длиной в зависимости от объёма используемой бочки и, соответственно, размера лопастей.

Рис.3.Крепление лопастей:

  1. Лопасти;
  2. Крестовина;
  3. Вал;
  4. Болты М14.

Виды

Ветроэлектростанция своими руками классифицируется по расположению оси вращения и бывают:

  • с горизонтальным расположением;
  • с вертикальным расположением.

Установки с горизонтальным расположением оси называются установками пропеллерного типа и имеют самое широкое распространение в связи с высоким коэффициентом полезного действия. Недостатком этих установок является их более сложная конструкция, затрудняющая самодельные варианты изготовления, необходимость применения механизма следования направлению ветра и большая зависимость работы от скорости ветра — как правило, при малых скоростях эти установки не работают.

Более просты, неприхотливы и мало зависимы от скорости и направления ветра установки с вертикальным расположением рабочего вала — ортогональные с ротором Дарье и карусельные с ротором Савониуса. Недостатком их является весьма малый КПД, составляющий порядка 15%.

Недостатком обеих типов самодельной ветряной электростанции является низкое качество вырабатываемой электроэнергии, требующее дорогостоящих вариантов компенсации этого качества — стабилизирующих устройств, аккумуляторов, электрических преобразователей. В чистом виде электроэнергия пригодна только для использования в активной бытовой нагрузке — лампах накаливания и простых нагревательных устройствах. Для питания бытовой техники электроэнергия такого качества не пригодна.

Как изготовить ветрогенератор на аккумуляторах

Аккумуляторы для ветрогенератора зачастую используются при установке малых конструкций в связи с нестабильностью выработки и расхода электрической энергии. Для описываемого здесь ветрогенератора необходима аккумуляторная батарея. В первую очередь это связано с необходимостью подключения обмотки возбуждения генератора. Нужный для подачи ток должен составлять примерно 1,2 А. Выбирать емкость батареи следует в зависимости от нагрузки, которая будет применяться в безветренную погоду, а тип батареи большого значения не имеет

Здесь важно только значение ее емкости. Желательно использовать готовую автомобильную батарею в 12 В

Хотя вполне можно собрать такую батарею самостоятельно из отдельных элементов. При этом нужно учитывать несколько основных правил. Например, чтобы увеличить емкость батареи, можно параллельно или последовательно соединить несколько банок.

При последовательном соединении банок аккумулятора в 2 В обязательно нужно, чтобы они были одного типа и емкости. Допустимо, чтобы все они были кислотными, а их емкость составляла 200 А/ч. Если будут использоваться щелочные и никель-кадмиевые банки, то напряжение каждого элемента должно составлять 1,2 В, а количество банок должно быть 10, чтобы общее напряжение батареи равнялось 12 В (±10%). В противном случае от постоянного перезаряда или недозаряда батарея довольно быстро придет в негодность.

При параллельном соединении также важно, чтобы батареи были одного типа, и еще необходимо правильно выбирать место для их хранения. В условиях низких температур емкость большинства батарей будет сильно падать

Нужно, чтобы температура помещения не опускалась- ниже 0°С. При использовании кислотных или щелочных аккумуляторов большой емкости (более 100 А/ч) нужно, чтобы помещение было хорошо проветриваемым и нежилым — при зарядах этих типов аккумуляторов активно выделяется водород и другие сопутствующие пары кислот и щелочей, которые вызывают у человека ожог дыхательных путей и общее отравление организма.

Большинство производимых аккумуляторов данного типа являются необслуживаемыми, поэтому контакт с вредными веществами исключен. Тем не менее, следует соблюдать необходимую технику безопасности при работе с этим оборудованием и всегда помнить о возможной угрозе. Ведь даже незначительное нарушение герметичности корпуса, например, при падении прибора, может привести к ожогу тела и другим нежелательным последствиям.

Можно использовать старые батареи от автомобилей, которые уже не способны выдавать ток, необходимый для работы стартера, но в данной установке могут прослужить не один год в качестве промежуточного накопителя.

Роль бокового плана очень важна для работы ветродвигателя. Она позволяет создавать стабильную скорость вращения колеса. В этом случае ветроколесо будет отклоняться от потока воздуха (из-за давления ветра) на лопату. Постоянная мощность ветроколеса поддерживается благодаря направляющей дужке. При малейшем отклонении ветроколеса трос, натягиваемый пружиной, ляжет на эту дужку, тем самым создавая плечо переменной силы для пружины. При этом момент силы пружины будет приблизительно равняться моменту силы ветра (с учетом углов отклонения ветроколеса от направления ветра).

Ссылка на основную публикацию