Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 0

Что такое ветрогенератор

Из каких элементов состоит домашняя ветровая электростанция?

Бытовые ветряные турбины – относительно простые конструкции. Электричество получают в генераторе, приводимом в действие лопастями ротора. В бытовых условиях обычно используются ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора.

Наиболее важные элементы ветряка:

  • Лопастное колесо (крыльчатка) – включает 1-2-3 лепестка (чаще 3). Рабочее колесо расположено непосредственно на низкоскоростном валу. Его вращение передается на высокоскоростной вал через коробку передач. Высокоскоростной вал соединяется с валом генератора. Генератор, трансформатор, шестерни, контроллеры расположены в гондоле. В наших климатических условиях лучше работают роторы, приспособленные для медленного вращения.
  • Ветровая турбина – самый важный элемент, определяющий эффективность, мощность системы. Именно ветряная турбина отвечает за выработку электричества от движения воздушных масс.
  • Генератор – переводит кинетическую энергию вращательного движения ротора в электрическую. Генератор должен соответствовать спецификации турбины, поскольку оптимальное взаимодействие обоих элементов обеспечивает большую эффективность ветряка. Генератор должен генерировать номинальное напряжение при оптимальной скорости ветряной турбины.

Небольшие ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения ротора не создают шума, вредных электромагнитных волн. Их можно безопасно разместить прямо на доме, крыше.

Как сделать ветрогенератор из автомобильного генератора

Самый простой вариант — использовать в качестве генератора ветряка автомобильный генератор. Автогенераторы недорого стоят, отлично ремонтируются, на рынке большой выбор. По стоимости они составляют примерно $20 за 1 кВт. Они выдают стабильное напряжение с определенных оборотов и стыкуются с аккумуляторами 12 вольт.

Недостатки:

  • требуют высоких оборотов ‑ от 1,5-2,0 тыс. и выше в минуту;
  • уступают в надежности заводским генераторам для ветряков;
  • имеют относительно небольшой ресурс (до 4000 часов работы), что компенсируется низкой стоимостью.

Для сборки ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора мощностью 1,5 кВт понадобится:

  1. автомобильный генератор на 12 в;
  2. соответствующая по напряжению аккумуляторная батарея;
  3. преобразователь с 12 на 220в, мощность 1,3 кВт;
  4. небольшая бочка (ведро) из алюминия или стали;
  5. зарядное реле и автомобильная контрольная лампа;
  6. защищенный от влаги выключатель, 12в;
  7. прибор контроля напряжения (старый вольтметр);
  8. медный провод от 2 мм сечением;
  9. крепеж (болты, шайбы, гайки, хомуты).

Из ручного инструмента понадобятся: ножницы по металлу, болгарка, рулетка измерительная, карандаш, отвертки, гаечные ключи в наборе, пассатижи, электродрель со сверлами.

Несколько принципиальных моментов в изготовлении ветрогенератора:

  1. Максимальной эффективности можно добиться, переделав автомобильный генератор под постоянные магниты. Для этого обмотку возбуждения нужно заменить на несколько ферритовых магнитов.
  2. Выточив немагнитный ротор из титана или другого немагнитного материала, можно избежать намагничивания ротора.
  3. Чтобы повысить генерацию тока на малых оборотах, нужно перемотать статор, увеличив количество витков в 5 раз и уменьшив диаметр провода.
  4. Установка на ротор неодимовых магнитов увеличит мощность генератора на малых оборотах. Четное количество магнитов крепится на стальной бандаж, который нужно прикрепить к основанию внутренней части генератора. При установке магнитов для повышения мощности нужно чередовать полярность.
  5. Для изготовления лопастей подойдет дюралевая труба, крепеж делается из стали. Лопасти обязательно нужно балансировать, а также максимально облегчить конструкцию, удалив лишнее болгаркой и наждаком.

В сети достаточно материалов с подробным описанием работ, поэтому нет необходимости повторяться

Как сделать правильный выбор?

Не стоит считать, что самый дорогой и импортный ветрогенератор будет самым лучшим. Исходить, в первую очередь, нужно не из цены, а из ваших потребностей. Перед тем, как сделать покупку, посчитайте, сколько электроэнергии вы планируете расходовать.

Понятно, что выбирать нужно ту модель, которая способна вырабатывать нужное вам количество энергии. Однако будьте внимательны. Каждый ветрогенератор рассчитан на определенную скорость ветра. Это означает, что заявленную производителем мощность он способен выдавать именной при той скорости, которая указана в инструкции к нему.

Если максимальную мощность ВЭУ развивает при скорости ветра 10 -12 м/с, а в вашей местности средний показатель не превышает 4−5 м/с, то не стоит ожидать, что устройство будет вырабатывать заявленное количество электроэнергии. В итоге вы заплатите лишние деньги за то, чего не получите.

Мощность ветрогенератора находится в прямой зависимости от диаметра колеса, образованного лопастями. С погрешностью 20% ее можно рассчитать по формуле: квадрат диаметра помножить на куб средней скорости ветра и разделить полученное значение на 7000. То есть при диаметре колеса, равном двум метрам и средней скорости ветра в вашей местности 3 м/с вы получите около 0,015 кВт электроэнергии. Если же диаметр увеличить в два раза, то ветрогенератор при той же скорости ветра будет выдавать в 4 раза больше электроэнергии — 0,6 кВт. Таким образом, при прочих одинаковых характеристиках, более производителен ветряк с большим размером лопастей.

Не менее важно при выборе ветрогенератора обращать внимание на ёмкость аккумулятора. Если вы живете не в прибрежной зоне, то штиль в вашей местности — явление нередкое. В этом случае система будет работать именно от аккумулятора

А он имеет свойство разряжаться. Поэтому желательно, чтобы помимо него имелся резервный источник энергии

В этом случае система будет работать именно от аккумулятора. А он имеет свойство разряжаться. Поэтому желательно, чтобы помимо него имелся резервный источник энергии.

С этой целью можно приобрести установку сразу с солнечными батареями, или же подключить ветряк к сети. В этом случае он будет лишь компенсировать недостаток электроэнергии в случае необходимости.

Сколько же энергии нужно среднестатистической семье?

  1. В городской квартире будет достаточно 0,5 кВт. Чтобы было понятнее, счетчик в этом случае будет показывать 360 кВт•ч.
  2. Ветряк мощностью 5 кВт может обеспечить такое количество энергии даже в том случае, если скорость ветра невелика.
  3. Если же в квартире постоянно работает какой-либо отопительный прибор, то тот же ветрогенератор сможет обеспечить его работу только при такой скорости ветра, которая возможна лишь у береговой линии.

Расчет размера и места размещения

  • необходимую мощность;
  • количество ветряных дней;
  • особенности месторасположения.

Итак, для того, чтобы установка ветрогенератора была оправданной затратам, нужно определить количество ветряных дней в году, а также их преобладающее направление. Приморские районы и площадки в горах имеют наиболее выгодное месторасположение, поскольку здесь сила ветра превышает 60-70 м/с, а этого вполне достаточно, чтобы отказаться от местного электричества.

На равнинной территории ветер отличается равномерностью потока, однако его силы порой недостаточно для полного обеспечения частного дома. Установка вблизи посадок и лесов нерентабельна вовсе, поскольку энергия ветра расходуется и задерживается в большей степени на деревьях.

Поток ветра имеет увеличение мощности прямопропорциональную отдалению от поверхности земли. Соответственно, чем мачта ветряка выше, тем больший импульс она сможет захватить. Однако, чем дальше она удалена от земли, тем большего укрепления требует. Вспомогательные опоры не всегда могут полностью удержать ветряк. При сильном порывистом ветре вероятность падения высокой мачты намного больше, нежели мачты, установленной на уровне 5-7 метров.

Наиболее оптимальное удаление мачты от земли – 10-15 метров. Ее крепление осуществляется при помощи двух способов:

  1. Бетонирование основы – выкапывают четыре глубоких, но небольших в диаметре ямы, в которые погружают растяжки ветряка и бетонируют. Процесс трудоемкий и затратный, но самый надежный. При сильном ветре мачта останется неподвижной, и единственной порчей ее может стать слом лопастей.
  2. Металлические растяжки – при помощи металлического троса ветряк закрепляют перпендикулярно поверхности земли, при этом хорошо натягивают трос, закрепляя его концы в грунт.

От выбора способа закрепления мачты зависит продолжительность эксплуатации электростанции в целом.

Также важно позаботиться о рабочей площадке, на которой собственно и будут располагаться генераторы. Площадка должна быть равноудалена от любых строений на величину, кратную трем размерам мачты. Если планируется устанавливать электростанцию, конструктивные элементы которой изготавливались под заказ, установку лучше доверить специалистам

Если планируется устанавливать электростанцию, конструктивные элементы которой изготавливались под заказ, установку лучше доверить специалистам.

Наличие специального оборудования, а также опыта проведения подобных работ убережет ветровую электростанцию от преждевременных поломок.

Принцип действия

Горизонтальная модель ветряка

Под действием силы ветра начинают вращаться лопасти устройства, которые приводят в действие ротор. Благодаря статорной обмотке получаемая механическая энергия преобразуется в электрический ток. Под действием силы вращения получаемое электричество запасается в батарее.

Объем получаемой энергии напрямую зависит от силы ветра – чем сильнее он дует, тем больше электричества будет запасено в аккумуляторе.

Во время поворотов также вращается ось, которая соединена с генеральным ротором. На нем закреплено 12 магнитов, которые вращаются в статоре. Благодаря этому создается переменный электрический ток такой же частоты, как и протекающий в розетках.

Получаемый переменный ток можно передавать на большие расстояния, но его невозможно аккумулировать. Поэтому его необходимо преобразовать в постоянный ток. Процесс производится с помощью внутренней электронной цепи в турбине.

Основные виды ветрогенераторов и их особенности

Основное отличие различных видов этого энергетического оборудования – это расположение оси вращения лопастей. Рассмотрим конструктивные особенности ветровых генераторов.

Вертикальные ветровые генераторы

В устройствах данного вида ось вращения генератора расположена перпендикулярно потокам ветра. Подобные установки считаются малоэффективными и требуют монтажа специальных средств, для ориентации устройства в пространстве (хвостовики ветряков). При работе в группе однотипных устройств оказывают друг на друга отрицательное воздействие, они как бы «отбирают друг у друга ветер».

Способны вырабатывать значительную мощность, обладают быстроходностью.

Горизонтальные ветровые генераторы

В устройствах данного вида вращающаяся ось генератора располагается параллельно по отношению к ветряным потокам.

К положительным свойствам данного вида можно отнести:

  • Способность функционировать при любом движении ветра;
  • Отсутствие необходимости ориентироваться в пространстве (отсутствие хвостовиков);
  • Благодаря конструктивным особенностям снижены нагрузки на лопасти генератора;
  • Не требуется сооружение конструкций для поднятия над уровнем земли;
  • Простота конструкций устройства.

При работе в группе эффективность работы повышается.

Ветровой генератор, работающий на водяных каплях

Данный вид ветровых генераторов не получил широкого распространения и находится в стадии проработки. В настоящее время прототип такого устройства создан в Голландии. Особенность этого вида – отсутствие подвижных частей, и соответственно отсутствие шума и вибрации.

Принцип действия основан на передаче заряда посредством капель воды, которые переносятся ветром из установленных сопел к положительно заряженным электродам. Электроды и сопла располагаются на металлической раме.

Предполагается, что подобная установка будет надежна и проста в эксплуатации.

Ветрогенератор – парус

Это также безлопастный вид ветрового генератора. По своему устройству подобный ветряк похож на ветровой генератор с осью вращения, расположенной горизонтально. Отличие его в том, что отсутствуют лопасти вращения. Их заменяет парус, по внешнему виду похожий на спутниковую антенну, который ловит потоки ветра.

Колебательные движения парусной мембраны приводят в работу поршневой механизм, который в свою очередь запускает работу гидравлической системы. Она далее преобразует кинетическую энергию в электрическую.

Прежде чем приступить к выбору вида генератора и определению критериев, по которым следует его выбирать, необходимо рассмотреть плюсы и минусы его использования.

К «плюсам» можно отнести:

  • Понеся первоначальные единовременные затраты, далее финансовых вложений не требуется;
  • Работа комплекса осуществляется автоматически, вне зависимости от скорости и направления ветра;
  • Низкие шумовые показатели (в зависимости от выбранного типа агрегата);
  • Универсальность установки к месту расположения;
  • Экологическая безопасность установки;
  • Независимость от поставщиков электрической энергии;
  • Большой срок эксплуатации.

К «минусам»:

  • Высокая стоимость комплекта оборудования;
  • Долгосрочная окупаемость;
  • Низкий КПД;
  • Необходимость выполнения профилактических работ.

Наиболее частые ошибки при покупке

Бывает встречаются среди владельцев ветроустановок недовольные. Это потому что к вопросу о приобретении ветрогенератора следует подходить грамотно. Для начала стоит внимательно изучить предлагаемые виды, сравнить их технические характеристики, особенности работы.

Недовольные отзывы потребителей также можно объяснить желанием получить высококачественный продукт практически задаром, сэкономить на услугах, работах по монтажу. Поэтому многие приобретают сравнительно дешевое оборудование, не особо занимаясь изучением технических характеристик и других нюансов.

Так как все виды альтернативной энергетики имеют довольно высокую стоимость, и ветрогенератор не исключение, продавцы всеми силами пытаются всучить этот товар покупателю. Когда менеджер компании объясняет своему клиенту, что при диаметре лопастей 4 метра он сможет получить мощность 7 кВт, почему-то не уточняет при каком ветре. Мощность ветрогенератора будет пропорциональна кубу скорости ветра и диаметру ветроколеса. То есть для регионов со средней скоростью ветра 6 м/с мощность получится W6=4*(6*6*6)= 864 Вт. Довольный клиент не подозревает, что мощность его системы в действительности будет в 8 раз меньше обещанной.

Российские вертикальные ветровые генераторы

Российские компании выпускают вертикальные ветровые генераторы различной мощности и типов ротора.

OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., г. Миасс) выпускает ветрогенераторы вертикального типа мощностью от 1,5 до 30 кВт, рассмотрим некоторые из них:

  1. Ветроустановка ВЭУ-1.5 мощностью 1,5 кВт.

Портативная установка, может транспортироваться любым видом транспорта, проста в монтаже и эксплуатации.

Технические характеристики:

Номинальная мощность – 1,5 кВт;

Выходное напряжение — 48 В;

Рабочий диапазон скоростей ветра — от 2,5 до 25 м/с;

Номинальная скорость ветра 10,0 м/с;

Диаметр ротора 2,8 м;

Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;

Срок эксплуатации — 20 лет;

Межремонтный цикл — 5 лет;

Масса установки — 75,0 кг;

Стоимость установки – от 100000,00 рублей.

  1. Ветроустановка ВЭУ-3(6), 6-и лопастная, мощностью 3,0 кВт.

Предназначена для автономного электроснабжения потребителей малой мощности (жилой дом, коттедж). Преимущества – удобство и простота монтажа, при установке дополнительного оборудования (аккумуляторов и инвертора), возможно увеличение мощности установки до 6,0 кВт.

Технические характеристики:

  • Номинальная мощность – 3,0 кВт;
  • Выходное напряжение — 48 В;
  • Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 30 м/с;
  • Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
  • Диаметр ротора 3,4 м;
  • Высота ротора 4,2 м;
  • Число лопастей — 6 шт.;
  • Частота вращения ротора – от 60 до 180 об/мин;
  • Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;
  • Срок эксплуатации — 20 лет;
  • Межремонтный цикл — 5 лет;
  • Масса установки — 620 кг;
  • Стоимость установки – от 300000,00 рублей.
  1. Ветроустановка ВЭУ-30 мощностью 30 кВт.

Предназначена для электроснабжения большого дома, либо группы домов.

Технические характеристики:

  • Номинальная мощность – 30,0 кВт;
  • Выходное напряжение – 96 — 400 В;
  • Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 60 м/с;
  • Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
  • Диаметр ротора 9,2 м;
  • Высота ротора 12,0 м;
  • Число лопастей — 6 шт.;
  • Частота вращения ротора – от 25 до 65 об/мин;
  • Температура при эксплуатации — от -50 до +40ºС;
  • Срок эксплуатации — 20 лет;
  • Межремонтный цикл — 5 лет;
  • Масса установки — 5100 кг;
  • Стоимость установки – от 1250000,00 рублей.

Что такое ветрогенератор и его составляющие?

Принцип работы ветрогенератора для частного дома несложный. Ветер поворачивает лопасти ротора, который закреплён на валу генератора. В обмотке последнего генерируется электрический ток. Электрическая энергия накапливается в аккумуляторах, а от них уже питаются бытовые приборы. Так выглядит схема использования энергии ветра в самом простом варианте. В составе реальных ветряных установок есть ещё ряд компонентов, о которых будет сказано ниже.

Устройство ветрогенератора

Часто бывают ситуации, когда ветрогенератор функционирует в связке с солнечной батареей или генератором на дизеле или бензине. В этих случаях схема имеет автоматический выключатель АВР. Когда основной источника ток отключается, тогда включается дополнительный. Для того, чтобы ветряной генератор работал максимально эффективно, он должен быть расположен вдоль направления ветра. Поэтому он делается по типу флюгера. На оси генератора крепится вертикальная лопасть, которая поворачивает лопасть к ветру. Если установка мощная, то дополнительно устанавливается электрический привод, который управляется в зависимости от показаний датчика направления ветра.

Итак, что же входит в состав ветряной установки для дома?

  • Ротор с различным числом лопастей. Их может быть два (двухлопастные), три (трёхлопастные), больше трёх (многолопастные);
  • Редуктор. Предназначен для регулировки скорости вращения ротора и вала генератора;
  • Защитный кожух. Цель – защита деталей установки от воздействия окружающей среды;
  • «Хвост». Эта деталь требуется для поворота ветрогенератора по ветру;
  • Аккумулятор. Накопление энергии. Накапливает энергию в ветреную погоду и расходует, когда «вертушка» простаивает;
  • Инвертор. Преобразует постоянный ток в переменный. Требуется для питания бытовой техники.

Следует также упомянуть основные виды ветрогенераторов.

  • По направлению вращения ротора с лопастями. Бывают горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные обеспечивают большую выработку электроэнергии, но вертикальные менее восприимчивы к условиям окружающей среды;
  • Материал. Бывают жёсткие и парусные лопасти. Парусные имеют меньшую прочность, но стоят дешевле;
  • По числу лопастей. Как уже говорилось, есть двух, трёх, многолопастные ветрогенераторы;
  • Управление. Изменяемый и фиксированный шагом лопастей. Рекомендуется фиксированный, поскольку с изменяемым шагом могут возникнуть сложности при эксплуатации.

[su_youtube url=»https://www.youtube.com/embed/uiiFRZ6Udqs»]

Проблемы на этапе проектирования

Шум в пределах 40-60 Дб, который может мешать не только соседям, но и вам. При возможности, если позволяет конфигурация земельного участка, ветряк стоит максимально отдалить от дома. Оптимально на 200-300 м.

  1. При некоторых режимах работы ветрогенератора или неудачной конструкции мачты ветряк может издавать инфразвук, вызывающий ощущение страха и дискомфорта;
  2. Высокая мачта, требующая обязательного заземления и наличия молниеотвода, а также наличия сигнальной лампы на вершине для безопасности полетов малой авиации;

При работе ротора возникает вибрация, поэтому мачта ветряка должна располагаться отдельно, не соприкасаясь со стенами и перекрытиями дома или с другими строениями;
Необходимость регулярного техобслуживания частей генератора, осмотров и замены смазки, которые нужно проводить на высоте. Примерно раз в 10 лет требуют замены лопасти и подшипники, независимо от того самодельные они или нет. Такие ремонты не всегда возможно выполнить своими руками и возникает необходимость привлекать специалистов. Мачту также придется регулярно красить и осматривать, чтобы избежать коррозии;
Возможность повреждения мачты, лопастей и генератора в случае ураганного ветра или при обледенении;
Аккумуляторы также требуют регулярной замены раз в несколько лет, располагать их нужно внутри дома;
При подборе готовых серийных ветрогенераторов нужно очень внимательно вычитывать их технические характеристики — в разных странах и у разных производителей выходная мощность, указанная в описании изделия и в его техпаспорте вычисляются по различным методикам, сильно зависящих от принятой за базовую силы ветра;
Расположенные неподалеку от места установки ветрогенератора маленькие деревья со временем вырастут и начнут создавать помехи для ветра;
Если вы решились изготавливать ветряк своими руками, очень сложно наперед предсказать и рассчитать его итоговую выработку электроэнергии и его степень эффективности.

Тенденции развития техники однозначно указывают на перспективность использования для полного или частичного снабжения дома электроэнергией и теплом разнообразных альтернативных источников: солнечных панелей, ветровых генераторов, тепловых конвекторов, новых эффективных материалов для термоизоляции. Недорогая и эффективная система для создания полностью энергонезависимого жилища из научной фантастики постепенно превращается в довольно распространенное техническое решение, и ветряк может оказаться в нем одним из значимых элементов.

Сборка

Самостоятельную сборку лучше всего начинать с расчетов. Здесь проще всего отталкиваться от имеющегося генератора, точнее, от его мощности. В зависимости от этого высчитываются размеры лопастей. Все эти расчеты несложно провести в специальных программах, либо определить требуемые размеры по таблицам.

Лопасти

Простейшие лопасти для самодельного ветряка можно изготовить из канализационной трубы диаметром 150-200 мм. Рекомендуется для этих целей приобретать трубу оранжевого цвета. Такие изделия изготовлены из более прочного пластика, нежели бытовые серые.

Для домашнего ветрогенератора достаточно будет всего три лопасти. Как правило, все они изготавливаются из одной вышеописанной трубы. Для этого труба разрезается вдоль на три равных сегмента. После этого каждой заготовке по шаблону придается форма лопасти

На этом этапе важно зашлифовать (лучше – скруглить) все кромки лопастей, что положительно скажется на аэродинамических характеристиках, а также на прочности узла

Готовые лопасти крепятся на ступице. Простейший ее вариант можно изготовить из куска фанеры толщиной около 10 мм. На такой ступице все лопасти следует закрепить при помощи болтов. Чтобы соединения не раскрутились от вибраций, используются специальные шайбы-гроверы.

Флюгер

Основная роль флюгера заключается в ориентации лопастей в зависимости от направления ветра. Одновременно эта часть ветряка является несущей. Помимо направляющей пластины на флюгере крепится генератор и лопастной узел.

Для изготовления флюгера маломощного ветрогенератора можно использовать древесину. Для больших ветряков лучше применить алюминиевые трубки, уголки или профили. Они прочнее и легче древесины. Вполне подойдет и стальной прокат.

На флюгере также крепится токосъемный механизм, через который независимо от вращения ветряка вокруг своей оси будет передаваться выработанная генератором электроэнергия.

Основание и мачта

Мачта служит для установки ветряка на необходимой высоте. Как правило, для бытовых нужд вполне достаточно поднять ветрогенератор на высоту около 5 метров. Для изготовления мачты понадобится прочная стальная труба диаметром, как минимум 40 мм. При высоте больше 5 метров следует также позаботиться о дополнительном креплении мачты. Как правило, для этого используются либо растяжки, либо точки крепления к фронтону постройки.

Основание служит для установки мачты с ветряком. Может быть стационарным и шарнирным. Последний вариант выгоден тем, что позволяет в любой момент без особых усилий «уложить» ветряк на землю. Такая возможность особенно пригождается в период бури, либо во время сервисного обслуживания и ремонта ветряка.

Устройство простейшей домашней ветряной электростанции

Перед тем, как сделать ветрогенератор своими руками, следует понимать, что для полноценного использования энергии ветра в своих целях одного этого устройства недостаточно. Ключевой в данном вопросе является проблема, связанная с непостоянством и нестабильностью ветра. Сейчас он дует, что называется, со всей силы, через час – притих, еще позже – установился абсолютный штиль. По этой причине генератор будет вырабатывать, соответственно, чрезмерно высокое напряжение, потом заниженное, а при затишье – вообще ничего генерировать не будет.

А теперь представьте, как будет работать, например, телевизор, если его напрямую подключить к такому ветряку. Он либо сгорит от перенапряжения, либо не будет работать из-за его недостатка. Именно поэтому, для работы полноценной ветряной электростанции, пусть даже и в упрощенных домашних условиях, понадобятся четыре базовых компонента:

1. Ветряк – состоит из лопастей, флюгера и генератора, вырабатывает электроэнергию с постоянно меняющимися параметрами.

2. Аккумулятор – нужен для накопления выработанного электричества, когда ветряк генерирует его в избытке, и для питания потребителей.

3. Контроллер – «выравнивает» поступающее с ветряка напряжение, управляет процессами заряда и разряда АКБ.

4. Инвертор – преобразует 12 вольт аккумулятора в необходимые для бытовых приборов 220 вольт.

В таком исполнении система будет работать по следующему принципу. Когда есть ветер, ветряк преобразует его энергию в электрическую, она стабилизируется контроллером и накапливается в АКБ. Когда включаются потребители (освещение, телевизор, холодильник) аккумулятор отдает накопленную энергию, которая за счет инвертора приобретает нужные параметры, и поступает на их питание.

В некоторых системах последний компонент не используется. Без инвертора вполне реально обойтись, если подключать к аккумулятору 12-вольтовые приборы. Сегодня есть практически все бытовые приборы – от освещения до холодильников – работающие от 12 вольт.

Ветряные электростанции своими руками

Если вы собрались изготовить ветрогенератор, то стоит обратить внимание на ресурсы Сети, которые предполагают 2 подхода: первый заключается в том, чтобы собирать все элементы своими руками, а второй предполагает покупку готовых комплектующих. При сборке наибольшую трудность вызывает изготовление ветроколеса

Изготовить лопасти для конструкции с горизонтальной осью вращения с требуемыми аэродинамическими характеристиками непросто. Здесь два выхода: или платить за изготовление мастерской с необходимыми инструментами и опытом, либо смотреть в сторону конструкции с вертикальной осью вращения, для которой лопасти можно изготовить из обычной бочки

При сборке наибольшую трудность вызывает изготовление ветроколеса. Изготовить лопасти для конструкции с горизонтальной осью вращения с требуемыми аэродинамическими характеристиками непросто. Здесь два выхода: или платить за изготовление мастерской с необходимыми инструментами и опытом, либо смотреть в сторону конструкции с вертикальной осью вращения, для которой лопасти можно изготовить из обычной бочки.

Генератор можно приобрести подержанный, использовать двигатель стиральной машины или промышленного асинхронного двигателя. Существует большой выбор готовых генераторов и комплектующих для их сборки на основе ниодимовых магнитов.

Изготовление мачты — это очень ответственный этап, ведь от него зависит безопасность эксплуатации всей конструкции. Отнестись к нему нужно тщательно, доверив расчёты прочности конструкции специалисту.

Контроллеры, инверторы и аккумуляторные батареи лучше приобрести готовые.

Схема устройства ветряной электростанции для самостоятельного изготовления

Вертикальные ветряки

Общее устройство вертикальной конструкции состоит из нескольких узлов:

  1. Колесо с лопастями, — основной ротор, воспринимающий силу воздушного потока. Назначение – преобразование кинематической энергии ветра в механическую, путём создания крутящего момента на валу.
  2. Редуктор, — синхронизирует вращательное движение и создаёт определённую скорость вращения вала генератора.
  3. Генератор, — устройство, вырабатывающее электрический ток посредством преобразования крутящего момента в магнитное поле и создания в проводке разности напряжений.
  4. Аккумуляторная батарея, — накапливает и выдаёт постоянный ток величиной около 12 Вольт.
  5. Инвертор, — устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный со значением 220 Вольт.

На самом деле, электрическая часть более сложная, и включает блок управления, стабилизации, соединения с несколькими потребителями.

Принцип работы

Движущийся с определённой скоростью воздушный поток встречает на своём пути препятствие в виде лопасти ветрогенератора. Ударяясь о поверхность, ветер создаёт на ней давление, под воздействием которого, ротор начинает вращаться и передаёт через редуктор на генератор крутящий момент. Последний начинает вырабатывать электрический ток.

Далее, электроэнергия поступает на контроллер, преобразовывается в постоянный ток и отправляется на подзарядку аккумуляторных батарей. Они, в свою очередь, транслируют поток электричества к потребителю через инвертор. Это устройство, потребляя ток постоянных величин, выдаёт переменное напряжение в 220 Вольт.

Преимущества и недостатки

Достоинства:

  1. Малые начальные значения скорости ветра для начала движения ротора ветрогенератора. Для отдельных моделей эти показатели начинаются с 0,3м/сек. Но следует учитывать, что реальная отдача от ветряка начнётся при движении воздушного потока со скоростью не менее 3–5м/сек. Номинальная мощность генератора будет при скоростных показателях, находящихся в диапазоне 10–18 м/сек.
  2. Не зависит от направления движения воздушного потока, — конструкция вертикального ветряка способна улавливать ветер под любыми углами атаки ветра.
  3. Вертикальный ветрогенератор обладает низким звуковым фоном, — значения, в отличие от горизонтальных конструкций, редко превышают порог в 18–20Дб. Кроме этого, отсутствуют частоты близкие к нижнему порогу, — так называемый инфразвук, который негативно сказывается на здоровье человека. Отсюда следует, что монтаж установок возможен непосредственно рядом с жильём людей.
  4. Выработка электромагнитного излучения минимальна и не ощущается окружающими. Конструкция не создаёт опасных и разрушительных вибраций.
  5. Вертикальный ветрогенератор не опасен для птиц, в силу того, что он воспринимается ими как единое препятствие, которое надо обогнуть. Для горизонтального устройства, — опасность для пернатых представляют движущиеся лопасти, которые птицы не ассоциируют с препятствием и поэтому сталкиваются с ними.
  6. Ветряк на вертикальной оси, благодаря своей конструкции, не требует принудительных механизмов для запуска, — движение ротора начинается при достижении воздушным потоком минимальных значений давления.
  7. Работает при любых климатических условиях, может противостоять сильным порывам ветра, вплоть до ураганных значений.
  8. Устройство просто в эксплуатации, — несложная система управления и малые текущие расходы, необходимые для поддержания рабочего состояния, делают этот тип ветряка привлекательным для частного использования.

Недостатки:

  1. Коэффициент эффективного преобразования ветрового потока у вертикальной конструкции в 2–2,5 раза ниже по сравнению с горизонтальным устройством.
  2. Вертикальный ветрогенератор обладает большей материалоёмкостью, нежели конструкции, выполненные по другим схемам.
  3. С определённого значения мощности, некоторые конструкции сильно увеличиваются в размерах, что негативно сказывается на планировке полезной площади участка.

Виды ветрогенераторов с вертикальной осью вращения

Многочисленные конструкции с вертикальной осью вращения объединяются в основные группы:

  • ветрогенератор с ротором Дарье, — ортогональное устройство;
  • генератор на роторе Савониуса;
  • вертикально-осевая конструкция ротора;
  • геликоидный ротор;
  • многолопастная конструкция с направляющими элементами.

Ротор Дарнье

Внешне, такой ветрогенератор выполнен с двумя или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала.

Плюсы:

  • самостоятельная ориентация на направление воздушного потока;
  • основной вал привода располагается вблизи уровня земли, что создаёт удобство в его обслуживании;
  • простая кинематическая схема конструкции.

Минусы:

  • отсутствует возможность в самостоятельной раскрутке;
  • высокая нагрузка на опорные узлы, вызванная динамическим воздействием от воздушных потоков;
  • необходимость строго придерживаться заданного профиля лопасти по всей её длине;
  • достаточно шумен в работе.

Ротор Савониуса

Представляет собой конструкцию, в которой лопасти ротора выполнены в виде цилиндрических поверхностей.

Достоинства:

  • способность запускаться при малых значениях ветра, — движение начинается при значениях от 3м/сек;
  • быстрый набор высоких показателей крутящего момента;
  • высокая надёжность конструкции;
  • недорог в производстве.

Недостатки:

малая эффективность преобразования воздушного потока, отсюда, выпуск устройств с мощностью не превышающей 4–6кВт.

Ротор Савониуса зачастую применяют в комбинированных устройствах, — для разгона ветрогенератора, выполненного по схеме ротора Дарье.

Вертикально-осевой ротор

Отличительная особенность такого ветрогенератора – это то, что вертикально расположенные лопасти имеют профиль авиационного крыла, ось которого параллельна вертикальному валу.

Внешне близок в ротору Дарье, но более прост в изготовлении. Быстро набирает рабочую скорость, при этом существенно меньше издаёт звуковых волн. Конструкция отличается надёжностью при эксплуатации.

Геликоидный ротор

Этот тип устройства продолжает развитие вертикально-осевого ротора. Лопасти последнего выполнены в форме геликоидной кривой, что придаёт конструкции более равномерное вращение и снижает нагрузки на опорную часть.

Изгиб лопастей ротора по диагонали способствует быстрому набору скорости. Эффективность использования ветрового потока близка к горизонтальным устройствам. В то же время, это вызывает повышенный шум при работе и производству звуковых волн, расположенных в коротковолновой части звукового спектра.

Геликоидный ротор дорог в производстве из-за сложной конфигурации профиля лопастей.

Многолопастной ротор

В основе лежит вертикально-осевая конструкция, дополненная внешним кольцом неподвижных лопастей. Такая схема способствует увеличению полезной площади захвата воздушного потока, его сжатию и ускорению, что приводит к повышению эффективности ветрогенератора в целом. Кроме этого, конструкция чувствительна к слабым воздействиям ветра.

Но эта схема приводит к повышению материалоёмкости устройства, что увеличивает его стоимость. В процессе эксплуатации конструкцию сопровождает увеличенный звуковой фон.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации