Ветрогенератор для частного дома

Разбор ошибок конструирования

Сборка ветрогенератора в бытовых условиях собственными руками – дело, конечно же, не безошибочное. Даже в конструкциях промышленных ветряков инженерами допускаются ошибки. Но на ошибках учатся, о чём подтверждают вполне состоявшиеся бытовые конструкции.

Итак, среди ошибок при устройстве бытовых ветряных генераторов часто фигурирует такая деталь, как отсутствие в конструкции генератора модуля торможения. Стандартное исполнение таких приборов (автомобильных или тракторных) такой детали не предусматривает. Значит, генератор необходимо дорабатывать.

Однако не каждому «конструктору» хочется заниматься этим тонким делом. Многие игнорируют эту деталь, надеясь на «авось». Как результат – при сильном ветре винт раскручивается до неимоверно высоких скоростей. Подшипники генератора не выдерживают, разбивают посадочные места алюминиевых крышек. Происходит клин ротора.

Разрушенный ветрогенератор по причине недоработок в конструкции. Ошибки конструирования и монтажа подобных конструкций приводят к тяжёлым последствиям

К этой же теме относится недоработка, связанная с отсутствием ограничителя поворота флюгера. Нередко этот компонент попросту забывают установить и вспоминают только тогда, когда потоки ветра начинают раскручивать «петушка» вокруг своей оси, как юлу в передаче «Что? Где? Когда?». Результат плачевный.

Минимум ущерба  – перекручивание и обрыв электрического кабеля, а в тяжёлых случаях – разнос всей конструкции.

Другая примечательная ошибка сборки – неправильный расчёт точки центра тяжести на основании флюгера. В этом случае устройство какое-то время может функционировать нормально. Но со временем образуется перекос на подшипниковом узле, свобода вращения ограничивается, эффективность конструкции по отдаче энергии резко снижается.

О том, как правильно рассчитать ветрогенератор, узнаете из предложенной нами статьи.

Нередко током, полученным от генератора, пытаются напрямую питать аккумуляторную батарею. Совсем скоро начинают удивляться – почему аккумулятор не держит заряд или обнаруживают пробой 2-3 банок.

Это банальная и естественная ошибка, так как в любом случае заряд АКБ должен проходить в условиях определённых токов и напряжений. Здесь нужен контроль этого процесса.

Домашним мастерам, заинтересованным темой сборки ветрогенератора, предлагаем ознакомиться еще с одним оригинальным вариантом. В предложенной статье описано изготовление генерирующей установки из бросовых деталей стиралки.

Подготовка автомобильного генератора

Для того чтобы сделать ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора? потребуется установка силой от 95A с напряжением 12 В. При 125 оборотах в минуту он вырабатывает 15,5 Вт, а при 630 оборотах этот показатель составит 85,7 Вт. Если говорить о нагрузке в 630 об/мин, то вольтметр покажет 31,2 вольт, а амперметр – 13,5 ампер. Таким образом, мощность генератора составит 421,2 Вт. Для достижения этого показателя необходимо использовать неодимовые магниты, которые в 7 раз эффективнее, чем ферритовые.

В начале подготовки автомобильного генератора нужно удалить роторную обмотку магнитного возбуждения и электронные щётки с коллектором. На место кольцевых ферромагнетиков нужно установить неодимовые магниты в количестве 3 штук, размер каждого из них должен составлять 85 х 35 х 15 миллиметров. Недостатком использования мощных магнитов может стать «залипание», затрудняющее движение вала. Для его уменьшения магниты должны размещаться под небольшим углом относительно друг друга.

В процессе эксплуатации ветрогенератора рекомендуется периодически проверять надёжность креплений у основания мачты, смазывать подшипники поворотного устройства, проводить балансировку наклона установки. Раз в полгода рекомендуется проверять и менять электроизоляцию, которая нередко повреждается из-за использования в неблагоприятных условиях.

Самодельный ветрогенератор, собранный из автомобильного генератора и простых деталей, способен обеспечить электроэнергией небольшой дом и стать автономным резервным источником питания. Экологически безопасный и нетребовательный в обслуживании, он окупится в течение 2–4 лет в зависимости и прослужит десятки лет.

Конструкция и принцип работы ветротурбин

Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую. Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.

Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:

  1. Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
  2. Генератор для продуцирования переменного тока.
  3. Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
  4. Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
  5. Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
  6. Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.

Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.

Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка

В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.

В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.

Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.

В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%

Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.

Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.

В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности. В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.

Фото ветрогенераторов своими руками

https://youtube.com/watch?v=EvsQSQl_axc

Также рекомендуем просмотреть:

  • Идеи как сделать станок для сверления
  • Какую люстру лучше выбрать
  • Направленные Wi-Fi антенны
  • Советы по выбору раздвижных дверей
  • Как выбирать кондиционер для квартиры
  • Капает и течет смеситель
  • Усилитель звука своими руками
  • Как сделать римские шторы
  • Идеи самодельных электрогенераторов
  • Концепция вечных фонариков
  • Схема как сделать самодельный металлоискатель
  • Идеи маленькой гардеробной
  • Почему потеют пластиковые окна
  • Идеи как использовать пространство под лестницей
  • Технологии производства древесного угля
  • Идеи обустройства кладовок в квартире
  • Советы как выбрать качественные пластиковые окна
  • Как выбрать вытяжку на кухню
  • Идеи, как сделать поделку из пряжи
  • Какие уровни лучше выбирать
  • Как выбрать хороший роутер для дома
  • Какой шуруповерт лучше выбрать
  • Советы как выбрать хороший холодильник
  • Как сделать красивый кристалл
  • Как работать с краном под давлением
  • Эффективные способы как выкрутить сломанный болт
  • Самодельные фонарики своими руками
  • Лучшие идеи как хранить игрушки
  • Как выбрать хороший пылесос
  • Рекомендации как правильно выбрать ванну
  • Какое отопление лучше выбрать
  • Какой котел для отопления выбрать
  • Какую кухню лучше выбрать
  • Как выбрать качественную плитку
  • Какие обои лучше выбирать
  • Советы для выбора пола
  • Лучшие идеи строительных лесов
  • Какие увлажнители воздуха лучше
  • Какие окна лучше выбрать
  • Как выбрать ортопедическую подушку и матрас
  • Лучшие идеи зонирования пространства
  • Какой матрас лучше выбрать
  • Быстрая и пошаговая уборка квартиры
  • Что такое акустический выключатель
  • Как сделать генератор дыма
  • Самодельный пресс из домкрата
  • Как сделать солнечную батарею
  • Какой аудиопередатчик лучше покупать
  • Приспособления для нарезки бутылок
  • Индукционные системы для отопления
  • Идеи электровелосипедов своими руками
  • Самодельные стельки с подогревом
  • Фильтры низких и высоких частот
  • Как сделать воскотопку
  • Идеи самодельного пескоструя
  • Как сделать точилку для ножа
  • Советы для правильного выбора смесителей
  • Современные варианты перегородок
  • Меловые доски в интерьере
  • Рекомендации по выбору ламината
  • Как нужно выбирать стиральные машины
  • Как устранить трещину на лобовом стекле
  • Правильная установка розеток
  • Как правильно выбирать диван
  • Как выбирать газовые котлы по критериям
  • Советы как правильно выбирать утюг
  • Как правильно выбирать телевизоры
  • Разновидности направляющих для ящиков
  • Как правильно выбирать шторы

Компоненты и расчеты

Стоимость постройки варьируется в самых широких пределах, в зависимости от выбранной конструкции ветряка и использованных компонентов. Есть два основных типа ветрогенераторов — с горизонтальной осью вращения (обязательно располагать на высоте, оптимально 25-35 м) и с вертикальной осью, которые допустимо размещать просто на уровне земли.

Кроме самого генератора для ветряков с горизонтальной осью вращения необходим ротор с лопастями, редуктор и поворотный хвост, а также защитный кожух. Все это, обычно, устанавливается на высокую мачту. Поскольку мачта, как правило, довольно массивное и высокое сооружение, под него придется закладывать фундамент, а также закреплять ее дополнительными тросами-растяжками.

Дополнительно к суммарной цене конструкции добавляется стоимость монтажа при помощи крана. Чтобы избежать строительства высокой и дорогой мачты, для небольших ветряков все чаще используют варианты конструкции с вертикальной осью вращения ротора, которые способны работать на меньшей высоте при скоростях ветра от 1 м/с. Но такие системы относительно новые, поэтому однозначной статистики их эксплуатации еще не накоплено. Они дают меньше электроэнергии, зато существенно дешевле и не такие шумные, их проще изготовить своими руками.

На земле, в помещении располагается инвертор для превращения постоянного тока от генератора в переменный, комплект аккумуляторов, разъединители и автоматические выключатели, нужные для перераспределения полученной электроэнергии и отключения устройства при аварийных ситуациях либо для ремонта.

Примерное количество энергии, вырабатываемое на протяжении года ветряком с горизонтальной осью вращения можно подсчитать по такой эмпирической формуле: E = 1.64 * D*D * V*V*V. Где: E — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодовая скорость ветра (м/сек). После этого подсчитываем количество и стоимость потребляемой вашим домом за год электроэнергии, а затем множим полученные цифры на 25-30 лет — оценочный срок службы ветряка. Исходя из этого, рассчитываем необходимый размер лопастей и примерную общую стоимость конструкции, в зависимости от стоимости компонентов.

Если мачту можно построить самостоятельно, то электрооборудование и сам ветряк целесообразно покупать серийные, заводской сборки. Хотя, народные умельцы не раз демонстрировали примеры самостоятельной постройки ветрогенераторов для дома на основе компонентов из других устройств (электрогенераторов автомобилей, промышленного оборудования, даже умудряются пускать в дело переделанные электродвигатели от бытовой техники), использовать самодельные лопасти ротора и хвостовое оперение.

Схемы, методики и советы несложно найти в интернете или специализированных технических журналах, но в таком случае вся ответственность за работоспособность и безопасность построенного ветрогенератора будет лежать только на вас.

Очевидно, что с увеличением диаметра лопастей ротора и высоты мачты и соответственно большей собираемой энергии ветра возрастает генерируемая мощность, но пропорционально растет окончательная стоимость конструкции.

По разным оценкам стоимость постройки небольшого ветрогенератора для дома составляет в пределах 2-8 тыс. долларов за 1 кВт электроэнергии. Если у вас дома нет централизованного электроснабжения, ветряк, скорее всего, будет стоить дешевле самостоятельной прокладки линии электропередач или топлива для дизель-генератора.

Если же он задумывался как средство экономии — считайте и делайте выводы о его необходимости для дома. Кстати, уже сейчас полученная на крупных промышленных ветрогенераторах электроэнергия за 1 кВт получается дешевле, чем электроэнергия, выработанная на классических тепловых электростанциях. Себестоимость электроэнергии на малых ветрогенераторах немного выше, но все последние годы она неуклонно снижается.

В любом случае, если сегодня ветряк окажется нерентабельным, не выбрасывайте сделанные своими руками расчеты — через некоторое время появление новых моделей генераторов с большими показателями КПД, изменение тарифов на электроэнергию могут кардинально изменить ваше предыдущее решение.

Также наблюдайте за ситуацией с зеленым тарифом, который применяется во многих странах. По этому тарифу электроэнергию, сгенерированную дома при помощи альтернативных источников, в том числе энергии ветра, можно возвращать в электросеть, получая за нее доплату. Появление в стране зеленого тарифа или изменение его ставки может существенно повлиять на время окупаемости ветряка и проносимую им экономию для дома.

Типы вертикальных ветрогенераторов

Внешний вид и характеристики вертикальных ветрогенераторов во многом зависят от конструктивного устройства этих устройств. Давайте разберемся с основными.

Ортогональные системы

Технические характеристики ортогональной вертикальной ветряной турбины предполагают не очень высокую производительность при больших размерах по сравнению с устройствами с горизонтальной осью, однако независимость от направления ветра делает ее приоритетной.

  • Все лопасти удалены от центра вращения на определенное расстояние.
  • С таким устройством приводной механизм можно разместить на уровне земли, что значительно облегчает выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонту.
  • В основе конструкции этих генераторов лежит центральная (вертикальная) ось вращения и несколько плоских лопастей, расположенных параллельно ей.

Ротор Дарье

Лопасти этого генератора полностью отличаются от предыдущих. Обычно это две-три полосы характерной изогнутой формы, не имеющие аэродинамического профиля. Они прикреплены к основанию и вершине центральной оси вращения.

  • Устройство способно развивать высокую скорость вращения.
  • Агрегат также можно разместить на основании.
  • Направление ветра также не имеет значения для турбины.

КПД такого ветрогенератора также не очень высок из-за тех же динамических нагрузок, которые все же ложатся на вращающиеся агрегаты. При этом запустить генератор может только порыв ветра достаточной силы — при равномерном увеличении потока пуска не будет.

Ротор Савониуса

Эти агрегаты имеют полуцилиндрическую лопастную систему.

  • Мощность генераторов этого типа не превышает 5 кВт.
  • Из недостатков системы можно отметить большой расход металла и, как следствие, вес.
  • Система способна эффективно работать даже в условиях слабого ветра.
  • Они редко используются в качестве отдельных источников энергии, в основном используются для создания пускового момента в роторах Дарье.
  • КПД устройства также ниже, чем у генераторов на горизонтальной оси.
  • Эти генераторы отличаются от других моделей высоким пусковым моментом.

Многолопастные роторы с направляющей системой

Такая конструкция, по сути, мало чем отличается от классической ортогональной системы, за исключением того, что ротор состоит из двух рядов лопастей (внешнего и внутреннего).

  • Внутренний ряд вращается от воздушного потока, который отражается от внешнего под определенным углом.
  • Эффективность конструкции очень высока, что позволяет ей эффективно работать даже при небольших скоростях ветра.
  • Внешний ряд служит ориентиром. Поскольку он статичен, его задача — улавливать поток ветра, сжимать его и направлять внутрь. Таким образом, поток ветра фактически увеличился.
  • Специалисты считают эти генераторы наиболее эффективными, но слишком высокая цена делает эту категорию устройств менее доступной.

Ветрогенераторы с геликоидными роторами

Такие роторы еще называют установками Горлова. Действительно, мы снова сталкиваемся с модификацией ортогональной системы, однако лопасти используются не прямые, а закрученные по дуге.

  • Надежность таких роторов очень высока, однако ложку дегтя нам не бросить. Во время работы агрегата на небольшом расстоянии создаются достаточно громкие звуковые эффекты, в том числе звуковые волны.
  • Производство лопаток сложной формы довольно дорогое, поэтому стоимость готового агрегата достаточно высока.
  • Такая конструкция позволяет легко захватывать даже небольшие потоки воздуха и плавно вращаться, без рывков, что значительно снижает динамическую нагрузку, а вращающиеся основания и агрегаты работают долго и правильно.

Вертикально-осевые роторы

Лопасти такого генератора расположены вертикально, плавно изгибаются и чем-то напоминают крыло авиалайнера.

  • Конструкция очень эффективна и имеет довольно солидный срок службы.
  • Продукцию завода тоже нельзя отнести к самым дорогим, поэтому они пользуются большим спросом.
  • Эти установки быстро набирают скорость работы и практически не шумят, а значит, не мешают другим.

Развитие ветровой энергии в северной Европе

Норвегия расположена на Скандинавском полуострове, большая часть территории омывается морем, где дуют сильные северные ветра. Возможности получения электричества безграничны. В 2014 году был введен в эксплуатацию парк проектной мощностью 200 мегаватт. Такой комплекс обеспечит 40 тысяч жилых домов. Не стоит забывать, что Норвегия и Дания тесно сотрудничают на энергетическом рынке. Дания – это мировой лидер в области офшорной энергетики.

Большинство электростанций расположено в море, более 35% электроэнергии вырабатывается такими комплексами. Не имея атомных станций, Дания легко обеспечивает себя и Европу электричеством. Грамотное использование альтернативных источников позволило добиться такого прогресса.

Компоненты и расчеты

Стоимость постройки варьируется в самых широких пределах, в зависимости от выбранной конструкции ветряка и использованных компонентов. Есть два основных типа ветрогенераторов — с горизонтальной осью вращения (обязательно располагать на высоте, оптимально 25-35 м) и с вертикальной осью, которые допустимо размещать просто на уровне земли.

Кроме самого генератора для ветряков с горизонтальной осью вращения необходим ротор с лопастями, редуктор и поворотный хвост, а также защитный кожух. Все это, обычно, устанавливается на высокую мачту. Поскольку мачта, как правило, довольно массивное и высокое сооружение, под него придется закладывать фундамент, а также закреплять ее дополнительными тросами-растяжками.

Дополнительно к суммарной цене конструкции добавляется стоимость монтажа при помощи крана. Чтобы избежать строительства высокой и дорогой мачты, для небольших ветряков все чаще используют варианты конструкции с вертикальной осью вращения ротора, которые способны работать на меньшей высоте при скоростях ветра от 1 м/с. Но такие системы относительно новые, поэтому однозначной статистики их эксплуатации еще не накоплено. Они дают меньше электроэнергии, зато существенно дешевле и не такие шумные, их проще изготовить своими руками.

На земле, в помещении располагается инвертор для превращения постоянного тока от генератора в переменный, комплект аккумуляторов, разъединители и автоматические выключатели, нужные для перераспределения полученной электроэнергии и отключения устройства при аварийных ситуациях либо для ремонта.

Примерное количество энергии, вырабатываемое на протяжении года ветряком с горизонтальной осью вращения можно подсчитать по такой эмпирической формуле: E = 1.64 * D*D * V*V*V. Где: E — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодовая скорость ветра (м/сек). После этого подсчитываем количество и стоимость потребляемой вашим домом за год электроэнергии, а затем множим полученные цифры на 25-30 лет — оценочный срок службы ветряка. Исходя из этого, рассчитываем необходимый размер лопастей и примерную общую стоимость конструкции, в зависимости от стоимости компонентов.

Если мачту можно построить самостоятельно, то электрооборудование и сам ветряк целесообразно покупать серийные, заводской сборки. Хотя, народные умельцы не раз демонстрировали примеры самостоятельной постройки ветрогенераторов для дома на основе компонентов из других устройств (электрогенераторов автомобилей, промышленного оборудования, даже умудряются пускать в дело переделанные электродвигатели от бытовой техники), использовать самодельные лопасти ротора и хвостовое оперение.

Схемы, методики и советы несложно найти в интернете или специализированных технических журналах, но в таком случае вся ответственность за работоспособность и безопасность построенного ветрогенератора будет лежать только на вас.

Очевидно, что с увеличением диаметра лопастей ротора и высоты мачты и соответственно большей собираемой энергии ветра возрастает генерируемая мощность, но пропорционально растет окончательная стоимость конструкции.

По разным оценкам стоимость постройки небольшого ветрогенератора для дома составляет в пределах 2-8 тыс. долларов за 1 кВт электроэнергии. Если у вас дома нет централизованного электроснабжения, ветряк, скорее всего, будет стоить дешевле самостоятельной прокладки линии электропередач или топлива для дизель-генератора.

Если же он задумывался как средство экономии — считайте и делайте выводы о его необходимости для дома. Кстати, уже сейчас полученная на крупных промышленных ветрогенераторах электроэнергия за 1 кВт получается дешевле, чем электроэнергия, выработанная на классических тепловых электростанциях. Себестоимость электроэнергии на малых ветрогенераторах немного выше, но все последние годы она неуклонно снижается.

В любом случае, если сегодня ветряк окажется нерентабельным, не выбрасывайте сделанные своими руками расчеты — через некоторое время появление новых моделей генераторов с большими показателями КПД, изменение тарифов на электроэнергию могут кардинально изменить ваше предыдущее решение.

Также наблюдайте за ситуацией с зеленым тарифом, который применяется во многих странах. По этому тарифу электроэнергию, сгенерированную дома при помощи альтернативных источников, в том числе энергии ветра, можно возвращать в электросеть, получая за нее доплату. Появление в стране зеленого тарифа или изменение его ставки может существенно повлиять на время окупаемости ветряка и проносимую им экономию для дома.