Наличие собственного ветрогенератора может быть весьма перспективным. Прежде всего, владелец получает доступ к бесплатной электроэнергии. Кроме того, электричество можно получать в отдаленных районах, где отсутствует возможность подключения к электросетям. Ветрогенератор – это приспособление, используемое для преобразования энергии ветра в электрическую. Многие мастера освоили изготовление вертикальных ветрогенераторов своими руками, и сейчас мы рассмотрим процесс их сборки.
Устройство и разновидности ветряков
Ветряные турбины часто называют по-разному, однако корректнее использовать термин «ветровая электростанция». Ветровая электростанция включает в себя электрооборудование и механическую часть – ветряк, объединенные в единую систему. Электроустановка обеспечивает преобразование энергии ветра в полезный ресурс.
Существует множество типов ветрогенераторов, однако, в зависимости от расположения рабочей оси, их можно условно разделить на две группы:
Ветряные турбины с горизонтальной осью вращения наиболее часто встречаются на практике. Данная электроустановка характеризуется высоким коэффициентом полезного действия. Также конструкция обладает повышенной устойчивостью к сильным ветрам, а при слабом ветре ротор запускается быстрее. Управление мощностью у ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения более удобное.
Вертикальные ветряки могут генерировать энергию даже при небольших значениях скорости ветра. Эти турбины отличаются низким уровнем шума и более простой конструкцией, что объясняет их популярность среди самодельщиков для установки на приусадебных участках. Однако конструкция вертикального ветряка предполагает его расположение близко к земле, что негативно сказывается на эффективности электроустановки.
Ветрогенераторы классифицируются по конструкции рабочего колеса:
- В пропеллерных или крыльчатых конструкциях лопасти расположены перпендикулярно горизонтальному валу, вокруг которого они вращаются.
- Роторные модели также известны как карусельные. Эта конструкция типична для вертикальных ветряных установок.
- Вертикальная рабочая ось присутствует и у барабанных моделей.
Ветрогенераторы с пропеллерным типом лопастей являются наиболее распространенным решением для получения кинетической энергии ветра в промышленных условиях. Ветряные турбины барабанного и карусельного типа характеризуются увеличенными размерами и менее эффективной конструкцией механизма.
Для каждого ветряка предусмотрена возможность комплектации мультипликатором. Работа данного редуктора сопровождается повышенным уровнем шума. В конструкции бытовых ветряных установок мультипликаторы, как правило, не применяются.
Принцип работы ветряка
Принцип действия ветрогенератора остается неизменным, вне зависимости от его конструкции и внешнего вида. Выработка электроэнергии начинается с вращения лопастей. В процессе этого между ротором и статором генератора формируется магнитное поле, которое и является источником энергии, преобразуемой в электричество.
Как было установлено, ветрогенератор включает в себя два ключевых компонента: вращающийся механизм с лопастями и генератор. Теперь перейдем к работе мультипликатора. Этот редуктор монтируется на ветряной установке для повышения скорости вращения рабочего вала.
При вращении ротора генератора формируется переменный ток, который представлен тремя фазами. Полученная энергия поступает на контроллер, а затем направляется к аккумулятору. В этой схеме присутствует еще один ключевой элемент – инвертор, который обеспечивает стабилизацию тока и передает его в сеть для питания потребителей.
Ветряк industrial craft 2
В области ветроэнергетики широко известен кинетический ветрогенератор Industrial Craft 2, который оснащен специальным блоком для производства энергии ветра. Мощность электроустановки рассчитывается путем умножения суммы скоростей его рабочих элементов на коэффициент 0,1. Размеры рабочей зоны определяются габаритами ротора. При вращении он генерирует кинетическую энергию kU, а не электрическую EU.
Скорость вращения лопастей определяется силой ветра. Наиболее подходящий режим работы достигается на высоте 160–162 метра. Грозовые явления приводят к увеличению скорости ветра на 50%, тогда как обычный дождь – на 20%.
Ветряные роторы из Industrial Craft 2 отличаются по размерам, материалу лопастей и максимально допустимой скорости ветра, при которой они могут функционировать:
- деревянный ротор с лопастями 5х5 рассчитан на диапазон скоростей ветра от 10 до 60 MCW;
железный ротор с лопастями 7х7 рассчитан на диапазон скоростей – от 14 до 75 MCW; - стальной ротор с лопастями 9х9 рассчитан на диапазон скоростей потока воздуха от 17 до 90 MCW;
- углеволоконный ротор с лопастями 11х11 рассчитан на диапазон скоростей потока воздуха от 20 до 110 MCW.
В industrial craft 2 ветряные турбины кинетического типа не располагают рядом друг с другом на одном уровне, если они обращены спиной.
Самостоятельное изготовление вертикального ветрогенератора
При создании ветрогенератора с вертикальной осью наиболее прост в изготовлении. Лопасти можно сделать из любого материала, при условии его устойчивости к воздействию влаги и солнечных лучей, а также легкости. В качестве материала для лопастей самодельного ветрогенератора подходит ПВХ-труба, которая обычно используется при прокладке канализационных систем. Этот материал соответствует всем необходимым характеристикам. Из пластика вырезают четыре лопасти высотой 70 см, а также изготавливают еще две аналогичные из оцинкованной стали. Жестяным элементам придают полукруглую форму, после чего они крепятся с обеих сторон трубы. Остальные лопасти закрепляют на равном расстоянии по окружности. Радиус вращения такого ветрогенератора составит 69 см.
Далее следует этап сборки ротора, для которого потребуются магниты. В первую очередь берут два ферритовых диска диаметром 23 см. С помощью клея шесть неодимовых магнитов фиксируют на одном из дисков. При диаметре магнита 165 см между ними образуют угол 60 о. Если размеры этих элементов недостаточны, то их число увеличивают. Магниты прикрепляются не случайным образом, а с чередованием полярности. На второй диск по схожей схеме фиксируют ферритовые магниты. Всю конструкцию обильно заливают клеем.
Наибольшие трудности возникают при создании статора. Для этого требуется медный провод диаметром 1 мм, из которого формируют девять катушек. Каждая из них должна содержать ровно 60 витков. Затем из подготовленных катушек формируют электрическую схему статора. Все девять элементов располагают по окружности. Сначала соединяют концы первой и четвертой катушки. Далее, свободный конец четвертой катушки соединяют с выходом седьмой катушки. В результате получается элемент одной фазы, состоящий из трех катушек. Схему второй фазы создают из следующих по порядку трех катушек, начиная со второй. Последнюю, третью фазу собирают аналогичным образом, начиная с третьей катушки.
Для фиксации схемы вырезают заготовку из фанеры. На нее укладывают стеклоткань, а поверх нее размещают схему, состоящую из девяти катушек. Затем всю конструкцию заливают клеем и дают ему полностью высохнуть. Соединение ротора со статором допустимо не раньше, чем через сутки. Сначала ротор располагают магнитами вверх, на него помещают статор, а сверху укладывают второй диск с магнитами, направленными вниз. Порядок соединения наглядно показан на фотографии.
Приступаем к сборке ветрогенератора. Его конструкция включает в себя рабочее колесо с лопастями, аккумулятор и инвертор. Для повышения крутящего момента рекомендуется установка редуктора. Монтаж выполняется в следующем порядке:
- Для создания устойчивой мачты используют стальной уголок, трубы или профиль. Её конструкция обеспечивает подъем рабочего колеса с лопастями над верхушкой крыши.
- Фундамент под мачту заливается с обязательным армированием и с учетом анкерных креплений, выступающих из бетонной конструкции.
- Затем рабочее колесо с генератором закрепляют на мачте.
- После монтажа мачты на основание, ее фиксируют к анкерным устройствам, а затем усиливают стальными растяжками. Для выполнения этих работ можно использовать трос или стальной прут диаметром 10–12 мм.
После завершения изготовления механического блока ветрогенератора приступают к сборке электрической схемы. На выходе генератор формирует трехфазный электрический ток. Для преобразования в постоянное напряжение в схему интегрируют выпрямитель, состоящий из диодов. Управление процессом зарядки аккумуляторной батареи обеспечивается с помощью автомобильного реле. Завершает схему инвертор, преобразующий ток в 220 вольт, необходимые для питания домашней электросети.
Производительность ветрогенератора напрямую связана со скоростью воздушного потока. Так, при скорости ветра 5 м/с электроустановка генерирует приблизительно 15 Вт, а при 18 м/с – до 163 Вт. Для увеличения эффективности работы мачту ветряка могут увеличить до 26 метров. На такой высоте скорость ветра возрастает на 30%, что позволяет получить около полутора раза больше электроэнергии.
На представленном видео демонстрируется процесс сборки генератора для ветряной установки:
Сооружение ветрогенератора требует определенных навыков и знаний. Необходимо разбираться в основах электротехники, уметь читать электрические схемы и владеть навыками пайки.
