Наличие собственного ветрогенератора может быть весьма перспективным. Прежде всего, это позволяет получать электроэнергию без затрат. Кроме того, электричество можно производить в отдаленных районах, где отсутствует доступ к линиям электропередач. Ветрогенератор – это приспособление, которое преобразует кинетическую энергию ветра в электрическую. Многие мастера освоили сборку вертикальных ветрогенераторов своими руками, и сейчас мы это выясним.
Устройство и разновидности ветряков
Ветряные установки часто называют по-разному, однако корректнее называть их ветровой электростанцией. Ветровая электростанция состоит из электрооборудования и механического сооружения – ветряка, объединенных в единую систему. Электроустановка служит для преобразования энергии ветра в полезный источник.
Существует большое разнообразие ветрогенераторов, однако, в зависимости от расположения рабочей оси, их можно условно разделить на две группы:
Горизонтальные ветряки – наиболее часто встречающийся тип. Данная электроустановка характеризуется высоким коэффициентом полезного действия. Также конструкция лучше выдерживает сильные порывы ветра, а при небольшом ветре ротор начинает вращаться быстрее. У горизонтальных ветрогенераторов легче настраивается мощность.
Ветряные турбины с вертикальной осью вращения могут функционировать даже при небольших скоростях ветра. Такие турбины отличаются низким уровнем шума и более простой конструкцией, что объясняет их популярность среди мастеров, устанавливающих их на своих участках. Однако вертикальная конструкция ограничивает возможность установки турбины на большую высоту, что негативно сказывается на эффективности электрогенерации.
Ветрогенераторы классифицируются в зависимости от конструкции рабочего колеса:
- В пропеллерных или крыльчатых конструкциях лопасти расположены перпендикулярно горизонтальному валу, являющемуся рабочей осью.
- Роторные модели также известны как карусельные. Данный тип конструкций типичен для вертикальных ветроустановок.
- Вертикальная рабочая ось также присутствует в барабанных моделях.
Ветрогенераторы с лопастями, использующие энергию ветра для создания кинетической энергии, широко применяются в промышленности. Ветряные турбины барабанного и карусельного типов характеризуются значительными размерами и менее эффективной конструкцией.
Для каждого ветряка возможно добавление мультипликатора. Этот редуктор издаёт значительный шум во время эксплуатации. В небольших ветряных установках для бытового использования мультипликаторы применяются редко.
Принцип работы ветряка
Принцип действия ветрогенератора остается неизменным, вне зависимости от его конструкции и внешнего вида. Производство энергии начинается с вращения лопастей ветряка. В этот момент между ротором и статором генератора возникает магнитное поле, которое и является источником энергии, преобразуемой в электричество.
Как мы установили, ветрогенератор включает в себя два ключевых элемента: вращающийся механизм с лопастями и генератор. Теперь перейдём к работе мультипликатора. Этот редуктор монтируется на ветряной установке для повышения скорости вращения рабочего вала.
В процессе вращения ротора генератора создается 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 приводит ток к стабильным значениям и передает его в сеть для питания потребителей.
Ветряк industrial craft 2
В области ветроэнергетики широкую известность получил кинетический ветрогенератор Industrial Craft 2, который оснащен измененным блоком для генерации энергии ветра. Для определения мощности электроустановки произведение скоростей его рабочих элементов умножается на 0,1. Размеры рабочей зоны определяются габаритами ротора. В процессе вращения он генерирует кинетическую энергию kU, а не электрическую энергию EU.
Скорость вращения лопастей определяется порывами ветра. Наиболее подходящая скорость достигается на высоте 160–162 метра. Гроза повышает скорость ветра на 50%, тогда как обычный дождь – до 20%.
Ветрогенераторы industrial craft 2 отличаются размерами и материалом лопастей, а также имеют различные допустимые пределы скорости ветра, при которых 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 генераторы, работающие на кинетической энергии, нельзя располагать рядом друг с другом на одном уровне, если они находятся спиной к спине.
Самостоятельное изготовление вертикального ветрогенератора
Для самостоятельной сборки ветрогенератора с вертикальной осью вращения наиболее прост в изготовлении. Лопасти можно сделать из любого материала, обладающего устойчивостью к воздействию влаги и солнечного света, а также отличающегося небольшим весом. В качестве материала для лопастей домашнего ветрогенератора подойдет ПВХ-труба, используемая при монтаже канализационных систем. Данный материал соответствует всем предъявляемым требованиям. Из пластика вырезают четыре лопасти длиной 70 см, а также две аналогичные лопасти из оцинкованной стали. Жестяным элементам придают полукруглую форму и закрепляют их по обеим сторонам трубы. Остальные лопасти прикрепляют на равном расстоянии друг от друга по окружности. Радиус вращения такого ветрогенератора составит 69 см.
Далее следует этап сборки ротора, для которого потребуются магниты. В первую очередь задействуют 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 согласно аналогичной схеме фиксируют ферритовые магниты. Всю конструкцию обильно покрывают клеем.
Наибольшие трудности возникают при создании статора. Для этого требуется медный провод диаметром 1 мм, из которого формируется девять катушек. Каждая катушка должна состоять из строго 60 витков. Затем из подготовленных катушек формируется электрическая схема статора. Все девять катушек располагают по окружности. Сначала соединяют концы первой и четвертой катушки. Далее, второй свободный конец четвертой соединяют с выходом седьмой катушки. В итоге получается элемент одной фазы, состоящий из трех катушек. Схему второй фазы собирают из следующих по порядку трех катушек, начиная со второго элемента. Последнюю, третью фазу собирают аналогичным образом, начиная с третьей катушки.
Для фиксации схемы из фанеры вырезают деталь нужной формы. На нее укладывают стеклоткань, а поверх нее размещают схему, состоящую из девяти катушек. Затем всю конструкцию заливают клеем и оставляют до полного высыхания. Соединение ротора со статором допустимо не раньше, чем через 24 часа. Сначала ротор располагают магнитами вверх, на него помещают статор, а сверху укладывают второй диск магнитами вниз. Визуальное представление принципа соединения можно увидеть 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. Последовательность монтажных работ следующая:
- Для создания устойчивой мачты используют стальной уголок, трубы или профиль. Её высота должна быть достаточной, чтобы поднять рабочее колесо 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 крепят к мачте.
- После возведения мачты на фундамент производят ее фиксацию к анкерам, а затем укрепляют 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 ток. Для преобразования его в постоянное напряжение в схеме используется выпрямитель, состоящий из диодов. Управление процессом зарядки аккумулятора обеспечивается с помощью автомобильного реле. Завершает схему инвертор, преобразующий ток в необходимые 220 вольт для подключения к домашней электросети.
Электрическая мощность, генерируемая данным ветрогенератором, напрямую связана со скоростью воздушного потока. Так, при скорости ветра 5 м/с электроустановка производит приблизительно 15 Вт, а при 18 м/с на выходе можно получить 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 раз больше электроэнергии.
На представленном видео демонстрируется процесс сборки генератора для ветряной установки:
Сооружение ветрогенератора – процесс непростой задачи. Для этого необходимо обладать знаниями в области электротехники, уметь разбираться в электрических схемах и владеть навыками пайки.
