Как сделать ветрогенератор своими руками

В последние годы тема зеленой энергетики стала чрезвычайно популярной. Некоторые даже предрекают, что такая энергетика уже в ближайшее время полностью вытеснит угольные, газовые, атомные электростанции. Одним из направлений зеленой энергетики является ветроэнергетика. Генераторы, преобразующие энергию ветра в электричество, бывают не только промышленными, в составе ветроэлектростанций, но и небольшими, обслуживающими частное хозяйство.

Ветрогенератор можно даже изготовить собственными руками — этому и посвящен данный материал.

Что такое генератор

В широком смысле генератором называют устройство, производящее какие-либо продукты или преобразующее один вид энергии в другой. Это может быть, к примеру, парогенератор (производит пар), генератор кислорода, квантовый генератор (источник электромагнитного излучения). Но в рамках данной темы нас интересуют электрогенераторы. Под этим названием подразумеваются устройства, преобразующие различные виды неэлектрической энергии в электроэнергию.

Виды генераторов

Электрогенеаторы классифицируются как:

• электромеханические — они преобразуют механическую работу в электроэнергию;
• термоэлетрические — преобразуют тепловую энергию в электричество;
• фотоэлектрические (фотоэлементы, солнечные батареи) — преобразуют свет в электричество;
• магнитогидродинамические (МГД-генераторы) — электроэнергия вырабатывается из энергии плазмы, движущейся через магнитное поле;
• химические — преобразуют энергию химических реакций в электроэнергию.

Кроме того, электромеханические генераторы классифицируют по типу двигателя. Выделяют следующие их виды:

• турбогенераторы приводятся в движение паровой турбиной;
• гидрогенераторы в качестве двигателя используют гидравлическую турбину;
• дизель-генераторы или бензиновые генераторы делают на основе дизельных или бензиновых двигателей;
• ветрогенераторы преобразуют энергию воздушных масс в электроэнергию при помощи ветротурбины.

Ветрогенераторы

Подробнее остановимся на ветрогенераторах (их еще называют ветроустановками). Простейший маломощный ветрогенератор обычно состоит из мачты, как правило, укрепляемой растяжками, на которую устанавливается ветротурбина.

Эта ветротурбина раскручивается винтом, приводящим в движение ротор электрогенератора. В состав устройства, кроме электрогенератора, также входят аккумулятор с контроллером заряда и инвертор, подключенный к электросети.

Схема работы этого устройства довольно проста: под действием ветра вращается винт, раскручивая ротор, электрогенератор вырабатывает переменный электроток, который преобразуется контроллером заряда в постоянный ток. Этим током заряжается аккумулятор. Постоянный ток, поступающий с аккумулятора, преобразуется инвертором в переменный ток, параметры которого соответствуют параметрам электросети.

Промышленные устройства монтируются на башнях. Они дополнительно оборудуются поворотным механизмом, анемометром (прибор для измерения скорости и направления ветра), устройством изменения угла поворота лопастей, системой торможения, силовым шкафом с управляющими цепями, системами пожаротушения и защиты от молний, системой передачи данных о работе установки и т. д.

Типы ветрогенераторов

По расположению оси вращения относительно земной поверхности ветроустановки делят на вертикальные и горизонтальные. Простейшей вертикальной моделью является установка с ротором Савониуса.

В ней две или более лопастей, которые представляют собой полые полуцилиндры (цилиндры, разрезанные пополам по вертикали). Ротор Савониуса Существуют различные варианты компоновки и конструкции этих лопастей: симметрично закрепленные, заходящие краями друг за друга, с аэродинамическим профилем.

Преимуществом ротора Савониуса является простота и надежность конструкции, кроме того, его работа не зависит от направления ветра, недостатком — низкий КПД (не более 15%).

Другой вертикальной конструкцией является ротор Дарье. Его лопасти представляют собой крылья с аэродинамическим профилем. Они могут быть дугообразными, Н-образными, спиралевидными. Лопастей может быть две и более. Ротор Дарье Преимуществами такого ветрогенератора являются:

• его высокий КПД,
• пониженный шум при работе,
• сравнительно простая конструкция.

Из недостатков отмечаются:

• большая нагрузка на мачту (из-за эффекта Магнуса);
• отсутствие математической модели работы этого ротора, что затрудняет его совершенствование;
• быстрый износ из-за центробежных нагрузок.

Еще одним видом вертикальных установок является геликоидный ротор. Он оснащен лопастями, которые закручены вдоль несущей оси. Геликоидный ротор Это обеспечивает долговечность конструкции и высокий КПД. Недостатком является высокая стоимость из-за сложности изготовления.

Многолопастный тип ветряка представляет собой конструкцию с двумя рядами вертикальных лопастей — внешним и внутренним. Эта конструкция дает наибольший КПД, однако отличается высокой стоимостью.

Горизонтальные модели отличаются:

• количеством лопастей (однолопастные и с большим количеством);
• материалом, из которого изготовлены лопасти (жесткие или гибкие парусные);
• изменяемым или фиксированным шагом лопастей.

Конструктивно они все схожи. В целом ветрогенераторы такого типа отличаются высоким КПД, но они нуждаются в постоянной подстройке под направление ветра, что решается использованием в конструкции хвоста-флюгера или автоматическим позиционированием установки с помощью поворотного механизма по показаниям датчика.

Ветрогенератор своими руками

Выбор моделей ветрогенераторов на рынке широчайший, доступны устройства самых разных конструкций и различной мощности. Но простую установку можно сделать самостоятельно.

Поиск подходящих материалов

В качестве генератора рекомендуется взять трехфазный на постоянных магнитах, например, тракторный. Но можно изготовить его из электромотора, о чем будет подробнее сказано ниже. Важен вопрос подбора лопастей. Если ветряк вертикального типа, обычно используют вариации ротора Савониуса. Тракторный генератор Для изготовления лопастей вполне подойдет емкость цилиндрической формы, например, старая выварка. Но, как говорилось выше, ветрогенераторы такого типа обладают низким КПД, а изготовить лопасти более сложной формы для вертикального ветряка вряд ли получится. В самоделках обычно используют четыре полуцилиндрические лопасти.

Что касается ветроустановок горизонтального типа, то для маломощной установки оптимальной является однолопастная конструкция, однако при всей ее кажущейся простоте крайне трудно будет изготовить сбалансированную лопасть кустарным образом, а без этого ветряк будет часто выходить из строя.

• В горизонтальных ветряках можно применять лопасти двух типов: парусные и крыльчатые. Парусные весьма просты, это всего лишь широкие полосы, внешне напоминающие лопасти ветряных мельниц. Минусом таких элементов является очень низкий КПД. В этом отношении гораздо перспективнее крыльчатые лопасти. В домашних условиях их обычно изготавливают из 160 мм ПВХ труб по лекалу.

Можно использовать и алюминий, но это обойдется значительно дороже. К тому же изделие из ПВХ трубы изначально имеет изгиб, который придает ей дополнительные аэродинамические свойства. Лопасти из ПВХ трубы Длина лопастей подбирается по следующему принципу: чем мощнее выходная мощность ветряка, тем они длиннее; чем их больше, тем они короче. К примеру, для трехлопастного ветряка на 10 Вт оптимальной является длина 1,6 метра, для четырехлопастного — 1,4 м.

Если мощность составляет 20 Вт, то показатель поменяется на 2,3 м для трехлопастного и 2 м для четырехлопастного.

Основные этапы изготовления

Ниже приведен пример самостоятельного изготовления горизонтальной трехлопастной установки с переделкой в генератор асинхронного двигателя от стиральной машины.

Переделка двигателя

Одним из ключевых моментов создания ветрогенератора собственными руками является переделка электродвигателя в электрогенератор. Для переделки используется электродвигатель от старой стиральной машины еще советского производства.

1. С двигателя снимается ротор и протачивается на нем широкая канавка.
2. По всей длине канавки наклеиваются неодимовые магниты прямоугольной формы (размеры 19х10х1 мм) парами, по одному магниту с каждого края канавки друг напротив друга, не учитывая их полярность. Зафиксировать наклеенные магниты можно эпоксидной смолой.
3. Электродвигатель собирается.
4. Для сбора устройства, преобразовывающего переменный ток в постоянный, используются зарядные устройства для мобильных телефонов на 5 В и 1 А (нельзя использовать устройство на микросхеме, только транзисторное).
5. Блок питания разбирается.
6. Выпаивается USB и вилка.
7. Платы трех подготовленных блоков питания соединяют последовательно и собирают в виде единой сборки.
8. Вход собранной сборки на 220 В подключают к генератору, выход — к контроллеру зарядки аккумулятора.

Видео: как переделать двигатель для ветрогенератора Для увеличения силы тока можно использовать несколько сборок, соединенных параллельно.

Создание корпуса и лопастей

Следующим этапом изготовления ветряка является сборка основы, на которую монтируются элементы ветрогенератора.

1. Основа сваривается из стальных труб в виде конструкции, одна оконцовка которой раздвоенная, укрепленная поперечными элементами, другая — одинарная под крепление хвоста устройства.
2. На раздвоенной оконцовке высверливаются 4 отверстия под крепление электрогенератора.
3. Монтируется поворотная часть на основе подшипника.
4. К подшипнику крепится фланец с монтажными отверстиями.
5. Изготавливается хвост из металлического листа.
6. Конструкция зачищается и окрашивается.
7. Окрашивается хвост.
8. Из тонкого металлического листа изготавливается и окрашивается защитный кожух-обтекатель.
9. После обсыхания окрашенных элементов на основу устанавливается электрогенератор, крепится кожух и хвост.
10. Лопасти крепятся на крыльчатку от системы охлаждения тракторного двигателя.
11. К лопастям привариваются распорки (в данном случае лопасти металлические).

Как видим, собрать ветроустановку собственными руками не так уж и просто. Это требует определенных навыков и знаний в области электротехники и электроники. Но для людей, обладающих такими знаниями, данная задача вполне по силам. К тому же самодельный ветряк обойдется значительно дешевле покупной конструкции.