Ветряной генератор своими руками: как сделать, чертежи и все нюансы

Идея сделать ветрогенератор своими руками, возникла, когда был получен участок в посёлке где нет электричества. Читать далее…

Изготовление лопастей ветрогенератора

Прежде чем приниматься за изготовление ротора, сначала были изготовлены модельки из пивных банок двух роторов. Одна моделька классического Савониуса, а Вторая Угринского. На модельках было заметно что ротор Угринского работает заметно на более высоких оборотах в сравнении с Савониусом, и было принято решение в пользу Угринского.

Решено было сделать двойной ротор, один над вторым с разворотом под 90 градусов чтобы добиться более ровного крутящего момента и лучшего старта.

Материалы для ротора выбраны самые простые и дешевые. Лопасти сделаны из алюминиевого листа толщиной 0,5мм. Из фанеры толщиной 10мм вырезаны три круга. Круги были расчерчены по рисунку выше и были сделаны бороздки глубиной 3 мм для вставки лопастей. Крепление лопастей сделано на маленьких уголочках и стянуто на болтики. Дополнительно для прочности всей сборки фанерные диски стянуты шпильками по краям и в центре, получилось очень жёстко и прочно.

Размер получившегося ротора 75*160см, на материалы ротора потрачено примерно 3600 рублей.

Законность установки ветрогенератора

Альтернативные источники энергии – мечта любого дачника или домовладельца, участок которого находится вдали от центральных сетей. Впрочем, получая счета за электроэнергию, израсходованную в городской квартире, и глядя на возросшие тарифы, мы осознаём, что ветрогенератор, созданный для бытовых нужд, нам бы не помешал.

Прочитав эту статью, возможно, вы воплотите свою мечту в реальность.

Чтобы не потратить зря деньги, силы и время, давайте определимся: есть ли какие-либо внешние обстоятельства, которые создадут нам препятствия в процессе эксплуатации ветрогенератора?

Для обеспечения электроэнергией дачи или небольшого коттеджа достаточно малой ветроэнергетической установки, мощность которой не превысит 1 кВт. Такие устройства в России приравнены к бытовым изделиям. Их установка не требует сертификатов, разрешений или каких-либо дополнительных согласований.

Никакого налогообложения производства электроэнергии, которая расходуется на обеспечение собственных бытовых нужд, не предусмотрено. Поэтому маломощный ветряк можно смело устанавливать, вырабатывать с его помощью бесплатную электроэнергию, не уплачивая при этом государству никаких налогов.

Впрочем, на всякий случай следует поинтересоваться, нет ли каких-либо местных нормативных актов, касающиеся индивидуального энергоснабжения, которые могли бы создать препятствия в установке и эксплуатации этого устройства.

Претензии могут возникнуть у ваших соседей, если они будут испытывать неудобства, связанные с эксплуатацией ветряка. Не забывайте, что наши права заканчиваются там, где начинаются права других людей.

Поэтому при покупке или самостоятельном изготовлении ветрогенератора для дома нужно обратить серьёзное внимание на следующие параметры:

• Высота мачты. При сборке ветрогенератора нужно учитывать ограничения на высоту индивидуальных построек, которые существуют в ряде стран мира, а также местонахождение собственного участка. Знайте, что поблизости от мостов, аэропортов и тоннелей строения, высота которых превышает 15 метров, запрещены.
• Шум от редуктора и лопастей. Параметры создаваемого шума можно установить при помощи специального прибора, после чего зафиксировать результаты замеров документально. Важно, чтобы они не превышали установленные шумовые нормы.
• Эфирные помехи. В идеале при создании ветряка должна быть предусмотрена защита от создания телепомех там, где ваше устройство может такие неприятности обеспечить.
• Претензии экологических служб. Эта организация может препятствовать вам в эксплуатации установки только в том случае, если она мешает миграции перелетных птиц. Но это маловероятно.

При самостоятельном создании и монтаже устройства учите эти моменты, а при покупке готового изделия обратите внимание на параметры, которые стоят в его паспорте. Лучше заранее обезопасит себя, чем впоследствии расстраиваться.

Мощность ветрогенератора

Предварительно нужно рассчитать нагрузку: какая мощность потребуется? Условно потребительские мощности можно разделить на 3 основные категории:

• до 1 кВт;
• 1-3 кВт;
• более 5 кВт.

Первый вариант можно изготовить без стабилизирующего элемента выравнивающего напряжение питания. Как базовый компонент больше всего подходит:

• автомобильный генератор;
• двигатель стиральной машины.

Оптимальный выбор – автомобильный статор. На доработку уходит минимум времени. Достаточно перемотать катушку: необходимо большее количество витков. Электродвигатели от стиральных машин нужно снабдить мощными магнитами (используются для возбуждения обмотки). Такой мощности устройства применяются для освещения, подключения электрических водяных насосов.

Установки мощностью 1-3 кВт позволят обеспечить бесперебойную работу бытовой техники: стиральной машины, холодильника. Устройство аналогично менее мощным модификациям. Может также использоваться электродвигатель стиральной машины. Сборка устройства мощностью более 3 кВт требует большого количества деталей. Оптимальный выбор – приобретение готового мощного электродвигателя. Требуется минимальная доработка. По необходимости устанавливается дополнительно стабилизатор тока, трансформатор напряжения.

Самодельный ветрогенератор: достоинства и недостатки

Установка ветряка может понадобиться в том случае, если к вашему участку не подведено электричество, в сети электропередач постоянно возникают перебои или вы хотите сэкономить на оплате электроэнергии. Ветряк можно приобрести, а можно изготовить своими силами.

Самодельный ветрогенератор обладает такими достоинства:

• Он позволяет сэкономить средства на покупку заводского устройства, ведь изготовление чаще всего производится из подручных деталей;
• Идеально подходит под ваши потребности и условия эксплуатации, ведь мощность устройства вы рассчитываете самостоятельно, учитывая плотность и силу ветра в вашем регионе;
• Лучше гармонирует с оформлением дома и ландшафтным дизайном, ведь внешний вид ветряка зависит только от вашей фантазии и умений.

К недостаткам самодельных устройств можно отнести их ненадежность и недолговечность: часто самоделки делают из старых двигателей от бытовых приборов и машин, поэтому они быстро выходят из строя. Вместе с тем, для того, чтобы ветродвигатель был эффективным, необходимо правильно произвести расчет мощности устройства.

Принцип работы ветряной установки

Ветрогенератор или ветроэлектрическая установка (ВЭУ) – это устройство, которое используется в целях преобразования кинетической энергии потока ветра в механическую энергию. Полученная механическая энергия вращает ротор и преобразуется в необходимый нам электрический вид.

Принцип действия и устройство кинетического ветряка подробно описаны в статье, с которой мы рекомендуем ознакомиться.

В состав ВЭУ входят:

• лопасти, образующие пропеллер,
• вращающийся ротор турбины,
• ось генератора и сам генератор,
• инвертор, который преобразует переменный ток в постоянный, использующийся для зарядки батарей,
• аккумулятор.

Суть устройства ветряных установок проста. В процессе вращения ротора образуется трехфазный переменный ток, который затем проходит через контроллер и заряжает аккумуляторную батарею постоянного тока. Дальше инвертор преобразует ток, чтобы его можно было потреблять, питая освещение, радиоприемник, телевизор, микроволновую печь и так далее.

В целом, принцип работы ветрогенератора любого типа и конструкции заключается в следующем: в процессе вращения возникает три вида силового воздействия на лопасти: тормозящее, импульсное и подъёмное.

Две последние силы преодолевают тормозящую силу и приводят в движение маховик. На неподвижной части генератора ротор формирует магнитное поле, чтобы электрический ток пошел по проводам.

Преимущества самодельного генератора

Гораздо меньшие затраты не электроэнергию – далеко не единственный плюс использования ветряного генератора. Существует ряд преимуществ, определяющих выбор мастера:

1. Большое количество доступных видео-уроков по работе с подробным описанием каждого этапа. В качестве моделей для работы можно использовать картинки и схемы ветрогенератора.
2. Доступные материалы для изготовления генератора (старая металлическая ёмкость, наборы инструментов, аккумулятор найдется в хозяйстве каждого рачительного хозяина). Качественный ветрогенератор можно сделать своими руками из автомобильного генератора.
3. На сегодняшний день известен целый ряд моделей, принцип работы которых разительно отличается друг от друга.
4. Небольшие строения на участке не нарушают постановлений законодательной базы, но в то же время могут обеспечить энергией большую часть бытовых приборов в доме, саду, хозяйственной зоне.

В плане самостоятельной работы ветряные генераторы строить проще, чем водные модели.

Сделать самому или купить?

Стоимость установок генерирования электрического тока напрямую зависит от вырабатываемой мощности. Установка Condor Home, рассчитанная на мощность 9 м/с, вырабатывающая 0.5 кВт, обойдется в 90 тыс. рублей. Модель, вырабатывающая 2 кВт – 150 тыс. рублей. 5 кВт – почти 300 тыс. рублей. Учитывая трудозатраты, стоимость всех компонентов самодельный ветряк обойдется дешевле.

Классификация видов генераторов энергии

Существует несколько признаком, по которым классифицируют ветроэлектрические установки. Как подобрать оптимальный вариант устройства для загородной собственности подробно рассказано в одной из самых популярных статей на нашем сайте.

Итак, ветряки различаются по:

• числу лопастей в пропеллере;
• материалам изготовления лопастей;
• расположению оси вращения относительно поверхности земли;
• шаговому признаку винта.

Встречаются модели с одной, двумя, тремя лопастями и многолопастные.

Изделия с большим числом лопастей начинают своё вращение даже при небольшом ветре. Обычно их используют в таких работах, когда сам процесс вращения важнее получения электроэнергии. Например, для извлечения воды из глубоких скважинных стволов.

Лопасти могут быть парусными или жесткими. Парусные изделия намного дешевле жестких, на изготовление которых идёт металл или стеклопластик. Но их приходится очень часто ремонтировать: они непрочные.

Что касается расположения оси вращения относительно земной поверхности, различают вертикальные ветряки и горизонтальные модели. И в этом случае каждая разновидность имеет свои преимущества: вертикальные более чутко реагируют на каждое дуновение ветра, зато горизонтальные мощнее.

Ветрогенераторы разделяются по шаговым признакам на модели с фиксированным и изменяемым шагом. Изменяемый шаг позволяет существенно увеличивать скорость вращения, но такая установка отличается сложной и массивной конструкцией. ВЭУ с фиксированным шагом проще и надёжнее.

Выбираем форму

По форме лопастей ограничений нет. Здесь все зависит от фантазии конструктора. Промышленные конструкции разрабатывают сложные, извилистые поверхности, обеспечивающие наибольшее движение согласно законам аэродинамики.

При желании можно самостоятельно изготовить такие лопасти. Но, как показывает практика, для небольшого потребления вполне подходят «половинки от жестяных банок», расположенные друг напротив друга со смещением на ширину предмета и ветряной генератор своими руками делается за пару дней.

Защита кабеля от перекручивания

Как известно, ветер не имеет постоянного направления. И если ваш ветрогенератор будет вращаться вокруг своей оси подобно флюгеру, то без дополнительных мер защиты кабель, идущий от ветрогенератора к другим элементам системы, быстро перекрутится и в течение нескольких дней придет в негодность. Предлагаем вашему вниманию несколько способов защиты от подобных неприятностей.

Способ первый: разъемное соединение

Наиболее простой, но совершенно непрактичный способ защиты заключается в установке разъемного кабельного соединения. Разъем позволяет распутать скрутившийся кабель вручную, отключив ветрогенератор от системы.

Способ второй: использование жесткого кабеля

Некоторые пользователи советуют подключать к генератору толстые, упругие и жесткие кабели (например, сварочные). Метод, на первый взгляд, ненадежный, но имеет право на жизнь.

Способ третий: установка токосъемных колец

На наш взгляд, полностью защитить кабель от перекручивания поможет только установка специальных токосъемных колец. Именно такой способ защиты реализовал в конструкции своего ветрогенератора пользователь Михаил 26.

Как сделать ветряной генератор своими руками

Покупка заводского ветрогенератора не всегда лучшее решение. Главное препятствие — высокая стоимость промышленных ветряков. Такое оборудование можно ставить не на всякий участок ‑ для установки мачты требуется специальное разрешение, да и опасно оставлять оборудование на необжитом месте. Альтернативный вариант ‑ сделать ветрогенератор для частного дома своими руками. Во многих случаях это приемлемо, учитывая минимальные затраты и возможность творчески проявить себя.

Роторный ветрогенератор — относительно простое преобразовательное устройство. Его будет недостаточно для полного обеспечения электроэнергией особняка, но на небольшой дачный домик самодельного ветряка вполне хватит. Он сможет осветить домик, хозяйственные постройки, дорожки на участке и т. д.

Сборка аксиальной ВЭУ на неодимовых магнитах

Поскольку неодимовые магниты в России появились относительно недавно, то и аксиальные ветрогенераторы с безжелезными статорами стали делать не так давно.

Появление магнитов вызвало ажиотажный спрос, но постепенно рынок насытился, и стоимость этого товара стала снижаться. Он стал доступен для умельцев, которые тут же приспособили его для своих разнообразных нужд.

Если у вас имеется ступица от старого авто с тормозными дисками, то её и возьмем в качестве основы будущего аксиального генератора.

Предполагается, что эта деталь не новая, а уже эксплуатировавшаяся. В этом случае её необходимо разобрать, проверить и смазать подшипники, тщательно вычистить прочь осадочные наслоения и всю ржавчину. Готовый генератор не забудьте покрасить.

Распределение и закрепление магнитов

Неодимовые магниты должны быть наклеены на диски ротора. Для нашей работы возьмем 20 магнитов 25х8мм.

Конечно, можно использовать и другое количество полюсов, но при этом необходимо соблюдать следующие правила: количество магнитов и полюсов в однофазном генераторе должно совпадать, но, если речь идёт о трехфазной модели, то соотношение полюсов к катушкам должно составлять 2/3 или 4/3.

При размещении магнитов полюса чередуются. Важно не ошибиться. Если вы не уверены, что расположите элементы правильно, сделайте шаблон-подсказку или нанесите сектора прямо на сам диск.

Если у вас есть выбор, купите лучше не круглые, а прямоугольные магниты. В прямоугольных моделях магнитное поле сосредоточено по всей длине, а в круглых – в центре.

У противостоящих магнитов должны быть разные полюса. Вы ничего не перепутаете, если с помощью маркера пометите их знаками минус или плюс. Чтобы определить полюса, возьмите магниты и поднесите их друг к другу.

Если поверхности притягиваются, поставьте на них плюс, если отталкиваются, то пометьте их минусами. При размещении магнитов на дисках чередуйте полюса.

Для надежности закрепления магнита нужно применять качественный и максимально сильный клей.

Чтобы усилить надежность фиксации, можно воспользоваться эпоксидной смолой. Её следует развести так, как это указано в инструкции, и залить ею диск. Смола должна покрыть диск целиком, но не стекать с него. Предотвратить вероятность стекания можно, если обмотать диск скотчем или сделать по его периметру временные пластилиновые ограждения из полимерной полосы.

Генераторы однофазного и трехфазного вида

Если сравнивать однофазный и трехфазный статоры, то последний окажется лучше. Однофазный генератор при нагрузке вибрирует. Причиной вибрации становится разница в амплитуде тока, возникающая из-за непостоянной его отдачи за момент времени.

Такого недостатка у трехфазной модели нет. Она отличается постоянной мощностью из-за компенсирующих друг друга фаз: когда в одной происходит нарастание тока, в другой он падает.

По итогам тестирования отдача трехфазной модели почти на 50% больше, чем аналогичный показатель однофазной. Ещё одним достоинством этой модели является то, что в отсутствии лишней вибрации повышается акустический комфорт при функционировании устройства под нагрузкой.

То есть, трехфазный генератор практически не гудит в процессе его эксплуатации. Когда вибрация снижается, срок службы устройства логично повышается.

Правила наматывания катушки

Если спросить специалиста, то он скажет, что перед тем, как наматывать катушки, нужно выполнить тщательный расчет. Практик в этом вопросе положится на свою интуицию.

Мы выбрали не слишком скоростной вариант генератор. У нас процедура зарядки двенадцативольтового аккумулятора должна начаться при 100-150 оборотах за минуту. Такие исходные данные требуют, чтобы общее количество витков всех катушек составило 1000-1200 штук. Эту цифру нам осталось поделить между всеми катушками и определить, сколько же витков будет на каждой.

Ветряк на низких оборотах может быть мощнее, если увеличится количество полюсов. Частота колебаний тока в катушках при этом увеличится. Если для намотки катушек применять провод большего сечения, сопротивление уменьшится, а сила тока увеличится. Не упустите из виду тот факт, что большее напряжение может «съедать» ток из-за сопротивления обмотки.

Процесс намотки можно облегчить и сделать эффективнее, если использовать для этой цели специальный станочек.

На рабочие характеристики самодельных генераторов большое влияние оказывают толщина и количество магнитов, которые расположены на дисках. Совокупную итоговую мощность можно рассчитать, если намотать одну катушку, а затем прокрутить её в генераторе. Будущая мощность генератора определяется путем измерения напряжения на конкретных оборотах без нагрузки.

Приведем пример. При сопротивлении 3 Ом и 200 оборотах в минуту выходит 30 вольт. Если отнять от этого результата 12 вольт напряжения аккумулятора, получится 18 вольт. Делим этот результат на 3 Ом и получаем 6 ампер. Объём в 6 ампер и отправится на аккумулятор. Конечно, в расчете мы не учли потери в проводах и на диодном мосту: фактический результат окажется меньше расчетного.

Обычно катушки делают круглыми. Но, если их немного вытянуть, то получится больше меди в секторе и витки окажутся прямее. Если сравнивать размер магнита и диаметр внутреннего отверстия катушек, то они должны соответствовать друг другу или размер магнита может быть немного меньше.

Толщина статора, который мы делаем, должна правильно соотноситься с толщиной магнитов. Если статор сделать больше за счет увеличения количества витков в катушках, междисковое пространство возрастет, а магнитопоток уменьшится. Результат же может оказаться таким: образуется такое же напряжение, но, из-за увеличившегося сопротивления катушек, мы получим меньший ток.

Для изготовления формы для статора применяют фанеру. Впрочем, сектора для катушек можно разметить на бумаге, используя в качестве бордюров пластилин.

Если поверх катушек на дно формы поместить стеклоткань, прочность изделия повысится. Перед нанесением эпоксидной смолы нужно форму смазать вазелином или воском, тогда смола не прилипнет к форме. Некоторые используют вместо смазки скотч или пленку.

Между собой катушки закрепляются неподвижно. При этом концы фаз выводятся наружу. Шесть выведенных наружу проводов следует соединить звездой или треугольником. Вращая собранный генератор рукой, производят его тестирование. Если напряжение будет 40 V, то сила тока составит примерно 10 ампер.

Окончательная сборка устройства

Длина готовой мачты должна составлять примерно 6-12 метров. При таких параметрах её основание должно быть забетонированным. Сам ветряк будет закреплен на верхней части мачты.

Чтобы до него можно было добраться в случае поломки, нужно предусмотреть в основании мачты специальное крепление, которое позволит поднимать и опускать трубу, используя при этом ручную лебедку.

Чтобы изготовить винт, можно использовать трубу ПВХ диаметром 160 мм. Она будет использоваться для вырезания из её поверхности двухметрового винта, состоящего из шести лопастей. Форму лопастей лучше разработать самостоятельно опытным путем. Цель – усилить крутящий момент при низких оборотах.

Винт-пропеллер следует беречь от слишком сильного ветра. Для решения этой задачи используют складной хвост. Выработанная энергия накапливается в аккумуляторах.

Вниманию наших читателей мы предоставили два варианта ветрогенераторов, сделанных своими руками на 220 в, которые пользуются повышенным вниманием не только владельцев загородной недвижимости, но и простых дачников.

Обе модели ВЭУ эффективны по-своему. Особенно хорошие результаты эти устройства способны продемонстрировать в степной местности с частыми и сильными ветрами. Они достаточно эффективны, чтобы использоваться в организации альтернативного отопления дома и в поставке электроэнергии. И их не так уж сложно соорудить своими руками.

Этапы установки ветрогенератора

Процесс монтажа собранного генератора включает основные этапы:

• крепление основания;
• установка мачты.

Поднять мачту проще вдвоем. Особенно если вес штанги составляет несколько десятков килограммов.

Схемы подключения

Автономное обеспечение объекта (с аккумуляторами). Объект питается только от ветроэнергетической установки.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и коммутация с сетью.
АВР позволяет переключить питание объекта при отсутствии ветра и полном разряде аккумуляторов на электросеть. Эта же схема может использоваться и наоборот – ветрогенератор, как резервный источник питания. В этом случае АВР переключает вас на аккумуляторные батареи ветрогенератора при потере питания от электросети.

Ветрогенератор (с аккумуляторами) и резервный дизель-(бензо-)генератор. В случае отсутствия ветра и разряде аккумуляторных батарей происходит автоматический запуск резервного генератора.

Ветрогенератор (без аккумуляторов) и коммутация с сетью. Общественная электросеть используется вместо аккумуляторных батарей – в неё уходит вся выработанная электроэнергия и из неё потребляется. Вы платите только за разницу между выработанной и потреблённой электроэнергией. Такая схема работы пока-что не разрешена в Украине и во многих других странах.

Защита ветрогенератора от бури

Речь идет о защите устройства от ураганов и сильных порывов ветра. На практике она реализуется двумя способами:

1. Ограничением оборотов ветроколеса с помощью электромагнитного тормоза.
2. Уводом плоскости вращения винта от прямого воздействия ветрового потока.

Первый способ основан на подключении балластной электрической нагрузки к ветрогенератору. О нем мы уже рассказывали в одной из предыдущих статей.

Второй способ предполагает установку складывающегося хвоста, позволяющего при номинальной силе ветра направлять винт навстречу ветровому потоку, а во время бури, наоборот – уводить винт из-под ветра.

Защита складыванием хвоста происходит по следующей схеме.

1. В безветренную погоду хвост расположен немного под наклоном (вниз и в сторону).
2. При номинальной скорости ветра хвост выпрямляется, а винт становится параллельно воздушному потоку.
3. Когда скорость ветра превышает номинальные значения (например, 10 м/с), давление ветра на винт становится больше, чем сила, создаваемая весом хвоста. В этот момент хвост начинает складываться, а винт уходит из-под ветра.
4. Когда скорость ветра достигает критических значений, плоскость вращения винта становится перпендикулярно потоку ветра.

Когда ветер ослабевает, хвост под собственной тяжестью возвращается в исходное положение и поворачивает винт навстречу ветру. Для того чтобы хвост смог вернуться в исходное положение без дополнительных пружин, используется поворотный механизм с наклонным шкворнем (шарниром), который устанавливается на оси поворота хвоста.

Ось поворота хвоста установлена под наклоном: на 20° относительно вертикальной оси и на 45° относительно оси горизонтальной.

Для того чтобы механизм мог выполнять свою основную функцию, ось мачты должна находиться на определенном расстоянии от оси вращения турбины (оптимально – 10 см).

Чтобы при резких порывах ветра хвост не сложился и не попал под винт, с обеих сторон механизма необходимо приварить ограничители.

Рассчитать размеры хвоста и их зависимость от других параметров ВЭУ вам поможет таблица Excel с уже готовыми формулами. В ней желтым цветом обозначена область переменных значений.

Оптимальная площадь хвостового оперения составляет 15%…20% от площади ветроколеса.

Вашему вниманию представлен наиболее распространенный вариант механической защиты ветрогенератора. В том или ином виде он успешно используется на практике пользователями нашего портала.

Рекомендации

При сборке ветрогенератора своими руками на 220 В либо меньшее напряжение нужно учитывать нюансы:

• токопроводящий кабель стоит протянуть внутри трубы-мачты;
• если используется трехфазная система – необходимо установить отдельный инвертор для каждой;
• основание должно быть максимально прочным – хорошим решением станет заливка его бетоном;
• электронику (инверторы, выпрямители, иное) важно закрыть защитным кожухом.

Ветряки – надежные, долговечные устройства. Ежедневный уход, обслуживание не требуется. При верном подходе к подбору элементов, конструированию можно обеспечить весь дом электрической энергией. Существует множество модификаций для домашнего использования. Выбирать следует исходя из бюджета, собственных знаний, умений.