Как сделать ветряк на даче своими руками

Только последние 100-150 лет ветряки ориентируются на получение электрической энергии. Одной из основных проблем строителей является частая ошибка в изначальных расчетах. Есть также и такие «специалисты», которые без расчетов пытаются построить рабочий качественный ветряк.

Естественно, самым простым способом является покупка готового ветряка с его последующей доставкой и установкой. Но, если посмотреть на современный рынок цен на данные изделия, то далеко не каждый дачник готов позволить выделить такую денежную сумму. К тому же, далеко не каждый дачный участок нуждается в установке дорогостоящего оборудования.

Материалы для изготовления

У хозяйственного человека всегда имеется арсенал железок и агрегатов, которые были добыты из уже списанного оборудования. Ветряки способны работать не только в качестве источников электрического снабжения, но также и выступать в роли зарядных станций.

Хвост ветряка должен быть подпружинен, а трубки устанавливаются шарнирно, длина хвоста составляет 600мм, ширина – 400мм. Ось поворота смещается относительно оси симметрии вентилятора на 100-110мм. Узел поворота следует выполнять с использованием ступичного подшипника автомобиля.

Данная конструкция отводит ветровое колесо при соответствующем изменении силы ветра автоматически в сторону. Такую конструкцию можно установить на крышу либо на грунтовой участок.

То количество энергии, которое не было использовано, накапливается в аккумуляторе. Его желательно выбирать больших мощностей. Замечательно подойдут аккумуляторы от известных тракторов «Беларусь». Цена – как у Вас получится договориться.

Бывают случаи, когда приходится тратить дополнительные деньги на покупку соответствующих деталей для блока управления и инвертора.

Заводские ветряки с небольшой мощностью (около 300 Вт) Вы вряд ли встретите. Самая маленькая мощность рыночного ветряка – от 750 Вт. Русские модели ветряков обойдутся примерно в полторы тысячи долларов. Причем, это мы говорим только о покупке прибора, без учета стоимости контроллера управления, мачты, аккумуляторного блока, инвертора.

Ветряк считается одной из самых перспективных на сегодняшний день систем, которая способна производить электрическую энергию в автономном режиме. Максимально эффективной системой является объединение нескольких ветряков в одну большую цепь с использованием специального пункта компьютерного управления. Это дает прекрасную возможность удаленного управления сразу несколькими установками.

Прежде, чем приступить к установке данного блока, следует произвести соответствующие расчеты. Сначала определите, какой ветровой потенциал местности на участке, где именно планируется возвести автономный источник энергии. Также важно обратить внимание на разработку блок-схемы турбины с учетом характеристик площадки.

Популярная конструкция: ветротурбина, генератор, блоки управления, блоки преобразования, мачта, аккумуляторная батарея, устройство поворота.

Обычно турбина состоит из3-4 лопастей, хотя Вы их можете использовать другое кол-во. Чтобы избежать возникновение частых неполадок и сбоев в работе турбины, применяется аэромеханическая система, которая предназначена для стабилизации частоты.

Характеристики вертикальных ветряков

Сегодня более распространены ветровые генераторы с вертикальной осью вращения. По принципу работы вертикальные ветряки делятся на: тихоходные и быстроходные. Наиболее популярный ветряк вертикального типа – карусельные ветрогенераторы.

У каждой конкретной модели свои мощности и характеристики в работе, но можно выделить усредненный рабочий параметр каждого из них:
1. Значение оптимальной мощности – 1кВт.
2. Устанавливается 2 ветровых модуля.
3. В модельной конструкции нет растяжек.
4. Средняя высота – 12м.
5. Бесшумность в работе.
6. Необходимая минимальная скорость ветра – 3м\с.

На сегодняшний день такие установки пользуются большим спросом в США, Японии и Великобритании.

В этих странах производство ветряков ставится на массовые потоки. Вертикальные ветряки также является довольно простыми в эксплуатации, не нуждаются в сложном техническом обслуживании и могут прекрасно справиться даже с частоизменяющимся воздушным потоком.

При возрастании скорости ветра, такая установка может моментально наращивать силу тяги. В результате, скорость вращения оси будет автоматически стабилизироваться. К преимуществам данных установок можно также отнести их бесшумную работу, что позволяет использовать их недалеко от жилых площадей.

Отметим еще ортогональный тип ветряков, который применяется в основном в крупной энергетике. Такие ветряки имеют большой минус в работе – потребность «разбега», т.е. необходимо сначала подвести энергию к устройству, а затем уже запустится сам процесс раскрутки определенных аэродинамических параметров.

Блок управления

Предназначен для стабилизации напряжения заряда аккумулятора, а также ограничения значения тока максимально допустимых значений, стабилизации нагрузки генератора при отсутствии потребителя либо полном заряде аккумулятора. Ниже предоставлена схема, в которой блок управления состоит из 2-ух модулей.

— Первый модуль – импульсный стабилизатор напряжения, служит ограничителем по току в 10% общей емкости аккумулятора, при этом значение напряжения на выходе составляет 14,2В.

— Второй модуль – импульсный коммутатор нагрузки. Если мощность ветряка не используется, а значение напряжения на входе составляет 18В, коммутатор подключит резистор (импульсный режим). В результате произойдет максимальный отбор мощностей.

Питание потребителя 220В возможно благодаря подключению через обычный автомобильный инвертор. В части освещения планируется переход на светодиоды либо отдельную сеть (напряжение 12В).

Лопасти для ветряка

Специалисты утверждают, что лопасти — одна из основных составляющих частей при конструировании ветряка. Поэтому, о них постараюсь рассказать максимально подробно.

1. Чем длиннее лопасти, тем они будут легче крутиться при слабом ветре, но при этом есть один минус — маленькая скорость кругового вращения.

2. Следует помнить, что на концах лопастей вращение обычно намного сильнее, чем у самого основания, именно поэтому следует рассчитывать отношение скорости вращения лопастей ветряка. По статистике, большинство мельниц имеет среднюю скорость 40 оборотов в минуту.

3. Вот формула для расчетов:
P=k*v^3, где k-постоянная ветряка, v-скорость ветра.

4. Чем Выше будет установлен Ваш ветряк над уровнем, тем большее количество вырабатываемой мощности можно получить из потребляемого ветра. Специалисты рекомендуют использовать расстояние на 6-15 м.

Лопасти для ветряка изготовить самому очень даже легко. Для этого необходимо разрезать трубу на 3 секции. Две из них будут по 150 градусов, а третья, как Вы уже догадались — 60 градусов. Красные линии на рисунке — это линии среза.

В итоге мы получим две большие 150 градусные лопасти, которые будут крутиться практически в любой ветер, но только с маленькой скоростью.

Угол для лопастей. Следующей нашей задачей будет изготовление узла крепления лопастей для ветряка. Вообще, существует очень много способов крепления лопастей. Но я Вам расскажу об одном наиболее эффективном из них. Рекомендую сделать следующее: изготавливать мы будем винт из диска для пилы, поэтому, сначала найдите пилу.

Теперь при помощи дрели проделайте три группы отверстия в этом винте. Смещение отверстий должно быть по 120 градусов каждое, соответственно. Для удобства можете использовать чертежный транспортир.

Да, и еще — т.к. мы будем использовать диск от пилы, то нужно будет еще и избавиться от зубов, расположенных на краях диска. Ведь он может слететь с ветряка и попасть в человека, что крайне опасно. Последствия могут быть самые катастрофические.

Должен получиться вот такой вот верх ветряка:

Изготовление флюгера и шарнира . Теперь нам нужно изготовить платформу для поворота лопастей. Именно на ней и будет установлен генератор. Для изготовления платформы будем использовать квадратную трубу, а также фланец и лист металла, предварительно обрезанный по Вашим расчетам.

— Тем временем вырезаем из железа хвост для будущего ветряка.
— Теперь делаем пропил вдоль трубы ( для этого используем болгарку).
— Не забудьте также и о чехле для защиты ветряка от плохих погодных условий. Можете использовать пластиковую трубу.
— Теперь крепим все в единое целое, устанавливаем внутрь мотор для ветряка, получаем следующую картину.

Изготовление мачты для ветряка. Мачту можете изготовить по своему усмотрению, я бы посоветовал использовать 4 трубы с переходным креплением:

Как вы поняли, влево ушла та часть мачты, на которую будем крепить ветряк. Получилось!

Теперь давайте сравним текущие цены на рынке оборудования. К примеру, ветряки марки «WIND TURBINE” (не учитываем стоимость мачты, преобразователь и блок управления): мощность 500 Вт 28.500 руб., 2кВт 60.000руб., 3кВт 120.000 руб., 5кВт 180.000 руб.

Если рассмотреть ветряки типа ВЭУ, то цены на них будут на порядок ниже. К примеру, ветровой генератор мощностью в 1 кВт без блока управления, мачты и прочих элементов стоит всего 19.000 руб.

Как видите, покупка такого дорогостоящего оборудования для установки его на даче – крайне сомнительна. Поэтому приходится работать самостоятельно либо обращаться за помощью к специалистам.

Естественно, каждый случай отдельный и нельзя делать один вывод для всех. В некоторые моменты действительно проще купить готовое оборудование и сразу эксплуатировать его.

Источник

Как сделать ветрогенератор своими руками

Ветер – это бесплатная энергия! Так давайте же её использовать в личных целях. Если создание ВЭС в промышленных масштабах это очень дорого, потому что кроме генератора нужно провести ряд исследований и расчётов, государство не берет на себя такие расходы, а инвесторам в странах бывшего СССР – это, почему-то не вызывает особого интереса. То в частном порядке можно сделать мини-ветряк для собственных нужд. Стоит понимать, что проект перевода вашего дома на альтернативную энергию очень дорогое занятие.

Как уже было сказано: нужно произвести длительные наблюдения и расчёты, чтобы подобрать оптимальное соотношение размеров ветряного колеса и генератора, подходящее к вашему климату, розе ветров и среднегодовой скорости ветра.

Эффективность ветроэлектрической установки в пределах одного региона может отличаться в разы, это связано с тем, что движение ветра зависит не только от климатического пояса, но и от рельефа местности.

Однако вы можете узнать, что такое ветроэнергетика с минимальными затратами собрав бюджетную установку для питания маломощной нагрузки, типа смартфона, лампочек или радиоприёмника. При должном подходе вы можете обеспечить электроэнергией небольшой дом или дачный участок.

Давайте рассмотрим каким образом можно сделать простейшую ветроэлектрическую установку своими руками.

Содержание статьи

Маломощные ветряки из подручных средств

Компьютерный кулер представляет собой бесколлектроный двигатель, который в своем первоначальном виде не представляет практической ценности.

Его нужно перемотать, так как в оригинале обмотки соединены неподходящим образом. Мотать катушки поочередно:

По часовой стрелке;

Против часовой стрелки;

По часовой стрелке;

Против часовой стрелки.

Соединять соседние катушки нужно последовательно, а еще лучше мотать одним куском провода переходя от одного паза к другому. Толщину провода в этом случае подбирать произвольно, лучше будет если вы намотаете как можно больше витков, а это возможно при использовании наименее тонким проводом.

Выходное напряжение с такого генератора будет переменным, а его величина будет зависеть от оборотов (скорости ветра), установите диодный мост из диодов Шоттки, чтобы выпрямить его до постоянного, обычные диоды подойдут, но будет хуже, т.к. на них упадёт напряжение от 1 до 2-х вольт.

Лирическое отступление, немного теории

Запомните величина ЭДС равняется:

где L – длина проводника помещенного в магнитное поле; V – скорость вращения магнитного поля;

При модернизации генератора вы можете влиять только на длину проводника, то есть на количество витков каждой из катушек. Количество витков – определяет выходное напряжение, а толщина провода – максимальную токовую нагрузку.

На практике влиять на скорость ветра нельзя. Однако из этой ситуации тоже есть выход, можно, узнав типовую скорость ветра для вашей местности спроектировать подходящий по оборотам винт для ветроэлектрической установки, а также редуктор или ременную передачу, для обеспечения достаточных оборотов для генерации нужного по величине напряжения.

ВАЖНО: Быстрее не значит лучше. При слишком большой скорости вращения ветрогенератора сократиться его ресурс, ухудшаться смазочные свойства втулок или подшипников ротора, и он заклинит, а быстрее всего произойдет пробой изоляции обмоток в генераторе.

Генератор состоит из:

Промышленные конструкции ветрогенераторов:

Увеличиваем мощность генератора из компьютерного кулера

Во-первых, чем больше лопастей и диаметр колеса – тем лучше, поэтому присмотритесь к 120-мм кулерам.

Во-вторых, мы уже сказали, что напряжение зависит и от магнитного поля, дело в том, что промышленные генераторы высокой мощности имеют обмотки возбуждения, а низкой мощности – сильные магниты. В кулере магниты крайне слабые и не позволяют добиться хороших результатов от генератора, да и зазор между ротором и статором весьма велик – порядка 1 мм, и это при и без того слабых магнитах.

Решение этой проблемы кардинально изменить конструкцию генератора. Вернее, от кулера потребуется только крыльчатка, в качестве самого генератора применим моторчик от принтера или любой другой бытовой техники. Наиболее часто встречаются щеточные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

В результате это будет выглядеть так.

Мощности подобного генератора хватит, чтобы запитать светодиоды, радиоприемник. Для подзарядки телефона его не хватит, телефон будет отображать процесс заряда, но ток будет крайне мал, до 100 Ампер, при ветре 5-10 метров в секунду.

Шаговые двигатели в роли ветрогенератора

Шаговый двигатель очень часто встречается в компьютерной и бытовой технике, в различных проигрывателях, флоппи-дисководах (интересны старые модели 5.25”), принтерах (особенно матричных), сканерах и т.д.

Данные двигатели без переделок могут работать в роли генератора, они представляют собой ротор с постоянными магнитами, и статор с обмотками, типовая схема подключения шагового двигателя в режиме генератора изображена на рисунке.

В схеме установлен линейный стабилизатор на 5 Вольт, типа L7805, что позволит без опасения подключать мобильные телефоны к такому ветряку для их зарядки.

На фото генератор из шагового двигателя с установленными лопастями.

Двигатель в конкретном случае с 4-мя выходными проводами, схема соответственно под него. Двигатель с такими габаритами в режиме генератора выдаёт примерно 2 Вт при слабом ветре (скорость ветра около 3 м/с) и 5 м/с при сильном (до 10 м/с).

Кстати вот аналогичная схема со стабилитроном, вместо L7805. Позволяет заряжать Li-ion батареи.

Доработка самодельного ветряка

Чтобы генератор работал эффективнее нужно сделать ему направляющий хвостовик и закрепить его на мачте подвижно. Тогда при изменении направления ветра – будет изменяться направление ветрогенератора. Тогда возникает следующая проблема – кабель, идущий от генератора к потребителю будет закручиваться вокруг мачты. Чтобы это решить нужно обеспечить подвижный контакт. На Ebay и Aliexpress продаётся готовое решение.

Нижних три провода – неподвижны идут вниз, а верхний пучок проводов – подвижен, внутри установлен скользящий контакт или щеточный механизм. Если у вас нет возможности купить, проявите смекалку, и, вдохновившись решением конструкторов автомобиля Жигули, а именно реализацией подвижного контакта кнопки сигнала на руле и сделайте что-то похожее. Или воспользуйтесь контактной площадкой от электрочайника.

Соединив разъёмы, вы получите подвижный контакт.

Мощный ветрогенератор из подручных средств.

Для получения большей мощности вы можете использовать два варианта:

1. Генератор из шуруповерта (10-50 Вт);

2. Ветрогенератор из автомобильного генератора.

Из шуруповерта понадобиться только моторчик, вариант аналогичен предыдущему, в качестве винта вы можете использовать лопасти от вентилятора, это увеличит итоговую мощность вашей установки.

Вот пример реализации такого проекта:

Обратите внимание как здесь реализована шестеренчатая повышающая передача – вал ветрогенератора расположен в трубе, на его конце расположена шестерня, которая передаёт вращение меньшей шестерне закрепленной на валу двигателя. Повышение оборотов двигателя имеет место и в промышленных ветряных электроустановках. Редуктора применяются повсеместно.

Однако в условиях самоделки изготовить редуктор становиться большой проблемой. Вы можете извлечь редуктор из электроинструмента, он там нужен чтобы понизить высокие обороты на валу коллекторного двигателя в нормальные обороты патрона на дрели, или диска болгарки:

В дрели установлен планетарный редуктор;

В болгарке установлен угловой редуктор (станет полезным для монтажа некоторых установок и уменьшит нагрузку с хвоста ВЭУ);

Редуктор от ручной дрели.

Такой вариант самодельного ветрогенератора уже может заряжать 12 В аккумуляторы, однако нужен преобразователь для формирования зарядного тока и напряжения. Эту задачу можно упростить применив автомобильный генератор.

Ветрогенератор из автомобильного генератора

Автомобильный генератор состоит из статора с трёхфазной обмоткой, и ротора со щёточным узлом и катушкой возбуждения. К нагрузке такой генератор подключается через диодный мост собранный по схеме Ларионова, он обычно расположен на задней крышке генератора.

Преимущество такого генератора – возможность использовать его для зарядки автомобильных аккумуляторов, в принципе он для этого и предназначен. Автогенераторы имеют встроенное реле-регулятор напряжения, что избавляет от необходимости покупать дополнительные стабилизаторы или преобразователи.

Однако автолюбители знают, что на низких холостых оборотах, примерно 500-1000 Об/мин мощность такого генератора мала, и он не обеспечивает должного тока для заряда аккумулятора. Это приводит к необходимости подключения к ветроколесу через редуктор или ременную передачу.

Отрегулировать количество оборотов при нормальной для ваших широт скорости ветра можно с помощью подбора передаточного числа либо с помощью правильно спроектированного ветроколеса.

Полезные советы

Пожалуй, самая удобная для повторения конструкция мачты для ветряка – изображена на картинке. Такая мачта растягивается на тросах, закрепленных на держателях в земле, что обеспечивает устойчивость.

Важно: Высота мачты должна быть как можно большей примерно 10 метров. На большей высоте ветер сильнее, потому что для него нет препятствий в виде наземных сооружений, холмов и деревьев. Ни в коем случае не устанавливайте ветрогенератор на крыше своего дома. Резонансные колебания крепежных конструкций могут вызвать разрушение его стен.

Позаботьтесь о надёжности несущей мачты, ведь конструкция ветряка на базе такого генератора значительно утяжеляется и представляет собой уже довольно серьезное решение, которое может осуществлять автономное электроснабжение дачи с минимальным набором электрических приборов. Устройства, которые работают от 220 Вольт можно запитать от инвертора 12-220 В. Самый распространённый вариант такого инвертора – блок бесперебойного питания для ПК.

Лучше использовать генераторы от дизельных, в т.ч. грузовых автомобилей, ведь они рассчитаны для работы на низких оборотах. В среднем дизельный двигатель крупного грузовика работает в диапазоне оборотов от 300 до 3500 об/мин.

Современные генераторы выдают 12 или 24 Вольт, а ток в 100 Ампер – уже давно стал нормальным. Проведя несложные вычисления можно определить, что такой генератор максимально выдаст вам до 1 кВт мощности, а генератор от жигулей (12 В 40-60 А) 350-500 Вт, что уже довольно приличная цифра.

Каким должно быть ветроколесо для самодельной ВЭУ?

Я упомянул в тексте о том, что ветроколесо должно быть большим и с большим количеством лопастей, на самом деле это не так. Это утверждение было справедливо для тех микро-генераторов, которые не претендуют на звание серьезных электрических машин, а скорее экземпляры для ознакомления и досуга.

На самом деле проектирование, расчёт и создание ветроколеса – это очень сложная задача. Энергия ветра будет использоваться рациональнее, если оно выполнено очень точно и идеально выведен «авиационный» профиль, при этом он должен быть установлен с минимальным углом к плоскости вращения колеса.

Реальная мощность ветроколес с одинаковым диаметром и разным количеством лопастей – одинаково, разница лишь в скорости их вращения. Чем меньше крыльев – тем больше оборотов в минуту, при том же ветре и диаметре. Если вы собираетесь добиться максимальных оборотов вы должны максимально точно смонтировать крылья с минимальным углом к плоскости их вращения.

Ознакомьтесь с таблицей из книги 1956 года «Самодельная ветроэлектростанция» изд. ДОСААФ Москва. На ней показана связь диаметра колеса, мощности и оборотов.

Диаметр ветроколеса (м)	1,6	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0
Число оборотов в минуту (при ветре 7 — 8 м/с)	670	450	360	300	225	180
Мощность (при ветре 7—8 м/сек) (ватт)	65 — 80	100 — 130	200	300	500	1000

В домашних условиях эти теоретические выкладки дают мало толку, любители делают ветроколеса из подручных средств, в ход идёт:

Пластиковые канализационные трубы.

Собрать своими руками быстроходное 2-4 лопастное ветроколесо можно из канализационных труб, кроме них нужна ножовка или любой другой режущий инструмент. Использование этих труб обусловлено их формой, после обрезки они имеют вогнутую форму, что обеспечивает высокую отзывчивость к потокам воздуха.

После обрезки их закрепляют с помощью БОЛТОВ на металлической, текстолитовой или фанерной болванке. Если вы собрались делать её из фанеры – лучше переклейте и скрутите саморезами с обеих сторон несколько слоев фанеры, тогда у вас получится добиться жесткости.

Вот идея двух лопастной цельной крыльчатки для генератора из шагового двигателя.

Выводы

Вы можете сделать ветроэлектрическую установку начиная от малых мощностей – единиц Ватт, для питания отдельных светодиодных светильников, маячков и мелкой техники, до хороших значений мощности в единицах киловатт, накапливать энергию в аккумуляторе, использовать её в исходном виде или преобразовывать до 220 Вольт. Стоимость такого проекта будет зависеть от ваших потребностей, пожалуй, самым дороги элементом является мачта и аккумуляторы, может оказаться в пределах 300-500 долларов.

Источник