Ветрогенератор своими руками

Возникла идея дать народным умельцам несколько рекомендаций по сборке ветрогенератора своими руками из подручных материалов, что позволит выгодно — с экономической точки зрения — производить электроэнергию.

Основные принципы, которым должен отвечать ветрогенератор, — это эффективность и бесперебойность обеспечения энергией для небольших хозяйственных потребностей (хотя бы до 1 — 2 кВт). Второй немаловажный аспект — конструкция должна быть облегченной, сделанной из подручных материалов, чтобы показатель рентабельности хотя бы относительно материальных ресурсов (без учета труда и времени на изготовление) оказался в плюсе.

Представить, из чего должен состоять ветрогенератор, несложно, сложнее собрать конструкцию. Но самое трудное — раздобыть необходимые качественные детали и оборудование без физического износа. Чтобы ветрогенератор служил верой и правдой, все узлы и механизмы должны работать четко и бесперебойно, как часы.

Основные составные элементы ветрогенератора, без которых не обойтись в работе:

качественный износостойкий и устойчивый к климатическим явлениям материал для лопастей пропеллера и его «хвоста»

нержавеющий крепеж и метизы

мачта для установки ветряка на требуемой высоте из металлических или достаточно прочных труб, выдерживающих вес конструкции

преобразователь энергии генератор

аккумуляторная батарея 75А

инвертор 12-220V 1000 Ватт (преобразователь напряжения)

вольтметр, амперметр

кабель силовой и сигнальный

лакокрасочные материалы

автомобильное реле зарядки аккумулятора

реле контрольной лампы заряда

выключатель ПГ

инструмент (кусачки, молоток, ключи гаечные)

моток нержавеющей проволоки или хомуты, для большей надежности — сварная металлическая рама

Теперь остановимся подробнее, для чего и куда их применить.

Вплотную обсудим основную часть ветряка — пропеллер и хвост. Если пропеллер встречает ветер в лицо, то хвост определяет его направление и поворачивает к нему пропеллер. Пропеллер и хвост прикрепляются неподвижно к горизонтальной оси. Конструкция пропеллера может иметь одну-три лопасти. Вместо лопастей используют и менее шумную, но технически более сложную конструкцию — ветровое колесо, которое хоть и имеет некоторые преимущества при слабой скорости ветра, но менее эффективно по КПД, так же как и большее количество лопастей пропеллера.

Есть много вариантов конструкции ветряка, в которых пропеллер может занимать вертикальное или горизонтальное положение. Чтобы не обижать конструкторов, не будем рассуждать о форме, поговорим о содержании на примере ветрогенератора с горизонтальной осью пропеллера.   Самое важное в нем — сбалансированное крепление маховика и пропеллера с фланцем вала ротора, иначе маховик может быть разорван разогнанным до высокой скорости движущимся валом в случае резкой остановки лопастей.

Наиболее доступным, легким и практичным материалом для изготовления лопастей остается ПВХ, хотя применить можно и менее страдающие от климатических явлений струганые доски или фанеру, разрезанные и выгнутые старые ведра, листовой металл (сталь, дюраль) толщиной до 2 мм. От толщины пропеллера зависит его быстроходность, но важную роль при трении в подшипниках играет и его вес. Чтобы определить оптимальный диаметр лопасти, надо знать основную зависимость между мощностью ветрогенератора и его конструкционными особенностями.

Зависимость эта с незначительными погрешностями описана формулой: Р = D2V3/7000 кВт, где Р — мощность ветрогенератора (кВт), D — диаметр лопасти (м), V — среднегодовая скорость ветра (м/с). Совершенно очевидно, что в данном случае размер имеет значение.

Определившись с выбором материала, вырезаем и придаем пропеллеру аэродинамическую форму. По центру пропеллера (ступицы) делаем отверстие, прикрепляя болтами маховик, надеваем устройство на ось ротора генератора, закрепляем во фланцевом соединении.

Что касается соединения пропеллера с генератором, то более сложные конструкции предусматривают передачу вращающего момента через редуктор или ременную передачу (используя для этого велосипедные цепи), но проще и легче сделать прямое соединение пропеллера с ротором вала. Вариантов крепления генератора и пропеллера к мачте тоже немало: хомуты, нержавеющая проволока или наиболее надежно — сварная рама-станина, которая крепится с помощью шарикоподшипникового механизма к мачте так, чтобы не было перекоса.

Мачта — это металлическая труба, выполняющая функцию несущей конструкции. Все составные комплектующие узлы ветрогенератора собираются отдельно и впоследствии монтируются к мачте.

Для преобразования энергии ветра в электричество необходим электрогенератор постоянного тока, мощность которого выбирается по особым критериям. От мощности генератора зависит скорость заряда аккумуляторных батарей: чем мощнее — тем быстрее можно накапливать и расходовать энергию. Распространено заблуждение, что мощный генератор необходим, если скорость ветра слабая. Использовать можно шаговые двигатели, автомобильные генераторы, коллекторные и другие асинхронные двигатели, генераторы от умерших мотоблоков, старых стиральных машин, но лучше тихоходные. Первый параметр, определяющий выбор двигателя, — частота вращения ротора, а затем уже — мощность.

Для ветрогенератора электродвигатели с малой частотой вращения (менее 500 об. /мин.) более эффективны и производительны по КПД. Усиление ветра приводит к увеличению тока, но не к возрастанию оборотов. Лучше всего подходят шаговые двигатели мощностью 30 Вт, но найти такой в продаже практически нереально. Безусловно, высокая мощность электрогенератора теряет свое значение в отсутствие требуемой скорости ветра. Вторую скрипку играет мощность инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный.

Для накопления энергии в слабоветренную погоду нужна еще аккумуляторная батарея, обычная автомобильная, ну и блок зарядки к ней, т. к. при малой частоте вращения выработанного генератором напряжения может быть недостаточно. Аккумуляторная батарея вступает во взаимодействие, чтобы оказать бесперебойную подачу накопленного электричества в отсутствие ветра.

При помощи выпрямительного моста или диода остается собрать в единую цепь генератор, аккумулятор, инвертор, контрольный пост зарядки аккумулятора с измерительной техникой, пропускаем кабель внутри трубы мачты, выводим провода для питания энергопотребителей.