Рассматриваем ветровые электростанции для дома

Краткое описание устройства

Как сделать ветряной генератор такого типа? Полное описание сборки займет огромное количество времени, а также оно требует хороших знаний в области работы магнитов и обращения с ними. Поэтому в статье представлена более краткая инструкция. Если она будет проста и понятна, то в таком случае можно углубиться в изучение этого вопроса.

Во-первых, длина мачты у таких ветряков должна быть от 6 до 12 метров.

Во-вторых, придется бетонировать площадку под установку, так как такая высота слишком велика, чтобы избежать этого этапа. Сам по себе ветряк будет крепиться на самом верху мачты, а потому внизу необходимо предусмотреть крепление, которое при помощи лебедки позволит собственноручно в любое время опускать или поднимать трубу. Это необходимо, чтобы была возможность добраться до ветряка, если его придется чинить. Для изготовления винта в данном случае можно использовать трубу из ПВХ материала с диаметром в 160 мм. Она будет использоваться в качестве основы для вырезания винта длиной в 2 метра и лопастей для него. Количество лопастей лучше всего сделать шесть, а вот их форму придется подобрать опытным путем, чтобы получить максимальную выгоду. Цель в данном случае — это достичь максимального крутящего момента при низких оборотах конструкции. Так как необходимо будет уберечь винт от очень сильного ветра, придется сделать складной хвост для него. Энергия, которая будет вырабатываться ветряным источником, должна накапливаться в аккумуляторах, как и в первом случае.

В конце следует добавить, что можно делать ветряной генератор на 10 кВт, к примеру. Однако в этом случае его мощность будет огромной и использовать его только в бытовых целях неразумно. Кроме того, потребуется разрешение на эксплуатацию мощного источника альтернативного питания. К тому же, скорее всего, придется платить налог, так как электричество будет использоваться не только для обеспечения индивидуальных потребностей человека.

В данном случае были представлены две модели, обе из которых можно собрать своими руками. Их особенности и преимущества несколько отличаются, однако оба вида вполне могут эксплуатироваться самостоятельно.

Виды, их преимущества и недостатки

Классификация ветряных электростанций основана наследующих критериях.

1. Количество лопастей. В настоящее время в продаже можно встретить однолопастной, малолопастной, многолопастной ветряки. Чем меньше лопастей у генератора, тем выше будут обороты его двигателя.
2. Показатель номинальной мощности. Бытовые станции вырабатывают до 15 кВт, полупромышленные – до 100, а промышленные – более 100 кВт.
3. Направление оси. Ветрогенераторы могут быть как вертикальными, так и горизонтальными, у каждого из видов есть свои плюсы и минусы.

Желающие обзавестись альтернативным источником энергии могут купить ветрогенератор с ротором, кинетический, вихревой, парусный, мобильный.

Также существует классификация генераторов электроэнергии из ветра согласно месту их расположения. На сегодня выделяют 3 типа агрегатов.

1. Наземные. Такие ветряки считаются самыми распространенными, их монтируют на холмах, возвышенностях, подготовленных заблаговременно площадках. Монтаж таких установок происходит с использованием дорогой техники, так как элементы конструкций требуется фиксировать на большой высоте.
2. Прибрежные станции строят в прибережной части моря, океана. На работу генератора оказывает влияние морской бриз, за счет него роторное устройство производит энергию круглосуточно.
3. Шельфовые. Ветрогенераторы данного типа устанавливают в море, обычно на дистанции около 10 метров от берега. Такие устройства создают энергию из регулярного морского ветра. В последующем энергия к берегу попадает по специальному кабелю.

Вертикальные

Вертикальные ветрогенераторы характеризуются вертикальным расположением оси вращения относительно земли. Это устройство, в свою очередь, делится на 3 вида.

С ротором Савоуниса. В составе конструкции имеется несколько полуцилиндрических элементов. Вращение оси агрегата происходит постоянно и не зависит от силы и направления ветра. Преимуществами данного генератора можно назвать высокий уровень технологичности, качественный пусковой крутящий момент, а также способность функционировать даже при незначительной силе ветра. Недостатки устройства: низкоэффективная работа лопастей, потребность в большом количестве материалов в процессе изготовления.

Горизонтальные

Ось горизонтального ротора в данном устройстве располагается параллельно земной поверхности. Они бывают однолопастными, двулопастными, трехлопастными, а также многолопастными, в которых количество лопастей достигает 50 штук. Преимуществами данного вида ветрогенератора является высокий КПД. Недостатки агрегата заключаются в следующем:

• необходимость в ориентации согласно направлению потоков воздуха;
• надобности монтажа высоких конструкций – чем выше установка, тем она будет мощнее;
• необходимости в устройстве фундамента для последующего монтажа мачты (это способствует увеличению стоимости процесса);
• высокой шумности;
• опасности для пролетающих мимо птиц.

Лопастные

Лопастные генераторы энергии имеют вид пропеллера. В данном случае лопасти принимают энергию потока воздуха и перерабатывают ее во вращательное движение.

У горизонтальных ветрогенераторов имеются крыльчатки с лопастями, которых может быть определенное количество. Обычно их 3 штуки. В зависимости от количества лопастей, мощность устройства может как увеличиваться, так и снижаться. Явным преимуществом данного вида ветряка является равномерность распределения нагрузок на опорный подшипник. Недостаток агрегата состоит в том, что для установки такой конструкции требуется много дополнительных материалов и трудовых затрат.

Турбинные

Турбинные ветрогенераторы в настоящее время считаются наиболее эффективными. Причиной этого является оптимальное сочетание лопастных площадей с их конфигурацией. Преимуществами безлопастной конструкции можно назвать высокий уровень КПД, низкую шумность, что вызвано небольшими габаритами устройства. Ко всему прочему данные агрегаты не разрушаются при сильном ветре и не создают опасности для окружающих и птиц.

Ветряк турбинного типа используют в городах и поселках, с его помощью можно обеспечить освещением частный дом и дачу. Недостатков у такого генератора практически не имеется.

Схемы и чертежи

Генератор как устройство вырабатывает переменный ток, который необходимо преобразовать в постоянный, довести до требуемой величины напряжения. Если мотор-генератор выдаёт, скажем, 40 В, то вряд ли это будет подходящим значением для большинства бытовой электроники, потребляющей 5 или 12 вольт постоянного тока либо 127/220 вольт переменного.

Проверенная временем и миллионами пользователей схема всей установки включает в себя выпрямитель, контроллер, аккумулятор и инвертор. В качестве буферного накопителя запасаемой энергии применяют автомобильный аккумулятор ёмкостью 55-300 ампер-часов. Его рабочее напряжение — 10,9-14,4 В при циклическом заряде (полный цикл заряда-разряда) и 12,6-13,65 при буферном (порционном, дозированном, когда нужно дозарядить частично разряженную батарею).

Контроллер преобразует, к примеру, те же 40 вольт в 15. Его КПД по вольт-амперажу колеблется в пределах 80-95% — без учёта потерь на выпрямителе.

Наибольшую эффективность имеет трёхфазный генератор — его отдача на 50% больше, чем у однофазного, он не вибрирует при работе (вибрация расшатывает конструкцию, делая её недолговечной).

Катушки в обмотке каждой из фаз чередуются друг с другом и соединены последовательно — как и полюса магнитов, обращённые одной из сторон к катушкам.

Современная бытовая техника и электроника способны работать, начиная со 110 вольт (американский стандарт бытовых сетей) вплоть до 250 – больше давать сетевым приборам и устройствам не рекомендуется. Все преобразователи — импульсные, по сравнению с линейными их потери на тепло значительно меньше.

Ветряк #1 — конструкция роторного типа

Можно сделать своими руками несложный ветряк роторного типа. Конечно, снабдить электроэнергией большой коттедж ему вряд ли будет под силу, зато обеспечить электричеством скромный садовый домик вполне под силу. С его помощью можно снабдить светом в вечернее время суток хозяйственные постройки, осветить садовые дорожки и придомовую территорию.

Так или почти так выглядит роторный ветрогенератор, сделанный своими руками. Как видите, в конструкции этого оборудования нет ничего сверхсложного

Подготовка деталей и расходников

Чтобы собрать ветрогенератор, мощность которого не будет превышать 1,5 КВт, нам понадобятся:

• генератор от автомобиля 12 V;
• кислотный или гелиевый аккумулятор 12 V;
• преобразователь 12V – 220V на 700 W – 1500 W;
• большая ёмкость из алюминия или нержавеющей стали: ведро или объёмистая кастрюля;
• автомобильное реле зарядки аккумулятора и контрольной лампы заряда;
• полугерметичный выключатель типа «кнопка» на 12 V;
• вольтметр от любого ненужного измерительного устройства, можно автомобильный;
• болты с шайбами и гайками;
• провода сечением 2,5 мм2 и 4 мм2;
• два хомута, которыми генератор будет крепиться к мачте.

Для выполнения работы нам будут нужны ножницы по металлу или болгарка, рулетка, маркер или строительный карандаш, отвертка, ключи, дрель, сверло, кусачки.

Ход конструкторских работ

Мы собираемся изготовить ротор и переделать шкив генератора. Для начала работы нам понадобится металлическая ёмкость цилиндрической формы. Чаще всего для этих целей приспосабливают кастрюлю или ведро. Возьмем рулетку и маркер или строительный карандаш и поделим ёмкость на четыре равные части. Если будем резать металл ножницами, то, чтобы их вставить, нужно сначала сделать отверстия. Можно воспользоваться и болгаркой, если ведро не выполнено из крашеной жести или оцинкованной стали. В этих случаях металл неминуемо перегреется. Вырезаем лопасти, не прорезая их до конца.

Чтобы не ошибиться с размерами лопастей, которые мы прорезаем в ёмкости, необходимо сделать тщательные замеры и тщательно всё пересчитать

В днище и в шкиве размечаем и высверливаем отверстия для болтов

На этой стадии важно не торопиться и расположить отверстия с соблюдением симметрии, чтобы при вращении избежать дисбаланса. Лопасти следует отогнуть, но не слишком сильно

При выполнении этой части работы учитываем направление вращения генератора. Обычно он крутится по движению часовой стрелке. В зависимости от угла изгиба увеличивается и площадь воздействия потоков ветра, а, значит, и скорость вращения.

Это ещё один из вариантов лопастей. В данном случае каждая деталь существует отдельно, а не в составе ёмкости, из которой вырезалась

Раз каждая из лопастей ветряка существует отдельно, прикручивать нужно каждую. Преимущество такой конструкции в её повышенной ремонтопригодности

Ведро с готовыми лопастями следует закрепить на шкиве, используя болты. На мачту при помощи хомутов устанавливаем генератор, затем подсоединяем провода и собираем цепь. Схему, цвета проводов и маркировку контактов лучше заранее переписать. Провода тоже нужно зафиксировать на мачте.

Чтобы подсоединить аккумулятор, используем провода 4 мм2, длина которых не должна быть более 1-го метра. Нагрузку (электроприборы и освещение) подключаем с помощью проводов сечением 2,5 мм2. Не забываем поставить преобразователь (инвертер). Его включают в сеть к контактам 7,8 проводом 4 мм2.

Конструкция ветряной установки состоит из резистора (1), обмотки стартера генератора (2), ротора генератора (3), регулятора напряжения (4), реле обратного тока (5), амперметра (6), аккумулятора (7), предохранителя (8), выключателя (9)

Достоинства и недостатки такой модели

Если всё сделано правильно, работать этот ветрогенератор будет, не создавая вам проблем. При аккумуляторе 75А и с преобразователем 1000 W он может питать уличное освещение, охранную сигнализацию, приборы видеонаблюдения и т.д.

Схема работы установки наглядно демонстрирует то, как именно энергия ветра преобразуется в электричество и то, как она используется по назначению

Достоинства такой модели очевидны: это весьма экономичное изделие, хорошо поддаётся ремонту, не требует особых условий для своего функционирования, работает надежно и не нарушает ваш акустический комфорт. К недостаткам можно отнести невысокую производительность и значительную зависимость от сильных порывов ветра: лопасти могут быть сорваны воздушными потоками.

Необходимые инструменты и материалы

Для изготовления самодельного ветряка потребуются такие детали:

• ротор с лопастями;
• редуктор для регулирования скорости вращения ротора;
• гелевый или щелочной аккумулятор для питания электроприборов;
• инвертор для трансформации тока;
• хвостовая часть;
• мачта.

Ротор с лопастями можно сделать самостоятельно, тогда как остальные элементы, вероятно, придётся купить или собрать из необходимых деталей. Кроме этого, для сборки самодельного ветряка потребуются такие инструменты и материалы:

• пила по дереву;
• ножницы по металлу;
• горячий клей;
• паяльник;
• дрель.

Обязательно нужны винты и болты для соединения лезвий со ступицей и для скрепления металлической трубы с деревом.

Лопасти для ветрогенератора своими руками

Изготавливая лопасти самостоятельно, стоит особое внимание уделить соблюдению заданной чертежом формы изделий. Лопасти могут быть крыльчатого или парусного типа. Второй более прост в изготовлении, но имеет невысокий КПД, что делает его неэффективным в самодельных ветрогенераторах даже средних размеров

Второй более прост в изготовлении, но имеет невысокий КПД, что делает его неэффективным в самодельных ветрогенераторах даже средних размеров.

Для изготовления лопастей самодельного ветрогенератора подойдут такие материалы как:

• пластик;
• дерево;
• алюминий;
• стекловолокно;
• поливинилхлорид.

Устройство лопастной части ветрогенератора

Если выбирать поливинилхлорид, то для создания лопастей отлично подойдут ПВХ-трубы диаметром от 160 мм. Пластик и дерево — менее износостойкие материалы, которые под воздействием осадков и сильного ветра через несколько лет придут в негодность. Оптимальный вариант — алюминий: он прочный и лёгкий, устойчивый к разрыву и залому, невосприимчивый к влаге и повышенным температурам.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Когда все чертежи будут составлены, а материалы и инструменты подготовлены, можно начинать собирать ветрогенератор своими руками, руководствуясь следующим порядком:

1. Подготовить бетонный фундамент. Глубина ямы и объём бетонной смеси рассчитывается исходя из типа грунта и климатических условий. После заливки фундаменту нужно несколько недель, чтобы набрать нужную прочность. Только после этого можно устанавливать в него мачту на глубину 60-70 см, закрепив её растяжками.
2. Поместить подготовленные лопасти в трубу, закрепить их с помощью винтов и гаек на втулке, на которую будет установлен двигатель.
3. Расположить диодный мост рядом с двигателем и закрепите его с помощью саморезов. Подсоединить провод от двигателя к диодному мосту «плюс», а другой провод к отрицательному мосту.
4. Закрепить вал двигателя, надеть на него втулку и плотно затянуть её против часовой стрелки.
5. Уравновесить основание трубы с прикреплённым к нему двигателем и валом и отметить точку баланса.
6. Закрепить основание прибора болтами.

Ветрогенератор может прослужить гораздо дольше, если покрасить не только лопасти, но основание, вал и крышку двигателя. Чтобы включить установку потребуется комплект проводов, зарядное устройство, амперметр и аккумулятор.

Цена за 1квт мощности

4-я причина – высокая цена. Не ведитесь на цены продавцов в прайс листах. В них никогда не показывается реальная стоимость всего необходимого оборудования. Поэтому цены всегда умножайте на 2, даже при выборе так называемых готовых комплектов.

Но и это еще не все. Не забудьте про эксплуатационные расходы, доходящие до 70% от стоимости ветряков. Попробуйте поремонтировать генератор на высоте, либо каждый раз демонтировать и разбирать-собирать мачту.

Еще не забудьте про периодическую замену АКБ. Поэтому не рассчитывайте, что ветряк может вам обойтись в 1 доллар за 1квт эл.энергии.

Когда вы посчитаете все реальные затраты, окажется что каждый киловатт мощности такого ветрогенератора, обошелся вам минимум в 5 баксов.

Какой выбрать ветрогенератор для частного дома

Ветрогенератор (ветряк) — это устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с последующим переводом в электричество. Производство ветрогенераторов в России за последние годы значительно выросло вместе интересом потребителей. Сегодня на рынке представлены импортные и российские ветрогенераторы мощностью от 0,1 до 70 кВт. Купить ветрогенераторы для дома можно в перечисленных ниже компаниях, продукция которых наиболее популярна у потребителей:

• ООО «Ветро Свет» (Санкт-Петербург), мощность ветряков 0,25–1,5 кВт;
• ООО «СКБ Искра» (Москва), мощность 0,5 кВт;
• OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., Миасс), мощность 1,5–30 кВт;
• ООО «Сапсан-Энергия» (Московская обл.), мощность 0,5–5 кВт;
• ЗАО «Ветроэнергетическая компания» (Санкт-Петербург), мощность 5 и 30 кВт;
• ЛМВ «Ветроэнергетика» (Хабаровск), мощность 0,1–10 кВт.

Различают бытовые и промышленные ветрогенераторы:

• Бытовые ветрогенераторы ‑ ветряки небольшой мощности, достаточной для обеспечения энергией частного дома. Для их работы нужна постоянная скорость ветра от 4 м/сек, а последние разработки оборудования позволяют вырабатывать электроэнергию и на слабых ветрах.
• Промышленные ветрогенераторы имеют мощность в несколько мВт. Такие установки работают на крайнем севере в районах с постоянными сильными ветрами.

Необходимые условия для эксплуатации вертогенератора:

1. среднегодовая скорость ветра не менее 4 м/сек;
2. свободное место для установки ветряка (лучше на возвышенности);
3. официально согласовывать установку с местной администрацией не потребуется — следует просто поставить ее в известность;
4. согласие соседей на установку — шум, создаваемый ветряком, может вызвать недовольство живущих рядом людей;
5. кроме самой установки, понадобится масса дополнительного оборудованная: аккумуляторы, инвенторная установка, система управления, мачта.

Компоненты и расчеты

Стоимость постройки варьируется в самых широких пределах, в зависимости от выбранной конструкции ветряка и использованных компонентов. Есть два основных типа ветрогенераторов — с горизонтальной осью вращения (обязательно располагать на высоте, оптимально 25-35 м) и с вертикальной осью, которые допустимо размещать просто на уровне земли.

Кроме самого генератора для ветряков с горизонтальной осью вращения необходим ротор с лопастями, редуктор и поворотный хвост, а также защитный кожух. Все это, обычно, устанавливается на высокую мачту. Поскольку мачта, как правило, довольно массивное и высокое сооружение, под него придется закладывать фундамент, а также закреплять ее дополнительными тросами-растяжками.

Дополнительно к суммарной цене конструкции добавляется стоимость монтажа при помощи крана. Чтобы избежать строительства высокой и дорогой мачты, для небольших ветряков все чаще используют варианты конструкции с вертикальной осью вращения ротора, которые способны работать на меньшей высоте при скоростях ветра от 1 м/с. Но такие системы относительно новые, поэтому однозначной статистики их эксплуатации еще не накоплено. Они дают меньше электроэнергии, зато существенно дешевле и не такие шумные, их проще изготовить своими руками.

На земле, в помещении располагается инвертор для превращения постоянного тока от генератора в переменный, комплект аккумуляторов, разъединители и автоматические выключатели, нужные для перераспределения полученной электроэнергии и отключения устройства при аварийных ситуациях либо для ремонта.

Примерное количество энергии, вырабатываемое на протяжении года ветряком с горизонтальной осью вращения можно подсчитать по такой эмпирической формуле: E = 1.64 * D*D * V*V*V. Где: E — электроэнергия за год (кВт*ч/год), D — диаметр ротора (в метрах), V — среднегодовая скорость ветра (м/сек). После этого подсчитываем количество и стоимость потребляемой вашим домом за год электроэнергии, а затем множим полученные цифры на 25-30 лет — оценочный срок службы ветряка. Исходя из этого, рассчитываем необходимый размер лопастей и примерную общую стоимость конструкции, в зависимости от стоимости компонентов.

Если мачту можно построить самостоятельно, то электрооборудование и сам ветряк целесообразно покупать серийные, заводской сборки. Хотя, народные умельцы не раз демонстрировали примеры самостоятельной постройки ветрогенераторов для дома на основе компонентов из других устройств (электрогенераторов автомобилей, промышленного оборудования, даже умудряются пускать в дело переделанные электродвигатели от бытовой техники), использовать самодельные лопасти ротора и хвостовое оперение.

Схемы, методики и советы несложно найти в интернете или специализированных технических журналах, но в таком случае вся ответственность за работоспособность и безопасность построенного ветрогенератора будет лежать только на вас.

Очевидно, что с увеличением диаметра лопастей ротора и высоты мачты и соответственно большей собираемой энергии ветра возрастает генерируемая мощность, но пропорционально растет окончательная стоимость конструкции.

По разным оценкам стоимость постройки небольшого ветрогенератора для дома составляет в пределах 2-8 тыс. долларов за 1 кВт электроэнергии. Если у вас дома нет централизованного электроснабжения, ветряк, скорее всего, будет стоить дешевле самостоятельной прокладки линии электропередач или топлива для дизель-генератора.

Если же он задумывался как средство экономии — считайте и делайте выводы о его необходимости для дома. Кстати, уже сейчас полученная на крупных промышленных ветрогенераторах электроэнергия за 1 кВт получается дешевле, чем электроэнергия, выработанная на классических тепловых электростанциях. Себестоимость электроэнергии на малых ветрогенераторах немного выше, но все последние годы она неуклонно снижается.

В любом случае, если сегодня ветряк окажется нерентабельным, не выбрасывайте сделанные своими руками расчеты — через некоторое время появление новых моделей генераторов с большими показателями КПД, изменение тарифов на электроэнергию могут кардинально изменить ваше предыдущее решение.

Также наблюдайте за ситуацией с зеленым тарифом, который применяется во многих странах. По этому тарифу электроэнергию, сгенерированную дома при помощи альтернативных источников, в том числе энергии ветра, можно возвращать в электросеть, получая за нее доплату. Появление в стране зеленого тарифа или изменение его ставки может существенно повлиять на время окупаемости ветряка и проносимую им экономию для дома.

Устройство ветряного генератора

Различные варианты ветрогенераторов значительно отличаются друг от друга.

На приведенной схеме представлено внутреннее устройство классического горизонтального ветряного генератора. Такие модели наиболее часто используются как в промышленности, так и в быту

Промышленные устройства представляют собой сложную многометровую конструкцию, для установки которой требуется фундамент, в то время как бытовая модель может состоять из минимума компонентов (электродвигателя постоянного тока 3-12В, электроконденсатора 1000 мкФ 6В, кремниевого выпрямительного диода).

Типовая установка включает в себя следующие составные части:

• генератор переменного тока (мощность зависит от скорости ветровых потоков);
• лопасти, которые передают вращение к валу генератора (часто они дополнительно оснащены редукторами, стабилизаторами скорости вращения ротора);
• мачта ветряка, к которой крепятся лопасти (чем выше находятся эти элементы, тем большее количество ветровой энергии они могут получить);
• аккумуляторы, накапливающие энергию, что позволяет использовать ее при небольшом ветровом потоке или его полном отсутствии. Батарея также выполняет функцию стабилизации электрической энергии, поступившей от генератора;
• контроллер – преобразователь переменного напряжения, полученного с генератора, в постоянное, которое применяется для заряда батареи. Управление контроллером осуществляется поворотом лопастей, что позволяет учитывать, куда движутся потоки воздуха;
• АВР – устройство автоматического переключения, связывающее ветрогенератор с другими источниками энергии (солнечными панелями, электросетью);
• датчик направления ветров – прибор, облегчающий лопастям поиск ветрового потока;
• инвертор для преобразования постоянного тока из аккумуляторов в переменное напряжение, которое применяется в электрокоммуникациях.

Для более полного удовлетворения пользовательских потребностей прибор может быть снабжен различными типами инверторов:

• приспособления с инвертормодифицированной синусоидой, выдающей квадратную синусоиду. Устройства этого типа подойдут для ТЭНов, ламп накаливания и иных приборов, нетребовательных к качеству сети;
• инверторы трехфазного напряжения, рассчитанные для трехфазных электросетей;
• установки с чистой синусоидой, которые производят энергию для более чувствительной техники;
• инверторы сетевые, способные функционировать без батарей. Подобные устройства предназначены для схем, предполагающих попадание электрической энергии непосредственно в общую сеть.

При выборе моделей следует обязательно обращать внимание на разновидность инвертора