Ветровые генераторы: конструкция, принцип работы. Окупаемость ветроэнергетических установок в условиях средней полосы россии.

Изготовление ветрогенератора своими руками является здоровой альтернативой покупному, ведь этот агрегат не из дешевых. Перед тем как изготовить ветрогенератор, конечно нужно получить необходимые знания, ну и конечно же, иметь определеннее навыки. Процесс это трудоемкий, и за пару часов здесь не управиться. Поэтому до того как сделать ветрогенератор своими руками, ознакомьтесь с предложенными ниже рекомендациями.

Одним из альтернативных источников энергии является использование ветрогенератора. Он может спасти при частых перебоях в сети электроснабжения. Ветрогенераторы для дома своими руками можно сделать, используя чужой опыт. При установке ветрогенератора на участке контролеры электросетей могут предъявлять претензии. На приватизированном участке никаких проблем не должно возникнуть, однако лучше все-таки предварительно проконсультироваться у местного юриста, чтобы выяснить, какие требуются разрешения, удостоверения или предписания для законной установки данного оборудования.

Перебои с подачей электроэнергии довольно часто случаются в сельской местности, особенно в непогоду. Иногда выбивает трансформатор, это происходит довольно регулярно - 1 раз в неделю, но аварийная РЭС устраняет эту проблему обычно в течение суток. Иногда наблюдаются более серьезные повреждения на линии, тогда приходится оставаться без электроэнергии в течение недели, а то и двух недель.

У тех, кто имеет автомобиль, есть возможность использовать топливо, но оно расходуется быстро, и тогда остается только ждать, пока аварийная служба не восстановит линии электропередач. В таких случаях автономная мини-электростанция в виде ветрогенератора своими руками оказывается как нельзя кстати, обеспечивая работу электроприборов.

Предлагаемая модель собирается из обычных материалов и очень проста в выполнении, поэтому доступна для повторения обычному человеку.

Размеры и характеристики ветрогенератора

Перед тем как сделать ветрогенератор, ознакомьтесь с его техническими характеристиками.

Мощность при расчетной скорости ветра 10 м/с будет составлять 1,5 кВт. При увеличении скорости ветра ветроколесо начнет автоматически выводиться из-под ветра. Хотя эту настройку можно изменить, и тогда удастся увеличить мощность до 2 кВт.

Начинать же свою работу данный прибор может при скорости ветра 3 м/с, но его также можно адаптировать и к более слабому ветру.

Технические характеристики ветрогенератора следующие:

• максимальная мощность - 1500 Вт;
• максимальный ток - 54 А;
• рабочее напряжение - 28 В;
• максимальный уровень шума при правильной балансировке - не более 57 дб;
• число оборотов генератора - минимальное: 1200 об/мин, максимальное: 4500 об/мин.

Масса и размеры ветрогенератора отвечают следующим параметрам:

• масса головки ветрогенератора (без хвоста и ветроколеса - не более 25 кг);
• диаметр ветроколеса - 3,02 м;
• длина хвоста - 2,037 м;

Как построить ветрогенератор: инструменты и материалы

Для изготовления ветрогенератора требуются минимальные слесарные навыки и владение электросваркой. Сборку конструкции и изготовление деталей можно проводить в обычных домашних условиях. Для этого не требуется специального оборудования, а все токарные работы не предусматривают высокой квалификации мастера.

Желательно применять для изготовления ветрогенератора металлические детали, поскольку пластмасса или дерево не способны выдерживать необходимые нагрузки в течение долгих лет, поэтому изделия из них требуют замены и дополнительного обслуживания. Также необходимо применять в конструкции одноступенчатый редуктор, который предназначен для активной эксплуатации и хорошо переносит различные климатические условия.

Для сборки ветрогенератора проводится не так уж и много сварочных работ, при этом можно использовать обычную электродную электросварку. Но даже если нет навыков проведения подобных работ, то можно обратиться к специалисту, причем стоимость этих услуг (с учетом стоимости материалов) все равно не превысит стоимости готового ветрогенератора.

Для изготовления конструкции своими руками потребуется болгарка, обычная дрель и сварочный аппарат с возможностью работы электродом диаметром 2 и 3 мм.

Для изготовления каркаса ветроколеса придется работать со сплавами алюминия. При этом необходимо учитывать специфику этих материалов при их сваривании и желательно использовать именно алюминиевый каркас, поскольку любые другие болтовые соединения, склепки или хомуты не в состоянии выдержать статического давления ветра и возникающих при этом динамических ударов - за исключением хомутов для крепления лопастей к самому каркасу, которые применяются только на этапе регулировки углов лопастей. Затем эти хомуты требуется приварить к трубе каркаса.

Для изготовления хомутов и соединения различных элементов конструкции ветрогенератора также понадобятся тиски, закрепленные на слесарном столе, поскольку «на весу» такие работы производить невозможно.

Все сварочные работы необходимо производить сплошными сварочными швами, чтобы не было пропусков в местах соединения деталей. Обязательно следует делать предварительную подготовку и зачистку свариваемых стыков.

Только тогда сборка конструкции будет давать гарантию надежности соединений, а значит, обеспечит возможность работать ветрогенератору в любых условиях, при этом его работоспособность не снизится даже при штормовом ветре.

Автомобильный и тракторный генераторы для самодельного ветрогенератора своими руками

Генератором для ветрогенератора в сельских условиях может служить автомобильный или тракторный вентильный генератор напряжением 14 или 28 В. Он будет преобразовывать механическую энергию ветродвигателя в электрическую,

Этот генератор для ветрогенератора, изготавливаемого своими руками, имеет все, что требуется - обмотку статора, выпрямитель и регулятор напряжения. Регулятор здесь должен быть настроен так, чтобы на выходе поддерживалось неизменное напряжение (допустимое отклонение - до 4% при изменении частоты вращения ротора в диапазоне 1:12 в автомобильных и 1:4 в тракторных генераторах). Такой регулятор автомобильного генератора способен вырабатывать электроэнергию постоянного тока с практически неизменным напряжением при значительных колебаниях частоты вращения ветродвигателя.

Вращающий момент в ветрогенераторе из автомобильного генератора будет передаваться от вала ветродвигателя (с частотой вращения 200-300 об/мин) к валу генератора (его номинальная частота вращения должна быть 5000 об/мин) с помощью многоступенчатого редуктора.

Чтобы выравнивать мощность самодельного ветрогенератора из автомобильного генератора, которую отдает ветросиловая установка при изменении скорости ветра, требуется аккумуляторная батарея. Она будет накапливать энергию при сильном ветре, и отдавать ее в безветренную погоду или при слабом ветре.

Применение аккумуляторов в ветрогенераторе из тракторного генератора позволит сделать электроснабжение в данном случае на самом деле бесперебойным. Выбирать емкость аккумуляторной батареи следует в зависимости от следующих факторов: средней скорости и частоты ветра в данной местности, мощности ветроустановки, мощности потребления электроэнергии, а также продолжительности максимума потребления за сутки.

Чтобы преобразовать в самодельном ветрогенераторе из тракторного генератора энергию постоянного тока в 12 или 24 В в переменный ток напряжением 220 В, нужно использовать преобразователь напряжения, т.е. инвертор.

В продаже встречаются недорогие преобразователи, которые можно использовать для бесперебойного питания различных потребителей мощностью от нескольких киловатт и сотен ватт.

Где и как установить ветрогенератор

Желательно, конечно, устанавливать ветрогенератор подальше от дома, от различных хозяйственных построек и сооружений, где-нибудь на открытом пространстве. Если вы сомневаетесь, где установить ветрогенератор, обязательно учтите плотность грунта, в связи, с чем подбирается материал для изготовления клиньев для растяжек мачты ветрогенератора, а также выбирается их длина. Например, на мягком грунте клин должен быть длиннее и массивнее, а на твердом грунте требуется более прочный металл для его изготовления. Всего клиньев для растяжек должно быть не менее трех, оптимальное их количество - четыре. Именно это количество обеспечивает необходимую надежность всей конструкции, а также упрощает процесс разметки площади для их последующего забивания в грунт. Ведь всегда проще сделать две диагонали, чтобы установить четыре места для забивания клиньев, и вычертить центр для установки мачты, чем чертить круг, а затем определять равные углы для установки трех клиньев.

Выбирая способы растяжки, необходимо также учитывать длину мачты и состояние грунта. Если планируется устанавливать длинную мачту, а грунт будет достаточно мягким, то к клинам должны быть более жесткие требования.

Низ мачты в данном случае нужно разварить и забетонировать. Мачту, в любом случае, необходимо опускать в грунт на глубину не менее 0,5 м, а крепления растяжек лучше забетонировать, ведь грунт после дождя будет становиться более рыхлым, что неизбежно приведет к ослаблению крепления клиньев. Кроме того, со временем грунт под воздействием вибраций и прочих влияний может поменять свой состав, что также скажется на прочности крепления клиньев.

Перед тем как установить ветрогенератор, позаботьтесь об усилении конструкции – для этого можно использовать любые элементы крепления (по желанию), главное - обеспечить должную надежность ветроустановке.

При установке ветрогенератора на открытой местности необходимо продумать средство подъема на высоту для обслуживания оборудования. Это средство должно надежно крепиться к мачте и быть достаточно удобным, чтобы на нем было возможно свободно производить необходимый монтаж и регулировку ветрогенератора. На открытых площадях сила ветра довольно высокая, поэтому можно соорудить не просто приставную лестницу, а целую площадку небольшого размера с приваренной лестницей, тщательно закрепив низ конструкции. Можно сделать это средство подъема на высоту съемным, чтобы использовать его для обслуживания других высотных объектов на участке.

Можно приварить ступеньки непосредственно к мачте, но, поскольку для обслуживания оборудования потребуется две руки, удержать равновесие на такой лестнице будет довольно сложно. Тогда придется использовать дополнительно страховочный пояс, чтобы обезопасить себя во время работ от падения.

Утяжеленная ступенями мачта, не считая установленной на ней головки, при установке потребует много сил, поэтому здесь придется воспользоваться помощью со стороны.

Как подключить ветрогенератор

При подключении в ветрогенераторе цепочки возбуждения можно использовать любой многожильный провод. При этом важно, чтобы в местах соприкосновения с мачтой этот провод был защищен изоляцией, резиновой или хлорвиниловой трубкой. Для силового выхода генератора также нужно применять многожильный медный провод. В этом случае площадь сечения жилы должна быть не менее 8 мм2. Это требуется для того, чтобы провод мог выдерживать пиковые токи до 60 А. Его так же, как и проводку цепи возбуждения, необходимо защитить изоляцией в местах соприкосновения с мачтой.

Перед тем как подключить ветрогенератор, там, где провод будет выходить из мачты, прорежьте отверстие размером 50 X 50 мм с помощью болгарки. Через это отверстие можно будет пропустить провода в мачту.

Сделать это удобнее с помощью стальки или куска обыкновенной железной проволоки, предварительно пропустив ее сквозь мачту, а затем зачалить остальные провода и протянуть их сквозь трубу мачты.

Как изготовить ветрогенератор на аккумуляторах

Аккумуляторы для ветрогенератора зачастую используются при установке малых конструкций в связи с нестабильностью выработки и расхода электрической энергии. Для описываемого здесь ветрогенератора необходима аккумуляторная батарея. В первую очередь это связано с необходимостью подключения обмотки возбуждения генератора. Нужный для подачи ток должен составлять примерно 1,2 А. Выбирать емкость батареи следует в зависимости от нагрузки, которая будет применяться в безветренную погоду, а тип батареи большого значения не имеет. Здесь важно только значение ее емкости. Желательно использовать готовую автомобильную батарею в 12 В.

Хотя вполне можно собрать такую батарею самостоятельно из отдельных элементов. При этом нужно учитывать несколько основных правил. Например, чтобы увеличить емкость батареи, можно параллельно или последовательно соединить несколько банок.

При последовательном соединении банок аккумулятора в 2 В обязательно нужно, чтобы они были одного типа и емкости. Допустимо, чтобы все они были кислотными, а их емкость составляла 200 А/ч. Если будут использоваться щелочные и никель-кадмиевые банки, то напряжение каждого элемента должно составлять 1,2 В, а количество банок должно быть 10, чтобы общее напряжение батареи равнялось 12 В (±10%). В противном случае от постоянного перезаряда или недозаряда батарея довольно быстро придет в негодность.

При параллельном соединении также важно, чтобы батареи были одного типа, и еще необходимо правильно выбирать место для их хранения. В условиях низких температур емкость большинства батарей будет сильно падать. Нужно, чтобы температура помещения не опускалась- ниже 0°С. При использовании кислотных или щелочных аккумуляторов большой емкости (более 100 А/ч) нужно, чтобы помещение было хорошо проветриваемым и нежилым - при зарядах этих типов аккумуляторов активно выделяется водород и другие сопутствующие пары кислот и щелочей, которые вызывают у человека ожог дыхательных путей и общее отравление организма.

Большинство производимых аккумуляторов данного типа являются необслуживаемыми, поэтому контакт с вредными веществами исключен. Тем не менее, следует соблюдать необходимую технику безопасности при работе с этим оборудованием и всегда помнить о возможной угрозе. Ведь даже незначительное нарушение герметичности корпуса, например, при падении прибора, может привести к ожогу тела и другим нежелательным последствиям.

Можно использовать старые батареи от автомобилей, которые уже не способны выдавать ток, необходимый для работы стартера, но в данной установке могут прослужить не один год в качестве промежуточного накопителя.

Роль бокового плана очень важна для работы ветродвигателя. Она позволяет создавать стабильную скорость вращения колеса. В этом случае ветроколесо будет отклоняться от потока воздуха (из-за давления ветра) на лопату. Постоянная мощность ветроколеса поддерживается благодаря направляющей дужке. При малейшем отклонении ветроколеса трос, натягиваемый пружиной, ляжет на эту дужку, тем самым создавая плечо переменной силы для пружины. При этом момент силы пружины будет приблизительно равняться моменту силы ветра (с учетом углов отклонения ветроколеса от направления ветра).

Как работает кислотный аккумулятор: принцип работы

Как работает кислотный аккумулятор необходимо потому, что он является одним из самых доступных - и потому есть большая вероятность его использования в изготовлении самодельной ветроустановки. Этот аккумулятор достаточно «капризный» в эксплуатации: его перезаряд приводит к выкипанию электролита, а постоянный недозаряд - к сульфатации пластин. У других типов аккумуляторов, как правило, нет такой критической реакции к этим факторам. Это необходимо учитывать при выборе аккумулятора.

Принцип работы кислотного аккумулятора заключается в следующем. Известно, что активная масса положительных пластин в заряженном аккумуляторе состоит из двуокиси свинца РbО2, а активная масса отрицательных пластин - из губчатого свинца Рb. Плотность электролита заряженного аккумулятора может варьироваться в зависимости от времени года и района эксплуатации в пределах от 1,25 г/см3 до 1,31 г/см3.

Когда аккумулятор работает на разряд, происходит химическая реакция, в результате которой активная масса отрицательных пластин начинает преобразовываться из губчатого свинца Рb в сернокислый свинец PbS04. В этом случае активная масса положительных пластин аккумулятора изменяется из перекиси свинца Рb02 в сернокислый свинец PbS04. В процессе реакции происходит одновременное выделение воды (Н20), при этом плотность электролита уменьшается с 1,25-1,31 г/ см3 до 1,09-1,15 г/см3.

В итоге плотность электролита при 100% -ном разряде снижается на 0,16 г/см3, а значит, в период разряда аккумулятора уменьшение плотности электролита на 0,01 г/см3 будет соответствовать снижению емкости аккумулятора на 6%. Остаточную емкость можно будет приблизительно определить по напряжению на клеммах не подключенного к нагрузкам аккумулятора.

Таблица «Соотношение плотности электролита с напряжением и зарядом батареи»:

Также важно знать, что при понижении температуры электролита даже на 1°С емкость батареи уменьшится примерно на 1% . В итоге при -25 °С емкость батареи будет меньше в 2 раза, чем при +25 °С. Эту зависимость обязательно нужно учитывать при выборе места для хранения аккумуляторной батареи. Помимо этого, следует учитывать, что батарея теряет свою емкость за счет саморазряда: за каждые сутки хранения при отсутствии подзарядки теряется до 1% емкости.

Когда происходит разряд аккумулятора, составляющий более 75% от его емкости, наступает сульфатация пластин, т. е. на поверхности образуется активное вещество - кристаллы сульфата свинца. Это приводит к необратимым химическим процессам и в итоге - к полному выходу аккумулятора из строя.

Во время зарядки аккумулятора также происходит химическая реакция, только в обратном порядке. Когда активная масса пластин преобразуется в РЬ02 и РЪ, плотность электролита перестает повышаться, а при дальнейшей зарядке происходит только разложение воды на водород и кислород, затем - ее испарение, в результате чего плотность электролита увеличивается. В связи с этим при снижении уровня электролита следует доливать только дистиллированную воду. А для зарядки кислотных стартерных аккумуляторов нужно использовать действие постоянного тока, чтобы не было превышения на 10% от номинальной емкости аккумуляторной батареи и напряжение не превышало 14,2 В.

Изготовление лопастей: как сделать самодельные лопасти для ветрогенератора своими руками

Лопасти для ветрогенератора (со всеми необходимыми крутками и профилем) можно смастерить из композитных материалов, например из полиэфирной смолы и стеклоткани. Этот процесс хотя и достаточно сложный, но доступный для самостоятельной реализации. При этом можно добиться максимального КПД лопасти и снижения ее веса, не применяя дорогостоящего и дефицитного материала. Все материалы самодельных лопастей для ветрогенератора в любом случае будут стоить дешевле, чем готовое ветроколесо заводского выполнения. Главным и самым ответственным моментом в работе является создание матрицы для снятия формы ветроколеса. Снимаемая форма будет в точности повторять матрицу, и на 100% именно от этого зависит правильность форм лопастей и всего ветроколеса.

Матрицу можно сделать из дерева. Перед тем как сделать лопасти для ветрогенератора, необходимо изготовить не менее пяти шаблонов. Матрицу следует делать с особой тщательностью, чтобы она обладала нужной прочностью для снятия определенного количества форм. Данная технология позволяет изготавливать матрицы любых круток, профилей и длин лопастей с высокой точностью. Снимать форму нужно по частям: сначала с одной стороны, затем - с другой. Перед нанесением слоев следует тщательно натереть матрицу куском воска или стеарина, а для больших лопастей лучше применять гелькаут - специальный гель для снятия форм.

При изготовлении лопастей для ветрогенератора своими руками сначала необходимо нанести слой смолы, затем уложить слой стеклоткани. Этот слой нужно пропитать смолой, не дожидаясь полимеризации (застывания стеклоткани). Затем снова укладывается слой стеклоткани и еще раз - слой смолы. После этого заготовку необходимо оставить на 6-24 часа (в зависимости от температуры воздуха, состава смолы и других факторов).

Когда произойдет полное застывание слоев, процедуру можно повторить и нанести следующий слой смолы и стеклоткани. Требуется уложить 3-4 слоя стеклоткани (в зависимости от ее толщины). Столько слоев требуется при длине лопасти до 2 м. Если приходится стыковать куски стеклоткани на одном слое, то не следует делать нахлесты, иначе нарушится форма изделия. Стыки должны быть ровными, без зазоров. На прочность изделия шов с совмещением встык никак не повлияет.

Для укладки слоев из инструментов потребуются кисточка, ножницы и пинцет, а также валик для укладки стеклоткани на матрицу. Принцип работы с валиком аналогичен тому, как происходит работа с ним при наклейке обоев. Валиком удобно разглаживать стеклоткань по поверхности матрицы. Разглаживать необходимо от середины к краям. Валик можно смастерить самостоятельно. Для этого потребуется резьбовая часть болта или трубы 16-24 мм с уваренными на торцах гайками 4-6 мм. В качестве ручки можно использовать проволоку черного металла диаметром 4-5 мм.

Таким же образом нужно наносить и снимать формы со стороны крутки лопасти. После этой процедуры их необходимо соединить, используя те же материалы - смолу и стеклоткань.

С помощью данного метода можно сделать ветроколесо с любым количеством лопастей. Для усиления конструкции следует использовать элементы армирования. Они не должны быть слишком тяжелыми, чтобы не повлиять на вес конструкции: увеличение веса не позволит ветроколесу работать на малых скоростях ветра и, кроме того, может привести к разрушению конструкции при расчетных или штормовых ветрах.

Конструкция и принцип действия ветрогенератора, расчёт, параметры и цены

Ветрогенератор – это один из вариантов установок, использующих альтернативную энергию. В этом случае используется энергия ветра. Такие установки встречаются на дачных участках, в частном секторе, а также в дальних районах, где нет электрической инфраструктуры. В таких местах люди вынуждены добывать электроэнергию, как могут. Но и на тех участках, которые подключены к электричеству тоже можно встретить ветрогенераторы. Это продиктовано экономическими соображениями и желанием получить автономное энергоснабжение. В последнее время строящиеся коттеджи стали оснащаться гелиосистемами и ветрогенераторами. Такие устройства не загрязняют окружающую среду и не требуют покупки топлива. Конечно, ветрогенератор не может использоваться с одинаковой эффективностью во всех регионах. Для этого требуются определённые климатические условия. В этом материале мы поговорим об устройстве, применении и эффективности ветрогенераторов.

Из названия ветрогенератора следует, что это оборудование приводится в движение ветром, но это далеко не все его особенности. Ветрогенераторная установка включает в себя несколько компонентов, перечисленных ниже:

• Ротор с лопастями. Могут быть двух, трёх и многолопастные ветрогенераторы;
• Редуктор. Он нужен для регулировки скорости вращения между генератором и ротором;
• Корпус. Служит защитой всех частей установки от воздействия окружающей среды;
• Механизм, регулирующий поворот конструкции по ветру;
• Аккумуляторы. Основная цель – это накопление электрической энергии. Ведь ветер дует непостоянно и генерируемую с его помощью нужно где-то сохранять;
• Инвертор. Используется для преобразования постоянного тока, который выдаёт ветрогенератор, в переменный, потребляемый бытовыми электроприборами.

Генератор может напрямую соединяться с ротором или между ними устанавливается редуктор, который повышает обороты генератора. Если ветрогенераторы крупные, работающие в местности с мощным потоком ветра, то в них может использоваться система регулировки положения лопастей для стабилизации оборотов генератора. В этом случае, при усилении ветра лопасти направляются в одну сторону. Это наращивает угол атаки ветряного потока, и ротор не ускоряет вращение. При ослабевании ветра лопасти, наоборот, поворачиваются так, чтобы ротор не снижал скорость. Обороты также могут быть отрегулированы нагрузкой на генератор или системой торможения. Цель этих регулировок в том, чтобы генератор функционировал на стабильных оборотах. Тогда он будет выдавать стабильное напряжение и тока со стабильной частотой. К примеру, 48 вольт 50 Гц.

Принцип работы ветрогенератора несложный. Лопасти вращаются под действием ветра и вращают ротор. Затем в генераторе механическая энергия превращается в электрическую. Генератор вырабатывает трёхфазный ток. От него приборы работать не смогут, а значит, его нужно преобразовывать. Ток проходит через контроллер и заряжает аккумуляторы. От них ток идёт на инвертор, преобразующий его работы бытовых электроприборов. Ток становится переменным однофазным (напряжение 220 вольт, частота 50 Гц).

Если ветрогенератор работает на небольших оборотах, то они используются без стабилизации оборотов. Устанавливаются они на небольшую высоту. Аккумуляторы в таких системах используются практически всегда, чтобы энергоснабжение было даже в полный штиль. Чтобы защитить ветрогенератор от урагана, используется система со складыванием хвоста. И также для этой цели применяется электрический тормоз.

Зарядку аккумуляторов регулирует контроллер. Он вовремя отключает заряд аккумуляторов, чтобы их не испортить. Это может делаться сбросом энергии на балласт или торможением обмотки генератора. В любом случае электроэнергию напрямую от генератора использовать нельзя. Она должна проходить через аккумуляторы и инвертор. На аккумуляторах обычно напряжение 12, 24 или 48 вольт. В стандартные 220 вольт их превращает инвертор. Кроме того, он преобразует напряжение из постоянного в переменное.

Если все потребители тока требуют низкое постоянное напряжение, то можно обойтись и без инвертора. К примеру, можно напрямую к аккумуляторам подключать электрические приборы номиналом 12 вольт.

Виды ветрогенераторов

Принцип работы ветрогенераторов в большинстве случаев аналогичен. Но существует ряд разновидностей. Часто их различают по виду материалов, которые используются для изготовления роторных лопастей, их число, положение оси вращения, шаговый признак винта. Чтобы иметь понимание о работе, ветрогенератора, нужно вкратце рассмотреть эти виды.

Сегодня распространены двух, трёх или многолопастные ветрогенераторные установки. Есть ещё небольшая группа современных ветрогенераторов, у которых совсем нет лопастей. В них ветер улавливается при помощи паруса, по форме напоминающего тарелку. За этим парусом находятся поршни, входящие в их состав гидросистемы, вырабатывающей электрический ток. У таких конструкций самый высокий КПД из всех установок на энергии ветра. Причём прослеживается такая тенденция, что при меньше количестве лопастей генератор вырабатывает больше электроэнергии.

Помимо числа лопастей, ветрогенераторы отличаются материалами, их которых их делают. Лопасти могут быть жёсткими (металл или стеклопластик) или парусными. Последние менее практичны, но зато дёшево стоят. По шаговому признаку винта различают устройства с фиксированным и изменяемым шагом. Ветрогенераторы с фиксированным шагом являются более надёжными. Установки с изменяемым шагом вращения позволяют менять скорость, но их конструкция имеет большие габариты и требует дополнительных расходов монтаж и обслуживание.

Больше всего вариантов ветрогенераторов получается, если классифицировать их по направлению вращения оси. Есть две большие группы: с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения можно подразделить на несколько видов, которые перечислены ниже.

• Ветрогенератор Савониуса. Это несколько полуцилиндров полых внутри, которые закреплены на вертикальной оси. Здесь плюс заключается в том, что они могут вращаться вне зависимости от силы и направления ветра. Основной минус в том, что энергию ветра используется только на 1/3;
• Геликоидный ротор. Этот вариант имеет закрученные лопасти, благодаря чему обеспечивается равномерное вращение. Это долговечный ветрогенератор, но сложный и дорогой;
• Ротор Дарье. Система представляет собой конструкцию с двумя или более лопастями в форме плоских пластин. Ротор прост в изготовлении, но вырабатывает немного энергии. Для его запуска потребуется дополнительный механизм;
• Многолопастные системы с вертикальной осью. Являются наиболее эффективными в плане выработки электроэнергии.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения имеют КПД выше, чем у вертикальных, но у них есть и свои минусы. К примеру, им нужно подстраиваться под направление ветра, для чего в их конструкции предусматривается флюгер. Кроме того, их эффективность сильно зависит от силы ветра. Так, что горизонтальные ветрогенераторы часто используют на открытом пространстве и располагают высоко над землёй. Им не должны мешать холмы, деревья, строения. Кроме того, стоимость горизонтальных установок довольно высокая и они издают сильный шум. Поэтому их лучше устанавливать вдалеке от строений.

Можно подразделить ветрогенераторы на импортные и отечественные. Среди зарубежных достаточно много китайских производителей. Присутствует также продукция из США и ЕС. Без проблем можно найти и продукцию российских предприятий. Стоимость ветрогенераторов зависит от мощности, наличия дополнительных функциональных возможностей (например, солнечных модулей). Цены могут меняться от десятков до сотен тыс. р.

Расчёт и выбор ветрогенератора

На что нужно обращать внимание при выборе ветрогенератора. Для начала поймите, что зарубежные дорогие модели необязательно будут оптимальным решением. Здесь нужно исходить из ваших потребностей в выработке электричества. Так, что подсчитайте, сколько электричества вы будете расходовать.

При выборе стоит учитывать тот факт, что все модели ветрогенераторов рассчитаны на свою скорость ветра. То есть, они выдают мощность, указанную производителем, только при определённой скорости ветра. А значит, не последнюю роль играют климатические условия в вашем регионе. К примеру, максимальная мощность достигается при 10─12 метров в секунду. А в вашем регионе это значение в среднем 4─5, то заявленная электроэнергия вырабатываться не будет. Получится так, что просто переплатите и не получите ожидаемой мощности.

Мощность ветрогенератора напрямую зависит от диаметра того круга, который образуют лопасти. Приблизительно можно вычислить мощность по следующей формуле:

P = D^2 * R^3 / 7000, где

D – диаметр лопастей;

R – скорость ветра.

Если диаметр будет равен 1,5 метра, а скорость в вашей местности 5 метров в секунду, то мощность будет примерно 0,04 киловатта. Как видно мощность можно увеличить двумя способами: наращивая диаметр и скорость ветра. Причём последний параметр от нас не зависит. Обращайте внимание при покупке и на ёмкость аккумуляторов. Штиль может быть практически везде, кроме прибрежных зон. И в такие периоды ваши электроприборы будут брать электричество от аккумуляторов. Их ёмкость ограничена. Поэтому лучше дополнительно иметь резервное питание.

Чтобы обеспечить резервное энергоснабжение, нужно подключить ветрогенератор к электрической сети или использовать вместе с солнечными батареями. При необходимости можно скомпенсировать перебои в работе ветрогенератора.

Какое количество электроэнергии требуется обычной семье? В рядовой квартире у нас набегает за месяц примерно 360 кВтч. Ветрогенератор мощностью 5 киловатт выработает это количество даже при небольшой скорости ветра, какая обычно бывает в средней полосе России. А вот если энергопотребление велико (к примеру, стоит электрообогреватель, электрокотёл и т. п.), то ветрогенератора мощностью в 5 киловатт уже не хватит. Если только он не установлен у берега моря или крупного водоёма.

Еще недавно о домашней электрификации могли только мечтать. Но мечтам свойственно сбываться и человек научился обеспечивать себя электричеством не только в промышленных масштабах, но и для домашнего пользования. О том, что такое ветрогенератор, как он работает, каких он бывает видов, и как его сконструировать своими руками, мы и расскажем в нашей статье.

Первое и самое главное преимущество такого устройства это то, что оно является альтернативным источником энергии. Другими словами, ветряк способствует превращению энергии воздушных потоков в электричество.

Вторым преимуществом конструкции можно считать тот фактор, что ее можно эксплуатировать не только в экстремальных условиях обитания человека, но и в нашей повседневной жизни, например, на приусадебном участке, где отсутствует электропитание или в населенных пунктах, где подача электроэнергии производится с большими перепадами или перебоями.

Н

а сегодняшний день популярность электрогенераторов возрастает с каждым днем. В первую очередь ими оборудуют дорогие коттеджи, на содержание которых, как правило, требуется много электроэнергии. В этом случае, наиболее подходящим оборудованием будут именно ветрогенераторы, которые, помимо этого, обладают и другими положительными свойствами:

• экологичностью;
• ему не требуется сырья для производства электроэнергии;
• процесс преобразования не имеет отходов.

Принцип работы ветрогенератора

Чтобы разобраться с тем, как работает ветрогенератор, придется детально рассмотреть его составляющие. Основными элементами такой конструкции будут:

• лопасти, которые под воздействием потоков воздуха преобразуют энергию ветра, путем своего вращения;
• генератор, который предназначен для выработки переменного тока;
• контроллер, предназначенный для контроля за лопастями и для преобразования поступающей энергии. Именно переменный ток требуется для аккумуляторов;
• аккумуляторы, предназначающиеся для накапливания и выравнивания энергии;
• инвертор, который предназначен для превращения постоянного тока, поступающего с аккумулятора, в переменный;
• мачта, приподнимающая лопасти над уровнем земли.

Если говорить простым языком, то эксплуатация такого оборудования выглядит по такому принципу: при воздействии ветра происходит движение лопастей, которые способствуют запуску ротора, в результате чего наблюдается преобразование энергии механической в электрическую.

При вращении, ротор производит трехфазный ток, который несовместим с электроприборами. Чтобы их работа была возможной его необходимо преобразовать. Это выполняет контроллер, который преобразует поступающий ток в постоянный.

Этот ток, при прохождении через аккумуляторы, заряжает их и поступает в инвертор, где преобразуется в переменный ток, с привычными нам характеристиками. Он имеет напряжение 220 В и частоту 50 Гц.

Все ли ветрогенераторы одинаковые?

Если учитывать работу устройства, то она одинаковая у всех видов ветрогенераторов. Но различия все-таки есть, которые кроются в лопастной системе. Если говорить о конструкциях для бытового использования, то здесь необходимо уделить внимание материалу, который будет использоваться для конструирования лопастей. Помимо этого, эффективность оборудования зависит от количества лопастей, шагового признака винта и направлений оси движения, относительно земли.

Многие ветрогенераторные устройства относятся к одно-, двух-, трех- и многолопастным конструкциям. Некоторые, вообще, их не имеют, а вместо лопастей они оборудованы специальным парусом, который улавливает потоки ветра. За этим парусом находятся поршни, запускающие гидросистему, которая и производит электричество.

КПД таких устройств намного выше, чем у лопастных моделей. Что касается их, то они придерживаются такого принципа, чем меньше количество лопастей на установке, тем больший объем энергии может произвести генератор.

Ветрогенераторы и их виды

Все устройства этого типа имеют отличия не только по числу лопастей, но и по материалу изготовления. Обычно, для их производства используют металл, стеклопластик или парус, который считается более доступным, но недостаточно практичным материалом.

Если сравнить изделия по шаговому признаку винта, то наиболее надежным будет та конструкция, которая будет содержать фиксированный шаг. Есть несколько моделей с изменяемым шагом, которые могут изменить скорость движения, но из-за своей громоздкости они требуют увеличения расходов на монтаж и дальнейшее обслуживание.

Если сравнивать устройства, согласно направления оси движения, относительно поверхности земли, то здесь существует больше вариантов.

Конструкции с вертикальными осями могут быть нескольких видов:

Устройства с горизонтальными осями вращения тоже обладают несколькими преимуществами и недостатками. Неоспоримый плюс - это высокое КПД, а недостатками считают необходимость улавливания ветряных потоков с помощью флюгеров, а также зависимость эффективности от направлений ветра.

Чтобы горизонтальные устройства были более эффективными, их рекомендуют устанавливать на открытых участках.

Следующий критерий, по которому отличаются все ветрогенераторы, это его страна производства, он может быть отечественным или импортным.

Стоимость ветрогенераторов определяется, исходя от их мощности и дополнительных функций. Если конструкция содержит солнечные батареи, то ее цена может колебаться до сотен тысяч рублей.

Как сконструировать ветрогенератор в домашних условиях

Несмотря на все преимущества ветрогенераторов, самым главным их минусом будет высокая стоимость. Естественно, что позволить их установку может не каждый, поэтому единственным выходом из сложившейся ситуации будет изготовление оборудования самостоятельно. Для выполнения этих работ вам необходимо подготовить схему конструкции, чертеж и все элементы оборудования.

Каждый самодельный ветрогенератор должен содержать такие детали:

• лопасти;
• генератор;
• мачту;
• установку для преобразования тока.

Процесс изготовления роторного ветрогенератора начинается с того, что подыскивается бочка или другая емкость, цилиндрической формы. Используя измерительные инструменты, необходимо разделить нашу емкость на четыре равные части - это будут лопасти конструкции. Остальные работы выполняются в несколько шагов:

• При прорезании лопастей обратите внимание, что их не прорезают до конца, достаточно будет сделать глубокие прорези, при помощи болгарки;
• Одновременно с этим занятием, вам необходимо переделать шкив генератора. Для этого, в днище емкости и шкиве отмечают и просверливают отверстия для будущих болтов;
• Теперь необходимо отогнуть лопасти, но так, чтобы они не сильно отдалялись от центральной части. При отгибании лопастей учтите, куда будет выполняться вращение генератора. В большинстве случаев его движение выполняется по часовой стрелке;

Угол наклона лопастей будет влиять на степень вращения лопастей и территорию захвата воздушными массами.

• На шкив необходимо установить емкость с отогнутыми лопастями;
• Прикрепить генератор на мачту, закрепив его при помощи хомутов;
• Осталось подсоединить все провода и собрать цепь. Для удобства, необходимо переписать схему соединения проводов и промаркировать контакты, это поможет избежать путаницы в дальнейшем. Провода закрепляют на мачте;
• Присоединение аккумулятора выполняется 4 мм проводами. Максимальная длина отрезка, который может пригодиться, будет равна 1 м;
• Для подключения конструкции к сети используют провода, сечением 2,5 мм 2;
• Теперь устанавливается инвертор, для чего используются провода, сечением 4 мм 2 .

Есть еще несколько способов изготовления ветрогенератора в домашних условиях, что можно посмотреть на представленных видео.

Сколько энергии необходимо для среднестатистической семьи

Если это городская квартира, то для обеспечения работоспособности электрических приборов хватит и 0,5 кВт.

При установке ветрогенератора, мощностью 5 кВт, вы можете обеспечить себя достаточным объемом электроэнергии, даже если скорость воздушных потоков будет незначительной.

Если обогрев квартиры зависит от электроприбора, то для его работоспособности потребуется более мощные генераторы и высокая скорость ветров, которая наблюдается в береговой линии.

При подборе такого оборудования необходимо придерживаться нескольких правил и советов:

Не думайте, что дорогая конструкция импортного производства будет наиболее надежной и долговечной. При выборе такого устройства обратите внимание на количество производимой энергии, если эти данные соответствуют вашим потребностям, то вы можете присмотреться к этой модели.

Если выбранная модель соответствует вашим запросам, то учтите, что их работа рассчитана на определенную

скорость воздушных потоков. Оцените будущее месторасположение ветрогенератора, насколько часто там бываю заявленные порывы ветра, чтобы не получилось так, что вы заплатили за то, чего не сможете получить.

Мощность ветряка напрямую зависит от размера колеса, сформированного лопастями. Поэтому при его увеличении даже в 2 раза вы приобретете в 4 раза больше электричества.

Прочитайте про еще один вид альтернативного источника энергии солнечные батареи . Их также можно сделать своими руками.

Следующее, на что следует сделать акцент, это емкость аккумулятора. Если ваше местоположение не относится к береговой зоне, то, скорее всего, штиль будет частым спутником вашей конструкции. Поэтому работоспособность устройства будет полностью зависеть от емкости аккумулятора. Так как они могут очень быстро разряжаться, то нелишним будет иметь дополнительное оборудование, такое как солнечные батареи.

Где следует устанавливать ветрогенераторы

От правильной установки ветрогенератора зависит объем производимой электроэнергии. Оптимальным местом для таких устройств будет открытая площадка, обдуваемая со всех сторон ветрами. Если поблизости располагаются высокие деревья, то лучше подыскать более подходящее место для его установки.

Помните, что работа ветрогенератора не совсем бесшумная, поэтому соседям, находящимся в непосредственной близости от установленного устройства, будет некомфортно. Оптимальное расстояние от ближайшего жилого комплекса должно равняться 250 метрам.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что использование ветрогенератора на своем участке должно быть обоснованно его целесообразностью, а не данью моде. Если было решено использовать альтернативные источники энергии, то вам придется сделать выбор: заплатить большую сумму и приобрести готовую конструкции или сэкономить и изготовить устройство своими руками. Если эти вопросы остались позади, обратите внимание на месторасположение ветряка, ведь от этого тоже зависит эффективность его использования.

Ветрогенератор – отличная идея для частного дома. Он поможет сэкономить на электричестве и поддерживать экологичность естественной среды

Еще совсем недавно ветрогенератор для частного дома был инновационной техникой, но сегодня он все чаще встречается в быту. Чтобы выбрать такой прибор для своего дома, нужно разобраться, что из себя представляют ветряные электростанции, какие разновидности бывают и какие условия нужны для их полноценной и рентабельной работы.

Небольшую установку из маленьких ветрогенераторов можно разместить прямо на крыше дома

Что собой представляет ветрогенератор

Работает этот прибор по такому принципу: вращение лопастей, которые насажены на генераторный вал, происходит за счет потока ветра – это производит переменный ток. Такое электричество аккумулируется и сохраняется в аккумуляторных батареях, потребляется бытовой техникой по мере надобности. Эта схема очень упрощена. В реальности иногда требуются приборы, которые преобразуют электрический ток.

После генератора в этой цепи размещается контроллер. С его помощью происходит преобразование переменного тока в постоянный, который заряжает аккумуляторные батареи. Практически вся техника не работает от постоянного тока, поэтому после аккумулятора потребуется наличие еще одного прибора – инвертора. Это устройство производит операцию в обратном порядке, то есть преобразует постоянный в переменный ток с напряжением 220В. В ходе таких манипуляций происходят определенные потери полученной электрической энергии, что составляет примерно 15-20%. Это немалая часть.

В случае, когда применяют несколько устройств для получения электричества (ветряк плюс солнечные батареи или топливный генератор), потребуется дополнить схему выключателем (АВР). Он потребуется для того, чтобы при выключении одного из приборов включался другой – резервный.

Чтобы получить максимально возможную мощность, необходимо размещать ветряк вдоль потока ветра. Этот момент реализуется по принципу флюгера. Нужно закрепить вертикальную лопасть на противоположном конце генератора – это делается для того, чтобы она разворачивала его навстречу воздушным потокам. Если применена более мощная установка, на ней устанавливается поворотный электромотор.

Разновидности и особенности ветряков

Все ветрогенераторы разделяются на две группы:

• с ротором, размещенным вертикально;
• с горизонтальным ротором.

Менее эффективным для получения электричества считается первый тип: его КПД меньше, чем у горизонтальных, почти в три раза. Преимуществами являются простота сборки и надежность. Низкий уровень шума делает возможным монтаж такого прибора на крыше дома и на уровне с землей. Такие приборы устойчивы при плохих погодных условиях (ураган, обледенение). Начинают работать от слабой силы ветра 1-2 м/с.

Если говорить о горизонтальных, то им понадобится сила ветра не менее 3,5 м/с, однако эти приборы являются самыми распространенными. Уровень КПД составляет 50%, но зато шум и вибрация будут достаточно высокими. Для того чтобы установить такой прибор, потребуется много свободного места, до 100 метров, и высокая мачта.

Использование ветрогенератора для 220В может быть оправдано в ряде случаев:

• отсутствие возможности включиться в энергосистему общего пользования;
• можно изготовить прибор самостоятельно;
• в случае активного участия в движении экологической безопасности планеты.

Обратите внимание! Просто для питания дома монтировать ветряк не имеет смысла, ведь даже если в вашей географической широте постоянно дует ветер, это не делает прибор выгодным с экономической точки зрения.

Рассчитываем и подбираем прибор для своего дома

Потоки воздуха не могут поступать постоянно к вашему дому, как, например, подаваемый по газопроводу газ . Это капризное природное явление, которое сложно назвать постоянным. В один день это ураган, в другой – полный штиль. До того как купить ветрогенератор для частного дома или изготовить его своими руками, стоит определить возможности ветра в своем регионе. Это оценивается при помощи среднегодового показателя силы ветра. Такой параметр легко выясняется в интернете.

Если вы получите силу, меньшую 4 м/с, то устанавливать ветряк не стоит, потому что он не сможет генерировать необходимое количество электричества. Как только определились с моментом, что ставить прибор можно, следует подобрать генератор по мощности.

Для , в котором проживает одна семья, в среднем понадобится 300 кВт/ч в месяц. Если ваш регион с невысоким потенциалом ветра, тогда вам потребуется ветрогенератор 2-3 кВт мощности. Запомните, что зимой электричества будет получаться больше, чем летом: это обусловлено разностью скорости ветра.

Важные условия для беспрерывной работы прибора

Какой бы регион ни был, сила ветра не может быть величиной постоянной: она меняется как по направлению, так и по величине. Обязательно будет возникать период штиля. Кроме того, в течение суток потребление электроэнергии разное и не может быть постоянным. Эти факторы обусловливают сложность конструкции ветряка и потребность его в аккумуляторах и инверторе.

Прибор производит энергию небольшими партиями, а батарея аккумулирует ее, чтобы потребители могли использовать ее, когда им это потребуется. Не стоит устанавливать ветряк без дополнительных узлов, но тогда вы можете остаться без энергии в периоды штиля.

Нужно также помнить об устройствах для защиты и автономной работы ветроэлектрогенератора. От этого зависит непрерывное снабжение энергией дома.

• Все установки обязательно оснащаются защитой от молнии: это необходимо, потому что ветряк – высокая конструкция, сделанная из проводящих ток материалов.
• Обязательно необходимо укомплектовать прибор защитой от обледенения – это позволит избежать наледи на лопасти турбины в холодное время года.
• Необходимо оборудовать установку системой пожаротушения. Это позволит быстро локализовать очаг возгорания, причин которому может быть несколько: утечка масла, короткое замыкание, попадание молнии.
• Для того чтобы создать исправную работу ветряка при разных порывах ветра, применяют автоматическую систему торможения. Ветер с большой скоростью способен вывести из строя редуктор и сам генератор, поэтому без тормоза просто не обойтись.