Советы по монтажу ветрогенератора своими руками

Инструкция по изготовлению

Ветряк можно изготавливать даже из пластиковых бутылок. Он будет крутиться под действием ветра, издавая при этом шум. Возможных схем обустройства таких изделий существует много. Ось вращения допустимо располагать в них вертикально или горизонтально. Эти устройства используются в основном для борьбы с вредителями на приусадебном участке.

Самодельный ветрогенератор похож на бутылочный ветряк по конструкции, но размеры его больше, и он отличается более основательной конструкцией.

Сборка генератора

Для сборки ветряной электростанции обязательно потребуется генератор. В его корпус необходимо поставить магниты, которые будут обеспечивать электроэнергию в обмотках. Такой тип устройства имеют отдельные виды электродвигателей, к примеру, которые установлены в шуруповёртах. Но изготовить из шуруповерта генератор не удастся. Он не обеспечит необходимой мощности. Его хватит разве что на подпитку небольшой светодиодной лампы.

Из автомобильного генератора ветряную электростанцию тоже вряд ли получится сделать. Объясняется это тем, что в данном случае применяется обмотка возбуждения, получающая питание от аккумулятора, почему он и не подходит для этих целей. Следует подбирать самовозбуждающийся генератор оптимальной мощности либо купить готовую модель. Эксперты рекомендуют приобретать его в готовом виде, т. к. это устройство обеспечит высокий КПД, но никто не мешает сделать его своими руками. Предельная мощность у него будет находится на уровне 3,5 кВт.

Что потребуется взять:

1. Статор. Для него используется 2 металлических листа, разрезанных на круги диаметром 500 мм. На каждый кусок наклеивают 12 неодимовых магнитов с диаметром 50 мм. Фиксируют их, несколько отступив от краев изделий, обязательно с чередованием полюсов. То же самое делают со второй окружностью, но полюсы ставят со сдвигом.
2. Ротор. Конструкция включает в себя 9 катушек, которые наматываются медной проволокой диаметром 3 мм. Необходимо проделать по 70 витков во всех катушках. Чтобы разместить их, следует обустраивать немагнитную основу.
3. Ось. Проделывают её в середине ротора. Надо отцентровать конструкцию, иначе она рассыплется под воздействием ветра.

Ставят ротор и статор и на дистанции 2 мм. Обмотки объединяют таким образом, чтобы получился 1-фазный источник переменного тока.

Создание лопастей

В ветреную погоду из готового устройства можно добывать 3,5 кВт мощности. При средней интенсивности воздушного потока этот показатель составляет не более 2 кВт. Устройство бесшумное, если сравнивать с моделями на электродвигателе.

Следует подумать о месте монтажа лопастей. В рассматриваемом примере изготавливается простая модификация ветрогенератора горизонтального типа с тремя лопастями. Можно попробовать изготовить вертикальной вариант, но КПД у него будет пониженным. В среднем он составит 0,3. Единственным преимуществом такой конструкции будет возможность работы при любом направлении ветра. Простые лопасти изготавливаются с помощью таких материалов:

1. Древесина. Ее недостатком является появление трещин через некоторое время после запуска.
2. Полипропилен. Идеальный вариант для генераторов небольшой мощности.
3. Металл. Считается долговечным и надежным материалом, из которого можно изготавливать любые по размеру лопасти. Лучше всего подходит в данном случае дюралюминий.

Одно дело — изготовить своими руками лопасти для ветрогенератора, и совсем другое — обеспечить сбалансированность конструкции. Если все нюансы не будут учтены, сильный ветер без особого труда разрушит мачту. Как только лопасти будут изготовлены, вместе с ротором их устанавливают на монтажную площадку, где будет закреплена хвостовая часть.

Разновидности генераторов

Прежде чем решить, как сделать ветрогенератор своими руками, рассмотрим особенности конструкции:

По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным

• Классическая конструкция — ось вращения расположена параллельно земле, плоскость лопастей — перпендикулярно. Такая схема предусматривает свободное вращение вокруг вертикальной оси, для позиционирования «по ветру».Чтобы плоскость вращения всегда занимала эффективное положения перпендикулярно направлению ветра, требуется хвостовое оперение, которое работает по принципу флюгера. Принцип действия простой: ветер меняет направление, воздействует на хвостовую плоскость, ось вращения генератора всегда расположена вдоль движения потока воздуха. Единственная сложность — подключение силовых кабелей. Если корпус генератора совершит несколько оборотов вокруг вертикальной оси, провода намотаются на мачту, и оборвутся. Поэтому требуется установка ограничителя. Он не позволяет совершить полный оборот, но приводит к зависанию) корпуса в мертвых зонах.Промышленные образцы имеют электронный регулятор слежения за направлением, и поворачивает корпус с помощью встроенного электромотора.Решить проблему можно с помощью цилиндрического пропеллера, который принимает воздушный поток как поперек, так и вдоль оси вращения. Правда, эффективность зависит от угла атаки. Чем больше ветер отклоняется от угла 90°, тем ниже КПД.Но такую конструкцию трудно сделать своими руками, из-за сложностей в аэродинамике движителя.
• Оптимальный вариант — вертикальные генераторы (то есть, ось вращения вала располагается перпендикулярно земле). При таком расположении аэродинамического движителя, вы вообще не зависите от направления ветра. Вращение одинаково эффективно, и зависит только от силы потока воздуха.Форма лопастей может быть самой разной, есть простор для инженерной мысли. Существует множество интересных аэродинамических проектов, разработанных научными учреждениями. Причем чертежи большинства их них представлены в свободном доступе. Причем конструкции, опубликованные в литературе технической направленности времен СССР, порой оказываются наиболее рациональными.Роторные винты имеют неоспоримое преимущество: вертикальный генератор закреплен статично, что упрощает электрическое подключение. Нет необходимости устанавливать ограничители вращения, как в горизонтальных схемах.

По номиналу генерируемого напряжения

• Ветрогенераторы, изготовленные своими руками на 220 вольт, не требуют дополнительных преобразователей величины напряжения, и являются конструкциями прямого применения. Однако их работа зависит от силы ветра. Как минимум, необходим стабилизатор на выходе, выполняющий функцию регулятора при разных оборотах вала. При отсутствии ветра, система просто не работает.Преимущества неоспоримы: как правило, используется мощный электродвигатель, на который можно устанавливать винт, непосредственно закрепив его к валу ротора. Переделки минимальны по трудозатратам, такие моторы уже имеют удобный постамент, остается лишь изготовить опорную площадку.Электродвигатели можно найти с минимальными финансовыми затратами: от любой списанной электроустановки. Например, промышленного вентилятора. Подходят и моторы от бытовой техники: стиральные машины, пылесосы.
• 12 вольт (реже 24 вольта). Наиболее популярная конструкция — ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора. Причем он демонтируется из автомобиля-донора в комплекте с преобразователем напряжения. Переделка схемы не требуется: на выходе мы получаем либо 14 вольт (в автомобиле таким напряжением заряжается аккумулятор), либо требуемые для питания вашей энергосистемы 12 вольт. Наличие шкива позволяет сконструировать ременную передачу с требуемым соотношением оборотов. Ответную часть также можно снять с автомобиля донора.При желании, лопасти крепятся непосредственно на вал.Такие ветрогенераторы можно использовать как для непосредственного подключения к потребителю, так и в автомобильном режиме, воспроизведя систему зарядки в комплекте с аккумулятором. Если для организации энергоснабжения требуется 12 вольт, питание берется напрямую с клемм аккумулятора. Для получения 220 вольт, используется преобразователь. Подходящий вариант — источник бесперебойного питания.Система работает следующим образом: если отбираемая мощность ниже, чем может обеспечить генератор — аккумуляторные батареи заряжаются. Если порог превышен — мощность генерируется от АКБ.

Агрегат аксиального типа

Так как рынок насытился неодимовыми магнитами, стоимость этих изделий значительно снизилась. В результате можно на их основе собрать эффективный ветряк. Основой аксиального генератора станет ступица с тормозными дисками от машины. Перед началом работ ее необходимо очистить, проверить и смазать подшипники, а также покрасить.

Установка магнитов

Всего потребуется около 20 магнитов размера 20х8 мм. При желании можно использовать и большее количество этих изделий. Однако в такой ситуации следует руководствоваться двумя правилами:

• Если генератор будет однофазный, то число магнитов должно соответствовать количеству полюсов.
• Для трехфазного устройства следует придерживаться соотношения полюсов и катушек соответственно 2/3 или 4/3.

Магниты просто наклеиваются на диски ротора, но при этом их полюса должны чередоваться. Чтобы все сделать правильно, стоит предварительно изготовить шаблон-шпаргалку. Предпочтение следует отдать магнитам прямоугольной формы, так как при работе они создают магнитное поле по всей длине. Также следует отметить, что противостоящие магниты должны иметь разные полюса.

Выбор типа генератора

При сравнении одно- и трехфазного устройства, предпочтительнее выглядит второе. Одним из основных недостатков однофазного генератора являются вибрации, возникающие при работе. Причина их появления кроется в разнице амплитуд тока, так как его отдача происходит неравномерно. Благодаря компенсации фаз в трехфазной модели, поддерживается постоянная мощность.

Кроме этого отдача однофазного устройства примерно на 50% меньше. На этом преимущества 3-фазного генератора не заканчиваются. Так как при его работе не возникает вибрация, то шумовые показатели всей ветряной установки будут существенно ниже. При этом не стоит забывать и об увеличении срока эксплуатации, если выбор пал на трехфазную модель генератора.

Изготовление катушек

В создаваемом ветряке процесс зарядки батареи должен стартовать при частоте вращения ротора в 100−150 об/мин. Таким образом, общее число витков на всех катушках находится в диапазоне 1000−1200.Если эти цифры разделить на количество используемых катушек, то можно рассчитать число витков на каждой из них.

Следует помнить, что благодаря увеличению количества полюсов можно повысить мощность всей установки при работе на низких оборотах. На характеристики самодельного генератора серьезное влияние оказывает не только количество магнитов, но и их толщина. Общую мощность генератора можно рассчитать опытным путем. Для этого после изготовления одной катушки ее следует прокрутить в устройстве и измерить напряжение на определенном количестве оборотов без нагрузки.

Дальнейшие расчеты достаточно просты. Можно предположить, что при сопротивлении в 3 Ом на 150 об/мин на выходе получилось 27 В. Если из этого значения вычесть номинальное напряжение аккумулятора (в этом случае 12 В), получится 15 вольт. Для определения силы тока полученный результат (15 В) необходимо разделить на сопротивление катушки (3 Ом), что дает 5 ампер. Катушки необходимо между собой закрепить неподвижно, а выведенные наружу концы фаз соединяются треугольником или звездой. После сборки генератора его стоит проверить на работоспособность.

Финальный этап сборки

Высота мачты в среднем должна составлять от 6 до 12 метров, а ее основание стоит забетонировать. Ветряк монтируется на верхней части мачты и для упрощения ремонтных работ стоит предусмотреть механизм ее подъема и спуска, который будет приводиться в движение с помощью ручной лебедки.

Для изготовления пропеллера отлично подойдет труба из ПВХ с диаметром в 160 мм. Выбор формы лопастей осуществляется опытным путем, а основной задачей на этом этапе является усиление крутящего момента при работе на низких оборотах. Чтобы уберечь винт от сильных порывов ветра, его стоит оснастить складным хвостом.

Подготовительные мероприятия

Шаг 1. Выбор места установки ветрогенератора. Первый и самый важный шаг – выбор места установки. Необходимо выбрать открытое пространство, где нет препятствий, которые могут блокировать поток ветра, и где вы сможете установить высокую башню. Избегайте установки ветрогенератора рядом с зданиями, деревьями и другими объектами, которые могут стать препятствием для ветра.

Шаг 2. Определение примерных параметров ветрогенератора. Этот шаг включает в себя подготовку чертежа, который определит параметры вашего будущего ветрогенератора. В качестве основы можно использовать готовые чертежи из интернета. Ключевыми параметрами являются диаметр лопастей и высота башни. Лучше всего обратиться к специалистам, чтобы выбрать оптимальные параметры ветрогенератора на основе климатических и географических особенностей местности.

Шаг 3. Покупка комплектующих. После определения параметров необходимо купить необходимые комплектующие. Список комплектующих может варьироваться в зависимости от выбранных параметров и используемых материалов, но как правило, он включает в себя лопасти, навесные подшипники, генератор, контроллер заряда, батарею, провода и т.д.

Шаг 4. Изготовление лопастей. Лепестки и являются самыми важными деталями ветрогенератора. Из-за их формы и размера, ручное изготовление может быть сложным, но не невозможным. В интернете можно найти множество инструкций по изготовлению лопастей.

Шаг 5. Установка башни и лопастей. После того, как все детали подготовлены, можно приступать к установке. Сначала нужно установить башню, затем закрепить лопастные вентиляторы на навесных подшипниках и поднять их на башню.

Шаг 6. Подключение генератора и контроллера заряда. Последний шаг – подключение генератора и контроллера заряда на башне. Намотайте провода, установите приборы удобно и подключите их к батарее. Следуйте инструкциям производителя для правильной установки.

Подбор места для установки

В выборе места для установки ветрогенератора необходимо учитывать несколько основных факторов:

• Скорость ветра. Чтобы генератор смог производить электроэнергию, необходимо, чтобы скорость ветра была достаточно высокой и стабильной.
• Удаленность от препятствий. Ветрогенератор должен находиться на расстоянии от препятствий, таких как деревья, здания и другие высокие объекты, чтобы обеспечить свободный доступ ветра к лопастям генератора.
• Доступность и безопасность. Место установки должно быть доступным для транспортировки оборудования и безопасным для работы.

Хорошим местом для установки ветрогенератора может быть открытая равнина вдали от застройки или на берегу моря, где обеспечена стабильность скорости ветра

Важно также учитывать местные законы и правила по установке альтернативных источников энергии

Преимущества установки ветрогенератора:	Недостатки установки ветрогенератора:
Независимость от традиционных источников энергии; Экологически чистый источник энергии; Снижение счетов за электроэнергию.	Высокая стоимость установки; Зависимость от погодных условий; Требуется достаточно большая площадь для установки.

Расчет мощности генератора

Перед тем, как приступить к конструированию ветрогенератора, необходимо определить мощность генератора, который вы будете использовать в своей конструкции. Мощность генератора зависит от нескольких факторов:

• Средняя скорость ветра в месте установки ветрогенератора
• Форма и площадь лопастей ротора
• Максимальная выделяемая мощность

Для расчета мощности генератора можно воспользоваться формулой:

P = 0.5 x p x A x V³

где:

• P – мощность в Ваттах
• p – плотность воздуха, обычно принимается равной 1,29 кг/м³
• A – площадь поверхности лопастей ротора в квадратных метрах
• V – скорость ветра в м/c

Полученное значение мощности следует округлить до ближайшего значения, доступного при выборе готового генератора. Значение мощности необходимо учитывать при выборе генератора, а также при расчете других элементов конструкции ветрогенератора.

Инструменты и материалы

Для создания ветрогенератора вам понадобятся следующие инструменты:

• Электродрель
• Набор сверл
• Плоскогубцы
• Отвертки разных размеров
• Паяльник
• Фен для обработки термоусадочной трубки
• Измерительный инструмент (например, линейка, мерный лазер)

Для изготовления генератора ветроэнергии потребуются следующие материалы:

• Круглая стальная труба диаметром 3 дюйма и длиной 10 футов
• Ветроколесо (можно купить готовое или изготовить самостоятельно)
• Алюминиевая фольга
• Медная проволока диаметром 14 AWG
• Медный трубчатый шток длиной 1 фут и диаметром 1 дюйм
• Компьютерный вентилятор
• Аккумулятор 12 В
• Контроллер заряда батареи

Процесс самостоятельной сборки ветряка

1. В первую очередь необходимо изготовить ротор и переделать шкив. С этой целью из металлической емкости вырезаются лопасти. Чтобы это сделать, нужно поверхность тары разделить на четыре равные доли. Дно емкости разрезать не стоит. Раскрой материала лучше производить болгаркой или ножницами по металлу;
2. Для крепления лепестков, на дне тары просверливаются симметричные отверстия;
3. Чтобы лопасти приобрели соответствующую назначению форму, их сгибают по часовой стрелке;
4. Готовую деталь прикручивают болтами к шкиву, а на мачте с помощью хомутов фиксируют генератор;
5. Закрепить провода на генераторе в соответствии с имеющейся схемой;
6. Все свободные провода прикрутить к мачте хомутами;
7. Подсоединить систему к аккумулятору с помощью провода 4 мм сечения;
8. Присоединить к цепи преобразователь;
9. Потребительскую сеть изготавливают из проводника, длина которого не превышает 1 м, а сечение 2 мм.

После того как ветрогенератор будет готов, необходимо осуществить проверку балансировки мачты, ведь даже малейший сбой может негативно сказаться на эффективности работы ветряка. Для надежной фиксации мачта углубляется в грунт минимум на 1,5 метра, а основание заливается бетоном. Также для подстраховки можно приварить металлические уголки, которые придадут конструкции еще больше устойчивости и прочности.

Расчет мультипликатора

Генераторная установка имеет наклонную токоскоростную характеристику: с ростом оборотов ротора увеличивается максимальная отдаваемая им мощность. Следовательно, чтобы обеспечить наибольшую эффективность тихоходного ветрогенератора, нам понадобится мультипликатор с большим коэффициентом повышения.

Для самодельной конструкции наиболее оптимальное решение — это ременной мультипликатор: он прост в изготовлении и требует минимума станочных работ. Коэффициент повышения оборотов у него будет равен отношению диаметра ведущего шкива, связанного с осью винта, к диаметру ведомого шкива генератора. При необходимости передаточное число будет легко скорректировать заменой одного из шкивов.

При проектировании мультипликатора нужно учитывать как средние обороты лопастного узла, так и токоскоростную характеристику генератора. Если мы используем серийный автомобильный генератор, то ее без труда можно найти в Интернете, с самодельными же конструкциями, скорее всего, придется идти методом проб и ошибок.

Для примера возьмем распространенный тракторный генератор, о котором уже писали выше.

Взяв расчетную мощность нашей ветроустановки в 90 ватт, найдем точку на графике, соответствующую выходу генератора на эту мощность. При номинальном напряжении 14 В нам потребуется токоотдача не менее 6,5 А — согласно графику, это произойдет при оборотах чуть выше 1000 об/мин. Пусть винт нашей конструкции вращается ветром со скоростью 60 об/мин (ветер средней силы). Значит, нам потребуется как минимум двадцатикратное соотношение диаметров шкивов — для 70-миллиметрового шкива генератора шкив ветряка должен будет иметь диаметр почти полтора метра, что неприемлемо. Это недвусмысленно намекает, насколько мала эффективность ветрогенераторов такого типа — без сложного многоступенчатого редуктора, который сам по себе приведет к большим потерям мощности, вывести автомобильный генератор на рабочий режим практически невозможно.

Для сравнения, посмотрим на характеристики генераторов, используемых в ветрогенераторах промышленного изготовления. Например, генератор на постоянных магнитах ГВУ1000, по конструкции аналогичный описанной выше самоделке из автомобильного тормозного диска, всего при 200 оборотах в минуту выдает мощность в 1 киловатт. С другой стороны, обратной стороной является его значительные вес (34 кг) и цена (почти 70 тысяч рублей).

Монтаж генератора и лопастей

Генератор

Перед монтажом генератора необходимо собрать его из комплектующих. Сначала установите крепежные винты на основание генератора, затем прикрепите регулятор напряжения к корпусу генератора с помощью винтов. Затяните винты и зафиксируйте регулятор напряжения.

Прикрепите генератор к металлическому стержню, используя переходные пластины и винты. Тугой контакт генератора с основанием обеспечит эффективную передачу энергии.

Лопасти

Перед монтажом лопастей убедитесь, что все комплектующие в наличии. Соберите каждую лопасть из трех деталей – двух деревянных досок и металлической заклепки. Сначала соедините две доски, затем закрепите заклепкой на расстоянии 25 см от конца доски.

На каждом краю доски должно быть по десять мм дополнительного пространства для крепежа к валу. Процедуру необходимо повторить для каждой лопасти.

Установка генератора

После того, как вы произвели все необходимые работы по монтажу мачты и лопастей ветрогенератора, настало время установить генератор на мачту. Для этого необходимо выполнить следующие шаги:

Подготовьте генератор. Прежде чем установить генератор на мачту, необходимо подготовить его к работе. Проверьте, чтобы все соединения были крепко затянуты и все части были на своих местах.

Поднять генератор на мачту. Следующий шаг – поднять генератор на мачту. Для этого вам потребуется помощник. Один человек должен удерживать генератор на мачте, а другой должен затянуть ремни или скобы, которые будут крепить генератор на мачте.

Крепление генератора. После того, как генератор будет установлен на мачту, необходимо надежно закрепить его. В зависимости от модели генератора, это может происходить разными способами – с помощью скоб, ремней или специальных кронштейнов.

Проверка установки генератора. Необходимо проверить, что генератор установлен правильно и надежно закреплен

Важно убедиться, что генератор не качается и не вибрирует, что все элементы крепления находятся на своих местах. Ошибки при установке могут привести к неисправностям и опасным ситуациям во время работы ветрогенератора

Установка генератора – это важный и ответственный этап при создании ветрогенератора. Выполняйте все шаги аккуратно и добросовестно, следуйте инструкциям и не допускайте ошибок. Не забудьте провести все необходимые проверки перед запуском ветрогенератора.

Работа с лопастями

Лопасти ветрогенератора являются одной из главных деталей конструкции. Правильный выбор материала и точная обработка позволят достичь максимальной эффективности работы установки.

Для изготовления лопастей часто применяются материалы, такие как дерево, стеклопластик, металл или композиты. Однако, независимо от выбранного материала, необходимо соблюдать все требования к геометрии и балансировке лопастей.

Перед началом работы необходимо составить шаблон лопасти и отрезать блоки материала нужной толщины, используя электропилу или фрезеровщик. Затем производятся операции по шлифовке, фрезеровке и обработке краев.

Важно учесть, что лопасти должны быть установлены с некоторым углом наклона, чтобы поверхность линий тока ветра воздействовала на лопасти правильно. Для настройки оптимальной установки можно использовать воздушный поток и скоростеметр

После завершения всех изготовительных операций лопасти устанавливаются на вал ветрогенератора и производятся тестовые запуски. Таким образом можно убедиться в правильной работе конструкции и настроить угол наклона лопастей для максимальной эффективности работы.

Подключение ветрогенератора к электросети

Для того чтобы ветрогенератор мог работать и поставлять электричество в ваш дом, он должен быть подключен к электросети. Не стоит заниматься этим самостоятельно, если нет опыта и знаний в электрике, лучше обратиться к профессионалам, чтобы избежать потенциальной опасности для жизни и здоровья.

Подключение ветрогенератора к электросети примерно такое же, как и подключение солнечной батареи. Для этого нужно иметь инвертор, который превращает переменный ток, генерируемый ветрогенератором, в постоянный ток, который может использоваться в домашней электросети.

Инвертор необходимо правильно настроить, чтобы максимально эффективно использовать энергию, генерируемую ветрогенератором. Для этого лучше обратиться к профессионалам, которые помогут правильно подобрать инвертор и настроить его соответствующим образом.

Важно также установить правильные защитные механизмы, чтобы избежать возможных аварий и повреждений в системе. Все электродетали нужно правильно закрепить и изолировать, чтобы предотвратить короткое замыкание и другие проблемы, которые могут возникнуть в процессе работы ветрогенератора