Як зробити вітрогенератор своїми руками

В останні роки тема зеленої енергетики стала надзвичайно популярною. Деякі навіть пророкують, що така енергетика вже найближчим часом повністю витіснить вугільні, газові, атомні електростанції. Одним з напрямків зеленої енергетики є вітроенергетика. Генератори, що перетворюють енергію вітру в електрику, бувають не тільки промисловими, в складі вітроелектростанцій, а й невеликими, обслуговуючими приватне господарство.

Вітрогенератор можна навіть виготовити власними руками — цьому і присвячений даний матеріал.

Що таке генератор

В широкому сенсі генератором називають пристрій, що виробляє будь-які продукти або перетворює один вид енергії в інший. Це може бути, наприклад, парогенератор (виробляє пар), генератор кисню, квантовий генератор (джерело електромагнітного випромінювання). Але в рамках даної теми нас цікавлять електрогенератори. Під цією назвою маються на увазі пристрої, що перетворюють різні види неелектричної енергії в електроенергію.

Види генераторів

Електрогенеатори класифікуються як:

• Електромеханічні - вони перетворять механічну роботу в електроенергію;
• Термоэлетрические - перетворюють теплову енергію в електрику;
• Фотоелектричні (фотоелементи, сонячні батареї) - перетворюють світло в електрику;
• Магнітогідродинамічні (МГД-генератори) - електроенергія виробляється з енергії плазми, що рухається через магнітне поле;
• Хімічні - перетворюють енергію хімічних реакцій в електроенергію.

Крім того, електромеханічні генератори класифікують за типом двигуна. Виділяють наступні їх види:

• Турбогенератори приводяться в рух паровою турбіною;
• Гідрогенератори в якості двигуна використовують гідравлічну турбіну;
• Дизель-генератори або бензинові генератори роблять на основі дизельних або бензинових двигунів;
• Вітрогенератори перетворять енергію повітряних мас в електроенергію за допомогою вітротурбіни.

Вітрогенератори

Детальніше зупинимося на вітрогенераторах (їх ще називають вітроустановками). Найпростіший малопотужний вітрогенератор зазвичай складається з щогли, як правило, зміцнюється розтяжками, на яку встановлюється вітротурбіна.

Ця вітротурбіна розкручується гвинтом, що приводить в рух ротор електрогенератора. До складу пристрою, крім електрогенератора, також входять акумулятор з контролером заряду і інвертор, підключений до електромережі.

Схема роботи цього пристрою досить проста: під дією вітру обертається гвинт, розкручуючи ротор, електрогенератор виробляє змінний електрострум, який перетворюється контролером заряду в постійний струм. Цим струмом заряджається акумулятор. Постійний струм, що надходить з акумулятора, перетворюється інвертором в змінний струм, параметри якого відповідають параметрам електромережі.

Промислові пристрої монтуються на вежах. Вони додатково обладнуються поворотним механізмом, анемометром (прилад для вимірювання швидкості і напрямку вітру), пристроєм зміни кута повороту лопатей, системою гальмування, силовим шафою з керуючими ланцюгами, системами пожежогасіння і захисту від блискавок, системою передачі даних про роботу установки і т. д.

Типи вітрогенераторів

По розташуванню осі обертання щодо земної поверхні вітроустановки ділять на вертикальні і горизонтальні. найпростішою вертикальною моделлю є установка з ротором Савоніуса .

У ній дві або більше лопатей, які представляють собою порожнисті напівциліндри (циліндри, розрізані навпіл по вертикалі). Ротор Савоніуса Існують різні варіанти компонування і конструкції цих лопатей: симетрично закріплені, що заходять краями один за одного, з аеродинамічним профілем.

Перевагою ротора Савоніуса є простота і надійність конструкції, крім того, його робота не залежить від напрямку вітру, недоліком — низький ККД (не більше 15%).

Іншою вертикальною конструкцією є ротор . Його лопаті являють собою крила з аеродинамічним профілем. Вони можуть бути дугоподібними, н-подібними, спиралевидними. Лопатей може бути дві і більше. Ротор Дарині Перевагами такого вітрогенератора є:

• Його високий ККД,
• Знижений шум при роботі,
• Порівняно проста конструкція.

З недоліків відзначаються:

• Велике навантаження на щоглу (через ефект Магнуса);
• Відсутність математичної моделі роботи цього ротора, що ускладнює його вдосконалення;
• Швидкий знос через відцентрові навантаження.

Ще одним видом вертикальних установок є гелікоїдний ротор . Він оснащений лопатями, які закручені уздовж несучої осі. Геликоидный ротор Це забезпечує довговічність конструкції і високий ККД. Недоліком є висока вартість через складність виготовлення.

Багатолопатевий тип вітряка являє собою конструкцію з двома рядами вертикальних лопатей — зовнішнім і внутрішнім. Ця конструкція дає найбільший ККД, проте відрізняється високою вартістю.

Горизонтальні моделі відрізняються:

• Кількістю лопатей (однолопатеві і з великою кількістю);
• Матеріалом, з якого виготовлені лопаті (жорсткі або гнучкі);
• Змінним або фіксованим кроком лопатей.

Конструктивно вони всі схожі. В цілому вітрогенератори такого типу відрізняються високим ККД, але вони потребують постійної підстроювання під напрямок вітру, що вирішується використанням в конструкції хвоста-флюгера або автоматичним позиціонуванням установки за допомогою поворотного механізму за показаннями датчика.

Вітрогенератор своїми руками

Вибір моделей вітрогенераторів на ринку найширший, доступні пристрої самих різних конструкцій і різної потужності. Але просту установку можна зробити самостійно.

Пошук відповідних матеріалів

В якості генератора рекомендується взяти трифазний на постійних магнітах, наприклад, тракторний. Але можна виготовити його з електромотора, про що буде докладніше сказано нижче. Важливим є питання підбору лопатей. Якщо вітряк вертикального типу, зазвичай використовують варіації ротора Савоніуса. тракторний генератор Для виготовлення лопатей цілком підійде ємність циліндричної форми, наприклад, Стара виварка. Але, як говорилося вище, вітрогенератори такого типу володіють низьким ККД, а виготовити лопаті більш складної форми для вертикального вітряка навряд чи вийде. У саморобках зазвичай використовують чотири напівциліндричні лопаті.

Що стосується вітроустановок горизонтального типу, то для малопотужної установки оптимальною є однолопатева конструкція, однак при всій її уявній простоті вкрай важко буде виготовити збалансовану лопать кустарним чином, а без цього вітряк буде часто виходити з ладу.

• У горизонтальних вітряках можна застосовувати лопаті двох типів: вітрильні і крильчасті. Вітрильні вельми прості, це всього лише широкі смуги, що зовні нагадують лопаті вітряних млинів. Мінусом таких елементів є дуже низький ККД. В цьому відношенні набагато перспективніше крильчасті лопаті. У домашніх умовах їх зазвичай виготовляють з 160 мм ПВХ труб за лекалом.

Можна використовувати і алюміній, але це обійдеться значно дорожче. До того ж виріб з ПВХ труби спочатку має вигин, який надає їй додаткові аеродинамічні властивості. лопаті з ПВХ труби Довжина лопатей підбирається за наступним принципом: чим потужніша вихідна потужність вітряка, тим вони довші; чим їх більше, тим вони коротші. Наприклад, для трилопатевого вітряка на 10 Вт оптимальною є довжина 1,6 метра, для чотирилопатевого — 1,4 м.

Якщо потужність становить 20 Вт, то показник зміниться на 2,3 м для трилопатевого і 2 м для управління.

Основні етапи виготовлення

Нижче наведено приклад самостійного виготовлення горизонтальної трилопатевої установки з переробкою в генератор асинхронного двигуна від пральної машини.

переробка двигуна

Одним з ключових моментів створення вітрогенератора власними руками є переробка електродвигуна в електрогенератор. Для переробки використовується електродвигун від старої пральної машини ще радянського виробництва.

1. З двигуна знімається ротор і проточується на ньому широка канавка.
2. По всій довжині канавки наклеюються неодимові магніти прямокутної форми (розміри 19х10х1 мм) парами, по одному магніту з кожного краю канавки один навпроти одного, не враховуючи їх полярність. Зафіксувати наклеєні магніти можна епоксидною смолою.
3. Електродвигун збирається.
4. Для збору пристрою, що перетворює змінний струм в постійний, використовуються Зарядні пристрої для мобільних телефонів на 5 В і 1 а (не можна використовувати пристрій на мікросхемі, тільки транзисторний).
5. Блок живлення розбирається.
6. Випоюється USB і вилка.
7. Плати трьох підготовлених блоків живлення з'єднують послідовно і збирають у вигляді єдиної збірки.
8. Вхід зібраної збірки на 220 В підключають до генератора, вихід — до контролера зарядки акумулятора.

Відео: Як переробити двигун для вітрогенератора

Для збільшення сили струму можна використовувати кілька збірок, з'єднаних паралельно.

створення корпусу і лопатей

Наступним етапом виготовлення вітряка є збірка основи, на яку монтуються елементи вітрогенератора.

1. Основа зварюється із сталевих труб у вигляді конструкції, одна оконцовка якої роздвоєна, укріплена поперечними елементами, інша — одинарна під кріплення хвоста пристрою.
2. На роздвоєною оконцовке висвердлюються 4 отвори під кріплення електрогенератора.
3. Монтується поворотна частина на основі підшипника.
4. До підшипника кріпиться фланець з монтажними отворами.
5. Виготовляється хвіст з металевого листа.
6. Конструкція зачищається і забарвлюється.
7. Забарвлюється хвіст.
8. З тонкого металевого листа виготовляється і забарвлюється захисний кожух-обтічник.
9. Після обсихання забарвлених елементів на основу встановлюється електрогенератор, кріпиться кожух і хвіст.
10. Лопаті кріпляться на крильчатку від системи охолодження тракторного двигуна.
11. До лопатей приварюються Розпірки (в даному випадку лопаті металеві).

відео: як зробити вітрогенератор

Як бачимо, зібрати вітроустановку власними руками не так вже й просто. Це вимагає певних навичок і знань в області електротехніки та електроніки. Але для людей, що володіють такими знаннями, дане завдання цілком під силу. До того ж Саморобний вітряк обійдеться значно дешевше покупної конструкції.