Вопрос ветроэнергетики в наше инновационное время интересует очень многих. Те, кто хоть раз посещал Европейские страны на своем авто, наверняка видели огромные ветропарки.
Сотни генераторов встречаются по пути.
Наблюдая такую картину, многие начинают верить, что получение эл.энергии при помощи ветра, весьма перспективное и выгодное занятие. Мудрые европейцы ошибаться то не могут.
При этом, почему-то игнорируется факт, что в других местах той же Европы, подобных ветроэлектростанций практически нет. С чего бы это?
Вот именно об этом, когда, где и как ветряки использовать выгодно, а когда нет, и пойдет речь в статье.
Автономность
Наверняка после очередного подорожания электроэнергии, вы задумывались об установке у себя на участке ветрогенератора. Тем самым, обеспечив если не всю, то большую часть своих потребностей в электричестве.
Некоторые даже подумывают таким образом стать независимыми от электросетей. Насколько это реально и возможно? К сожалению, для 90% владельцев частных домов, эти мечты так и останутся мечтами.
И дабы вы не тратили понапрасну свои деньги, расскажем с выкладкой всех цифр, почему это именно так.
Скорость ветра
К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.
Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.
Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.
Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.
Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.
Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.
Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.
Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!
К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.
Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз!
Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.
Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:
- и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности
У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.
И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.
Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.
И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.
Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.
Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!
Аккумуляторные батареи для ветряков
Большие промышленные ветротурбины могут передавать энергию напрямую в сеть, минуя всякие аккумуляторы.
А вот вы без них обойтись никак не сможете. Без АКБ не будет работать ни телевизор, ни холодильник. Даже освещение будет светить урывками, в зависимости от порывов ветра.
При этом за 12-15 лет работы генератора, вы обязаны будете сменить 3-4 комплекта АКБ, тем самым вдвое увеличив свои начальные расходы. Причем мы берем чуть ли не идеальный вариант, когда аккумуляторы будут разряжаться не больше половины от своей емкости.
Конечно вы можете купить дешевые модели АКБ, но затраты от этого не станут меньше. Просто поход в магазин за новыми батареями будет осуществлен не 4 раза, а уже 8.
Где лучше установить
Еще о чем стоит серьезно задуматься - это наличие свободного места. Причем по площади оно может уходить на 100 и более метров в каждую сторону от мачты.
Ветер должен свободно гулять по лопастям, и без помех их достигать со всех сторон. Получается, что вы должны проживать либо в степи, либо возле моря (лучше непосредственно на его берегу).
Идеальное место будет на вершине холма. Где с позиции аэродинамики, воздушный поток уплотняется с соответствующим увеличением скорости и давления ветра.
О соседях рядом забудьте. Их сады и двух-трехэтажные особняки, здорово “попьют вашу кровушку”, каждый раз перекрывая попутный ветерок. Также как и соседние лесопосадки.
Те же самые промышленные ветряки, не располагают непосредственно друг за другом, а монтируют их по диагонали. Каждый последующий, не должен закрывать предыдущий.
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.
Срок окупаемости и расчет экономии
Пятая причина, неразрывно связана с первыми четырьмя. Это срок окупаемости затрат.
Для вашей индивидуальной ветровой установки этот срок – НИКОГДА.
Стоимость ветряка, мачты и доп.оборудования для 2-х киловаттных качественных моделей будет доходить в среднем до 200 тыс. рублей. Производительность таких установок – от 100 до 200квт в месяц, не более. И это при хороших погодных условиях.
Даже осадки снижают мощность ветряков. Дождь на 20%, снег – на 30%.
Вот и получается вся ваша экономия – это 500 рублей. За 12 месяцев непрерывной работы, набежит уже чуть больше – 6 тысяч.
Но если вспомнить начальные траты в 200тыс., то вернете вы их через тридцать два года!
И все это без учета эксплуатационных затрат. А если прикинуть, что средний срок службы хорошего ветряка – около 20лет, то получается, что он окончательно и безвозвратно поломается еще до того, как выйдет на окупаемость.
При этом, 2-х киловаттный агрегат не будет закрывать на 100% ваши потребности. Максимум на треть! Если захотите целиком все подключить от него, то берите 10-ти киловаттную модель, не меньше. Срок окупаемости от этого не изменится.
Но тут уже будут совсем другие габариты и масса.
И закрепить его просто так на трубе через чердак своей крыши, точно не получится.
Однако некоторые все равно убеждены, что из-за бесконечного подорожания электроэнергии, ветрогенератор в один прекрасный момент, по любому станет выгоден.
Когда стоит покупать ветряк
Безусловно, электроэнергия с каждым годом дорожает. К примеру 10 лет назад, ее цена была на 70% ниже. Давайте проведем примерные расчеты и выясним перспективу выхода на окупаемость ветряка, с учетом резкого удорожания электричества.
Рассматривать будем генератор мощностью 2квт.
Как мы уже выяснили ранее, стоимость такой модели около 200тысяч. Но с учетом всех доп.расходов, нужно умножить ее на два. Получится минимум 400 тыс.руб. затрат, при сроке службы в двадцать лет.
То есть, за год получается 20 тысяч. При этом по факту, за этот год агрегат выдаст вам максимум 900 квт. Из-за коэфф. установленной мощности (он для маленьких ветряков не превышает пяти процентов), за месяц вы накрутите 75квт.
Даже если взять 1000 квт в год для простоты расчетов, стоимость 1квт/ч полученная от ветряка, для вас составит 20 рублей. Если и предположить что электричество от ТЭС подорожает в 4 раза, то случится такое не завтра, и даже не через 5 лет.
Какие ветряки выбирать
Ну а тем, кто живет далеко от подстанций и ВЛ-0,4кв, стоит приобретать наиболее мощные модели ветряков, какие вы только можете себе позволить. Так как от той мощности, что указана на картинках, вам достанется не более 15%.
Другая категория потребителей, вполне заслужено делает выбор не в пользу китайских заводских моделей, а наоборот, предпочитает самодельные ветряки от мастеров самоучек. Свои выгоды в этом тоже имеются.
В большинстве своем, изобретатели подобных девайсов, это грамотные и ответственные ребята. И практически в 100% случаев, без проблем им можно вернуть установку, если что-то пошло не так, или ее нужно подремонтировать. С этим проблем уж точно не будет.
У промышленных китайский ветряков, внешний вид конечно посимпатичнее. И если вы все-таки решились прикупить именно его, сразу после проверки электродрелью, сделайте профилактический ремонт и замените китайский металлолом на подшипники с качественной смазкой.
Если поблизости от вас есть крупные гнездовья птиц, не помешает закупить дополнительный комплект лопастей.
Птенцы иногда попадают под раздачу крутящейся “мини мельницы”. Пластиковые лопасти ломаются, а металлические гнутся.
А закончить хотелось бы мудростью от тех пользователей, которые не послушались всех доводов и вплотную столкнулись со всеми вышеописанными проблемами. Запомните, самый дорогой флюгер для дома – это ветрогенератор!
Сделать ветряк самостоятельно кажется непосильной задачей, которая отнимает много времени и сил. Но следуя пошаговой инструкции можно легко и быстро достичь желаемого результата за небольшие деньги.
Задавшись целью обзавестись ветрогенератором, многие хотят его сделать самостоятельно. Как показали исследования в интернете — большинство так и делает, но такое решение отняло у них очень много времени и усилий (по крайней мере, самая первая сборка). Чаще всего применяется схема сборки на магнитах постоянного тока. Этот путь является значительно проще, чем самостоятельное создание самого генератора. По этой причине рекомендуется запастись терпением и начинать поиски двигателя, который бы отлично подходил по параметрам, чтобы сделать ветрогенератор своими руками.
Подбор генератора
Как оказалось, большинство использует в виде генератора старый мотор из компьютеров. Такой мотор является раритетом и применялся еще во времена, когда у вычислительных машин использовались большие ленточные катушечные накопители. Среди всех возможных вариантов самым лучшим можно считать двигатель постоянного тока от производителя Ametekна 30 вольт. Это самый подходящий вариант, чтобы сделать ветрогенератор, так как даже легкое вращение его вала может свободно генерировать 12 В. Данный двигатель довольно тяжело найти, но на торговых площадках ebay и Amazon полно его аналогов. Дополнительно в описании знающие люди указывают возможность их использования в качестве генератора для ветряка.
Подбор двигателя нужно делать с учетом следующих параметров:
- постоянный ток;
- низкие обороты;
- высокое напряжение;
- высокая сила тока.
Все дело в том, что двигатель, рассчитанный на 7200 оборотов и напряжением в 24 В, при низких оборотах вряд ли сможет дать требуемые значения. Но если взять 30-вольтовый мотор с номинальным значением в 325 об/мин, то вполне реально ожидать от него напряжение в 12 вольт даже при характерных ветряку низких оборотах.
Примерная стоимость того же Ametek примерно 26 $. Можно найти и немного дешевле двигатель, но это не столь важно. При обычном легком толчке он зажигает без проблем лампу на 12 вольт, что нам и требовалось. Итак, двигатель-генератор мы нашли. Приступаем к следующему шагу — расчету лопастей.
Лопасти
В качестве , можно без проблем использовать обычную сантехническую трубу из ПВХ длиной 60 см и диаметром 15 см. Разрежьте ее на 4 части. Это будут заготовки лопастей. Затем вырежьте квадрат 5х5 у основания для создания крепежа в дальнейшем. Чтобы сохранить точную форму и не срезать лишнего рекомендуется просверлить изначально небольшое отверстие в нужном месте. Далее просто обрезаете лишний пластик вдоль заготовки по диагонали. Все, первая лопасть готова.
Используйте вырезанный элемент как шаблон для создания остальных трех лопастей. Также он будет играть роль запасной детали, если что-то пойдет не так. Двигатель на наш ветрогенератор мы выбрали и изготовили лопасти. Теперь нужно их сделать одним единым.
Сборка генератора с лопастями
Для объединения лопастей с генератором можно применять обычный шкив как основу и алюминиевый диск диаметром 13 см. Скрепив их вместе с использованием болтового соединения, вы получите отличную легкую и практичную основу, которая будет являться промежуточным звеном, передающим силу ветра с лопастей, вращая ветрогенератор. Сами лопасти крепятся также при помощи болтов. В магазине сантехники можно приобрести колпак, чтобы скрыть все металлические детали и придать ветряку большей обтекаемости. Практика показала, что все эти параметры позволяют даже легкому ветерку создавать вращения и при этом ветрогенератор вырабатывает положенные ему 12 В.
Установка турбины
Для установки турбины своими руками можно использовать обычную деревянную подставку из бруска длиной 84 см. Также желательно использовать кусок пластиковой трубы диаметром 10 см для защиты двигателя от разного рода осадков. В качестве хвоста для ветряка на 12 вольт рекомендуется применять алюминиевую пластину размером 21х35 см и толщиной 20-30 мм. Она идеально подойдет как противовес и как элемент для поворота установки по ветру. Все размеры не критичны и могут быть немного изменены под особенности конструкции.
Также рекомендуется провести шлифовку всех элементов и закругление углов для более привлекательного вида и лучших аэродинамических показателей. Затем покройте все деревянные части несколькими слоями краски. Цвет можете выбрать любой, так как от этого ничего не зависит.
Для большего удобства на краю, где будет располагаться сам генератор, можно прикрутить несколько планочек, чтобы он плотно сидел на своем месте. Крепиться мотор при помощи хомутов. Ветрогенератор готов. Теперь нужно установить его на мачте.
Элементы мачты
Конечный результат при создании ветряка своими руками полностью зависит от возможности поворачиваться в зависимости от направления ветра и основной высоты.
Обычная железная труба диаметром 2,5 сантиметра легко скользит внутри электрического трубопровода сечением 3 сантиметра. На бруске установите железный фланец с посадочным местом под трубу 2,5 см. Центр ее должен находиться примерно в 19 см от края. Далее просто вверните кусок трубы в фланец. Также нужно просверлить отверстие в бруске под провода, которые будут проходить через него.
Основание можно сделать в следующей последовательности:
- Из фанеры вырезается круг диаметром 60 см;
- К нему крепятся два металлических сантехнических колена диаметром 2,5 см при помощи фланцев;
- Посредине устанавливается тройник диаметром 3,5 см, на который накручивается основная труба;
- В деревянном диске нужно просверлить несколько отверстий для закрепления его на земле.
Труба, которая будет служить мачтой, может использоваться как разборная, так и цельная. Длина ее должна быть не менее 3 метра, а диаметр 3,5 см. Для закрепления трубы можно использовать обычные веревки с хомутами.
Мы создали мачту и теперь можем смело устанавливать наш 12-вольтовый ветрогенератор в рабочее положение. При этом не нужно забывать о подсоединении к нему проводов и протягивании их через трубу. У основания требуется проделать отверстие, чтобы их вывести и подсоединить к контроллеру, который мы сейчас и рассмотрим.
Схема контроллера
Контроллер позволяет регулировать заряд в батареях и при этом не дает им излишка энергии. Если АКБ полные, то это устройство перенаправляет ток напрямую к потребителю. Контроллер на 12 вольт можно легко найти в любом магазине электроники. Но его можно сделать и своими руками, что в положительно отразится на цене.
На рисунке приведена схема сборки контроллера. Она немного изменена в силу того, что большое количество стандартных деталей очень тяжело найти. Любой радиолюбитель сможет ее собрать в кучу.
Установив ветряк и присоединив контроллер мы видим, что наша конструкция работает и даже мультиметр демонстрирует практически точное значение в 12 вольт при слабом ветре. Сборка ветрогенератора своими руками выполнена.
Затраты
Наверное, самой важной частью являются затраты. Проведя небольшое исследование рынка можно прийти к выводу, что на закупку всех элементов с учетом инвертора и батарей, наш ветряк, собранный своими руками, обойдется не более 250 $. Заводские ветрогенераторы имеют практически такие же характеристики, как и тот, что вы соберете своими руками. Вот только придется за них выложить больше 1000 $.
Быт современного человека без электроэнергии – трудно представим. И даже небольшие перебои в подаче электричества становятся порой «парализующим моментом» для нормальной жизни в собственном доме. А такие неполадки, приходится признать, для некоторых загородных поселков или населенных пунктов в сельской местности – увы, не редкость. Значит, необходимо каким-то образом обезопасить себя от неприятностей, обзавестись резервным источником энергии. А если принять в расчет еще и постоянно растущие тарифы, то наличие собственного источника, да еще и работающего практически «забесплатно», становится заветной мечтой многих владельцев домов.
Одним из направлений развития «бесплатной энергетики» в наше время является использование энергии ветра. Многие, наверное, видели впечатляющие картины огромных ветряков, успешно применяемых в некоторых странах Европы – кое-где доля выработанной ветром энергии уже достигает нескольких десятков процентов от общего объема. Вот и возникает соблазн – а не попробовать ли и мне сделать ветрогенератор своими руками, чтобы раз и навсегда получить независимость от электросетей?
Вопрос резонный, но следует сразу несколько охладить пыл «мечтателя». Чтобы создать действительно качественную, производительную установку по выработке электроэнергии, требуются немалые знания в механике и электротехнике. Нужно быть весьма опытным мастером на все руки – предстоит целый ряд операций высокой сложности, требующих точного проектирования и квалифицированного подхода в исполнении. По совокупности этих причин, как можно судить по обсуждениям на форумах, довольно много «соискателей» либо не получили ожидаемого результата, либо и вовсе отказались от задуманного проекта.
Поэтому в данной статье будет дана обзорная картина, показывающая общие проблемы и направления их решения в процессе создания ветрогенераторов. Можно будет примерно оценить масштабность работ и трезво взвесить свои возможности – стоит ли браться самому.
Существует несколько способов получения электрической энергии – за счет воздействия потоком фотонов (световой, например, солнечные батареи), за счет определенных химических реакций (широко применяется в элементах питания), за счет разницы температур. Но шире всего в настоящее время используется преобразование кинетической энергии в электрическую. Это преобразование происходит в специальных устройствах, которые как раз и называются генераторами.
Принцип работы генератора преобразователя кинетической энергии в электрическую, раскрыт и описан еще в XIX веке Фарадеем.
Принцип устройства простейшего электрического генератора
Он заключается в том, что если проводящую рамку разместить в изменяющемся магнитном поле, то в ней будет индуцироваться электродвижущая сила, которая при замыкании цепи приведет к появлению электрического тока. А изменение магнитного потока можно добиться вращением этой рамки в магнитном поле, или создаваемом постоянными магнитами, или появляющегося в обмотках возбуждения. При изменении положения рамки меняется величина пересекающего ее магнитного потока. И чем выше скорость изменения, тем больше показатели и наводимой ЭДС. Таким образом, чем больше оборотов передается ротору (вращающейся части генератора), те большего напряжения можно добиться на выходе.
Схема, безусловно, показана с большими упрощениями, просто для уяснения принципа.
Передача вращения на ротор генератора может осуществляться по-разному. И один из путей найти бесплатный источник энергии, который приведет в движение кинематическую часть устройства – это «поймать» силу ветра. То есть примерно так же, как это удалось сделать когда-то создателям ветряных мельниц.
Таким образом, устройство ветрового генератора подразумевает наличие генерирующего устройства и механизма передачи его статору вращательного движения, то есть ветряка. Кроме того, обязательным условием становится конструкция, обеспечивающая надежную установку системы, так как ее часто приходится размещать на немалой высоте, чтобы полноценной «ловле ветра» не мешали естественные или искусственные препятствия. В ряде случаев используется еще и кинематическая передача, предназначенная для повышения количества оборотов ротора.
Один из примеров повышающей передачи вращения от ветряка на генератор
Но и это – еще не все. Наличие и скорость ветра – величины чаще всего крайне непостоянные. И ставить потребление выработанной энергии в зависимость от «капризов погоды» - дело неразумное. Поэтому ветрогенератор обычно работает в связке с системой аккумуляции энергии.
Выработанный ток выпрямляется, стабилизируется и через специальное устройство-контроллер или поступает непосредственно на дальнейшее потребление, или перенаправляется на зарядку включённых в схему мощных аккумуляторов. С аккумуляторов через инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный нужного напряжения и частоты, питание поступает к точкам потребления. Аккумуляторы становятся своеобразным буферным звеном: если текущая нагрузка меньше текущей (очень зависимой от силы ветра) мощности генератора, или если на протяжении какого-то времени и вовсе не подключены приборы потребления, то идет зарядка батарей. Если нагрузка становится выше вырабатываемой мощности – батареи разряжаются.
Интересный момент – именно эта особенность ветровой энергетической установки позволяет планировать мощность самого генератора, не исходя из пиковых показателей нагрузки (за это будет отвечать в большей мере инвертор), а отталкиваясь из прогнозируемого потребления энергии в течение определенного периода (например, месяца).
Безусловно, в быту могут использоваться и более простые схемы. Например, ветровая установка просто обслуживает какое-то низковольтное осветительное оборудование и т.п.
Для примера посмотрим вначале на простейшую конструкцию ветрогенератора, которую сможет собрать даже школьник средних классов. Практическое применение такой «электростанции» – не особо широкое, но просто чтобы расширить свое понимание и обрести некоторые навыки – почему бы и нет?
Содержание:Воздушные массы обладают неисчерпаемыми запасами энергии, которую человечество использовало еще в давние времена. В основном сила ветра обеспечивала движение судов под парусами и работу ветряных мельниц. После изобретения паровых двигателей данный вид энергии потерял свою актуальность.
Лишь в современных условиях ветровая энергия вновь стала востребованной в качестве движущей силы, прикладываемой к электрическим генераторам. Они еще не получили широкого распространения в промышленных масштабах, но становятся все более популярными в частном секторе. Иногда бывает просто невозможно подключиться к линии электропередачи. В таких ситуациях многие хозяева конструируют и изготавливают ветрогенератор для частного дома своими руками из подручных материалов. В дальнейшем они используются в качестве основных или вспомогательных источников электроэнергии.
Теория идеального ветряка
Данная теория разрабатывалась в разное время учеными и специалистами в области механики. Впервые она была разработана В.П. Ветчинкиным в 1914 году, а в качестве основы использовалась теория идеального гребного винта. В этих исследованиях был впервые выведен коэффициент использования ветряной энергии идеальным ветряком.
Работы в этой области были продолжены Н.Е. Жуковским, который вывел максимальное значение данного коэффициента, равное 0,593. В более поздних работах другого профессора - Сабинина Г.Х. уточненное значение коэффициента составило 0,687.
В соответствии с разработанными теориями, идеальное ветряное колесо должно обладать следующими параметрами:
- Ось вращения колеса должна быть параллельна со скоростью ветрового потока.
- Количество лопастей бесконечно большое, с очень малой шириной.
- Нулевое значение профильного сопротивления крыльев при наличии постоянной циркуляции вдоль лопастей.
- Вся сметаемая поверхность ветряка обладает постоянной потерянной скоростью воздушного потока на колесе.
- Стремление угловой скорости к бесконечности.
Выбор ветроустановки
Выбирая модель ветрогенератор для частного дома следует учитывать необходимую мощность, обеспечивающую работу приборов и оборудования с учетом графика и периодичности включения. Она определяется путем ежемесячного учета потребляемой электроэнергии. Дополнительно значение мощности может определяться в соответствии с техническими характеристиками потребителей.
Следует учитывать и тот фактор, что питание всех электроприборов осуществляется не напрямую от ветрогенератора, а от инвертора и комплекта аккумуляторных батарей. Таким образом, генератор мощностью в 1 кВт способен обеспечить нормальное функционирование аккумуляторов, питающих четырехкиловаттный инвертор. В результате, бытовые приборы с аналогичной мощностью обеспечиваются электроэнергией в полном объеме. Большое значение имеет правильный выбор батарей. Особое внимание следует обратить на такие параметры, как и ток зарядки.
При выборе конструкции ветряного двигателя учитываются следующие факторы:
- Направление вращения ветряного колеса - вертикальное или горизонтальное.
- Форма лопаток для вентилятора может быть в виде паруса, с прямой или криволинейной поверхностью. В некоторых случаях используются комбинированные варианты.
- Материал для лопаток и технология их изготовления.
- Размещение вентиляторных лопастей с различным наклоном, относительно потока проходящего воздуха.
- Количество лопастей, включенных в вентилятор.
- Необходимая мощность, передаваемая от ветряного двигателя к генератору.
Кроме того, необходимо учесть среднегодовую скорость ветра для конкретной местности, уточненную в метеослужбе. Уточнять направление ветра не требуется, поскольку современные конструкции ветрогенераторов самостоятельно поворачиваются в другую сторону.
Для большинства местностей Российской Федерации наиболее оптимальным вариантом будет горизонтальная ориентация оси вращения, поверхность лопаток криволинейная вогнутая, которую воздушный поток обтекает под острым углом. На величину мощности, забираемой от ветра, влияет площадь лопасти. Для обычного дома вполне достаточно площади 1,25 м 2 .
Число оборотов ветряка зависит от количества лопастей. Быстрее всего вращаются ветрогенераторы с одной лопастью. В таких конструкциях для уравновешивания используется противовес. Следует учитывать и тот факт, что при низкой скорости ветра, ниже 3 м/с, ветряные установки становятся неспособными забирать энергию. Для того чтобы агрегат воспринимал слабый ветер, площадь его лопастей должна быть увеличена как минимум до 2 м 2 .
Расчет ветрогенератора
Перед выбором ветрогенератора необходимо определить скорость и направление ветра, наиболее характерные в месте предполагаемого монтажа. Следует помнить, что вращение лопастей начинается при минимальной скорости ветра 2 м/с. Максимального КПД удается достичь, когда этот показатель достигает значения от 9 до 12 м/с. То есть, для того чтобы обеспечить электричеством небольшой загородный дом, потребуется генератор с минимальной мощностью 1 кВт/ч и ветер со скоростью не менее 8 м/с.
Скорость ветра и диаметр винта оказывают непосредственное влияние на мощность, вырабатываемую ветряной электроустановкой. Точно рассчитать эксплуатационные характеристики той или иной модели возможно с помощью следующих формул:
- Расчеты в соответствии с площадью вращения выполняются следующим образом: P = 0,6 х S х V 3 ,где S - площадь, перпендикулярная направлению ветра (м 2), V - скорость ветра (м/с), Р - мощность генераторной установки (кВт).
- Для расчетов электроустановки по диаметру винта применяется формула:Р = D 2 х V 3 /7000, в которой D является диаметром винта (м), V - скорость ветра (м/с), Р - мощность генератора (кВт).
- При более сложных вычислениях учитывается плотность воздушного потока. Для этих целей существует формула: P = ξ х π х R 2 х 0,5 х V 3 х ρ х η ред х η ген,где ξ является коэффициентом использования ветровой энергии (безмерная величина), π = 3,14, R - радиус ротора (м), V - скорость воздушного потока (м/с), ρ - плотность воздуха (кг/м 3), η ред - КПД редуктора (%), η ген - КПД генератора (%).
Таким образом, электроэнергия, производимая ветрогенератором, возрастает количественно в кубическом соотношении с повышающейся скоростью ветрового потока. Например, при повышении скорости ветра в 2 раза, выработка ротором кинетической энергии возрастет в 8 раз.
При выборе места установки ветрогенератора необходимо отдавать предпочтение участкам без больших построек и высоких деревьев, которые создают преграду для ветра. Минимальное расстояние от жилых домов составляет от 25 до 30 метров, в противном случае шум во время работы будет создавать неудобства и дискомфорт. Ротор ветряка должен быть расположен на высоте, превышающей ближайшие постройки не менее чем на 3-5 м.
Если подключение загородного дома к общей сети не планируется, в этом случае можно воспользоваться вариантами комбинированных систем. Работа ветряной установки будет значительно эффективнее при использовании ее совместно с дизель-генератором или солнечной батареей.
Как сделать ветрогенератор своими руками
Независимо от типа и конструкции ветрогенератора, каждое устройство в качестве основы, оборудуется похожими элементами. Во всех моделях имеются генераторы, лопасти из различных материалов, подъемники, обеспечивающие нужный уровень установки, а также дополнительные аккумуляторы и система электронного управления. Наиболее простыми для изготовления считаются агрегаты роторного типа либо аксиальные конструкции с использованием магнитов.
Вариант 1. Роторная конструкция ветрогенератора.
В конструкции роторного ветряного генератора используется две, четыре или более лопастей. Подобные ветрогенераторы не в состоянии полностью обеспечить электроэнергией большие загородные дома. Они используются преимущественно в качестве вспомогательного источника электричества.
В зависимости от расчетной мощности ветряка, подбираются необходимые материалы и комплектующие:
- Генератор с автомобиля на 12 вольт и автомобильный аккумулятор.
- Регулятор напряжения, преобразующий переменный ток с 12 до 220 вольт.
- Емкость с большими размерами. Лучше всего подойдет алюминиевое ведро или кастрюля из нержавеющей стали.
- В качестве зарядного устройства можно воспользоваться реле, снятым с автомобиля.
- Потребуется выключатель на 12 В, лампа заряда с контроллером, болты с гайками и шайбами, а также металлические хомуты с прорезиненными прокладками.
- Трехжильный кабель с минимальным сечением 2,5 мм 2 и обычный вольтметр, снятый с любого измерительного устройства.
В первую очередь выполняется подготовка ротора из имеющейся металлической емкости - кастрюли или ведра. Она размечается на четыре равные части, на концах линий проделываются отверстия, чтобы облегчить разделение на составные части. Затем емкость разрезается ножницами по металлу или болгаркой. Из получившихся заготовок вырезаются лопасти ротора. Все замеры должны тщательно проверяться на соответствие размерам, в противном случае конструкция будет работать неправильно.
Далее определяется сторона вращения шкива генератора. Как правило, он вращается по часовой стрелке, но лучше это проверить. После этого роторная часть соединяется с генератором. Во избежание дисбаланса в движении ротора, отверстия для креплений в обеих конструкциях должны располагаться симметрично.
Чтобы увеличить скорость вращения края лопастей следует немного выгнуть. С возрастанием угла изгиба, потоки воздуха будут более эффективно восприниматься роторной установкой. В качестве лопастей используются не только элементы разрезанной емкости, но и отдельные детали, соединяемые с металлической заготовкой, имеющей форму окружности.
После крепления емкости к генератору, всю полученную конструкцию нужно целиком установить на мачте с помощью металлических хомутов. Затем монтируется проводка и собирается . Каждый контакт должен включаться в собственный разъем. После подключения проводка крепится к мачте проволокой.
По окончании сборки осуществляется подключение инвертора, аккумулятора и нагрузки. Аккумулятор подключается кабелем с сечением 3 мм 2 , для всех остальных подключений вполне достаточно сечения 2 мм 2 . После этого ветрогенератор можно эксплуатировать.
Вариант 2. Аксиальная конструкция ветрогенератора с применением магнитов.
Аксиальные ветряки для дома представляют собой конструкцию, одним из основных элементов которой являются неодимовые магниты. По своим эксплуатационным качествам они значительно опережают обычные роторные агрегаты.
Ротор является основным элементом всей конструкции ветрогенератора. Для его изготовления лучше всего подойдет ступица автомобильного колеса в комплекте с тормозными дисками. Деталь, находившуюся в эксплуатации, следует подготовить - очистить от грязи и ржавчины, смазать подшипники.
Далее необходимо правильно распределить и закрепить магниты. Всего их понадобится 20 штук, размером 25 х 8 мм. Магнитное поле в них расположено по длине. Четные магниты будут полюсами, они располагаются по всей плоскости диска, с чередованием через один. Затем определяются плюсы и минусы. Один магнит поочередно касается других магнитов на диске. Если они притягиваются, значит полюс положительный.
При увеличенном количестве полюсов, необходимо соблюдать определенные правила. В однофазных генераторах число полюсов совпадает с количеством магнитов. В трехфазных генераторах соблюдается пропорция 4/3 между магнитами и полюсами, а также соотношение 2/3 между полюсами и катушками. Установка магнитов выполняется перпендикулярно окружности диска. Для их равномерного распределения используется бумажный шаблон. Вначале магниты закрепляются сильным клеем, а потом окончательно фиксируются эпоксидной смолой.
Если сравнивать однофазные и трехфазные генераторы, то эксплуатационные качества первых будут несколько хуже по сравнению со вторыми. Это связано с высокими амплитудными колебаниями в сети из-за нестабильной отдачи тока. Поэтому в однофазных устройствах возникает вибрация. В трехфазных конструкциях этот недостаток компенсируется нагрузками тока из одной фазы в другую. За счет этого в сети всегда обеспечивается постоянное значение мощности. Из-за вибрации срок эксплуатации однофазных систем значительно ниже, чем у трехфазных. Кроме того, у трехфазных моделей во время работы отсутствует шум.
Высота мачты составляет примерно 6-12 м. Она устанавливается в центр опалубки и заливается бетоном. Затем на мачту устанавливается готовая конструкция, на которую крепится винт. Крепление самой мачты осуществляется с помощью тросов.
Лопасти для ветрогенератора
Эффективность работы ветровых электроустановок во многом зависит от конструкции лопастей. Прежде всего, это их количество и размеры, а также материал, из которого будут изготовлены лопасти для ветрогенератора.
Факторы, влияющие на конструкцию лопастей:
- Даже самый слабый ветер сможет привести в движение длинные лопасти. Однако слишком большая длина может привести к замедлению скорости вращения ветряного колеса.
- Увеличение общего количества лопастей делает ветряное колесо более чутким. То есть, чем больше лопастей, тем лучше запускается вращение. Однако мощность и скорость будут снижаться, что делает подобное устройство непригодным для выработки электроэнергии.
- Диаметр и скорость вращения ветряного колеса оказывает влияние на уровень шума, создаваемого устройством.
Количество лопастей должно сочетаться с местом установки всей конструкции. В наиболее оптимальных условиях правильно подобранные лопасти способны обеспечить максимальную отдачу ветрогенератора.
Прежде всего, нужно заранее определить необходимую мощность и функциональность устройства. Чтобы правильно изготовить ветрогенератор, нужно изучить возможные конструкции, а также климатические условия, в которых он будут эксплуатироваться.
Кроме общей мощности рекомендуется определить значение выходной мощности, известной еще как пиковая нагрузка. Она представляет собой общее количество приборов и оборудования, которые будут включаться одновременно с работой ветрогенератора. При необходимости увеличить этот показатель, рекомендуется использовать сразу несколько инверторов.
Ветряной генератор своими руками 24в - 2500ватт
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:
- среднегодовая скорость ветра не менее 4 м/сек;
- свободное место для установки ветряка (лучше на возвышенности);
- официально согласовывать установку с местной администрацией не потребуется - следует просто поставить ее в известность;
- согласие соседей на установку - шум, создаваемый ветряком, может вызвать недовольство живущих рядом людей;
- кроме самой установки, понадобится масса дополнительного оборудованная: аккумуляторы, инвенторная установка, система управления, мачта.
Сколько стоит ветрогенератор
Цены ветрогенераторов российского производства ниже, чем немецких, датских или индийских. Самые дешевые китайские ветряки, хотя качество их гораздо ниже. Самые простые ветрогенераторы для частных домов стоят до 500 долларов. Их можно использовать для локальной выработки электроэнергии, но решить проблему полного энергоснабжения дома они не смогут. Более мощные ветряные генераторы от 3 кВт для полноценного обеспечения жилища электричеством обойдутся дороже.
Примерная стоимость комплекта ветряных генераторов для дома:
- для небольшого частного (дачного) дома, мощность 3 кВт/72V, экв. $1700- 1800;
- для обеспечения электричеством коттеджа, мощность 5 кВт/120V, экв. $4000;
- для обеспечения электроэнергией нескольких домов или фермерского хозяйства, мощность 10 кВт/240V, экв. $8500.
Особым спросом пользуются ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства. Среди преимуществ этого оборудования:
- малые необходимые скорости ветра для движения ротора;
- независимость от направления ветра;
- низкий звуковой фон, отсутствие вибрации;
- конструкция безопасная для птиц;
- не требуется принудительный запуск;
- работает в любых погодных условиях, при любой силе ветра.
Цены ветряных генераторов для дома немалые, но стоимость электроэнергии постоянно растет, а ветрогенераторы быстро окупаются. Из недостатков отметим большую материалоемкость, низкий коэффициент преобразования энергии ветра в электроэнергию, крупные габариты установок больших мощностей.
Как сделать ветряной генератор своими руками
Покупка заводского ветрогенератора не всегда лучшее решение. Главное препятствие - высокая стоимость промышленных ветряков. Такое оборудование можно ставить не на всякий участок ‑ для установки мачты требуется специальное разрешение, да и опасно оставлять оборудование на необжитом месте. Альтернативный вариант ‑ сделать ветрогенератор для частного дома своими руками. Во многих случаях это приемлемо, учитывая минимальные затраты и возможность творчески проявить себя.
Роторный ветрогенератор - относительно простое преобразовательное устройство. Его будет недостаточно для полного обеспечения электроэнергией особняка, но на небольшой дачный домик самодельного ветряка вполне хватит. Он сможет осветить домик, хозяйственные постройки, дорожки на участке и т. д.
Самый простой вариант - использовать в качестве генератора ветряка автомобильный генератор. Автогенераторы недорого стоят, отлично ремонтируются, на рынке большой выбор. По стоимости они составляют примерно $20 за 1 кВт. Они выдают стабильное напряжение с определенных оборотов и стыкуются с аккумуляторами 12 вольт.
Недостатки:
- требуют высоких оборотов ‑ от 1,5-2,0 тыс. и выше в минуту;
- уступают в надежности заводским генераторам для ветряков;
- имеют относительно небольшой ресурс (до 4000 часов работы), что компенсируется низкой стоимостью.
Для сборки ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора мощностью 1,5 кВт понадобится:
- автомобильный генератор на 12 в;
- соответствующая по напряжению аккумуляторная батарея;
- преобразователь с 12 на 220в, мощность 1,3 кВт;
- небольшая бочка (ведро) из алюминия или стали;
- зарядное реле и автомобильная контрольная лампа;
- защищенный от влаги выключатель, 12в;
- прибор контроля напряжения (старый вольтметр);
- медный провод от 2 мм сечением;
- крепеж (болты, шайбы, гайки, хомуты).
Из ручного инструмента понадобятся: ножницы по металлу, болгарка, рулетка измерительная, карандаш, отвертки, гаечные ключи в наборе, пассатижи, электродрель со сверлами.
Несколько принципиальных моментов в изготовлении ветрогенератора:
- Максимальной эффективности можно добиться, переделав автомобильный генератор под постоянные магниты. Для этого обмотку возбуждения нужно заменить на несколько ферритовых магнитов.
- Выточив немагнитный ротор из титана или другого немагнитного материала, можно избежать намагничивания ротора.
- Чтобы повысить генерацию тока на малых оборотах, нужно перемотать статор, увеличив количество витков в 5 раз и уменьшив диаметр провода.
- Установка на ротор неодимовых магнитов увеличит мощность генератора на малых оборотах. Четное количество магнитов крепится на стальной бандаж, который нужно прикрепить к основанию внутренней части генератора. При установке магнитов для повышения мощности нужно чередовать полярность.
- Для изготовления лопастей подойдет дюралевая труба, крепеж делается из стали. Лопасти обязательно нужно балансировать, а также максимально облегчить конструкцию, удалив лишнее болгаркой и наждаком.
В сети достаточно материалов с подробным описанием работ, поэтому нет необходимости повторяться
Самая простая модель заводского ветрогенератора для освещения дачи обойдется, как минимум, в 60-70 тыс. руб. Альтернативный ветряк можно изготовить, используя в качестве главного элемента конструкции двигатель старой стиральной машины. И в этом случае без расходов не обойтись, но можно уложиться всего в несколько тысяч рублей.
Для ветрогенератора из стиральной машины своими руками придется купить ротор. Его можно сделать и самостоятельно, если купить неодимовые магниты, но их цена примерно такая же, как у готовых китайских роторов 2,5 кВт. Кроме того, производство ротора сложно технически. Кроме ротора, понадобится:
- вал длинный;
- редуктор;
- шестерни;
- крыльчатка;
- мачта длиной 10-12 метров (можно сделать из труб 32 мм).
Для корпуса редуктора подойдет электродвигатель промышленного насоса. Крыльчатка устанавливается в горизонтальной плоскости.
Крыльчатку с длиной лопасти от 1,5 м лучше изготовить из прочного дюралюминиевого уголка или стеклопластика. Нередко предлагается делать лопасти из фанеры, но по опыту, при ветре 10-15 м/сек на высоте фанерные лопасти ломаются. Вал должен быть прочно закреплен, и при этом свободно вращаться. Крутящийся вал соединяется с генератором фланцем.
Более подробно о том, как сделать ветрогенератор из стиральной машины, смотрите на видео ниже
Как установить ветрогенератор
- Устанавливайте ветрогенератор на открытом пространстве, лучше на возвышенности. Высота опоры не менее 10 м;
- мачту крепите к опоре (столбу);
- редуктор с крыльчаткой монтируйте на мачту;
- вал подключите к шестерне в основании редуктора;
- вал соединяйте с генератором через фланец;
- Сверху над ветряком можно установить небольшой навес от осадков ‑ это продлит ресурс эксплуатации ветрогенератора.
