Деятельность как отдельных людей, так и всего нынешнего человечества практически невозможна без электроэнергии. К сожалению, быстро увеличивающийся объем потребления нефти и газа, угля и торфа ведет к уменьшению запасов этих ресурсов на планете. Что же возможно сделать, пока все это еще есть у землян? Согласно выводам специалистов, именно развитием энергетических комплексов можно решить проблемы мировых экономических и финансовых кризисов. Поэтому наиболее актуальными становятся поиск и использование бестопливных источников энергии.
Возобновляемая, экологическая, «зеленая»
Возможно, не стоит напоминать, что все новое - это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.
В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.
Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:
- обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
- с низким и ультранизким уровнем энергопотребления - до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
- пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
- энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.
Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование
Как определить рентабельность собственной электростанции
Исследователи доказали, что резервные возможности ветров намного больше всех накопившихся многовековых топливных запасов. Среди способов получения энергии из возобновляемых источников ветрякам отведено особое место, так как их изготовление проще, чем создание солнцеулавливающих панелей. По сути, ветрогенератор на 5 кВт своими руками можно собрать, имея нужные составляющие, среди которых магниты, медная проволока, фанера и металл для лопастей.
Знатоки утверждают, что производительной и, соответственно, выгодной может стать конструкция не только правильной формы, но и построенная в правильном месте. Это значит, что необходимо учитывать наличие, постоянство и даже скорость воздушных потоков в каждом отдельном случае и даже в конкретном регионе. Если в местности периодически наступают штили, спокойные и безветренные дни, устройство мачты с генератором не принесет никакой пользы.
Прежде чем начинать делать ветряк своими руками (5 кВт), необходимо продумать его модель и вид. Не стоит ожидать от слабой конструкции большого выхода энергии. И наоборот, когда нужно запитать только пару лампочек на даче, нет смысла строить огромный ветряк своими руками. 5 кВт - мощность, достаточная для обеспечения электроэнергией практически всей системы освещения и домашних приборов. Будет постоянный ветер - будет и свет.
Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий
На выбранном для высокой мачты месте укрепляют сам ветряк с присоединенным к нему генератором. Вырабатываемая энергия по проводам поступает к нужному помещению. Считается, что чем выше конструкция мачты, больше диаметр ветряного колеса и сильнее воздушный поток, тем выше КПД всего устройства. На деле все не совсем так:
- например, сильный ураган может запросто поломать лопасти;
- некоторые модели можно установить на крыше обычного дома;
- правильно выбранная турбина легко запускается и отлично работает даже при ветре с очень слабой скоростью.
Основные виды ветряков
Классическими считаются конструкции с горизонтальным размещением оси вращения ротора. Обычно они имеют 2-3 лопасти и устанавливаются на большой высоте от земли. Наибольшая эффективность такой установки проявляется при постоянного направления и его скорости в 10 м/с. Существенным недостатком этой лопастной конструкции является сбой вращения лопастей при часто меняющемся, порывистом Это приводит либо к непродуктивной работе, либо к разрушению всей установки. Чтобы запустить такой генератор после остановки, необходима принудительная начальная раскрутка лопастей. Кроме того, при активном вращении лопасти издают специфические, неприятные человеческому уху звуки.
Вертикальный ветрогенератор («Волчок» 5 кВт или другой) имеет иное размещение ротора. Н-образными или бочкообразными турбинами захватывается ветер любого направления. Эти конструкции имеют меньшие размеры, запускаются даже при самых слабых воздушных потоках (при 1,5-3 м/с), не требуют высоких мачт, их можно использовать даже в городских условиях. Кроме того, номинальной мощности ветряки, своими руками (5 кВт - это реально) собранные, достигают при ветре в 3-4 м/с.
Паруса не на кораблях, а на суше
Одним из популярных направлений в ветроэнергетике сейчас стало создание горизонтального генератора с мягкими лопастями. Основным отличием является как материал изготовления, так и сама форма: созданные ветряки своими руками (5 кВт, парусный тип) имеют 4-6 треугольных тканевых лопастей. Притом, в отличие от традиционных конструкций, их сечение увеличивается в направлении от центра к периферии. Эта особенность позволяет не только «поймать» слабый ветер, но и избежать потерь при ураганном воздушном потоке.
Плюсами парусников можно назвать следующие показатели:
- большая мощность при медленном вращении;
- самостоятельная ориентировка и подстройка под любой ветер;
- высокая флюгерность и малая инерция;
- отсутствие необходимости принудительного раскручивания колеса;
- совершенно беззвучное вращение даже при больших оборотах;
- отсутствие вибраций и звуковых возмущений;
- относительная дешевизна конструкции.
Ветряки своими руками
5 кВт необходимой электроэнергии можно получить несколькими способами:
- построить простейшую роторную конструкцию;
- собрать комплекс из нескольких последовательно расположенных на одной оси парусных колес;
- использовать аксильную конструкцию с неодимовыми магнитами.
Важно помнить, что мощность ветряного колеса пропорциональна произведению кубического значения скорости ветра на ометаемую площадь турбины. Итак, как сделать ветрогенератор на 5 кВт? Инструкция далее.
За основу можно взять автомобильную ступицу и тормозные диски. 32 магнита (25 на 8 мм) располагают параллельно по кругу на будущих дисках ротора (подвижной части генератора) на каждый диск по 16 штук, притом плюсы обязательно чередуют с минусами. У противолежащих магнитов должны быть разные значения полюсов. После разметки и размещения все находящееся на круге заливают эпоксидкой.
Катушки медной проволоки располагают на статоре. Их количество должно быть меньше, чем число магнитов, то есть 12. Предварительно все провода выводят и соединяют между собой звездой или треугольником, затем тоже заливают эпоксидным клеем. Рекомендуется перед заливкой вставить внутрь катушек кусочки пластилина. После затвердения смолы и их извлечения останутся отверстия, которые нужны для вентиляции и остывания статора.
Как все это работает
Диски ротора, вращаясь относительно статора, образуют магнитное поле, и в катушках возникает электроток. А ветряк, присоединенный посредством системы шкивов, и нужен для того, чтобы двигать эти части рабочей конструкции. Как сделать ветрогенератор своими руками? Некоторые начинают изготовление собственной электростанции со сборки генератора. Другие - с создания лопастной вращающейся части.
Вал от ветряка сцепляют скользящим соединением с одним из дисков ротора. На сильный подшипник ставится нижний, второй диск с магнитами. Статор располагают посередине. Все части крепятся к фанерному кругу с помощью длинных болтов и фиксируются гайками. Между всеми «блинами» обязательно оставляют минимальные зазоры для свободного вращения дисков ротора. В итоге получается 3-фазный генератор.
«Бочка»
Осталось изготовить ветряки. Своими руками 5 кВт-ную вращающуюся конструкцию можно сделать из 3 кругов фанеры и листа самого тонкого и легкого дюраля. Металлические прямоугольные крылья крепятся к фанере болтиками и уголками. Предварительно в каждой плоскости круга выдалбливаются направляющие канавки в форме волны, в которые вставляются листы. Получившийся двухэтажный ротор имеет 4 волнистых лопасти, прикрепленные друг к другу под прямым углом. То есть между каждыми двумя скрепленными ступицами фанерными блинами расположены по 2 изогнутых в форме волны дюралевых лопасти.
Данная конструкция насажена по центру на стальную шпильку, которая и будет передавать крутящий момент генератору. Ветряки, своими руками (5 кВт) созданные, такой конструкции весят примерно 16-18 кг при высоте 160-170 см и диаметре основы 80-90 см.
Что нужно учесть
Ветряк-«бочку» можно установить даже на крыше здания, хотя вполне достаточно вышки высотой 3-4 метра. Однако обязательно нужно защитить от природных осадков корпус генератора. Рекомендуется также установить аккумуляторный накопитель энергии.
Для получения из постоянного 3-фазного тока переменного обязательно в схему нужно включить и преобразователь.
При достаточном количестве ветреных дней в регионе ветряк, своими руками (5 кВт) собранный, может обеспечить током не только телевизор и лампочки, но и систему видеонаблюдения, кондиционер, холодильник и другую электротехнику.
Подробности Опубликовано: 06.11.2017 17:09
Пошаговое руководство (максимально детально процесс изложен в видеоматериале), рассказывающее о том, как легко и дешево сделать ветряк, было создано изобретателем Дениэлом Коннеллом (Daniel Connell). С инструкцией в оригинале можно ознакомиться на сайте
Описание
Вертикально-осевая ветровая турбина использует энергию ветра для производства электроэнергии за счет генераторов, а также может приводить в действие воздушные и водяные насосы для охлаждения, ирригации и прочего.
Конструкция турбины Lentz2 (названа по имени автора - Ed Lenz) является на 35-40% более эффективной и может быть построена из подручных средств, дешевых материалов и даже металлолома. Вариант с шестью лопастями два человека смогут собрать примерно за четыре часа без особых усилий, потратив всего 15-30 долларов.
Ветрогенератор с тремя лопастями успешно выдержал испытание при устойчивой скорости ветра до 80 км/ч, а шесть лопастей отлично справляются с ветром до 105 км/ч. Конечно, оба варианта способны на большее, но установить на сколько конкретно пока не удалось. На сегодняшний день дольше всего работает турбина, установленная ещё в начале 2014 года, выдерживая штормы, при этом видимых следов износа пока не наблюдается.
Для этой конкретной конструкции кривые мощности ещё не рассчитаны полностью, но, согласно уже имеющимся данным, шесть лопастей диаметром в 0.93 метра и высотой в 1.1 метра в паре с высокоэффективным генератором переменного тока должны производить не менее 135 Вт электроэнергии при скорости ветра в 30 км/ч или 1.05 кВт при 60 км/ч.
Инструменты
Для того, чтобы собрать ветровую турбину собственноручно понадобятся следующие инструменты:
- Электрическая дрель;
- Металлические сверла (диаметром 4/6/10 мм);
- Канцелярский нож или нож Stanley, ножницы по металлу (первый лучше для резки бумаги, последний для алюминиевых листов, поэтому лучше будет иметь оба);
- Алюминиевый уголок (20х20 мм, около метра в длину, ± 30 см);
- Рулетка;
- Ручной заклепочник;
- Маркер;
- Скотч;
- 4 прищепки;
- Компьютер и принтер (подойдет недорогой черно-белый);
- Гайковёрт с насадкой 7 мм (необязательно).
Материалы
Помимо инструментов, естественно, понадобятся и следующие материалы:
- 11 алюминиевых пластин для офсетной печати;
- 150 заклёпок (4 мм в диаметре, 6-8 мм в длину);
- 18 болтов M4 (10-12 мм в длину) и столько же гаек;
- 24 маленьких шайбы 4 мм (около 10 мм внешнего диаметра);
- 27 больших шайб 4 мм (около 20 мм внешнего диаметра);
- 27-дюймовое велосипедное колесо*;
- 12 велосипедных спиц (любой длины);
- 2 стальных полосы (примерно 20х3х3 см);
- Ось заднего колеса велосипеда с тремя гайками (подходящая под колесо);
- 3 болта M6 с гайками (длинной 60 мм);
*Так как велосипедные колёса имеют сложную классификацию размеров, вам пододет то, диаметр внешнего обода которого составляет 63-64 см. Конечно, можно использовать и 26-дюймовое колесо, но оно не так идеально. Оно должно иметь нормальную толстую ось (около 9 мм), выступающую минимум на 4 см, 36 спиц и плавно крутиться. Если вы собираетесь работать с низким числом оборотов (например, для откачки воды, а не производства электричества), то может понадобится заднее колесо с шестернями, но подробнее об этом позже. Не лишним будет смазать подшипники.
Материалы, перечисленные в этом примере, рассчитаны на сборку турбины с тремя лопастями. Если захотите собрать вариант на шесть лопастей – удвойте всё, кроме велосипедного колеса.
Файлы шаблонов
Руководство
Пошаговая инструкция по сборке ветрогенератора с вертикальной осью:
Шаг 1:
Загрузите и распечатайте два файла шаблонов по ссылкам, приведённым выше. Убедитесь, что они распечатаны в 100% размере (200 dpi). При печати измерьте расстояние между размерными стрелками, оно должно составлять 10 см на обеих страницах. Если есть погрешность в пару мм, то это не страшно.
Скрепите страницы вместе таким образом, чтобы 10-сантиметровые стрелки прилегали друг к другу как можно ближе. Лучше всего делать это напротив источника света, чтобы вы видели оба листа насквозь. При помощи канцелярского ножа и алюминиевого уголка, выступающего в роли линейки, вырежьте шаблон по наружным границам. При вырезании убедитесь, что ваша вторая рука не стоит на пути ножа, дабы не порезаться. В этом плане уголок отлично защищает руку.
Шаг 2:
Возьмите алюминиевую пластину и отмерьте прямоугольник 42х48 см. Проведите линию по средине, чтобы у вас получилось два прямоугольника 42х24 см. Прорежьте внешние линии ножом Stanley, не пытаясь прорезать металл полностью, достаточно будет просто прочертить линии, которые затем позволят отделить детали. Для лучшего эффекта можно будет пройтись один раз легко, а второй раз немного сильнее, с нажимом. При этом не нужно прорезать линию, проведённую посредине, на отметке в 24 см.
Согните пластину по линии надреза и разогните обратно. Проделайте это пару раз, и она расколется. Сделайте то же самое с другой стороны и удалите внешний металл. Отложите его на потом.
Шаг 3:
Прикрепите шаблон к металлическому прямоугольнику (далее «основание»), чтобы длинный край бумаги находился на средней линии, а правые края поравнялись с другими гранями. Не беспокойтесь, если другие края не ложатся идеально.
С помощью ножа и уголка прорежьте кривую линию шаблона, включая треугольники на каждом конце. Не обязательно, чтобы основание было безупречным, но постарайтесь сделать всё максимально точно, чтобы использовать его в качестве шаблона для остальных. Прорежьте, отогните и удалите два треугольника металла, оставшихся вне шаблона.
Шаг 4:
Отметьте центры отверстий на бумажном шаблоне маркером так, чтобы они были видны с другой стороны, и переверните бумагу так, чтобы печатная сторона была опущена на вторую половину основания, оставляя её длинный край на средней линии. Закрепите скотчем, чтобы она не сдвигалась.
Вогните внутрь изогнутую часть основания и удалите два маленьких треугольника. Будьте осторожны, не сгибайте металл слишком сильно, так как вы можете ослабить его в не прорезанной части.
Теперь у вас есть первое основание. Повторите шаги со второго по третий, чтобы их у вас стало шесть. Также, вместо бумаги для вырезания остальных оснований вы можете использовать первое. На трех из них центральная линия будет нарисована спереди, а на остальных трёх сзади.
Шаг 5:
Возьмите все шесть заготовок и соедините их вместе, выровняв максимально точно. Если вдруг у вас не оказалось прищепок используйте скотч для того, чтобы их соединить. Просверлите каждое из 16 отверстий сквозь все шесть заготовок 4-миллиметровым сверлом. Сначала просверлите центральное отверстие, так как оно единственное, которое должно быть точным. Можно просунуть болт в первое отверстие, чтобы основания не смещались при сверлении остальных. Если отверстия на вашем шаблоне немного отличаются, от тех что на видео, то это потому, что шаблон мог быть обновлён.
Уберите шаблон и разъедините их. Положите основание так, чтобы средняя линия слегка выступала за край стола, поместите на неё уголок и согните до 90 градусов. Повторите этот этап со всеми шестью основаниями, три из которых согните блестящей стороной вверх, а три – вниз. Отложите их в сторону.
Шаг 6:
Возьмите другую алюминиевую пластину и выровняйте любые возможные изгибы. Отмерьте 67 см от длинного края и отрежьте остальное. Проведите линию на расстоянии 2 см от одного из краев, переверните пластину и проведите еще одну линию на таком же расстоянии от противоположного края. Повторите действие с еще двумя пластинами и соедините все три вместе таким образом, чтобы каждая проведённая линия ровнялась с краем следующей пластины.
По краю прорежьте линии на расстоянии 4, 6, 8, 10, 18, 26 и 34 см, а после через каждые 2 см до 64 см. Имейте в виду, что левая сторона имеет надрез на расстоянии 4 см от края, а правая - 3 см. Переверните пластины, убедившись, что они аккуратно выровнены и проделайте то же самое. Убедитесь, что надрезы совпадают с обеих сторон.
Шаг 7:
Разместите пластины на столе одна над другой и выровняйте их по краям. Со стороны отметки в 4 см проведите вертикальную линию на расстоянии 19 см от края и ещё одну на 33 см. На каждой из этих линий сделайте отметки на расстоянии 3 и 20 см с обоих концов. Просверлите все три пластины 4-миллиметровыми свёрлами во всех восьми метках. Если вы делаете турбину с шестью лопастями, а не тремя, то можете легко просверлить все шесть пластин одновременно. После разъедините их.
Шаг 8:
Поместите пластину так, чтобы правый край с прорезью на расстоянии 3 см нависал над столом. Разместите уголок на второй отметке от этого края и загните его, придав треугольную форму, как показано на видео. Сделайте то же самое с левым краем.
Предварительно согните пластину, чтобы можно было легче разместить основания. Но не сгибайте её слишком сильно, чтобы она не сложилась пополам.
Шаг 9:
Переверните пластину вертикально и сверху вставьте основание (необрезанная половина с отверстиями должна указывать вверх). Лучший способ сделать это – сначала поместить треугольники по краям в соответствующие отверстия на нём, надавить на внутреннюю часть, а затем протолкнуть остальную часть пластины через разрез.
Далее разогните прорезанные расстояния краёв, чтобы первые три на каждом из треугольников были наружу, а остальные чередовались. Вероятно, вам нужно будет прорезать несколько из них или использовать плоскогубцы, если они окажутся менее податливыми. Если вы вдруг согнули вкладку в неправильную сторону, лучше оставьте как есть, так как выгибая ее назад вы можете ослабить металл. Убедитесь, что три длинные вкладки также загнуты поочерёдно.
Поднимите основание, чтобы оно выровнялось с загнутыми частями. Поместите две велосипедные спицы в его складку и загните вторую половину. Если вы придавите края металла вокруг спиц плоскогубцами, это предохранит их от выпадения. Переверните конструкцию и поместите другое основание таким же образом.
Шаг 10:
Отрежьте два внешних угла основания. Отмерьте меньший треугольник и отрежьте вместе со второй половиной, а у большего сделайте запас в 2 см при помощи алюминиевого уголка и также отрежьте. Повторите для второго основания.
Шаг 11:
Возьмите один из остатков пластины после вырезания основания и отрежьте от него полосу шириной 7 см, а затем отрежьте 4 см от её длины. Придайте ей треугольную форму, как показано в видео. С каждого края 3-сантиметровой лицевой стороны проведите линии, примерно по центру, длиной в несколько сантиметров.
Шаг 12:
Поместите треугольную стойку внутри флюгера так, чтобы сторона с помеченными линиями соответствовала ряду просверленных отверстий ближе к заднему краю. Посмотрите на линию через верхнее отверстие, чтобы проверить правильность расположения.
Просверлите стойку через отверстие во флюгере и скрепите с помощью заклепки. Повторите то же для нижнего отверстия, а затем для двух посередине.
Шаг 13:
Возьмите новую пластину, разгладив любые возможные неровности и разрежьте её пополам, чтобы у вас было две части шириной 33,5 см. Отрежьте 4 см от одного из коротких краев обеих частей. Проделайте это снова, чтобы у вас было четыре листа длиной 33,5 см (вам понадобятся только три из них). Выровняйте и соедините их вместе.
От одного из длинных краев нарисуйте три вертикальные линии на расстоянии 1, 9 и 19 см. Далее сделайте на каждой линии отметки, на расстоянии 1 и 20 см по обе стороны от короткого края. Просверлите 12 отверстий 4-миллиметровым сверлом.
Шаг 14:
Сделайте отметку на расстоянии 5 см от противоположного длинного края и придайте ему треугольную форму, как показано на видео.
Шаг 15:
Поместите получившийся лист внутрь лопасти так, чтобы ее ровный край совпадал с задней кромкой лопасти. Это нормально иметь небольшой промежуток, если она не идеально подходит.
Просверлите отверстия, расположенные ближе к краю, насквозь и скрепите лист вместе задней частью флюгера заклёпками.
Шаг 16:
Поднимите лопасть вертикально. Надавите треугольный край вставленного внутрь листа таким образом, чтобы он прилегал к задней части флюгера и был немного натянут над треугольной стойкой под ним.
Просверлите отверстия, к которым прилегает треугольный край листа, насквозь и закрепите его заклёпками.
Шаг 17:
Просверлите одно из центральных отверстий листа, убедившись, что сверло направленно прямо, и закрепите лист при помощи заклепки и шайбы так, чтобы шайба была на внутренней стороне лопасти. Этот будет намного проще с чьей-то помощью. Старайтесь держать шайбу ровно. Повторите для остальных трех отверстий.
Просверлите и закрепите тем же образом оставшийся ряд отверстий. При этом лист должен плотно облегать треугольную стойку. Вы наверняка заметите, что лопасть теперь стала намного прочнее и жестче.
Согните 2-сантиметровое перекрытие на обеих основаниях на 90 градусов.
Шаг 18:
Просверлите все отверстия на основании флюгера, вместе с теми, которые будут прикреплены к велосипедному колесу. Если вы делаете версию с тремя лопастями, то оно станет нижним. Если же вы делаете версию на шесть лопастей, то три из них будут прикрепляться к колесу нижней частью, а три остальные - верхней. В остальном лопасти идентичны.
Скрепите каждое отверстие заклёпками, кроме отмеченных, так как они будут прикреплены болтами к ободу колеса.
На некоторых отверстиях очень легко просто вытолкнуть внутренний слой металла как сверлом, так и клепальником, поэтому убедитесь, что все они правильно закреплены. Если это не так, вам может понадобиться высверлить и заменить заклепку.
Просверлите отверстия на противоположной стороне лопасти и скрепите все, кроме центрального.
Шаг 19:
Возьмите велосипедное колесо. Просверлите три отверстия диаметром 4 мм, равномерно распределенные вокруг обода. Ваше колесо должно иметь 36 спиц, поэтому делайте отверстия через каждые 12 спиц. Они также должны быть достаточно близко к краю обода.
Просуньте болт M4 через одно из получившихся отверстий и поставьте сверху лопасть, продев болт через крайнее из трёх отверстий в её основании. Поместите большую шайбу и закрутите гайку. Удостоверьтесь, что болт находится перед велосипедной спицей, которую вы положили в складку основания, а шайба над ней. Это важно для того, чтобы болт и вся лопасть не сорвались с колеса. Не затягивайте гайку до конца.
Выровняйте лопасть так, чтобы другие два отверстия располагались вблизи края обода колеса и сделайте через них отметки при помощи маркера. Отодвиньте лопасть, чтобы вы могли просверлить две метки.
Верните лопасть на место и зафиксируйте ещё двумя болтами, большими шайбами и гайками. Полностью затяните все три. Именно в этом моменте вам сможет пригодиться 7-миллиметровая насадка и гайковёрт, так как затягивание их вручную – более трудоёмкий процесс. Вам также лучше использовать болты с шестигранной головкой, поскольку они, должны упираться в обод колеса и не проворачиваться, когда вы их затягиваете. Если они всё же крутятся, просто ухватитесь за головку болта плоскогубцами или гаечным ключом на 7 мм. Попытка закрутить их отвёрткой, если вы вдруг используете болты крестообразным шлицом, в лучшем случае – это кошмар, а если вы делаете турбину с шестью лопастями, то это просто-напросто будет невозможно.
Шаг 20:
Повторите все предыдущие действия дважды, начиная с шага 8, чтобы собрать еще две лопасти из оставшихся форм и пластин и прикрепить их к колесу.
Шаг 21:
Возьмите еще один остаток пластины и отрежьте полосу шириной 9,5 см и длиной 67 см. Нарисуйте линии на расстоянии 3.5 см от левого длинного края и на расстоянии 1 см от правого. На этом расстоянии в 1 см согните полосу до 45 градусов. Затем переверните и задайте ей треугольную форму, как показано на видео.
Просверлите отверстия диаметром 4 мм на расстоянии 1 см от каждого конца получившейся стойки и посередине, всего их должно получится три, на плоской области в 1 см. Среднее отверстие скрепите заклёпкой. Повторите дважды, чтобы у вас получилось три стойки.
Шаг 22:
Проденьте болт M4 с большой шайбой снизу через центральное отверстие в верхней части одной из лопастей и через крайние отверстия в двух стойках. Добавьте ещё одну большую шайбу и закрутите гайку. Повторите то же самое с двумя другими лопастями и последней стойкой. Шайбы затягивайте не до конца.
Верхняя часть лопастей должна быть вровень с их основаниями. Для этого поместите турбину на землю, чтобы вы могли смотреть на нее сверху, и проверьте (при надобности подровняйте) каждую из лопастей.
После того, как выровняете положение лопасти, просверлите отверстие через одну из распорок (насквозь вместе с верхней частью лопасти) на расстоянии 1-2 см от края. Проденьте большой болт, большую шайбу и затяните гайкой. Повторно проверьте выравнивание, просверлите другую стойку и проделайте то же самое. Затяните все три гайки. Повторите это для двух других лопастей.
При желании вы можете добавить дополнительные три лопасти к нижней части колеса. Это даст вам в два раза больше энергии, а также сделает турбину более стабильной, перемещая точку опоры в середину, а не вниз.
Шаг 23:
Чтобы сделать скобу для крепления вашей турбины, возьмите две стальных полосы на 18 и 20 см в длину, 3 см в ширину, толщиной около 3 мм. Эти цифры не являются жизненно важными, если они примерно совпадают, а металл достаточно прочен.
Отметьте расстояние в 3 см с одного конца каждой полосы, и согните их под прямым углом при помощи верстачных тисков. Убедитесь, что углы близки к 90 градусам, или турбина не будет стоять прямо.
Вложите две части так, чтобы 18-сантиметровая находилась внутри большей. Просверлите отверстие диаметром 10 мм (которое должно соответствовать диаметру оси велосипедного колеса для вашей турбины) через загнутые стороны полос. Удостоверьтесь, что они не скользят во время сверления.
Возьмите запасную велосипедную ось, не ту, что на вашем колесе, и намотайте гайку. Вставьте её в 20-сантиметровую стальную полосу, добавьте и затяните еще одну гайку, добавьте меньшую полосу, а затем еще одну гайку.
Просверлите 6-миллиметровое отверстие в зазоре между двумя частями, как показано на видео, а затем еще одно, примерно через 1 см, и третье рядом с противоположным концом. Скрутите гайки, и снимите крепления.
Шаг 24:
Просуньте болт M6 через верхнее отверстие большей стальной полосы и наденьте её на ось в нижней части колеса (если гайка, которую вы используете, не слишком широкая, то, возможно, понадобится обработать головку болта, чтобы он поместился между двумя частями крепления), затем затягивайте гайку, после продеваете 18-сантиметровый кусок, последнюю гайку и затягиваете её максимально плотно, и, наконец, продеваете два болта через оставшиеся отверстия.
Поздравляем, вы сделали ветряк своими руками!
Конфигурации
Возможные конфигурации ветровой турбины:
Ниже представлены некоторые потенциальные конфигурации вашего ветрогенератора, которые предполагают прикрепление различных дополнительных деталей, чтобы они могли выполнять полезную работу. Конечно же, какое-то одно решение не сможет подойти для всех ситуаций сразу, поскольку это будет зависеть в значительной степени от того, как вы планируете использовать ветровую турбину, поэтому возможные варианты предоставлены по большей части для ознакомления. Большинство сборок довольно просты и уже делались раньше.
Вариант A: Генератор постоянного тока.
Эта ветровая установка может быть подключена и использована для подачи питания различному оборудованию, вроде механического насоса для воды, но вы, вероятно, будете использовать её для выработки электроэнергии с целью питания бытовых устройств или зарядки батарей.
Одним из самых простых решений для этого является использование двигателя постоянного тока на постоянных магнитах, который в режиме реверса будет работать генератором и преобразовывывать механическую энергию в электрическую. Какой тип двигателя вы будете использовать в конечном итоге, зависит от вашего бюджета, силы ветров и потребностей в электричестве. Однако способы подключения их к турбине практически одинаковые. Хорошими вариантами для увеличения выходной мощности могут стать двигатели от автомобильных стеклоочистителей, электроскутоеров, или беговых дорожек. Они могут быть как куплены в интернете, так и найдены в старых или выброшенных устройствах.
Процесс прикрепления двигателя к конструкции ветряка в основном заключается только в том, чтобы снять с него всё лишнее, присоединить шкив к валу, пропустив зубчатый ремень вокруг обода колеса (со слоем нейлоновой обвязки, прикреплённой чтобы защитить ремень и обеспечить надежное зацепление) и закрепив двигатель на раме, как показано на видео, при помощи длинных болтов, чтобы вы могли легко отрегулировать натяжение ремня.
Вариант B: Высотный столб
Есть много различных способов установки ветряного генератора, включая крышу вашего дома, лодку, фургон или радиомачту, но самый распространённый вариант, особенно если вы проживаете в сельской местности, - это металлический столб с направляющими тросами.
В значительной степени это вопрос о присоединении различных компонентов, как показано на видео, для более безопасного и надёжного размещения турбины. Вам возможно понадобится выкопать ямы, от полуметра до метра глубиной, для размещения там деревянных якорей, или же прикрепить тросы к любым другим прочно зафиксированным предметам, находящимся поблизости.
Внизу столба при этой конфигурации имеется горизонтальный рычаг и соединение, позволяющее опускать конструкцию на землю для диагностики или во время шторма. Для этого необходимо лишь снять D-образную скобу в местах крепления тросов и с его помощью, осторожно опустить установку на землю. Поднять её снова можно повторив весь процесс наоборот. После этого желательно убедиться, что всё надёжно закреплено, а столб находится в вертикальном положении.
Для того, чтобы сделать процесс более безопасным, можно использовать четыре троса вместо трёх.
Вариант C: Велосипедная цепь и генератор(ы) постоянного тока
Зубчатый ремень и шкив, в случае с первым вариантом работают достаточно хорошо, но не везде они могут выступать в качестве легкодоступных материалов. Более простой и потенциально более эффективной альтернативой этого способа является использование велосипедной цепи, длиной около 2.1-2.2 метра (для этого вам понадобится объединить две цепи вместе), и один или три двигателя постоянного тока. Два из них будут способствовать натяжению цепи, в то время, когда вы будете соединять три двигателя вместе при помощи хомутов, оставляя между ними небольшие промежутки, чтобы они не соприкасались. Для этого можно проложить между ними что-нибудь эластичное, вроде толстой резины. Если вы используете только один генератор, то конфигурация практически такая же, за исключением небольших металлических трубок с велосипедными шестернями, вращающимися на болте или другой оси, для того же натяжения.
Если вы используете три двигателя, то для большей эффективности, особенно при слабом ветре, они могут быть соединены последовательно. Дополнительным преимуществом этой конфигурации является прочное сцепление с основанием турбины, делая ее более устойчивой и надёжной при сильных ветрах.
Вариант D: Мотор-колесо электровелосипеда.
Идеальное решение для получения электроэнергии из самодельной турбины - использовать мотор-колесо электрического велосипеда. Если вам удастся его найти. Конструкция использует колесо в любом случае, и почти каждый аспект входной и выходной мощности, оборотов в минуту и прочего, отличного подходит для мотор-колеса мощностью 300 Вт. Все, что нужно сделать, это построить на нем турбину и подключить провода к электрической системе. Правда в некоторых странах, к сожалению, подобное решение может стать сложным и дорогостоящим.
Вариант E: Самодельный генератор переменного тока.
Этот вариант сможет предоставить вам наибольший контроль над производительностью домашнего ветряка с точки зрения напряжения, оборотов и общей мощности на сегодняшний день. Однако он и один из самых трудоёмких, требующих широких познаний. По сути, это всего лишь круг магнитов, проходящих через круг катушек из медной проволоки, но их точная конфигурация зависит от множества факторов. И всё же эту проблему решали уже тысячу раз и на этот счёт есть куча полезной информации в интернете.
Вариант F: «Хардкор».
Стандартная сборка турбины с шестью лопастями выдерживала ветра со скоростью до 105 км/ч и несколько довольно серьезных штормов, но, если вы хотите добавить конструкции ещё больше надёжности, то этот вариант предоставит такую возможность. В целом, он заключается в наличие дополнительных распорок и точек опоры с другой стороны оси колеса и двух дополнительных треугольников из алюминия на верхней и нижней стойках, чтобы предотвратить возможность отклонения лопастей слишком далеко от вертикали и, следовательно, их срыва с колеса. Другое отличие состоит в том, что лучше закрепить распорки внутри, а не снаружи, чтобы они находились на центральной линии турбины и аккуратно располагались в вырезанных кругах двух треугольников.
Вариант G: Daisy-chain (вертикальный столб для нескольких ветряных турбин).
Около половины общей стоимости стандартной установки турбины приходится на сам столб и его модификации. Но нет никаких причин, по которым вы можете иметь только одну турбину на нём. Те, что располагаются ниже будут получать меньше ветра и, таким образом, производить меньше энергии, чем верхние, но эта затея всё равно весьма стоящая. Так как одни турбины могут отвечать за производство электрической энергии, а другие, например, за перекачку воды.
Видео
Вывод
Такой самодельный ветряк едва ли обеспечит электричеством весь дом, но нескольких установок будет вполне достаточно, чтобы снабжать энергией дачный домик, уличное освещение, поливальные установки и т.п. По словам разработчиков, вдвоем такую штуку можно изготовить за четыре часа не самого напряженного труда, потратив при этом всего пятнадцать-тридцать долларов.
Суммы, которые приходится платить за коммунальные услуги, растут с каждым годом. Особенно это касается электроэнергии. Но не все знают, что добыть ее можно в буквальном смысле из воздуха, а точнее – с помощью силы ветра.
Благодаря которым это возможно, называются ветрогенераторами. Покупка такого оборудования обойдется недешево. Однако, можно сэкономить, сделав вертикальный ветряк своими руками.
В отличие от других способов получения энергии, ветряки обладают массой преимуществ, таких как:
- экологичность
- работа без топлива
- экономия электроэнергии
- несложное обслуживание
- использование неисчерпаемого источника энергии
Кроме того, хорошо ветряк позволит сделать дом автономной точкой по добыче электричества.
Минусов у ветряных генераторов практически нет, однако, у них есть незначительные недостатки:
- высокая стоимость установок (заводские модели)
- шумность
- избыточная энергия требует дополнительных аккумуляторов
- изменчивость мощности
Последний недостаток является наиболее существенным, однако, от него можно избавиться, дополнив установку батареями. Кроме того, эффект работы ветряных генераторов полностью зависит от переменчивости погодных условий.
Как видно, преимуществ у ветряного генератора больше, что говорит о выгодности его использования.
Кому это выгодно
Видов ветряных генераторов очень много, а подвидов тем более. То, какое устройство следует установить на том или ином , зависит от следующих факторов:
- скорость ветров на местности
- назначение устройства
- предполагаемая сумма затрат
Перед непосредственной установкой ветряка нужно несколько раз обдумать: окупятся ли затраты. Для начала следует определить скорость и направление ветра на предполагаемой для установки местности.
Получить эту информацию можно двумя способами: самостоятельно или обратиться в местную метеослужбу. Для первого варианта потребуется портативная станция, которую можно взять в аренду или приобрести.
Плюс самостоятельных замеров в их точности, однако, на полноценное исследование потребуется не менее одного года. Данные, полученные в метеослужбе будут иметь приблизительные значения, но не потребуют затрат на и времени на дополнительные расчеты.
Для установки ветряка показатель скорости ветра за год должен быть не меньше 4,5 м/с-5м/с.
При значениях около 4-5 м/с вырабатываемая генератором средней мощности энергия будет равна 250 кВт-часов в месяц. Этого достаточно, чтобы обеспечить электричеством дом на 3-4 человек с отоплением и горячей . За год ветряк может вырабатывать до 3 тыс. кВт-часов. Стоимость установки такого ветрогенератора равняется примерно 180 тыс. рублей.
Создание собственной установки обходится в разы дешевле. При этом стоит учесть постоянный рост тарифов на электроэнергию. Таким образом, ветрогенератор может стать хорошим альтернативным источником электроэнергии.
Где устанавливать
Выбор места для установки ветряка – один из самых важных этапов. Наилучшим вариантом будет свободная возвышенная точка. Важно, чтобы ветрогенератор не располагался ниже уровня ближайших и построек, которые будут препятствовать потокам ветра.
Наиболее подходящие места для установки ветряных генераторов: степи, берега водоемов, пустыни и возвышенности. На подобных территориях чаще всего дуют сильные и постоянные ветра.
В многоквартирных или в городской среде поместить генератор можно на крыше. Данную процедуру стоит согласовать с соответствующими инстанциями. Для того чтобы убедиться, что вибрации ветряка не нанесут вреда крыше, стоит изучить ее конструкцию.
Чтобы шум от генератора не досаждал, следует устанавливать его на расстоянии 15-25 м от жилых зданий.
Один из главных параметров ветряка – расположение вращательного механизма (вала) относительно земной поверхности. По этому признаку устройства делятся на горизонтальные и вертикальные.
Первые работают по принципу ветряной мельницы: механизм вращается в поисках ветра и лопасти от малейших воздушных потоков приходят в движение.
Такой тип устройства вырабатывает большое количество электроэнергии, которой будет много для частного дома.
Ветряки с вертикальной осью вращения будут идеальным решением для обеспечения электроэнергией небольшого участка или частного производства.
Кроме того такое устройство обладает следующими преимуществами:
- не зависимо от направления ветра
- не подвержено воздействию погодных условий
- работает даже на низких скоростях
- площадь лопастей в 2 раза больше, чем у горизонтальных ветряков
У вертикального ветрогенератора есть и недостатки: низкий КПД и высокий уровень шума. Но, эти минусы незначительны, в сравнении с общей пользой устройства.
Итак, горизонтальный ветряк можно устанавливать прямо на крыше, а вертикальный следует держать на расстоянии.
Как превратить ветер в тепло
Даже от ветряка невысокой мощности можно получить тепло для целого дома. Одной из наиболее легких в исполнении является система отопления с естественной циркуляцией.
Установив вертикальный ветряк своими руками для обогрева, можно сэкономить приличную сумму. Кроме того, при использовании системы естественной циркуляции вместе с ветряным генератором не нужно тратиться на насос.
Схема отопления включает в себя:
- Бойлер
- Проводящая прямая труба (для доставки нагретой воды)
- Радиаторы
- Обратная труба (для доставки остывшей воды обратно)
Бойлер устанавливается ниже уровня всей системы. Это необходимо для обеспечения естественной подачи в него воды.
С помощью прямых и обратных труб радиаторы последовательно соединяются, соответственно, с верхней и нижней частью бойлера. Нагреваемая в нем вода будет выдавливаться вверх, попадая поочередно в радиаторы.
Такая система позволит существенно сэкономить на обогреве дома. Кроме того, она будет регулировать температуру в помещении.
Комплектующие ветряного генератора
Чтобы сконструировать даже самый простой вертикальный ветряк своими руками (220 В), нужно приобрести основные составляющие:
- ротор – подвижная часть генератора
- лопасти
- мачта – может иметь различную конструкцию (тренога, пирамида)
- статор – на нем расположены катушки с медной проволокой
- аккумулятор
- инвертор – переводит постоянный ток в переменный
- контроллер – предназначен для «торможения» генератора, когда его мощность превысит установленное значение
Для изготовления лопастей лучше всего использовать листовой пластик. Другие материалы подвержены сильной деформации и повреждениям. Чем больше площадь предполагаемой детали, тем плотнее должен быть пластик.
Выбирая материал, важно убедиться, что это именно качественный ПВХ, иначе придется снова тратиться на новые составляющие и производить сложные расчеты.
Таким образом, для создания собственного ветряка не потребуется дорогих или редких деталей.
Вертикальный ветряк против горизонтального
Чтобы понять, какая конструкция ветряка работает эффективнее, стоит подробнее рассмотреть особенности каждой из них. Горизонтальный генератор имеет следующие достоинства:
- эффективен при любом направлении воздушных потоков
- занимает гораздо меньше места по сравнению с вертикальным
- работает на высоких оборотах даже при незначительной скорости ветра
- обладает простой конструкцией
- не издает шума
К тому же ветрогенераторы горизонтального типа выполняются из легких материалов, и могут быть установлены даже на фонарный столб. При размещении вдоль дороги такие конструкции работают даже в безветренную погоду.
Срок службы ветрогенераторов обоих типов примерно одинаков. Правильный уход и обслуживание позволяют им эффективно работать на протяжении до 25 лет. В горизонтаьных ветряках основная нагрузка приходится на ступицу и подшипниковый узел. Вертикальные изделия испытывают большее давление на лопасти.
Самым большим различием между этими видами ветряков является их цена. Горизонтальные обходятся владельцам подобных конструкций гораздо дороже.
Такиой ветряк лучше использовать зонах с повышенной турбулентностью и частой сменой направления ветра. Вертикальные больше подходят для местности открытого типа с постоянной скоростью ветра выше 4,5 м/с.
Исходя из результатов сравнения, многие дачники выбирают вертикальный тип ветряного генератора.
Подготовка деталей вертикального ветряка
Лопасти выполняются из различных материалов. Главное условие – они должны быть легкими.
Наиболее простым вариантом станет изготовление лопастей из трубы ПВХ.
Они менее подвержены воздействию солнечных лучей и являются достаточно прочными.
Для вертикального ветряка создается 4 детали из ПВХ и 2 из жести. Последние вырезаются в форме полукругов и крепятся по обе стороны трубы.
Крепление лопастей происходит на каркас по кругу. Радиус вращения лопастей будет равен 690 мм. Высота каждой лопасти – 700 мм.
При сборке ротора потребуются следующие детали:
- 6 неодимовых магнитов и 2 ферритовых
- диски по диаметром 230 мм (2 штуки)
На одном диске следует разместить неодимовые магниты, при этом не забывая менять их полярность, чередуя при установке. Между ними требуется соблюсти угол в 60 градусов, при диаметре 165 мм. На 2 диск следует прикрепить по такой же схеме ферритовые магниты. Затем их нужно залить клеем.
Для того, чтобы начать изготовление статора, нужно намотать 9 катушек по 60 витков. Обычно для этого используется медный провод диаметром в 1 мм. Затем катушки спаивают друг с другом следующим образом:
- начало 1 соединяется концом 4
- 4 – с 7
Вторая фаза собирается точно так же, только спаивание происходит со второй катушки, и соответственно, третья фаза спивается с 3 катушкой. Из фанеры нужно изготовить специальную форму. В нее укладывается кусок стекловолокна, а затем катушки.
Завершающим этапом становится заливание конструкции клеем. Спустя сутки статор готов к работе.
Теперь, когда все части генератора сделаны, их нужно только соединить:
- В верхнем впоследствии будут присутствовать шпильки. Для них нужно проделать отверстия (4 штуки). Они предназначены для плавной «посадки» ротора на место.
- В статоре также проделываются отверстия – для кронштейна.
- На него ложится нижний ротор (магнитами вверх).
- Затем укладывается статор.
- Сверху размещается второй ротор магнитами вниз. Детали фиксируются друг с другом с помощью гаек.
Подробного рассмотрения требует и конструкция вертикального генератора. К его основным недостаткам относится низкий КПД и большее количество деталей по сравнению с горизонтальным. С другой стороны, такое изделие может эффективно работать даже при малом ветре.
Горизонтальный генератор надежнее, поскольку способен выдерживать сильные порывы ветра. Бесшумность такого типа конструкции – также один из важнейших его преимуществ. Устанавливать горизонтальный ветряк можно даже на крыше жилого дома.
Таким образом, собрать основные детали ветряка не составляет большой сложности.
Конструкция ветрогенератора
Ветрогенератор представляет собой колесо с присоединенными к нему лопастями, редуктор (преобразует и передает крутящий момент), батарею и инвертор.
Сборка конструкции изделия осуществляется следующим образом:
- Подготовка трехточечного армированного фундамента.
- Мачта изготавливается из прочных труб (можно взять водопроводные). Она должна выносить ротор выше чердака.
- Прикручивание генератора к готовой мачте.
- Присоединение каркаса с лопастями к генератору.
- Крепление мачты к фундаменту и дополнительная ее фиксация с помощью растяжки.
Сбор электрической сети также осуществляется в определенной последовательности.
Ветряк должен выдавать трехфазный переменный ток, преобразуемый в постоянный при помощи мостового выпрямителя. Для контроля уровня заряда используется стандартное автомобильное реле. К батарее подключается инвертор, который выдает 220 В переменного тока.
Таким образом, получаются следующие результаты работы готового ветряка при различной скорости ветра:
- 5 м/с – 15Вт
- 10,4 м/с – 45 Вт
- 15,4 м/с – 75 Вт
- 18 м/с – 163 Вт
Существует несколько способов повышения выработки энергии генератором. К примеру, если увеличить высоту мачты до 26 метров, среднегодовая скорость ветра повышается до 30%. При этом электричества вырабатывается в 1,5 раза больше. Это обеспечивается устранением влияния построек и деревьев на скорость воздушных потоков.
Итак, чтобы ветряк работал эффективно, нужно заранее рассчитать его конструктивные характеристики.
Уход за ветряком
В качестве регулярного ухода за конструкцией проводятся следующие процедуры:
- смазывание движущихся частей (не реже 2 раз в году)
- подкручивание болтов и электрических соединений
- проверка механизмов на ржавчину и ослабленные растяжки
- контроль поломки лопастей
Наиболее частым повреждением ветряка является отрыв лопасти. Зимой на них появляется корка льда. Частая их очистка продлит срок службы конструкции.
Покраска деталей производится по необходимости. Раз в год нужно полностью осматривать конструкцию на предмет повреждений.
Самодельный ветряк сильно отличается по значениям мощности от заводских изделий. Это объясняется неточными расчетами. Горизонтальный ветряк при теоретической мощности 101 Вт будет выдавать лишь 90, а вертикальный при 69 Вт — около 60.
Чтобы не разочароваться в низких показателях самодельной конструкции, стоит изготавливать ее с расчетными параметрами в 2 раза выше необходимых.
Таким образом, сборка вертикального ветряка является довольно простым вариантом обеспечения жилого дома электроэнергией. Это объясняется простотой сборки конструкции, дешевизной проекта и высокой эффективностью работы устройства. К тому же, обслуживание он требует минимальное, а электричество вырабатывает постоянно. О том, как сделать ветряк самостоятельно, представлено на видео:
Ветер является чистым источником недорогой энергии, которую довольно легко получить. По нашему мнению, каждый сам в праве выбирать, откуда получать электричество. Для этих целей нет ничего более практичного и действенного, чем постройка ветряного генератора своими руками из подручных материалов.
Общая схема ветрогенератора
Ветрогенератор в сборе
Большинство инструментов и материалов, упомянутых в этой инструкции, можно приобрести в хозяйственном магазине. Также, настоятельно рекомендуем Вам поискать указанные ниже компоненты у торговцев подержанным товаром или на местной свалке.
Вопрос безопасности имеет для нас наивысший приоритет. Ваша жизнь является гораздо более ценной, нежели дешевый источник электричества, поэтому соблюдайте все правила техники безопасности, связанные с постройкой ветряка. Быстровращающиеся детали, электрические разряды и резкие погодные условия могут сделать ветрогенератор довольно опасным.
Конструкция данного ветрогенератора для дома проста и эффективна, при этом он быстро и легко собирается. Использовать энергию ветра Вы можете без каких бы то ни было ограничений.
Комплектующие ветрогенератора
В данной инструкции используется электродвигатель постоянного тока от беговой дорожки (питание 260V, 5A), с присоединенной к нему нарезной втулкой 15 см. При скорости ветра около 48 км/ч, выходной ток достигает 7 А. Это небольшой, простой и дешевый агрегат с которым вы можете начать освоение энергии ветра.
Вы можете использовать любой другой двигатель постоянного тока, который выдает не меньше 1V на 25 об/мин и может работать при более чем 10 амперах. Если это необходимо, можно изменить список требуемых компонентов (к примеру, найти втулку отдельно от двигателя – полотно циркулярной пилы с валовым переходником на 1,6 см подойдет для этих целей).
Инструменты для сборки ветрогенератора
Дрель
- Сверла (5,5 мм, 6,5 мм, 7,5 мм)
- Электролобзик
- Газовый ключ
- Отвертка с плоским шлицем
- Разводной ключ
- Тиски и/или струбцина
- Инструмент для снятия изоляции с кабеля
- Рулетка
- Маркер
- Циркуль
- Транспортир
- Метчик для нарезания резьбы на 1/4"х20
- Помощник
Материалы для сборки ветрогенератора
Несущая планка:
- Труба квадратного сечения 25х25 мм (длина 92 см)
- Маскирующий фланец на трубу 50 мм
- Патрубок 50 мм (длина 15 см)
- Саморезы 19 мм (3 шт.)
Примечание: если у Вас есть возможность воспользоваться сварочным аппаратом, то приварите отрезок 50 мм трубы длиной 15 см квадратной трубе, без использования фланца, патрубка и саморезов.
Двигатель:
Двигатель постоянного тока от беговой дорожки (питание 260V, 5A) с присоединенной к нему нарезной втулкой 15 см
Диодный мост (30 – 50 А)
Болты для двигателя 8х19 мм (2 шт.)
Отрезок полихлорвиниловой трубы 7,5 см (длина 28 см)
Хвостовик:
Квадратный кусок жести 30х30см
Саморезы 19 мм (2 шт.)
Лопасти:
Отрезок полихлорвиниловой трубы 20 см длиной 60 см (если она устойчива к ультрафиолетовому излучению, вам не придется ее красить)
Болты 6х20 мм (6 шт.)
Шайбы 6 мм (9шт.)
Листы бумаги А4 (3 шт.)
Скотч
Сборка ветрогенератора
Вырезание лопастей – у нас получится три набора лопастей (всего девять штук) и тонкая полоска отходов.
Поместите нашу ПВХ трубу длиной 60 см на плоскую поверхность вместе с отрезком трубы квадратного сечения (можно использовать любой другой достаточно длинный предмет с ровной кромкой). Плотно прижмите их друг к другу и проведите на ПВХ трубе линию в месте их соприкосновения по всей ее длине. Эту линию назовем А.
Сделайте отметки с каждого конца линии А, отступив от края трубы по 1-1,5 см.
Склейте вместе три листа бумаги формата А4 так, чтобы они образовали длинный прямой кусок бумаги. Вам предстоит обернуть им трубу, прикладывая по очереди к только что сделанным отметкам на ней. Убедитесь, что короткая сторона куска бумаги плотно и ровно прилегает к линии А, а длиная - ровно перекрывается в тех местах, где идет внахлест сама с собой. С каждого конца трубы проведите линию вдоль края бумаги. Назовем одну из этих линий В, другую – С.
Возьмите трубу так, чтобы конец трубы, ближайший к линии В смотрел вверх. Начните там, где линии А и В пересекаются и делайте отметки на линии В каждые 145 мм, двигаясь влево от линии А. Последний отрезок должен получиться длиной около 115 мм.
Переверните трубу вверх тем концом, который является ближайшим к линии С. Начните с точки, где линии А и С пересекаются, и также наносите отметки на линии С каждые 145 мм, но двигаться нужно вправо от линии А.
При помощи квадратной трубки соедините линиями соответствующие друг другу точки на противоположных концах ПВХ трубы.
Разрежьте трубу вдоль по этим линиям, используя электролобзик, таким образом, чтобы у Вас получилось четыре полоски шириной 145 мм и одна – около 115 мм.
Разложите все полоски внутренней поверхностью трубы вниз.
Сделайте на каждой полоске отметки по узкой стороне с одного конца, отступая с левого края 115 мм.
Повторите то же самое с другого конца, отступая по 30 мм с левого края.
Соедините эти точки линиями, пересекая полоски разрезанной трубы по диагонали. Распилите пластик по этим линиям при помощи лобзика.
Полученные лопасти положите внутренней поверхностью трубы вниз.
Сделайте на каждой отметку по линии диагонального распила на расстоянии 7,5 см от широкого конца лопасти.
Сделайте другую отметку на широком конце каждой лопасти на расстоянии 2,5 см от длинной прямой кромки.
Соедините эти точки линией и отрежьте получившийся уголок по ней. Это предохранит лопасти от заламывания побочным ветром.
Обработка лопастей ветрогенератора
Вы должны обработать шкуркой лопасти для того, чтобы добиться нужного профиля. Это повысит их эффективность и, также, сделает их вращение более тихим. Передняя кромка должна быть закруглена, а задняя должна быть заостренной. Для уменьшения шума любые острые углы должны быть скруглены.
Вырезание хвостовика
Размеры хвоста не имеют решающего значения. Вам нужен кусок легкого материала размером 30х30 см, желательно металла (жести). Вы можете придать хвостовику любые очертания, главным критерием является его жесткость.
Сверление отверстий в трубе квадратного сечения – используйте сверло 7,5 мм.
Поместите двигатель на передний конец квадратной трубы таким образом, чтобы втулка выступала за край трубы, и отверстия под крепежные болты смотрели вниз. Отметьте положение отверстий на трубе и просверлите трубу в отмеченных местах насквозь.
Отверстия в маскирующем фланце – этот момент будет описан ниже, в разделе данной инструкции, посвященном монтажу, так как эти отверстия определяют баланс конструкции.
Сверление отверстий в лопастях
- используйте сверло 6,5 мм.
Отметьте два отверстия на широком конце каждой из трех лопастей вдоль их прямой (задней) кромки. Первое отверстие должно быть на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 13 мм от нижнего края лопасти. Второе – на расстоянии 9,5 мм от прямой кромки и 32 мм от нижнего края лопасти.
Просверлите эти шесть отверстий.
Сверление и нарезание отверстий во втулке – используйте сверло 5,5 мм и метчик на 1/4".
Двигатель от беговой дорожки поставляется с прикрепленной к нему втулкой. Чтобы снять ее, плотно зафиксируйте плоскогубцами вал, выступающий из втулки, и поверните втулку по ходу часовой стрелки. Она отвинчивается по часовой стрелке, именно поэтому лопасти вращаются против хода часовой стрелки.
Сделайте шаблон втулки на листе бумаги, используя циркуль и транспортир.
Отметьте три отверстия, каждое из которых находится на расстоянии 6 см от центра круга и на равном расстоянии друг от друга.
Поместите этот шаблон на втулку и набейте на ней предварительные отверстия сквозь бумагу в отмеченных местах.
Просверлите эти отверстия сверлом 5,5 мм.
Нанесите на них резьбу метчиком 1/4"х20.
Прикрутите лопасти к втулке болтами 1/4«х20 мм. В этот момент внешние, близкие к границам втулки отверстия еще не просверлены.
Измерьте расстояние между прямыми кромками кончиков каждой лопасти. Отрегулируйте их так, чтобы они были равноудалены. Наметьте и набейте каждое отверстие на втулке сквозь каждую лопасть.
Сделайте отметки на каждой лопасти и втулке, чтобы Вы не перепутали места крепления каждой из них на более поздней стадии сборки.
Скрутите лопасти с втулки, просверлите и нанесите резьбу на эти три внешних отверстия.
Изготовление защитного рукава для двигателя.
Проведите на нашем отрезке ПВХ трубы диаметром 7,5 см вдоль ее длины две параллельные линии на расстоянии 2 см друг от друга. Разрежьте трубу по этим линиям.
Срежьте один из концов трубы под углом 45°.
Поместите остроносые плоскогубцы в образовавшуюся прорезь и осматривайте трубу сквозь нее.
Убедитесь, что отверстия под болты на двигателе отцентрированы по середине прорези в ПВХ трубе и поместите двигатель в трубу. С помощником сделать это намного легче.
Монтаж
Поместите двигатель на трубу квадратного сечения и прикрутите его к ней, используя болты 8х19 мм.
Разместите диод на квадратной трубе за двигателем на расстоянии 5 см от него. Прикрутите его к трубе саморезом.
Присоедините черный провод выходящий из двигателя к “плюсовому” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “плюса”).
Присоедините красный провод выходящий из двигателя к “отрицательному” входящему контакту диода (он обозначен АС со стороны “минуса”).
Разместите хвостовик так, чтобы конец квадратной трубы, противоположный тому на котором размещен двигатель, проходил по его центру. Прижмите хвост к трубе при помощи струбцины или тисков.
Прикрутите хвостовик к трубе при помощи двух саморезов.
Разместите все лопасти на втулке таким образом, чтобы все отверстия совпали. Используя болты 6х20 мм и шайбы, прикрутите лопасти к втулке. Для трех отверстий внутреннего круга (ближайших к оси втулки) используйте по две шайбы, по одной с каждой стороны лопасти. Для трех остальных используйте по одной (со стороны лопасти, ближайшей к головке болта). Туго затяните.
Надежно зафиксируйте вал двигателя (который проходил через отверстие во втулке) плоскогубцами и, надев втулку, поворачивайте ее против хода часовой стрелки, пока она не закрутится до конца.
При помощи газового ключа плотно прикрутите патрубок 50 мм к маскирующему фланцу.
Зажмите патрубок в тисках так, чтобы фланец был расположен горизонтально над губками тисков.
Расположите квадратную трубу, несущую на себе двигатель и хвостовик, на фланце и добейтесь ее идеально сбалансированного положения.
После достижения сбалансированности сделайте метки на квадратной трубе сквозь отверстия во фланце.
Просверлите эти два отверстия, используя сверло 5,5 мм. Возможно, придется скрутить для этого хвост и втулку, чтобы они не мешали Вам.
Прикрутите несущую квадратную трубу к фланцу двумя саморезами.
При росте цен на электроэнергию повсюду идёт поиск и разработка её альтернативных источников. В большинстве регионах страны целесообразно применять ветрогенераторы . Чтобы полностью обеспечить электричеством частный дом, требуется достаточно мощная и дорогостоящая установка.
Ветряной генератор для дома
Если сделать небольшой ветрогенератор, с помощью электрического тока можно подогревать воду или использовать для части освещения, например, хозяйственных построек, садовых дорожек и крыльца. Подогрев воды для хозяйственных нужд или отопления – это простейший вариант использования ветровой энергии без её аккумулирования и преобразования. Здесь вопрос больше заключается в том, достаточно ли мощности будет для отопления.
Перед тем как сделать генератор, сначала следует выяснить особенности ветров в регионе.
Большой ветрогенератор, для многих мест российского климата, мало подходит из-за частой смены интенсивности и направления воздушных потоков. При мощности выше 1 кВт он будет инерционным и не сможет в полной мере раскручиваться, когда меняется ветер. Инерция в плоскости вращения приводит к перегрузкам от бокового ветра, приводящим к его выходу из строя.
С появлением маломощных потребителей энергии имеет смысл применять небольшие самодельные ветрогенераторы не более чем на 12 вольт, чтобы освещать дачу светодиодными светильниками или заряжать телефонные аккумуляторы при отсутствии в доме электричества. Когда в этом нет необходимости, электрогенератор можно применять для нагрева воды.
Тип ветрогенератора
Для безветренной области подходит только парусный ветрогенератор. Чтобы электроснабжение было постоянным, понадобится аккумуляторная батарея не менее чем на 12В, зарядное устройство, инвертор, стабилизатор и выпрямитель.
Для слабоветренных районов можно самостоятельно изготовить вертикальный ветрогенератор, мощностью не более 2-3 кВт. Вариантов есть много и они почти не уступают промышленным образцам. Покупать целесообразно ветряки с парусным ротором. Надёжные модели мощностью от 1 до 100 киловатт выпускаются в Таганроге.
В ветреных регионах можно сделать генератор для дома своими руками вертикальный, если требуемая мощность составляет 0,5-1,5 киловатт. Лопасти можно изготовить из подручных средств, например, из бочки. Более производительные устройства целесообразно купить. Самыми дешёвыми являются «парусники». Вертикальный ветряк стоит дороже, но он надёжней работает при сильных ветрах.
Маломощный ветряк своими руками
В домашних условиях небольшой самодельный ветрогенератор изготовить несложно. Для начала работы в области создания альтернативных источников энергии и накопления в этом ценного опыта как собрать генератор, можно изготовить самостоятельно простое устройство, приспособив мотор от компьютера или принтера.
Ветряной генератор на 12 В с горизонтальной осью
Чтобы сделать своими руками маломощный ветряк, необходимо сначала подготовить чертежи или эскизы.
На скорости вращения 200-300 об./мин. напряжение можно поднять до 12 вольт, а вырабатываемая мощность составит около 3 Вт. С его помощью можно зарядить небольшой аккумулятор. Для других генераторов мощность необходимо увеличивать до 1000 об./мин. Лишь в этом случае они будут эффективны. Но здесь понадобится редуктор, создающий значительное сопротивление и к тому же имеющий высокую стоимость.
Электрическая часть
Чтобы собрать электрогенератор, необходимы комплектующие:
- небольшой мотор от старого принтера, дисковода или сканера;
- 8 диодов типа 1N4007 для двух выпрямительных мостов;
- конденсатор ёмкостью 1000 мкф;
- труба ПВХ и пластиковые детали;
- алюминиевые пластины.
На рисунке ниже изображена схема генератора.
Шаговый мотор: схема подключения к выпрямителю и стабилизатору
Диодные мосты подключаются к каждой обмотке двигателя, которых две. После мостов подключается стабилизатор LM7805. В результате на выходе получается напряжение, которое обычно подаётся на 12-вольтную батарею.
Большую популярность получили электрогенераторы на неодимовых магнитах с чрезвычайно высокой силой сцепления. Их следует аккуратно использовать. При сильном ударе или нагреве до температуры 80-250 0 С (в зависимости от вида) у неодимовых магнитов происходит размагничивание.
За основу генератора, изготавливаемого своими руками, можно взять ступицу автомобиля.
Ротор на неодимовых магнитах
На ступицу производится наклейка суперклеем неодимовых магнитов диаметром около 25 мм примерно в количестве 20 шт. Однофазные электрогенераторы делаются с равенством количества полюсов и магнитов.
Магниты, расположенные напротив друг друга, должны притягиваться, т. е. повёрнуты противоположными полюсами. После приклеивания неодимовых магнитов производится их заливка эпоксидной смолой.
Катушки мотают круглыми, а общее количество витков составляет 1000-1200. Мощность генератора на неодимовых магнитах подбирается такой, чтобы его можно было использовать как источник постоянного тока, порядка 6А для зарядки АКБ на 12 В.
Механическая часть
Лопасти делают из пластиковой трубы. На ней рисуют заготовки шириной 10 см и длиной 50 см, а затем вырезают. Изготавливается втулка на вал двигателя с фланцем, к которому винтами крепятся лопасти. Их количество может быть от двух до четырёх. Пластик долго не прослужит, но на первое время его хватит. Сейчас появились достаточно износостойкие материалы, например, карбон и полипропилен. Затем можно изготовить более прочные лопасти из алюминиевого сплава.
Балансировку лопастей производят путём отрезания лишних частей на концах, а угол наклона создают путём их нагрева с изгибом.
Генератор крепится болтами к куску пластиковой трубы с приваренной к нему вертикальной осью. На трубу также соосно устанавливается флюгер из алюминиевого сплава. Ось вставляется в вертикальную трубу мачты. Между ними устанавливается упорный подшипник. Вся конструкция может свободно вращаться в горизонтальной плоскости.
Электрическую плату можно разместить на вращающейся части, а напряжение потребителю передавать через два токосъёмных кольца со щётками. Если плату с выпрямителем установить отдельно, тогда количество колец будет равно шести, сколько выводов имеет шаговый мотор.
Ветряк крепят на высоте 5-8 м.
Если устройство будет эффективно вырабатывать энергию, его можно усовершенствовать, сделав вертикально-осевым, например, из бочки. Конструкция меньше подвержена боковым перегрузкам, чем горизонтальная. На рисунке ниже изображён ротор с лопастями из фрагментов бочки, установлен на оси внутри рамы и на него не действует опрокидывающее усилие.
Ветряк с вертикальной осью и ротором из бочки
Профилированная поверхность бочки создаёт дополнительную жёсткость, за счёт чего можно применять жесть меньшей толщины.
Ветрогенератор мощностью более 1 киловатта
Устройство должно приносить ощутимую пользу и выдавать напряжение 220 В, чтобы можно было включить некоторые электроприборы. Для этого оно должно самостоятельно запускаться и вырабатывать электроэнергию в широком диапазоне.
Чтобы сделать ветрогенератор своими руками , прежде следует определить конструкцию. Она зависит от того, какая сила ветра. Если она слабая, то единственным вариантом может быть парусный вариант ротора. Больше 2-3 киловатт энергии здесь не получить. Кроме того, для него понадобятся редуктор и мощный аккумулятор с зарядным устройством.
Цена всего оборудования высокая, поэтому следует выяснить, будет ли это выгодно для дома.
В районах с сильными ветрами, самодельным ветрогенератором можно получить 1,5-5 киловатт мощности. Тогда его можно подключать в домашнюю сеть на 220В. Аппарат с большей мощностью самостоятельно сделать сложно.
Электрогенератор из двигателя постоянного тока
В качестве генератора можно использовать малооборотный мотор, генерирующий электрический ток при 400-500 об/мин: PIK8-6/2,5 36V 0,3Nm 1600min-1. Длина корпуса 143 мм, диаметр – 80 мм, диаметр вала – 12 мм.
Как выглядит двигатель постоянного тока
Для него нужен мультипликатор с передаточным отношением 1:12. При одном обороте лопастей ветряка электрогенератор сделает 12 оборотов. На рисунке ниже изображена схема устройства.
Схема устройства ветряка
Редуктор создаёт дополнительную нагрузку, но всё же это меньше, чем для автомобильного генератора или стартера, где требуется передаточное отношение как минимум 1:25.
Лопасти целесообразно изготавливать из алюминиевого листа размером 60х12х2. Если на мотор их установить 6 штук, устройство будет не таким быстрым и не пойдёт вразнос при больших порывах ветра. Следует предусмотреть возможность балансировки. Для этого лопасти припаиваются к втулкам с возможностью накручивания на ротор, чтобы можно было их смещать дальше или ближе от его центра.
Мощность генератора на постоянных магнитах из феррита или стали не превышает 0,5-0,7 киловатт. Увеличить её можно только на специальных неодимовых магнитах.
Генератор с не намагниченным статором для работы не годится. При небольшом ветре он останавливается, а после не сможет самостоятельно запуститься.
Для постоянного отопления в холодное время года требуется много энергии, и протопить большой дом – это проблема. Для дачи в этом плане он может пригодиться, когда туда приходится ездить не чаще 1 раза в неделю. Если всё правильно взвесить, система отопления на даче работает всего несколько часов. Остальное время хозяева находятся на природе. Используя ветряк как источник постоянного тока для зарядки АКБ, за 1-2 недели можно накопить электроэнергии для отопления помещений на такой промежуток времени, и таким образом, создать себе достаточный комфорт.
Чтобы сделать генератор из двигателя переменного тока или автомобильного стартера, требуется их переделка. Мотор можно модернизировать под генератор, если ротор изготовить на неодимовых магнитах, проточив на их толщину. Его делают с количеством полюсов, как и у статора, чередуя друг с другом. Ротор на неодимовых магнитах, приклеенных к его поверхности, при вращении не должен залипать.
Типы роторов
Конструкции роторов отличаются разнообразием. Распространённые варианты изображены на рисунке ниже, где указаны значения коэффициента использования энергии ветра (КИЭВ).
Виды и конструкции роторов ветряков
Для вращения ветряки делают с вертикальной или горизонтальной осью. Вертикальный вариант обладает преимуществом в удобстве обслуживания, когда основные узлы расположены внизу. Опорный подшипник выполнен самоустанавливающимся и долго служит.
Две лопасти ротора «Савониуса» создают рывки, что не очень удобно. По этой причине его делают из двух пар лопастей, разнесённых на 2 уровня с поворотом одной относительно другой на 90 0 . В качестве заготовок можно использовать бочки, вёдра, кастрюли.
Ротор «Дарье», лопасти которого делают из упругой ленты, отличается простотой изготовления. Для облегчения раскрутки их количество должно быть нечётным. Движение происходит рывками, из-за чего механическая часть быстро разбивается. Кроме того, лента при вращении вибрирует, издавая рёв. Для постоянного применения подобная конструкция не очень подходит, хотя лопасти иногда делают из звукопоглощающих материалов.
В ортогональном роторе крылья выполняются профилированными. Оптимальное количество лопастей равно трём. Устройство быстроходное, но его необходимо раскручивать при пуске.
Геликоидный ротор имеет высокий КПД за счёт сложной кривизны лопастей, снижающей потери. Его применяют реже других ветряков из-за высокой стоимости.
Горизонтальный лопастный ротор исполнения является наиболее эффективным. Но он требует наличия стабильного среднего ветра, а также для него необходима ураганная защита. Лопасти можно изготовить из пропилена, когда их диаметр меньше 1 м.
Если вырезать лопасти из толстостенной пластиковой трубы или бочки, достичь мощности выше 200 Вт не удастся. Профиль в виде сегмента для сжимаемой газообразной среды не подходит. Здесь нужен сложный профиль.
Диаметр ротора зависит от того, какую мощность требуется получить, а также от количества лопастей. Двухлопастнику на 10 Вт нужен ротор диаметром 1,16 м, а на 100 Вт – 6,34 м. Для четырёх-, и шестилопастника диаметр составит соответственно 4,5 м и 3,68 м.
Если насадить ротор непосредственно на вал генератора, его подшипник долго не протянет, поскольку нагрузка на все лопасти неравномерная. Опорный подшипник для вала ветряка должен быть самоустанавливающимся, с двумя или тремя ярусами. Тогда для вала ротора будут не страшны изгибы и смещения в процессе вращения.
Большую роль в работе ветряка играет токосъёмник, который требуется регулярно обслуживать: смазывать, чистить, регулировать. Возможность его профилактики должна быть предусмотрена, хотя это сложно сделать.
Безопасность
Ветряки, мощность которых превышает 100 Вт, являются шумными устройствами. Во дворе частного дома можно установить промышленный ветродвигатель, если он сертифицирован. Его высота должна быть выше ближайших домов. На крыше нельзя устанавливать даже маломощный ветряк. Механические колебания от его работы могут создать резонанс и привести к разрушению строения.
Высокие скорости вращения ветрогенератора требуют качественного изготовления. Иначе, при разрушении устройства существует опасность, что его детали могут отлететь на большие расстояния и нанести травму человеку или домашним животным. Особенно это следует учитывать при изготовлении ветряка своими руками из подручных материалов.
Видео. Ветрогенератор своими руками.
Применение ветрогенераторов целесообразно не во всех регионах, поскольку зависит от климатических особенностей. Кроме того, изготавливать их своими руками не имеет смысла без определённого опыта и знаний. Для начала можно взяться за создание простой конструкции мощностью несколько ватт и напряжением до 12 вольт с помощью, которой можно зарядить телефон или зажечь энергосберегающую лампу. Применение неодимовых магнитов в генераторе позволяет значительно увеличить его мощность.
Мощные ветровые установки, берущие на себя значительную часть электроснабжения дома, лучше приобретать промышленные, на создание напряжения 220В, тщательно взвесив при этом все за и против. Если совместить их с другими видами альтернативных источников энергии, электричества может хватить на все хозяйственные нужды, включая систему отопления дома.
