Пока инженеры и технологи крупных корпораций разрабатывают проекты использования альтернативных источников энергии в промышленности, домашние умельцы находят способы ее применения в бытовом хозяйстве. Причем переход на нестандартные генераторы энергии обуславливается не только желанием сэкономить на электричестве. В дачных и коттеджных поселках перебои с доставкой электроэнергии – не редкость, а в некоторых регионах центральные сети снабжения и вовсе отсутствуют. Для собственников удаленных частных владений и просто желающих обеспечить хозяйство независимым источником энергии предлагается идея изготовления самодельного ветрогенератора в разных вариациях.
Принципиальная конструкция ветряка
В домашних условиях изготовить генератор на ветряной тяге несложно. Достаточно взять рабочую часть пропеллера или лопастную группу, подключить ее к двигателю с электрическим преобразователем и продумать систему аккумуляции энергии. Далее остается лишь организовать технические условия для работы созданной инфраструктуры. Проблема заключается в том, что для более или менее значимых объемов выработки конструкция должна состоять из полноформатных рабочих элементов. В первую очередь просчитывается ось колеса, ее направление и сборочные материалы. Например, вертикальные самодельные ветрогенераторы своими руками изготавливают из металлических пластин, обработанных специальным образом на станках или ручным инструментом. Неправильная геометрия лопастей может привести к потере момента тяги из-за смены направления потоков. Такая конструкция будет работать против потоков ветра.
В свою очередь, горизонтальные установки не так требовательны к устройству функциональных органов. Для них также будут нужны лопасти определенной конфигурации, но с упрощенной формой.
Помимо рабочей механической части, в конструкцию ветряка входит уже упомянутый двигатель. Он должен будет обеспечивать преобразование и аккумуляцию энергии. Как правило, самодельный ветрогенератор для дома изготавливается из моторов от бытовой техники, но могут быть и другие варианты. Отдельное внимание уделяется несущей конструкции. Ее сформирует массивная станина на основе металла, защитный корпус, рамная база для крепления вспомогательных узлов, стойка и другие компоненты.
Технические характеристики
Без предварительного расчета мощностей приступать к дальнейшей проработке ветрогенератора не имеет смысла. От объема преобразуемой энергии в конечном счете зависит способ применения установки. И опять же, производительность конструкции определяется размерами рабочего органа и конфигурацией его технического исполнения. Средние параметры самодельного ветрогенератора можно представить так:
- Диаметр лопастного колеса – 200 см.
- Количество лопастных сегментов – 6.
- Напряжение для генератора – 24 Вт.
- Сила тока – порядка 250 А.
- Мощность генератора – диапазон от 0,2 до 3 кВт.
- Скорость ветра – до 12 м/с.
- Емкость аккумулятора – 500 А/ч
Сборка лопастей колеса
Как уже отмечалось, в постройке сложной конструкции вертикального ветряка не обойтись без металлического листа. Можно использовать анодированный алюминий, но по характеристикам прочности лучше подходят стальные сегменты, хотя для них потребуется станочная обработка. В любом случае только жесткий металл позволит собрать надежные лопасти для конструкции вертикального самодельного ветрогенератора. Своими руками изготовить ветряное колесо для горизонтальной конструкции можно и с применением заготовок из поливинилхлорида (ПВХ). Пластик более податлив в обработке, нечувствителен к воздействиям окружающей среды и легок. Недостатки его упираются в механическую гибкость, поэтому изначально следует ориентироваться на жесткие сплавы ПВХ.
Подходящие по структуре заготовки можно найти в напорных трубах или сегментах водосточных конструкций. В случае с пластиком стоит ориентироваться на толщину стен в 5 мм, длину порядка 100 см и диаметр до 15 см. Для формовки сегмента желательно использовать готовый шаблон, провести от него контуры и по ним же сделать вырезку с помощью электролобзика или пилы по металлу. Балансировка самодельных лопастей для ветрогенератора выполняется путем стачивания и мелкозернистой шлифовки поверхностей. Все углы и кромки тщательно округляются под единую форму.
Далее 6 лопастных элементов следует установить на базу ветряного колеса, в которую затем будет интегрирован и генератор. Крепление производится через металлическую муфту диаметром 20 см и толщиной 1 см. Посредством инверторной деликатной сварки к муфте следует приварить стальные посадочные полосы длиной 30 см и шириной 1,2 см. В них должны быть предусмотрены отверстия для фиксации лопастей.
Генератор из велосипедного мотора
Вопрос выбора генерирующей установки, возможно, самый ответственный, поэтому рассмотрено будет несколько вариантов. Наиболее практичный и удобный с точки зрения монтажа агрегат – электрический веломотор, который можно приобрести в среднем за 7-10 тыс. руб. Это будет модель с характеристиками напряжения до 250 В и частотой вращения порядка 200 об/с. Далее выполняется соединение муфты ветряного колеса и самодельного генератора. Ветрогенератор можно фиксировать к корпусу болтами, выбирая отверстия под крепежи спиц. В результате должна получиться компактная, относительно легкая, но и не самая производительная установка для выработки электроэнергии. Поэтому стоит рассмотреть и альтернативные варианты помощнее.
Конструкция с автомобильным генератором
По совокупности именно рабочих качеств такая установка будет оптимальным силовым агрегатом, причем если есть возможность, то рекомендуется применять тракторные и грузовые стартеры. Главная сложность будет заключаться в обмотке устройства неодимовыми магнитами. Их следует наклеивать на роторные диски. Оптимально подойдут магнитные элементы формата 25х8 мм в количестве 20 шт. При этом полюса следует строго чередовать, иначе стартер будет бесполезен в конструкции.
Также стоит отказаться от круглых магнитов в пользу прямоугольных. Дело в том, что самодельный ветрогенератор из автомобильного генератора должен будет равномерно распределять электромагнитные волны, а эту функцию в нужной мере не смогут поддержать элементы круглой формы. По наружным и внутренним контурам размещения магнитов также организуются линии бортиков. Их можно выполнить из пластилина, зафиксированного эпоксидным клеем. Впрочем, для большей надежности стоит и весь стартер залить вяжущей смолой.
Применение асинхронного двигателя
Для удобства при выполнении монтажных работ можно взять асинхронную силовую установку и после несложной переделки совместить ее с механической рабочей частью ветряка. Основная часть доработки будет связана с проточкой ротора на токарном станке. Доводка делается под толщину магнитных элементов. Проблема обработки связана с тем, что в конструкции асинхронных двигателей не предусматриваются специальные гильзы для вставки магнитов, поэтому пазы растачиваются самостоятельно.
Как и в случае с выбором прямоугольных электромагнитных элементов, формирование вставок в корпусе делается для правильного направления поля на стартер. После технической доработки и внедрения рабочей оснастки, можно заливать конструкцию эпоксидной смолой. На выходе должен получиться самодельный ветрогенератор на 2 кВт и выше – производительность будет зависеть от номинальной мощности и формата примененных магнитов. Кстати, не стоит бояться того, что поле обработки клеевым составом немного упадет напряжение. Оно не имеет принципиального значения для работоспособности ветряка, но силу тока вполне может поднять.
Использование самодельного магнитного генератора
Для обслуживания небольших аккумуляторов можно ограничиться и установкой стартера собственного изготовления. У него будет множество недостатков по сравнению с заводскими устройствами, но для маломощных потребителей и такой системы будет достаточно. Самый важный этап в изготовлении – сделать правильный расчет витков обмотки. Их количество в самодельном ветрогенераторе на магнитах будет зависеть как раз от числа катушек. В среднем совокупную мощность обеспечивают 1000-1200 оборотов.
Если для намотки использовать провод большего сечения, то понизится сопротивление, а сила тока – напротив, увеличится. Но в любом случае потребуется станок для создания катушек с обмоткой. Процесс рутинный и долгий, поэтому без механизации не обойтись. Агрегат для наматывания может быть ручным на базе верстака. Достаточно организовать вращающуюся оснастку на металлическом стержне и подвести к ней катушку с медной проволокой. Сама катушка будет круглой. Более значим вопрос о ее длине, так как вытянутая конструкция обеспечит более прямые витки с большим расходом меди на секторе. Отдельные сектора для корректного распределения намотки по площади можно изначально разметить на бумаге, после чего использовать на заготовке катушки те же пластилиновые барьеры.
В целях повышения прочности самодельного ветрогенератора своими руками рекомендуется на днище формы наносить и стеклоткань. Чтобы она не прилипла к поверхности, тыльную сторону желательно обработать воском или вазелином. В системе стартера группа катушек собирается без прямых контактов. Каждый элемент должен иметь надежную фиксацию, а концы фаз выводятся наружу с многослойной изоляцией. Несколько проводов можно объединить в одну фигуру – звездой или треугольником.
Установка генератора на раму
Собранный силовой агрегат должен быть рассчитан на определенные электротехнические нагрузки, но не стоит забывать и о стороннем механическом воздействии. Чтобы конструкция переносила динамическое и статистическое давление, вал генератора должен быть надежно зафиксирован в станине. Для этого используют металлическую раму, подходящую для самодельного ветрогенератора по форме и размерам. В крайнем случае можно применить демпфирующие материалы, которые зажмут установку в корпусе. Слишком тяжелые каркасы тоже использовать нежелательно. Оптимальный вариант – алюминиевая станина толщиной 1-2 см.
Защита от сильного ветра
В нормальном режиме ветряк функционирует и стабильно вырабатывает ток при скорости ветра порядка 10 м/с. Превышение этого показателя будет вредно как для несущей конструкции, так и для электротехнической начинки оборудования. Поэтому установка защищается системой боковой лопатки. Например, самодельные вертикальные ветрогенераторы оберегают от ураганов с помощью панелей, дающих пружинное усилие. В такой конструкции генератор будет работать по направлению потока с хвостовым оперением, то есть функция системы ограничивается механикой, но без чрезмерных нагрузок от воздушных потоков.
Мачта для ветрогенератора
Центральный и основной несущий компонент установки, от которого зависит механическая надежность всего комплекса. В качестве этого стержня могут использоваться профильные уголки, трубы и столбы. Практичнее и удобнее в монтаже обходится металлическая труба с диаметром 10 см. Что касается длины, то надо иметь в виду, что оптимальное положение генератора над землей составляет 4-5 м. Промышленные установки монтируются и на большей высоте, но для надежной установки с такими параметрами потребуется дополнительная техника. В данном же случае можно по принципу винтовых свай установить самодельный ветрогенератор на трубе с заглублением в землю на 1-1,5 м. В выборе точки положения надо учесть, что в радиусе 30 м на том же уровне не должны находиться помехи. В крайнем случае придется поднять рабочую конструкцию на 1 м выше барьера.
Заранее можно рассчитать и приспособления для спуска и подъема. Без обслуживающих мероприятий все равно не обойтись, а подставка обычной лестницы – решение не самое надежное. В дополнение конструкторы рекомендуют устанавливать страхующие растяжки с отступами в 5 м по высоте мачты. Они крепятся к земле с помощью анкерных соединений в радиусе, который составляет половину от высоты столба.
Заключение
Генераторные установки, работающих от природных источников энергии, по-прежнему не имеют массового распространения по причине высокой стоимости базового оборудования и немалых затрат на обслуживание. В данном же случае самым дорогим может быть самодельный ветрогенератор из асинхронного двигателя, который потребует мощной силовой базы и регулярной технической поддержки. С другой стороны, у него же и самая высокая производительность (КПД порядка 80%), которая позволит окупить расходы на монтаж и сопутствующие материалы. Насколько хватит энергии от аккумулятора, подключенного к такому генератору? Как показывает практика, минимальный энергетический порог системы с отдачей в 2-3 кВт позволяет покрыть нужды климатических систем, бытовых групп осветительных приборов, холодильной техники и т. п.
