Ветрогенератор своими: как сделать самодельное устройство на 220 В (Вольт) для частного дома самому, и чертеж, условия и простая инструкция изготовления

как сделать самодельное устройство на 220 В (Вольт) для частного дома самому, и чертеж, условия и простая инструкция изготовления

Некоторые природные явления могут стать отличными источниками для выработки альтернативной электроэнергии. Генераторы, работающие от ветра, являются довольно практичными и не очень сложны в построении даже в домашних условиях. Поэтому в данной статье рассмотрим, как в домашних условиях построить ветрогенератор для собственных нужд, какие материалы и инструменты нам понадобятся.

Законность: насколько мощное устройство можно сделать?

Производство и монтаж самодельного ветрогенератора не попадает под статьи административного или уголовного наказания, если его мощность составляет не более 5 кВт. Также налогообложение производимой электроэнергии не предусматривается, так как её ресурсы расходуются на бытовые нужды дома.

По этой же причине для установки ветряка не требуется согласование с местной энергетической компанией. Однако перед изготовлением ветряка следует проверить наличие или отсутствие ограничительных субъектовых и муниципальных нормативно-правовых актов.

Также вопросы могут возникнуть со стороны соседей, которые могут испытывать неудобства, связанные с работой ветряка. Поэтому, если вы собираетесь создать ветрогенератор, то нужно обратить внимание на такие параметры, как:

1. Высота мачты. Существуют определённого рода ограничения на высоту данных построек. Например, постройку с высотой более 15 метров нельзя устанавливать рядом с мостами, аэропортами и тоннелями.
2. Шум от редуктора и лопастей. Необходимо, чтобы эти характеристики не превышали шумовые нормативы. Параметры вырабатываемого шума можно зафиксировать при помощи специализированного прибора, показания лучше задокументировать.
3. Эфирные помехи. Некоторые ветряки могут создать телепомехи, поэтому лучше предусмотреть защиту от них.
4. Претензии экологических служб.
   Данные организации могут препятствовать в эксплуатации ветряка, если она препятствует миграции перелётных птиц. Но, так как высота самодельных ветряков, как правило, небольшая, то эта проблема не возникнет.

Разновидности

По расположению генератора данный агрегат может быть:

1. Горизонтальной конструкции. В данном устройстве ось вращения располагается параллельно земле, а плоскость лопастей – перпендикулярно. Что позволяет осуществлять свободное вращение вокруг вертикальной оси.

   Принцип действия вертикальных генераторов заключается в перемене направления ветра, который воздействует на хвостовую плоскость, таким образом, ось вращения генератора будет располагаться по вектору движения потока воздуха.

   Внимание! Проблемой в использовании горизонтальных генераторов является присоединение силовых кабелей, так как провода могут наматываться на мачту и рваться. Однако эта проблема также решаема при помощи установки ограничителя.

2. Вертикальной конструкции. В данном варианте ось вращения вала располагается перпендикулярно земле, что позволяет устройству не зависеть от направления ветра. Преимущество данной установки состоит в том, что её чертежи представлены в свободном доступе из технической литературы. Сам генератор не требует установки ограничителей вращения, как в горизонтальных конструкциях.

Эффективная установка роторного типа для частного дома: из чего можно собрать?

Установка данного типа рассчитана на обеспечение электричеством садового домика, хозяйственных построек и подсвечивания в ночное время территории. Для изготовления ветроэлектрической установки роторного типа с максимальной мощностью в 1,5 кВт будет необходим ряд устройств:

• генератор на 12 В.;
• гелиевый или кислотный аккумулятор на 12 В.;
• полугерметичный выключатель-кнопка на 12 В.;
• преобразователь 700 →1500 Вт и 12→ 220 В.;
• автомобильное реле контрольной лампы заряда или зарядки аккумулятора;
• вольтметр;
• болгарка или ножницы по металлу;
• дрель.

Также дополнительно необходимы будут:

• ёмкость из нержавеющей стали или из алюминия большого объёма;
• болты с гайками и шайбами;
• провода сечением 4 мм² и 2,5 мм²;
• хомуты для закрепления генератора на мачте;
• карандаш или маркер;
• рулетка, кусачки, сверло, ключи, отвёртка.

Преимущества и недостатки роторной модели ветряка

Достоинствами роторной модели ветрогенератора являются:

• экономичность;
• элементы легкозаменяемые и хорошо поддаются ремонту в случае поломки;
• отсутствие особых условий для работы;
• надёжность в эксплуатации;
• достаточно тихая работа.

Недостатки также присутствуют:

• производительность ветряка не очень большая;
• ветрогенератор сильно зависит от внезапных порывов ветра, что может даже привести к срыву пропеллера.

Однофазный и трёхфазный

• Генераторы однофазного вида при нагрузке издают вибрационные колебания, причиной которых является разница в амплитуде тока.
• Генераторы трёхфазного вида не издают вибрационные колебания, что увеличивает акустический комфорт при их работе. Это позволяет генератору работать почти бесшумно, к тому же чем меньше вибрации, тем больше он прослужит.

Как видим, при сравнении обоих типов генераторов, лучшие характеристики имеет трёхфазный вид.

Номиналы генерируемого напряжения на 220 Вольт (В)

Самодельным ветрогенераторам на 220 В не нужны дополнительные преобразователи величины напряжения.

Однако их работа зависит от силы ветра, поэтому требуется установка стабилизатора на выходе. Ведь при отсутствии ветра, генератор не будет работать. На самодельных ветряках используются мощные электродвигатели, благодаря которым можно установить винт, прикрепив его прямо к валу ротора.

Мощный электродвигатель можно не приобретать за большие деньги, а приобрести уже бывший в употреблении от списанной электроустановки, стиральной машины или пылесоса.

Также можно смастерить ветрогенераторы на основе автомобильного генератора в комплекте с преобразователем напряжения. На выходе образуются 12 или 14 вольт необходимые для питания энергосистемы. Такие конструкции можно использовать и в качестве непосредственного подключения, и в автомобильном режиме. Например, взяв питание напрямую с клемм аккумулятора.

Калькулятор расчёта прогнозируемой мощности

Теоретически мощность ветрового генератора рассчитывают по формуле:

N=p*S*V³/2, где:

• N – мощность потока воздуха;
• p – плотность воздушных масс;
• S – общая обдуваемая площадь лопастей винта;
• V – скорость воздушного потока.

Стартовый этап изготовления в домашних условиях: как изготовить самому?

Начальный этап производства ветровой установки состоит из следующих действий:

1. Большую ёмкость цилиндрической формы из металла разделяем на 4 равнозначные части, используя рулетку и карандаш.

   В качестве металлической ёмкости могут выступать выварки, вёдра или кастрюли.

2. Затем по намеченным линиям вырезаем болгаркой будущие лопасти, не прорезая их до конца.
3. Займёмся работами по переделке шкива генератора. Для этого на дне кастрюли и в шкиве нужно отметить и проделать симметричные отверстия, в которые будут вкручиваться болты.
4. В зависимости от стороны, в которую будет вращаться ветрогенератор, отгибаем лопасти.
5. На шкиве закрепляем ведро с лопастями.
6. Генератор крепим на мачту, фиксируя его хомутами, затем присоединяем провода и собираем цепь.

   Внимание! Обязательно при сборке цепи нужно зафиксировать в письменном виде схему соединения, цвета проводов и маркировку контактов.

7. Провода закрепляем на мачте генератора.
8. Присоединяя аккумулятор, используем 1 метр провода с сечением 4 мм². Для установки преобразователя также можно использовать данный вид провода.

Инструкция сборки аксиальной ВЭУ на неодимовых магнитах: как собрать своими руками?

Ветроэлектрическая установка на основе неодимовых магнитов представляет собой аксиальный ветрогенератор с безжелезными статорами. Ступицу от старого автомобиля с тормозными дисками можно использовать, как основу аксиального генератора. Её нужно разобрать, тщательно вычистить и смазать подшипники. Затем генератор следует покрасить.

Как разместить и закрепить магниты?

Распределение и закрепление магнитов осуществляется в несколько этапов:

1. Магниты размером 25х8мм размещаются по методу чередования полюсов, то есть у противостоящих магнитов должны быть противоположные полюса. Для этого можно заготовить шаблон-подсказку или нанести сектора прямо на диск, а также сами магниты пометить знаками минус или плюс.
2. Для закрепления магнитов нужно использовать хорошо фиксирующий клей. Для ещё большей удерживающей силы можно использовать эпоксидную смолу, которой залить диск целиком.

   Перед нанесением эпоксидной смолы форму лучше смазать вазелином, воском или средствами на их основе, чтобы она не прилипла к форме.

   Правила наматывания катушки

   1. Намотку можно осуществлять как вручную, так и с помощью специального станочка.
   2. Круглые катушки можно слегка вытянуть, что позволит сделать витки более прямыми. Но важно, чтобы они в размере были чуть больше магнитов или одинаковой с ними величины.
   3. При использовании провода с крупным сечением для намотки катушек, сила тока увеличится, а сопротивление уменьшится.
   4. Форму для статора можно изготовить из фанеры, а сектора для катушек отметить на ней. Бордюром может служить пластилин или плёнка. Стеклоткань, наложенная поверх катушек, повысит прочность конструкции.
   5. Статор, увеличенный при помощи количества витков в катушках, может уменьшить магнитопоток. Это приведёт к подаче меньшего тока на выходе.
   6. Катушки между собой закрепляют в неподвижном состоянии, выводя концы фаз наружу. Эти провода нужно соединить звездой или треугольником.

   Окончательная сборка устройства

   Мачта должна быть длиной около 6-12 метров с забетонированной основой и ветряком, закреплённым на её верхней части. В основание мачты нужно вмонтировать специальное крепление для поднятия и спуска трубы при помощи ручной лебёдки.

   Оно пригодится в случае поломки ветряка.

   Для изготовления винта используем трубу из поливинилхлорида диаметром 160 мм и длиной 2 метра. Всего из трубы будут вырезаны 6 лопастей. Винт-пропеллер нужно защитить от сильного ветра, используя складной хвост.

   Чертеж простой действующей самоделки

   Далее можно ознакомиться с чертежом ветрогенератора:

   Из чего состоит самодельный шедевр?

   Конструкция ветрогенератора одинакова, не зависимо от выбранной модели, и в неё входят следующие элементы:

   • пропеллер;
   • генератор;
   • инвертор/ регулятор напряжения/ стабилизатор;
   • буферный элемент;
   • мачта.

   Пропеллер

   Пропеллера можно изготовить из следующих материалов:

   • пластиковых бутылок;
   • кулер для воды;
   • алюминиевые листы;
   • жестяные банки или стальные бочки.

   Генератор

   Генераторы, как правило, используются уже готовые из старых электроприборов. Например, автомобильный или электродвигатель из бытовой техники. Генератор также можно попробовать собрать вручную. Вот несколько примеров:

   • ветрогенератор на неодимовых магнитах;
   • перебрать ротор любого генератора;
   • индивидуальная конструкция с обмотками.

   Мачта

   От прочности мачты зависит, насколько долго прослужит вся конструкция. Мачта высотой в 12–15 метров потребует предусмотреть растяжки и противовесы, так как такой высокой конструкции тяжело удержаться и даже сильный ветер может её повалить. Если же высота мачты ниже, то и вес конструкции не будет таким тяжёлым и дополнительные меры предпринимать не потребуется.

   В заключении можно сказать, что ветряные генераторы не очень сложны в конструкции, и их можно сделать в домашних условиях. Они прекрасно подойдут для ветреных регионов, в которых условия созданные природой окупят счета за электричество.

Ветряки для дома своими руками.

Выбираем генератор.

В связи с постоянно растущими ценами на электричество, все большее количество владельцев частных домов и дачных участков задумываются об установке источников альтернативного электропитания. Ветряки для дома своими руками являются отличным решением, как для выработки дополнительного электричества, что сможет снизить счета за коммунальные услуги, так и для обеспечения бесперебойным питанием загородные дома, к которым не подключили энергосети

Территория Россия, благодаря преимущественно равнинной местности и обширной площади, круглый год омывается большим количеством ветров, другое дело, что потенциал силы ветра оставляет желать лучшего, так как ветер чаще всего медленный и слабый. Другое дело – это необжитые территории России, где ветры гораздо большей силы. В любом случае, установка ветрогенератора даже при слабых ветрах, сможет обеспечить дом своего хозяина бесперебойной, и главное – бесплатной энергией.

Какой мощности выбрать ветрогенератор?

Первое, что стоит запомнить – ветряки для дома, как и любые другие источники альтернативного электричества, не смогут производить колоссальное количество электроэнергии. Многие начинающие конструкторы стремятся создать максимально мощный ветрогенератор, который сможет обеспечить электричеством не только освещение на дачном участке или зарядить аккумуляторные батареи, но также будет поддерживать абсолютно все электропитания дома, включая нагрев бойлера и отопительных систем. В принципе, это вполне возможно, если построить ветровой генератор мощностью более 2 киловатт модели W-HR2. Для строительства такого промышленного ветряка необходимы огромное количество денег, сил и расчетов. Соорудить его в одиночку непрофессионалу практически невозможно.

Оптимальным решением будет установка ветрогенератора мощностью до 500 ватт, этого вполне достаточно для обеспечения электроэнергией маленького загородного участка, а при необходимости большей мощности, всегда можно соорудить еще несколько ветряков и создать из них единую электростанцию.

Ниже представляем таблицу мощности ветряков в зависимости от кол-ва лопастей и диаметра всего ветроколеса при скорости ветра 4 м/с

Со стороны может показаться, что показатели несколько завышены, но не стоит забывать, что 4 м/с – это обычная скорость ветра на равнинной территории и чаще всего он достигает порывов выше, чем данная отметка. А чем больше скорость ветра, тем больше дает энергии самодельный ветряк.

Выбираем тип ветроколеса

Именно ветряное колесо является самым важным элементом всей конструкции, так как за счет его движения энергия ветра преобразовывается в механическую.

Самые популярные типы ветроколеса:

1. Парусные
2. Крыльчатые

Преимущества парусного ветроколеса заключается в их дешевизне и простоте установке: достаточно на лопасти прикрепить парусный материал и разместить под небольшим углом к ветру, такая конструкция будет в точности повторять старинные ветряные мельницы. К ее недостаткам относится большое аэродинамическое сопротивление воздушному потоку, который будет возрастать при ветре, идущем диагонально относительно лопастей.

Намного более эффективными являются лопасти крыльчатого типа, они немного дороже и сложнее в изготовлении, но устойчивы к силам трения или аэродинамическим потерям. Именно поэтому крылья самолетов имеют похожую форму. К дополнительным преимуществам крыльчатых лопастей относят небольшую затрату материалов для их изготовления, для сравнения можно привести вертикально осевой тип лопастей, чья эффективность будет сравнима с крыльчатыми, но при этом будет гораздо больший расход материалов.

Оптимальное количество лопастей на ветроколесе

При создании ветряков для дома своими руками можно сэкономить на материалах и обойтись всего 2-3 лопастями, но данное решение будет чревато несколькими неприятными моментами:

• Чем меньше лопастей, тем они быстрее вращаются и создают лишнюю центробежную нагрузку на ветрогенератор, что может привести к поломке мачты и узлов крепления ветряка
• При высокой частоте оборотов ветроколесу приходиться противодействовать большой силе трения воздуха, которые могут привести к разрушению лопастей. Поэтому лопасти приходиться изготавливать из крепких и дорогостоящих материалов
• Высокий шум при работе

Исходя из всего вышеперечисленного, наиболее оптимальным числом лопастей будет 5 или 6. Когда определились с количеством лопастей, нужно определиться с диаметром ветроколеса исходя из данных таблицы выше. Следует учитывать, что чем больше длина лопастей, тем массивней конструкция, следовательно придется дополнительно укреплять ветряк и проводить работы по уравновешиванию винта. Наиболее оптимальный диаметр ветроколеса – это 2 метра.

Конечно, чем больше лопастей, тем большая эффективность ветрогенератора, но вместе с тем усложняется и общая конструкция ветряка и будет необходима установка дополнительного редуктора.

Выбираем генератор

При выборе генератора необходимо отталкиваться от скорости вращения ветроколеса. Ниже в таблице приведено количество оборотов зависимости от скорости ветра для ветроколеса с 6 лопастями.

Исходя из данных выше, наилучшим выбором будет веломотор или электродвигатель от ленточного накопителя данных. Преимущество таких двигателей в том, что они имеют низкие рабочие обороты и смогут раскрутить ветряк без установки редуктора.

Создаем ветровые генераторы для дома своими руками

При изготовлении ветрогенератора будем придерживаться данной таблицы. Конечно, способы крепления и расположение узлов может быть несколько изменено, но в целом, для создания эффективного ветряка лучше не отступать от представленной конструкции.

Примечание: Расстояние между мачтой и лопастями должно быть не менее 25 см, если меньше, то есть вероятность того, что лопасти прогнувшись под ветром разобьются о мачту.

Изготовление лопастей

Лучше всего крылья для ветряка вырезать из толстостенной ПВХ трубы. Конечно, можно изготовить лопасти из древесины, но это гораздо более трудозатратно, а также древесина может прийти в негодность под воздействием влаги.

Для лопастей следует использовать трубы с толщиной не менее 4 мм, иначе они будут без проблем прогибаться под ветром и быстро придут в негодность.

Высчитывание оптимальной формы лопастей чаще всего проводится эмпирическим путем при вырезании нескольких образцов разного размера. Но такой способ требует затрат времени и приводит к излишнему переводу материала. Поэтому мы предоставляем Вам ниже шаблон лопасти для трубы диаметром 16 см и длинной в 1 метр.

После того, как вы вырежете 6 лопастей по шаблону, необходимо максимально отполировать их поверхность и сточить края, чтобы они меньше сопротивлялись воздушному потоку.

Теперь изготавливаем головку электродвигателя, к которой будут крепиться лопасти. Для этого берем диск из стали толщиной не более 10 мм и привариваем к нему несколько полос длинной до 30 см, на которых высверливаем отверстия для крепления лопастей.

Чтобы повысить эксплуатационные характеристики ветряка, головку электродвигателя обязательно нужно сбалансировать. Для этого головка крепится вертикально в безветренном помещении. Необходимо следить за тем, чтобы ни одна из сторон головки самопроизвольно не двигалась и находилась в неподвижном состоянии. Если заметно движение, то полосы головки стачиваются до того состояния, пока движение не прекратиться при любом положении головки в пространстве.

Закрепляем генератор на раме

Генератор принимает вращательный момент от лопастей и постоянно находится под давлением больших центробежных и гироскопических нагрузок. Чтобы ветряк раньше времени не вышел из строя, генератор следует плотно закрепить на раме. Сама рама представляет собой пластину из метала, на которой располагаются главные узлы ветряка, а также станину из дюралалюминия с резьбовым отверстием. На станину накручивается вал генератора, а для его лучшего крепления следует использовать на конце соединения гайку с контршайбой.

Укрепление ветрогенератора от штормовых ветров

Рассматриваемый нами в этой статье ветряк не обладает высоким числом оборотов и вряд ли будет достигать таких частот вращения, что составляющие ветряка начнут приходить в негодность. Но при частых переменах направления ветра, хвост ветряка будет резко поворачиваться, что может привести к расшатыванию элементов крепления конструкции. Помимо этого, лопасти ветряка при сильном ветре будут сопротивляются поворотам, что вместе с подвижным хвостом ветрогенератора будет создавать высокую нагрузку в месте соединения рамы и генератора.

Чтобы значительно повысить срок службы ветровой электростанции, необходимо устанавливать специальную защиту от сильного ветра. Такой защитой выступает боковая лопатка – простенькое устройство, собираемое из минимума материалов, но удачно зарекомендовавшая себя во множестве ветровых установках.

С помощью боковой лопатки регулируется наклон ветряка по вертикали и при сильном ветре устанавливает лопасти параллельно ветру. То есть при умеренной силе ветра ветряк находится в стандартном положении перпендикулярно относительно земли, но при штормовых воздушных потоках, ветряк складывается на 90 градусов относительно своего рабочего положения, из-за чего его работа прекращается.

Боковая лопатка состоит из небольшой профильной трубы скрепленной с тонкой металлической пластиной, пружины и растяжки располагающейся между лопаткой и хвостом. Растяжка нужна для того, чтобы контролировать угол складывания ветряка.

В лопатке необходимо использовать крепкую пружину из углеродистой стали, которая в крайней точке выдерживает нагрузку до 12 кг. Растяжку изготавливают из тонкого велосипедного троса.

Устанавливаем мачту

Мачта является опорой для ветряка и на этом этапе ни в коем случае не стоит экономить. Лучше всего будет установить мачту на открытой территории, где в радиусе нескольких десятков метров не будет никаких строений. Сама мачта изготавливается из металличесской водопроводной трубы длинной в 7 метров. Если же возле ветряка находятся строения или деревья, то мачту следует сделать хотя бы на метр выше относительно их уровня. На пути к лопастям ветрового генератора не должно быть никаких препятствий, а иначе КПД ветряка будет значительно меньше ожидаемого.

Ветровой генератор – это массивная конструкция весом в несколько сотен килограмм, поэтому, чтобы он не проседал в почве, его необходимо устанавливать на крепком бетонном фундаменте. Помимо закрепления основы мачты в фундаменте, ветряк дополнительно фиксируется несколькими растяжками из монтажных тросов шириной не менее 5 мм. Растяжки крепятся к мачте хомутов, вытягиваются на максимальную длину и крепятся к колышкам, которые забиваются в землю на глубину не менее метра.

Устанавливать мачту с генератором можно как с помощью автокрана, так и в ручную. Для этого используется противовес, изготовленный из тяжелого деревянного бруса.

Аккумуляторные батареи и электронная система ветряка

Чтобы хранить энергию выработанную ветровой электростанцией, используют небольшие аккумуляторные батареи, емкость которых должна быть не меньше 120 а\ч. Рекомендуется также взять батарею до 300 а/ч, и уже в процессе эксплуатации определить сколько времени необходимо для ее зарядки. На выбор батареи также влияет сфера применения АКБ: если батарея используется для обеспечения электрическом нагревательных приборов, то следует отдать предпочтение более емким аккумуляторам.

Чтобы питать аккумулятором технику работающую при напряжении тока 220 В, необходимо установить специальный инвертор преобразователя напряжения. Инверторы различаются между собой уровнем пиковой мощностью, на которой они могут питать технику. Так, если подключать к АКБ компьютер вместе с монитором, то будет достаточно инвертора рассчитанного на 1000 Вт, если же от аккумуляторной батареи будут работать строительные инструменты, такие как перфоратор, то придется взять инвертор на 2000 Вт.

На рисунке ниже Вы можете видеть простейшую схему для зарядки аккумуляторов ветряком: от генератора идут три вывода, которые подключаются к параллельно идущим трем диодным полумостам. От генератора будет вырабатываться напряжение равное 26 В, поэтому к диодным полумостам будет достаточно последовательно подключить две батареи напряжением 12 В.

Основным преимуществом такой схемы является ее легкость сборки и минимум используемых материалов. Ее недостатком будет то, что при небольших ветрах аккумуляторы практически не будут заряжаться. Процесс зарядки начнется только при ветре в 7 м/с, который не так уж и часто можно встретить на равнинных территориях России.

Как ухаживать за ветрогенератором

Ветряки не требуют включения от внешних источников питания, они полностью автономны, благодаря чему запускаются самостоятельно даже при очень слабом ветре. Ветрогенераторы для дома своими руками могут прослужить десятки лет, для этого следует придерживаться нескольких правил:

1. Чтобы металлические компоненты ветровой электростанции не сгнили под атмосферными осадками, их стоит красить каждые 2 года
2. Дважды в год смазывать подшипники в генераторе и поворотном узле
3. Ветроколесо – самое уязвимое место всей конструкции и может с легкостью разбалансироваться при сильном ветре. Примером разбалансировки может служить излишнее дрожание лопастей. Если дефект ветроколеса был обнаружен, то его следует немедленно снять и провести ремонтные работы

Вам понравится

Ветрогенератор 💨 своими руками – самый простой способ создания

В этой статье мы подробно разберем, как сделать ветрогенератор своими руками. Ведь 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.

Ветрогенератор своими руками

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.

Что это такое – ветрогенератор? Общее устройство системы

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.

Примерная схема организации питания приборов потребления от электроэнергии, выработанной ветрогенератором

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.

Плюсы и минусы ветровых электростанций

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?

Узнайте, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками, а также ознакомьтесь с подробным руководством, в специальной статье на нашем портале.

Миниатюрный ветрогенератор из старых компьютерных комплектующих

Понятно, что надеяться на сколь-нибудь значимое подспорье в плане экономии электроэнергии с такой «мини-электростанцией» — по меньшей мере наивно. Но задача иногда ставится иначе – создать источник питания для походных условий, например, для подключения небольшого фонаря  подсветки в палатке, для обеспечения работы радиоприемника, для возможности подзарядить гаджеты.

Встречается немало предложений использовать для подобных целей генератор, изготовленный из компьютерного кулера или электромотора от отслужившего свое принтера. Давайте посмотрим, что из этого может получиться.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемой операции
	Для начала – попытка сделать что-либо серьезное их обычного корпусного кулера. Питается такой вентилятор постоянным током, 12 вольт.
	В качестве привода используется бесщёточный двигатель, с обмоткой на статоре…
	…и расположенными кольцом постоянными магнитами на роторе.
	Некоторым может показаться, что достаточно совершить обратные действия, то есть подать вращающий момент на крыльчатку – и спокойно снять генерированное напряжение с контактов на входе (который превратиться в выход). Однако, это не совсем так. Простенький опыт показывает, что если раскрутить крыльчатку и подсоединить какой-нибудь маломощный светодиод к контактам разъема кулера, то, да, можно будет наблюдать не особо яркое его свечение. Но это, увы, предел возможностей такого «генератора».
	Причина – в нерациональной для генерации тока схеме расположения обмоток статора. Наводимые в них ЭДС в значительной мере «гасят» друг друга, и суммарные показатели напряжения получаются очень «скромными».
	Можно попробовать перемотать катушки статора – хотя бы в целях эксперимента. Для этого кулер придется разобрать. Вначале аккуратно поддевается ножом и снимается круглая наклейка, закрывающая все «внутренности» этой сборки.
	Вот что открылось под ней. Снимается центральная заглушка, под которой расположен подшипник крыльчатки-ротора с фиксатором.
	Производится разборка этого узла – снимается стопорная шайба, а затем аккуратно извлекаются шайбы подшипника скольжения.
	После этого крыльчатка-ротор свободно вынимается из корпуса-статора.
	Вот так выглядят обмотки статора, которые придется заменить.
	С платы аккуратно выпаиваются провода питания кулера.
	Чтобы снять старую обмотку, проще всего будет просто перерезать витки ножом…
	…а затем постепенно аккуратно удалить обрезки проволоки.
	В итоге должен получиться вот такой голый якорь статора. Как видно, на нем четыре сердечника, расположенных крестом. На них и будет наматываться новая обмотка.
	Работа несложная, но может показаться утомительной. Все четыре обмотки должны быть выполнены из одного провода, без разрывов. То есть их расположение будет последовательным. Число витков – чем больше, тем лучше. Соответственно, чем тоньше будет провод для намотки – тем больше получится витков. Естественно, количество витков на каждом из сердечников должно быть одинаковым – так что при выполнении операции намотки придется внимательно их считать. А вот направление обмотки будет меняться. На первом сердечнике витки ложатся по направлению часовой стрелки.
	Следующий сердечник: направление намотки витков – против часовой стрелки.
	На третьем сердечнике – вновь по часовой стрелке.
	И последний сердечник – витки против часовой стрелки.
	Статор после намотки. С двух концов этой обмотки будет сниматься сгенерированное напряжение – все по схеме простейшего генератора переменного тока.
	Плата, которая стояла в статоре кулера (с электролитическими конденсаторами) в данном случае не нужна – ее можно просто удалить. Статор заводится в свое гнездо – для его точной посадки там имеются шлицы.
	Концы проводов через окошко в корпусе выводятся вниз.
	К ним можно после зачистки и облуживания сразу припаять провода, которые пойдут на выпрямитель.
	Затем на место устанавливается крыльчатка-ротор. Производится сборка подшипника и фиксация стопорной шайбой – в противоположном проведенной разборке порядке
	Получившийся генератор будет выдавать переменное напряжение. То есть необходимо установить выпрямитель – диодный мост. Можно использовать готовую сборку, либо спаять самостоятельно из четырех диодов. Для сглаживания пульсации рекомендуется дополнить схему электролитическим конденсатором, естественно, с соблюдением полярности контактов. На иллюстрации показана очень упрощенная сборка схемы, так как вся работа проводится, по сути, лишь в экспериментальных целях. В качестве нагрузки к выпрямителю подключено четыре параллельно соединенных светодиода.
	Теперь – практическая проверка возможностей получившегося ветрогенератора. Крыльчатке рукой придается максимально возможное вращение. Да, светодиодная сборка отреагировала свечением, но назвать это успехом – вряд ли можно. Свечение неустойчивое, довольно тусклое. А замер напряжения показывает, что на максимальных оборотах оно едва достигает 2.3 вольт. Про силу тока и говорить не приходится. Возможные причины – слишком большой просвет между якорем статора и постоянным магнитом ротора. Для режима электропривода – достаточно, а вот для генератора – явно нет. Кроме того, и магнитные качества ротора – весьма слабенькие. И плюс ко всему – часть выработанной энергии неизбежно теряется в выпрямителе. Имеет ли смысл проводить в данном случае какую-либо доработку такого генератора? – наверное, нет. Вряд ли из подобной схемы можно будет «выжать» что-нибудь серьезное.
	Теперь – попытка использовать в качестве генерирующего устройства электропривод от разобранного принтера. Электродвигатель здесь коллекторный, со щетками, и это позволяет снимать постоянное напряжение, не прибегая к применению диодного моста. То есть потери однозначно будут меньше. Кроме того, никаких переработок (перемоток, перепаек контактов) при этом не требуется.
	Соединение вала электромотора (генератора) с крыльчаткой (опять же, взятой от обычного кулера), произведено с помощью муфты-переходника, на которой расположены две пары симметрично расположенных фиксирующих винтов.
	Одной парой винтов поджимается ось крыльчатки, второй – вал электромотора.
	Сам электродвигатель после припаивания проводов размещается в штатном цилиндрическом кожухе.
	При желании несложно придумать для такого ветрогенератора дополнительный корпус со стойкой (кронштейном) для закрепления, например, к оконной раме на балконе, или с подставкой, для временной установки, скажем, «на природе». Кроме того, как видно на иллюстрации, мастер придумал для своей модели еще и обтекаемый аэродинамический колпак.
	Что показали испытания этой модели? Если скорость ветра менее 4÷5 метров в секунду, то просто рабочей площади крыльчатки становится недостаточно, чтобы придать генератору сколь-нибудь значимую для выработки электроэнергии угловую скорость. При скорости в 5 м/с и выше ветрогенератор «оживает». Например, обеспечивает достаточно яркое свечение светодиодного фонаря.
	Вполне может он служить при таких условиях и источником питания для обычного небольшого радиоприемника. Уже положительный результат!
	А вот эксперимент с зарядкой мобильного телефона, увы, окончился неудачно. Да, на дисплее мобильника появляются признаки подключения зарядного устройства. Но этим все и ограничивается – самой зарядки не происходит. Объясняется просто – при вполне приемлемом напряжении на выходе сила тока в цепи зарядки, как показали замеры, не превышает 50 мА. То есть такой силы просто недостаточно, чтобы «впихнуть» заряд в аккумулятор. Для этого требуется хотя бы 0,5 А, то есть вдесятеро больше.

Но все же найти применение такому мини-ветрогенератору можно – в качестве источника питания дежурного освещения, светового маячка во дворе (в саду) или, опять же, радиоприёмника при выездах на природу.

Ну и плюс опыт выполнения подобных электромонтажных работ – он для многих начинающих вообще бесценен.

Но это, конечно, «игрушки» и пора перейти к более серьезным задачам.

Какие могут быть препятствия к установке личного ветрогенератора?

Прежде чем приступать к реализации такого довольно масштабного проекта, хозяину было бы логичным поинтересоваться, не будет ли к этому препятствий, так сказать, административного плана. Что об этом говорит законодательство?

• А говорит оно то, что если выходная мощность планируемого к установке ветрогенератора не превышает 1 кВт, то это вообще рассматривается, как одна из разновидностей бытовых приборов. То есть никак не попадает ни под какую регламентацию.

А что такое мощность в 1 кВт? Не слишком много, но вполне достаточно, например, для дачного или даже небольшого жилого дома. Если не применять отопительные электрические приборы, электроплиту, бойлер и иную мощную технику, то совокупно на все освещение, питание телевизора, ноутбука, на зарядку гаджетов – с лихвой будет хватать. И даже некоторый домашний электроинструмент, при разумном подходе к одновременному подключению устройств, можно будет использовать.  А с мощной аккумулирующей установкой откроются и более широкие возможности – за счет накопления энергии в периоды, когда потребление отсутствует или минимально.

Мощности ветрогенератора в 1 кВт, при которой он вообще с точки зрения закона рассматривается как бытовой прибор, порой бывает вполне достаточно для полного обеспечения небольшого загородного домика

• Не стоит переживать и хозяевам участков, собравшимся устанавливать более мощную систему. Порог, определяющий необходимость сертификации энергетических установок – 75 кВт. То есть никакие чиновники местной власти не имеют права своим решением потребовать прохождения каких-то разрешительных процедур.

Правда, перед началом реализации проекта стоит все же поинтересоваться особенностями регионального законодательства – нет ли там какой-то лазейки для «чиновничьего беспредела».

• Не облагаются такие электростанции и никакими налогами. Ветер пока что еще остается «бесплатным ресурсом», и если генератор используется исключительно для личного потребления энергии, то претензий к владельцам возникать не должно.
• Иное дело – конструкционные особенности ветряка. Иногда могут быть установлены ограничения на высоту мачты – этим стоит поинтересоваться заранее. Например, вблизи линий электропередач, вышек связи, аэродромов и т.п. Возможны и иные ограничения на высоту индивидуальных построек и сооружений. Иногда претензии приходят и со стороны экологических служб – дескать, самостоятельно установленные мачты могут стать помехой свободному перелету птиц. Маловероятно – но все же…
• Установленный и работающий ветрогенератор не должен стать причиной конфликта с соседями по участку. А вот здесь разнообразие претензий, в том числе и надуманных, бывает очень широким.

— Так, соседям может внушать опасение установленная мачта – что она в случае падения рухнет на забор и их участок. Вполне закономерная претензия.

— Далеко не все ветрогенераторы работают тихо. Наоборот – от некоторых исходит весьма внушительный низкочастотный шум и вибрация. И если хозяева, бывает, с этим готовы мириться, то соседям такой раздражающий фактор – совсем ни к чему. Значит, придется или договариваться, или принимать какие-то меры для недопущения сильного шума, или отказываться от ветряка.

Мощные промышленные ветровые турбины вообще по нормативам не должны располагаться ближе 300 метров от жилых домов. И даже на таком расстоянии шум и вибрации могут ощущаться.

Если вы уверены в своей правоте в этом вопросе, то уровень шума желательно измерить с помощью специального прибора — пригласить для этого специалиста и зафиксировать показатели документально. Появится весомый аргумент при решении возможных конфликтов.

— Не исключены претензии (возможно, что и «высосанные из пальца»), что после запуска такой мини-электростанции у соседей ухудшился прием телевизионного или радиосигнала, снизилось качество мобильной телефонной связи.

— Возможны и иные претензии, степень серьезности которых во многом зависит от уровня «мирного сосуществования» с соседями.

Узнайте, какие автономные электростанции для загородного дома возможно выбрать, в специальной статье на нашем портале.

Как быть? Выход видится один – договариваться заранее, а со своей стороны – постараться смонтировать систему так, чтобы она действительно причиняла минимум беспокойства (для себя же лучше). Если договоренность достигнута, и претензий к работающему вертогенератору у соседей нет, то это будет разумным закрепить каким-то произвольным, но письменным соглашением. Ощущения – дело субъективное, и то что сегодня кажется приемлемым, однажды, в период плохого настроения соседей, может «сменить полярность». И даже если вы будете уверены в том, что предъявляемые претензии надуманные – доказать обратное будет практически невозможно или чрезвычайно сложно.

• Кстати, еще раз вспомним о вибрации. Ветряки с мощностью более 1,5÷2 кВт ни в коем случае не рекомендуется устанавливать на крыше дома. Вибрационное воздействие вполне способно сделать свое «черное дело», постепенно расшатывая стропильную систему с кровлей или даже другие конструктивные элементы здания.
• При выборе места установки ветряка следует не упускать из виду и вопросы личной безопасности. Вращение лопастей даже при умеренном ветре происходит с очень высокой линейной скоростью. Случайно отколовшийся осколок или элемент крепежа может развить скорость более 100 км/час, то есть представлять весьма серьезную опасность для человека.

Насколько выгодной (или наоборот) может оказаться реализация проекта?

Как уже становится потихоньку понятно, проблем с установкой ветровой электростанции – больше, чем хотелось бы. И при этом еще необходимо трезво оценивать реальные условия. Прежде всего – средний уровень ветров, характерных для данной местности. Иногда просто не имеет смысла связываться.

Карта-схема среднегодовой скорости ветра на территории России

На карте-схеме выше показаны примерные значения среднегодовой скорости ветра по регионам России. Понятно, что эти данные – ну очень ориентировочные. Но их всегда можно уточнить в местной метеорологической службе. Или, наверняка, их знают и в строительных компаниях города (района).

Плюс к этому (точнее сказать – минус) – свободному движению ветра могут мешать естественные (складки рельефа, высокие деревья и т.п.) или искусственные (высокая застройка) препятствия. В таких условиях приходится увеличивать высоту мачты, чтобы «поймать» ветер над препятствием, но это превращается в очень сложную, дорогостоящую и небезопасную технологическую проблему.

Наверное, будет интересно заранее посмотреть, на что можно рассчитывать. То есть какой ожидаемый приток бесплатной энергии возможен в зависимости от мощности генератора и среднегодовой скорости ветра.

Смотрим в таблицу.

(Значения паспортной мощности указаны для скорости ветра в 12 м/с – именно такой показатель очень часто встречается в технических характеристиках установок, предлагаемых в продаже – от него идёт расчет номинальных значений).

Ожидаемое количество выработанной электроэнергии (кВт в месяц) в зависимости от номинальной мощности ветрогенератора и среднегодовой скорости ветра в месте его установки.

Номинальная мощность ветрогенератора, кВт, рассчитанная для скорости ветра 12 м/с	Среднегодовая скорость ветра в месте установки ветрогенератора, м/с
	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0
0,3	1.5	3	4.5	12	36	108
1,0	4.8	9.6	14.4	38.4	115	345
2,0	9.6	19.2	28.8	76.8	230	690
3,0	14.4	28.8	43.2	115	345	1035
5,0	24	48	72	192	575	1725

И видим, что ожидать каких-то чудес – не приходится.

Например, довольно мощный, недешевый и сложный в установке ветрогенератор паспортной номинальной мощностью в 3 кВт, размещенный на местности, где среднегодовая скорость ветра не превышает 3 м/с, выработает в течение месяца всего 43,2 кВт электроэнергии. И это еще – в лучшем случае, и без учета неизбежных потерь при передаче и преобразовании электрического тока.

Вот и считайте, какова предполагается экономия, выраженная в рублях (с привязкой к местным тарифам), и за какое количество лет ветровая энергетическая установка в таких условиях себя окупит…

Такая таблица хороша в том случае, если известна номинальная мощность приобретаемой готовой модели. А как спрогнозировать мощность, если ветрогенератор планируется изготавливать самостоятельно?

Подсчитать мощность ветрового потока можно по следующей формуле:

W = 0.5 × ρ × Sr × V³

Символами в формуле обозначены:

W — мощность ветрового потока, проходящего через определенную площадь.

ρ — плотность воздуха (можно принять усредненное значение 1,25 кг/м³).

Sr — площадь, с которой «снимается» энергия ветра. В приложении к горизонтальным ветрогенераторам – это площадь ротора, то есть круга, ограниченного длиной лопастей.

V -— расчетная скорость ветра.

Понятно, что далеко не вся энергия, переносимая ветром, будет преобразована в электрическую. Часть воздушного потока расходуется на образование завихрений, на обтекание конструкции. Кроме того, неизбежны потери общего плана, свойственные для любых механизмов – преодоление силы трения, нагрев и т.п. В итоге обычно можно всерьез говорить о полезном использовании всего порядка 30÷40% от потенциала ветрового потока.

Поэтому формулу лучше представить вот в таком виде:

Wg = 0.5 × ρ × ξ × Sr × V³ × ηg × ηr

Разбираемся с добавившимися в формулу величинами:

ξ — это коэффициент использования ветровой энергии. С некоторой долей условности его можно назвать и коэффициентом полезного действия ветрогенератора. В реальных условиях эксплуатации даже для быстроходных установок с лопастями аэродинамического профиля, при номинальных показателях скорости ветра значение коэффициента обычно лежит в пределах 0,35÷0,45. Для расчетов прогнозируемой мощности энергоустановки можно взять усредненное значение — 0,4. Только в некоторых высокотехнологичных ветрогенераторах с практически идеальными аэродинамическими формами лопастей удается достичь значения этого коэффициента в 0,5 или даже несколько выше.

ηg — коэффициент полезного действия самого генератора. Обычно не поднимается выше 0,85.

ηr — коэффициент полезного действия редуктора (если он используется в схеме). Тоже обычно ограничивается показателем 0,9. Если вращение передается на генератор напрямую, без механического преобразования, то эту величину можно оставить равной 1,0.

Вот с этой формулой уже можно подсчитать более приближенные к реалиям показатели мощности планируемого к установке ветрогенератора.

Чтобы облегчить читателю задачу, составлен специальный онлайн-калькулятор, который выполнит расчеты буквально за секунды.

Калькулятор расчета прогнозируемой мощности ветрового генератора

Перейти к расчётам

Обычно расчеты проводят для двух скоростей ветра.

• При указании среднегодовой скорости можно представить, на какое количество выработанной энергии можно рассчитывать в определенный период времени – обычно это исчисляется месяцами или даже полным годом.
• Номинальная же мощность установки обычно вычисляется по так называемой расчётной скорости ветра, которая, впрочем, не должна превышать среднегодовую более, чем в 1.5 ÷ 2.0 раза.

Итак, прежде чем приступать к реализации задуманной установки ветрогенератора, стоит все же просчитать, на что можно рассчитывать при его дальнейшей эксплуатации. В большинстве случаев говорить о реальном режиме экономии материальных средств – неблагоразумно. Затраты на приобретение системы (или комплектующих для ее создания) и ее установку ожидаются немалые, а отдача, как видно по расчетам – не особо впечатляющая.

Иными словами, такой проект можно назвать, скорее, инвестицией в будущее, но никак не ожидать от запуска энергетической установки сиюминутной отдачи. Правильнее, наверное, ее будет рассматривать в качестве вспомогательного источника энергии или резервного, на случаи перебоев в линиях электропередач, если этим грешат местные электросети.

Цены на солнечные модули DELTA

Солнечный модуль DELTA

Иное дело, если по каким-либо причинам подведение ЛЭП к объекту (дому) становится или невозможным, или чрезвычайно затратным. Тогда, действительно, приходится рассчитывать только на автономные источники электроэнергии. В таких ситуациях видится оптимальным сочетание ветрового генератора и дизельной (бензиновой) энергетической установки. При хороших показателях скорости ветра энергообеспечение ложится на ветрогенератор, в периоды штиля или очень слабого ветра придётся переходить на жидкотопливный агрегат.

Примерная блок-схема автономной системы энергоснабжения дома с использованием нескольких источников выработки энергии

Кстати, еще одним помощником в общей схеме энергообеспечения дома могут стать и солнечные батареи – этот источник при создании полностью автономной системы тоже никак нельзя сбрасывать со счетов.

Основные узлы и агрегаты самостоятельно создаваемого ветрогенератора

Еще раз повторимся – целью статьи не является публикация точных чертежей и инструкций по самостоятельной сборке ветрового генератора. По мнению автора – это и вовсе сделать невозможно, по крайней мере в полном отрыве от информации о конкретных условиях установки такой системы. А тот массив публикаций в интернете, который преподносится в качестве руководств к созданию ВУЭ своими руками – по большей части таковым не является.

Без расчетов, без детально продуманного проекта, без багажа определённых знаний и умений приступать к такому делу и вовсе не стоит. А проектирование действительно работающей и приносящей ощутимый эффект системы – все же задача для специалистов.

Но народный энтузиазм – неистребим, и многие домашние мастера на свой страх и риск все же стремятся создать такие источники автономного питания. И если желание попробовать собственные силы преобладает, то можно подсмотреть, как это уже пытались сделать другие.

Итак, конструктивно всю систему можно разделить на несколько основных узлов и агрегатов:

• Ветряк с устройством стабилизации положения и с передачей вращательного момента на вал генератора.
• Конструкция, обеспечивающая установку ветряка с генератором на требуемой высоте.
• Собственно, само генерирующее устройство, в котором происходит преобразование вращательного движения в электрическую энергию.
• Электрическая схема, обеспечивающая контроль и дальнейшее использование выработанной энергии.

Электрическую часть «оставим в покое» — здесь вообще отдельный вопрос, требующий очень пристального профессионального рассмотрения. А с остальными попробуем внести некоторую ясность.

Конструкция ветряка

Ветряк – самая заметная часть общей конструкции. Именно ему «поручается» преобразовать поступательно перемещение воздуха (ветра) во вращательное движение ротора генератора. И, как мы видели из расчетов, размеры ветряка напрямую влияют на мощностные показатели энергоустановки — чем больше площадь охватывания ветром, тем больших результатов можно ожидать.

По расположению оси вращения ветряки могут быть горизонтальными и вертикальными.

Ветряки с горизонтальной осью вращения

Ветряки горизонтального исполнения отличаются большим количеством оборотов и более высокими показателями мощности. Опять же, в силу немалой площади, с которой снимается кинетическая энергия ветра.

Ветряк с горизонтальным расположением оси вращения. Такие модели обычно отличаются более высокими показателями скорости и преобразуемой энергии.

Лопасти ветряка могут быть жесткими или парусного типа. Но парусные, хотя они зачастую бывают и легче, и проще в изготовлении, не показывают нужных для эффективного ветрогенератора значений скорости вращения. Обычно их применяют в тех механизмах, где важно само стабильное вращение, так сказать, «ради вращения». Классическим примером могут служить ветряные мельницы или помпы.

Ветряк с лопастями парусного типа – высоких скоростей и показателей мощности от такого ожидать не приходится

Кроме того, парусные лопасти не столь долговечны и требуют довольно частного ремонта – перетяжки.

А для выработки электроэнергии оптимальным вариантом все же считаются жесткие лопасти с аэродинамическим профилем. При нормальном ветре за счет сочетания приложения нескольких сил они способны создавать скорость вращения в 1000 и даже более оборотов в минуту.

Кстати, гнаться за количеством лопастей – совершенно бессмысленное занятие. Оптимальную производительность как раз показывают ветряки с  двумя или тремя лопастями. Если посмотреть на многочисленные иллюстрации в интернете, то видно, что преимущественно ветрогенераторы заводского изготовления – трехлопастные.

Среди великого многообразия моделей горизонтальных ветряков преобладают все же трехлопастные

Можно, безусловно, встретит и другое количество лопастей – есть модели и вообще с одной. Но именно трехлопастные считаются той «золотой серединой», которая обеспечивает и эффективность работы, и высокие скорости, и простоту в балансировке.

Такое тоже встречается, но уже значительно реже

А вот возрастание числа лопастей (парадоксально, но факт) только ухудшает показатели ветровой установки. Возникающие завихрения и зоны разряжения воздуха приводят к лишнему торможению вращения. Так что определяющими становятся не количество, а длина лопастей и скорость их вращения.

Несмотря на то что конфигурация лопастей – довольно сложная штука, их успешно мастерят и самостоятельно, например, раскраивая жесткие пластиковые трубы среднего диаметра. Например, канализационная труба, распущенная вдоль на четыре одинаковых сектора, послужит заготовкой для изготовления трех лопастей. (Один сектор останется в запасе – можно из него сделать лекало, чтобы в любой момент по имеющемуся образцу вырезать новую лопасть для замены вышедшей из строя).

Если в качестве исходного материала решено использовать пластиковую трубу, то лучше взять оранжевую – она и прочнее, и долговечнее

Стоят трубы недорого, так что с формами лопастей вполне можно поэкспериментировать. Обычно вначале вырезается и обрабатывается одна лопасть. А в дальнейшем – она уже служит шаблоном для изготовления остальных.

Опытные мастера, уже опробовавшие эту схему, рекомендуют придерживаться определённого соотношения длины лопасти и диаметра предназначенной для ее изготовления трубы – 5:1. То есть, например, для метровой лопасти лучше применить трубу диаметром 200 мм.

Цены на ПВХ трубы

ПВХ труба 200 мм

В интернете можно отыскать уже готовые рекомендуемые лекала для изготовления лопастей из трубы. В таких схемах просчитаны и проставлены оптимальные размеры, и остается только перенести их на заготовки.

Для примера – парочка таких лекал для трехлопастного ветряка разного диаметра:

Чертеж 1 – лопасть из трубы 200 мм для ветряка диаметром 1700 мм

Лекало для лопасти длиной 850 мм

Чертёж 2 – лопасть из трубы 250 мм для ветряка диаметром 2300 мм

Лекало для лопасти длиной 1150 мм

Естественно, изготовленные лопасти следует тщательно обработать, придав им обтекаемую форму. В ход последовательно идут напильники, надфили, мелкозернистая наждачная бумага.

Если оставить лопасти вот в таком, необработанном виде, то ничего хорошего от работы ветряка ждать не приходится – сопротивление из-за создаваемых завихрений будет слишком большим, что скажется и на эффективности, и на шумности работы энергетической установки.

Имеет значение и профиль обрабатываемой кромки. По той стороне, которая будет «разрезать» воздух, кромка шлифуется до обтекаемой округлой формы. С противоположной стороны делается заострение на внешнюю сторону – для облегчения схода с плоскости лопасти воздушного потока.

Профили обработки кромок лопасти

Существует и немало других, правда – более сложных в исполнении, но и более надежных вариантов изготовлении лопастей. Так, хорошими показателями традиционно обладают алюминиевые «крылья», которым может придаваться или такая же, как у трубчатых, изогнутая форма в сечении, или даже коробчатая.

Можно отыскать интересный материал по изготовлению объемных лопастей из стеклоткани с последующей пропиткой эпоксидной смолой. Для этого сначала изготавливается матрица – деревянный шаблон, выполненный точно по форме будущей лопасти.

Затем по этой матрице изготавливаются две стеклотканевые детали одной лопасти, которые впоследствии склеиваются в одну полую, очень легкую и, вместе с тем, прочную деталь. Но это уже, если честно, «высший пилотаж» мастерства, доступный только для опытных мастеров.

Стеклотканевые заготовки – из таких половинок будет склеиваться цельная полая лопасть ветряка

Лопасти после тщательно проведенной разметки крепятся к ступице винта – обычно для этого используют резьбовое соединения. А ступица уже будет непосредственно соединяться с валом генератора, или через систему передачи с повышением числа оборотов.

Один из вариантов крепления лопастей в ступице ветрякаМноголопастный винт неспособен давать большое количество оборотов, но зато чутко реагирует на небольшой ветер. Повысить угловую скорость вала генератора можно и вот таким нехитрым способом. Ступица ветряка, кстати, изготовлена из обычного велосипедного колеса, которое стало одновременно шкивом для ременной передачи.Вариант зубчатой повышающей передачи вращения на вал генератора. Как видно, в ход пошли запчасти от старого шуруповерта. Хорошо видна хвостовая часть флюгерной станины с вертикальным килем.

• Важным элементом конструкции ветряка всегда является вся флюгерная часть — поворотная станина, на которой, собственно, и размещаешься сам винт, передача и генерирующее устройство. Естественно, и материал изготовления, и сама сборка должны выдерживать немалые нагрузки, в том числе – и динамические, и вибрационного плана.

В задней части предусматривается хвостовик, который оснащается вертикальной пластиной – килем. Это позволяет правильно позиционировать винт ветряка относительно направления ветра – перпендикулярно ему. Естественно, хвостовик еще и играет роль противовеса – для балансировки всей флюгерной части ветрогенератора относительно оси мачты.

Кстати, в «продуманных» моделях ветрогенератора предусматривается система изменения угла атаки ветра – это позволяет сохранить целостность конструкции при резких порывах или аномально сильном ветре. Один из вариантов показан на схеме ниже.

Механизм изменения положения плоскости вращения ветряка относительно направления ветра (вид сверху)

Сам ветряк (поз. 1) соединён с хвостовиком, оснащенным килем (поз. 2), не жестко, а через шарнир. Кроме того, в конструкцию добавлен еще один элемент – боковая лопатка (поз. 4), которая в точке шарнира жестко соединена с ветряком и расположена перпендикулярно ему. Исходное, нормальное положение роторной части обеспечивается усилием пружины (поз. 5).

Если скорость ветра – в пределах нормы, то ветряк и хвостовик с килем, как им и положено, расположены соосно. И плоскость вращения винта – перпендикулярна направлению ветра.

При усилении ветра лопатка, за счет своей парусности, начинает, растягивая пружину, отклоняться назад, и тем самым ветер попадает на винт уже не перпендикулярно, а под определенным углом. Снижается площадь «контакта», соответственно – и мощность генератора. То есть происходит своеобразное предохранение и конструкции всего ветряка в целом, и генерирующего устройства – от перегрузки и перегорания. При очень больших скоростях лопатка и вовсе выведет ветряк из работы – плоскость вращения встанет параллельно направлению ветра.

Ветряки с вертикальной осью вращения

Такую схему тоже применяют достаточно часто, так как она обладает рядом преимуществ. Ветряки такой компоновки (их обычно называют роторными) очень чувствительны даже к небольшим скоростям ветра. Достоинством является и то, что их работа сопряжена с гораздо меньшим уровнем шума и вибрации, поэтому их зачатую без особой опаски монтируют на крышах, что для осевых ветряков, как мы помним, противопоказано. Мало того, нередко такие ветряки, исполненные «с любовью» и проявлением креативности мышления, становятся даже оригинальным украшением внешнего облика дома.

Несколько примеров ветряков с вертикальной осью вращения

Вертикальная ось позволяет разместить тяжеловесное генерирующее устройство не на большой высоте, а в более удобном для эксплуатации и регулярного обслуживания месте. Это снимает ряд проблем, касающихся конструкции мачты.

Для самостоятельного изготовления лопастей таких ветряков широко используются разрезанные на сектора емкости – старые металлические или пластиковые бочки, выварки, баки и т.п. Вполне можно применить и обычные листы оцинкованного металла, закрепив их на рамах. Нет особых ограничений по конструкции ступицы с рамами для размещения лопастей.

Примеры самодельных ветряков вертикального расположения – изготовлены из бочек и из металлических оцинкованных листов

Одним словом, просторов для творчества, применимого к имеющимся в хозяйстве материалам — здесь намного больше.

Но есть у них и главный недостаток, который во многом перечеркивает достоинства. Просто по своей конструкции такие энергетические установки значительно уступают в показателях мощности осевым горизонтальным. Упоминавшийся выше коэффициент использования энергии ветра при таком расположении ветряка обычно не превышает 0,2, то есть практически вдвое ниже. Да и по показателям скорости вращения они несопоставимы. Линейная скорость такого ветряка у края лопасти просто физически не может быть выше скорости ветра. А при довольно большом радиусе колеса угловая скорость и вовсе получается совсем незначительной.

А для генерирующих устройств количество оборотов зачастую является определяющим моментом, от которого зависит их возможность выработки электроэнергии. Значит, придется применять довольно сложную систему передачи вращательного момента. Это и усложняет конструкцию, и приводит к дополнительным потерям.

Впрочем, немало сторонников и именно у такой схемы – умельцы находят способы минимизировать ее негативные качества.

В контексте данной статьи к этой схеме мы больше возвращаться не станем – она требует и отдельных расчётов (показанный выше алгоритм для нее не подходит), и более глубокого изучения особенностей конструкции. Так что лучше ей отвести отдельную публикацию, которая обязательно появится на страницах нашего портала.  А пока – заполним «вакуум» небольшим видеосюжетом на эту тему.

Видео: Самодельный вертикальный ветрогенератор в работе

Мачта и поворотное устройство

Ветрогенератор должен быть поднят на нужную высоту, и всей флюгерной части необходимо предоставить возможность вращаться в горизонтальной плоскости, следуя за направлением ветра.

• Мачта – один из очень непростых в изготовлении и монтаже элементов конструкции ветрогенератора. Особенно если обстоятельства вынуждают поднимать ветряк с генератором на большую высоту. Саму-то мачту порой установить не так просто – а здесь еще и массивный габаритный груз на верхушке!

Очень удачный вариант – это готовая мачта, специально предназначенная для подобных целей. В ней уже заложена шарнирная или телескопическая конструкция для последовательных действий при монтаже – крепления нижней части и затем – установка верхней части с «полезным грузом» на нужную высоту.

Установка мачты с ветрогенератором с шарнирным соединением нижней и верхней секции и общим их креплением к фундаменту

Такие мачты, безусловно, недешевы, но нечто подобное можно смастерить и самостоятельно из труб разного диаметра.

В любом случае мачту, конечно, в грунт не воткнешь и просто на голую землю не поставишь. Значит, ей необходим достаточно мощный фундамент. В процессе его армирования укладывается или закладная гильза, в которую впоследствии будет вставляться труба мачты, или закладные анкеры с резьбовой частью – для последующего соединения с основанием мачты.

Подготовленный к заливке бетоном армированный каркас фундамента мачты – с закладной трубой-гильзойДругой подход – на фундаменте через закладные анкеры зафиксировано основание, с которым шарнирно связана сама мачта. Остается ее аккуратно поднять растяжками и зафиксировать мощными болтами.

После установки мачты она должна сразу же быть дополнительно зафиксирована растяжками. Количество и высота ярусов, количество растяжек в ярусе и удаление точек из крепления определяется специальными расчетами. Это зависит и от высоты мачты, и от материала ее изготовления, и от особенностей местности. Так что этот вопрос лучше не пускать на самотёк, а уточнить у специалистов в местной строительно-монтажной организации. Кстати, противоположный конец каждой растяжки, если он крепится на уровне грунта, потребует и себе отдельного анкерного фундамента. Так что работы предстоит много.

В качестве примера – рекомендуемая схема установки и фиксации растяжками мачты высотой 15 м для ветрогенератора «Бриз 5кВт»

При необходимости большой высоты подъема ветрогенератора порой прибегают к монтажу сложной каркасной конструкции из стального проката. Надо полагать, что в таких случаях без квалифицированного проектирования и вовсе не обойтись. Такие мачты обычно имеют секционную конструкцию и последовательно монтируются от фундамента до верхушки. Хотя может быть и цельная конструкция, устанавливаемая разом.

Монтаж каркасной мачты

• Безусловно, должно быть продумано подвижное соединение флюгерной части ветрогенератора с мачтой, на которой он устанавливается – для изменения положения при перемене направления ветра. Конструкция этого вертлюга может быть разной – от подшипникового узла (предпочтительно) до простейших схем «труба в трубе» или «штырь в трубе» (слишком примитивно — не исключено заклинивание).

Часто очень даже подходящие детали для такого соединения можно подыскать на барахолке старых автомобильных запчастей, а то и вовсе в своем гараже. Например, это могут быть старые ступицы колес. Кроме того, полностью готовый узел заводской сборки, с качественной системой подшипников, защищенных от внешнего воздействия, стоит поискать в каталогах – это будет проще и надежнее.

Очень здорово, если удастся найти готовый вертлюг для флюгера – проблема снимается автоматически

• Одной из проблем становится расположение кабеля, по которому выработанный ток должен поступать в электрическую схему системы.

Если просто пропустить кабель в полости трубы мачты – проблема не решится. Вращение флюгерной части может привести к перекручиванию проводов, что заканчивается или их обрывом, или коротким замыканием. А проконтролировать состояние становится весьма сложной задачей.

Внешнее размещение кабеля дает возможность контроля. Но от закручивания вокруг мачты все равно никуда не деться, и это запросто можно упустить из виду. Последствия будут ничуть не лучше. Кроме того, оставлять кабель, открытый все морозам и дождям — наверное, не лучшее решение.

Выход – установка подвижных коллекторно-щеточных токосъёмников. Вариантов здесь может быть немало. Так, в интернет-магазинах (на том же «Али») предлагаются готовые решения. Нередко такой токосъемный узел уже входит в состав приобретаемого поворотного механизма.

Примеры токосъемных узлов заводского и кустарного изготовления.

Но многие умелые мастера вполне справляются с задачей и самостоятельно. И их токосъемники ничуть не уступают в надежности и долговечности заводским моделям. А по стоимости получается гораздо выгоднее.

Пример изготовления токосъёмного узла показан на видео.

Видео: Изготовление токосъемника для ветрогенератора

Генерирующее устройство

Дошли, наконец, до «сердца» ветровой энергетической установки. Что же предпочесть в качестве прибора, где, собственно, и будет происходить процесс преобразования кинетической энергии в электрическую.

Раз тема – «своими руками», то готовые модели генераторов заводского изготовления, предназначенные именно для монтажа на ветровых установках – не рассматриваем. Чем же можно их заменить?

Вариантов предлагается немало. Но остановимся на двух – применение прошедшего доработку асинхронного трехфазного двигателя и самостоятельное изготовление так называемого аксиального генератора.

Переделка асинхронного двигателя в генератор

Асинхронные двигатели – наиболее распространенные. И найти (приобрести) такое устройство для последующей переделки в генератор – несложно.

В отличие от представленной в начале статьи принципиальной схемы генератора, наведение ЭДС будет происходить в обмотках статора. А ротор будет создавать необходимое для этого процесса вращающееся магнитное поле. Очень удобно с той точки зрения, что отпадает необходимость щеточно-коллекторного механизма со всеми присущими ему недостатками.

В исходном виде ротор асинхронного двигателя представляет собой совокупность короткозамкнутых обмоток. Чтобы он стал источником вращающегося магнитного поля используются два пути. Первый — с применением конденсаторной схемы, обеспечивающей необходимый «пусковой момент» генерации тока, то есть требуемое опережение фазы вращения магнитного поля ротора над полем статора.

Второй вариант – создание требуемого для генерации вращающегося поля высокой напряженности с помощью мощных постоянных магнитов (неодимовых). Именно этот пример рассмотрим несколько пристальнее.

Достоинством этого метода можно считать отсутствие необходимости довольно сложной в выполнении перемотки статора. То есть все ограничится только переделкой ротора. А работать такой генератор способен даже на небольших оборотах.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемой операции
	Переделываться в генератор будет вот такой трёхфазный асинхронный двигатель 5АИ 90L6 У2. Он в полной мере соответствует поставленной задаче.
	Достоинство этой модели еще и в том. Что она имеет влагозащищённый корпус с показателем IP55. В том числе предусмотрена герметизация кабельных выходов…
	…имеются надежные уплотнения под крышками, сальники с обеих сторон вала. Такой генератор не будет бояться ни атмосферной влаги, ни прямого попадания осадков. Да и профилактическое его обслуживание можно проводить не столь часто.
	Сняты крышки с обеих сторон корпуса. Хорошо видна обмотка статора. Но она остается как есть – не делается никаких изменений.
	Все последующий работы будут касаться исключительно ротора. Его для начала отправили к токарю. Задача – проточить, снять верхний слой, уменьшить диаметр исходя их следующих соображений: – После проточки на статор должна быть надет на горячую посадку стальной цельный цилиндрический стакан, с толщиной стенок, допустим, 4 мм. – На этот стакан будут наклеиваться неодимовые магниты (в рассматриваемом примере – толщиной 5 мм). – И после этого итоговый диаметр ротора должен получиться таким же, каким был до доработки, то есть с минимальным зазором от зубьев статора.
	Ротор, пришедший после токарной обработки. Хорошо виден гладкий стакан, пришедший на смену короткозамкнутым обмоткам. На поверхность этого стакана и будут приклеиваться постоянные магниты.
	Но для начала необходимо измерить линейные параметры стакана (длину по оси и длину окружности) и составит схему расположения магнитов. Она как раз должна уместиться в прямоугольнике с этими снятыми размерами. Необходимо определиться с количеством полюсов. Можно встретить разные рекомендации. Например, количество полюсов должно соответствовать количеству полюсов двигателя (оно указывается в маркировке, и в данном случае об этом говорит цифра 6). Другой совет – подсчитать количество зубьев обмотки статора и уменьшить его на четверть. Например, 16 зубьев – значит оптимально будет сделать на роторе 12 полюсов (два магнитных полюса ротора на три катушки статора).
	Полюс – это одна или несколько линий магнитов вдоль оси вращения, по длине ротора. Количество линий зависит от количества полюсов, размеров приобретённых магнитов и длины окружности – так, чтобы поместилось как можно больше магнитов с шагом примерно в 0,5 диаметра. Между полюсами может быть промежуток и несколько больше, но только равный на всех границах полюсов. В данном случае мастер делает шесть полюсов по четыре линии магнитов в каждом. Используются магниты толщиной 5 мм и диаметром 9 мм. В линии умещается 14 магнитов. Значит, общее количество – 336 шт. Получилось довольно удачно – при соблюдении равного расстояния между магнитами между полюсами отсутствуют расширенные просветы. То есть равный шаг выдерживается и вдоль оси, и по окружности. Но нередко получается и так, как показано на иллюстрации. Каждый случай в этом вопросе – индивидуален.
	Еще один нюанс. Чтобы исключить залипание ротора, рекомендуется линии магнитов делать не строго параллельными оси, а с небольшим скосом, примерно на ширину одного магнита. На иллюстрации (взятой из другого примера) весьма наглядно показано – и расположение одного полюса из пяти линий магнитов, и скос этих линий относительно осевой линии.
	Следующая проблема – как перенести разметку на цилиндрическую поверхность ротора? Один их способов – это изготовление специальной «шубы»-шаблона. На поверхности ротора вначале простилается слой полиэтиленовой пленки, а затем производится намотка нескольких слоев бинта (марли). После этого (или в ходе намотки, как удобнее) ткань обильно пропитывается эпоксидной смолой. Когда смола полностью застынет, поверхность слегка дорабатывается на токарном станке до идеальных форм. После этого получившуюся цилиндрическую шубу можно снять. Далее, на нее наклеивается составленный в графическом редакторе и распечатанный на принтере шаблон. Затем с помощью шуруповерта (дрели) со вставленным сверлом нужного диаметра (по размеру магнитов) по шаблону сверлятся отверстия. Следующим шагом «шуба» вновь надевается на ротор, и в проделанных гнездах к корпуса ротора на эпоксидку вклеиваются магниты.
	Другой способ – наклеивание магнитов на суперклей к стакану ротора прямо через бумажный шаблон. Много возни, правда, с вырезанием в напечатанной схеме большого количества аккуратных небольших отверстий, так чтобы не случилось разрывов между соседними ячейками.
	Но выход всегда найдется. Например, мастер вспомнил из своего детства, как можно «прорезать» бумагу, несколько раз проведя по одной линии шариковой ручкой. Изготовлен из стальной пластинки небольшой шаблон – и вперед…
	Готовый шаблон.
	Шаблон ровно наклеен на стакан ротора. Очень важный момент – в одном полюсе, независимо от количества линий в нем, магниты должны быть сориентированы одинаково. Например, северным полюсом вверх. На следующем – наоборот, и так далее по окружности. Если не полагаетесь на свою внимательность, чтобы не допустить ошибки, на бумажном шаблоне можно заранее провести границы полюсов с указанием, какой стороной вверх должны расположиться магниты. И перед каждым вклеиванием очередного магнита – убеждаться, что он становится правильно.
	Наклеивание производилось на обычный суперклей «Момент». Надо правильно понимать, что это пока – временная фиксация.
	Начинается вклеивание – по линиям, с соблюдением полярности. Работа, конечно, утомительная, требующая внимательности и аккуратности, и заняла она у мастера практически два дня.
	Вот что получилось в итоге. Кстати, на иллюстрации хорошо видно, как мастер отмечал маркером границы полюсов, по четыре линии.
	Получившийся ротор будет заливаться эпоксидной смолой. Но прежде мастер решил выполнить армирование конструкции с помощью толстой капроновой нити. Как у него получилось – показано на иллюстрации. Мера, может быть, и необязательная, но то, что она даст выигрыш в прочности ротора при любых скоростях вращения – это неоспоримо. Так что можно только позавидовать основательности подхода.
	Далее, делается опалубка для заливки эпоксидки. С нижнего торца устанавливается кружок, вырезанный их картона. Все щели между ним и валом ротора заклеиваются пластилином.
	По поверхности цилиндра опалубкой станет слой наклеенного прозрачного скотча.
	А с верхнего торца намеренно оставленный излишек скотча становится своеобразной воронкой, в которую как раз и будет заливаться эпоксидка.
	Ротор устанавливает вертикально, и в воронку сверху заливается подготовленная эпоксидная смола.
	Эпоксидка, хоть и не быстро, но уверенно протекает вниз, заполняя все полости и пропитывая капроновую нить армирования. Так продолжают, пока вся опалубка не будет заполнена доверху. После этого эпоксидке дают нужное время на полное застывание.
	А это – ротор уже после снятия картонной опалубки.
	Согласитесь – получилось замечательно. И никаких опасений за то, что какой-то магнит вдруг вылетит при работе генератора, быть не должно.
	На вал ротора вновь запрессованы подшипники, вставшие на свои места…
	…и можно устанавливать ротор в корпус двигателя (точнее – уже генератора).
	Кстати, очень ответственный момент. Ротор нужно очень крепко удерживать в руках. Притягивающая сила магнитов настолько велика, что известны случаи, когда ротор вырывался из рук и даже выламывал неснятую крышку электродвигателя.
	Все, ротор заведен в статор генератора.
	Можно устанавливать и фиксировать болтами переднюю и заднюю крышку генератора.
	После установки крышек, когда подшипники точно займут свое место, ротор и статор должны встать строго соосно. Необходимо сразу проверить свободу вращения ротора – не задевает ли он зубья обмотки статора. При правильных расчетах размеров и аккуратном исполнении – не должен. Не должно быть и чувствительных залипания положения статора – этому способствует выполненный скос линий магнитов.
	Ну что ж, можно переходить к проверке работоспособности получившегося генератора. Крутящий момент на его вал будет передаваться с помощью мощной электродрели. Она способна выдать до 1000 оборотов в минуту.
	Подключаются щупы тестера. В данном случае генератор выдает переменное трехфазное напряжение, схема выполнена «звездой». То есть проверку напряжения можно проводить между любыми из двух фаз.
	Мультиметр переводится в режим измерения переменного напряжения (ACV) с пределом 750 вольт.
	Включается питание на приводе – электродрели. И уже в момент страгивания ротора и первичного набора оборотов на дисплее прибора уже показывается напряжение более 60 вольт.
	А когда обороты набраны и стабилизировались, мультиметр показывает устойчивое напряжение в 375÷377 вольт.
	Можно смело констатировать, что генератор получился вполне работоспособным и готовым к дальнейшему использованию в ветровой энергетической установке.

Безусловно, скорости вращения в 1000 оборотов в минуту от ветряка ожидать сложно. Но и того, что будет на выходе в реальных условиях эксплуатации при нормальном ветре должно с лихвой хватать для зарядки аккумуляторов и для подключения довольно значительной нагрузки.

Чтобы несколько расширить информацию о переделке асинхронного двигателя в генератор, предлагаем посмотреть еще один видеосюжет на эту тему. Там мастер дает некоторые разъяснения по часто возникающим вопросам.

Видео: Вариант переделки асинхронного двигателя в генератор переменного тока

Изготовление аксиального генератора

С появлением в свободном доступе мощных неодимовых магнитов появилась возможность самостоятельного изготовления производительных генерирующих устройств или, как мы видели на предыдущем примере – совершенствования имеющихся изделий. Одной из схем, набирающих популярность, является так называемый аксиальный генератор.

Эта схема привлекает тем, что ее полностью, от начала до конца, можно изготовить самостоятельно. То есть для этого не требуется ни старых генераторов, ни электродвигателей. Могут оказать помощь некоторые автомобильные запчасти (колесная ступица, например), но только в плане облегчения создания системы взаимно вращающихся узлов.

О самостоятельном изготовлении аксиального генератора много говорить не будем. По той причине, что на предлагаемом видео очень подробно показаны все моменты, от принципа устройства прибора и до запуска в эксплуатацию.

Видео: Принцип работы и устройства компактной ветровой энергетической установки с аксиальным генератором

Видео: Подробное разъяснение процесса изготовления аксиального генератора

Видео: Схема подключения и проведение тестирования аксиального генератора.

*  *  *  *  *  *  *

Итак, на этом закончим получившийся довольно объемным обзор, касающийся проблемы самостоятельного изготовления ветровой энергетической системы. Читатель, должно быть, смог убедиться в том, что задача эта – из разряда повышенной сложности. Кроме того, она неизбежно потребует немалых финансовых и трудовых затрат. А ожидать какого-то скорого эффекта от личной ветровой электростанции – пока не приходится.

Однако, уверен, что некоторых домашних мастеров ни один из перечисленных аргументов не остановит. Что ж, хочется искренне пожелать им удачи! А если им будет, чем поделиться (неважно, успехом или неудачным опытом) – с удовольствием предоставим им для этого страницы нашего портала.

И еще одно. Автор публикации будет считать свою миссию выполненной в обоих случаях. И тогда, когда приведенные доводы несколько охладят пыл слишком рьяного искателя бесплатной энергии. И в том случае, если после прочтения статьи найдутся те, кто скажет – «Как же все это интересно! Обязательно попробую!»

Делаем для дачи вертикальный ветрогенератор своими руками

Пожалуй, ни один дачник не будет спорить с тем, что сегодня необходимо иметь какой-либо альтернативный источник электроэнергии, ведь свет могут отключить в любую минуту. Большую популярность, как источник бесплатной энергии, сегодня получили самодельные ветрогенераторы. Разнообразные модели таких устройств предлагаются на рынке, а в интернете можно увидеть схемы, чертежи и видео, позволяющие собрать их своими руками.

Стоит отметить, что самодельный ветрогенератор будет очень полезен даже при его небольшой мощности. Уже одно то, что среди кромешной тьмы дача будет освещена, и можно будет без проблем посмотреть телевизор или зарядить мобильное устройство, подстрахует от неприятностей и поднимет престиж перед соседями.

к содержанию ↑

Три маленьких секрета

Первый секрет заключается в том, на какую высоту будет установлен самодельный ветрогенератор. Понятно, что проще смонтировать его на высоте нескольких метров от земли, но и толку от него тогда будет не особенно много. Следует учитывать, что чем выше ветрогенератор, тем сильнее ветер, быстрее крутятся его лопасти, и тем больше энергии можно получить от сделанной своими руками электростанции.

Второй секрет заключается в выборе АКБ. В интернете советуют не мудрить и ставить автомобильный аккумулятор. Да, это проще и, на первый взгляд, дешевле. Но, необходимо знать, что автомобильные аккумуляторы следует устанавливать в хорошо проветриваемом помещении, они требуют ухода, а их срок службы не превышает 3-х лет. Будет лучше приобрести специальный аккумулятор. Хотя он и стоит дороже, но это себя оправдает.

Третий секрет, какой ветрогенератор лучше подходит для изготовления своими руками — горизонтальный или вертикальный? У каждого варианта свои достоинства и недостатки. Мы рассмотрим ветрогенераторы вертикального типа, принцип работы которых показан на рис.2.

Сначала о недостатках: вертикальный ветрогенератор имеет низкий КПД по сравнению с горизонтальными моделями, на его сборку уходит больше материалов, что, соответственно, ведёт к удорожанию конструкции. С другой стороны, вертикальные ветряки могут работать при более слабом ветре, чем их горизонтальные аналоги, что компенсирует их невысокий КПД. Их не требуется поднимать на слишком большую высоту, они проще и дешевле при монтаже и установке, что сводит на нет разницу в стоимости материалов.

Немаловажным фактором является и то, что вертикальный ветрогенератор надёжнее при резких порывах ветра и ураганах, так как его устойчивость растёт с повышением скорости вращения. Кроме того, вертикальные конструкции практически бесшумны, что позволяет устанавливать их в любом месте, вплоть до крыши жилого дома. Всё вышеперечисленное ведёт к тому, что эти установки пользуются растущим спросом и выпускаются в различных модификациях, применительно к требуемой мощности и ветрам, преобладающим в определённых регионах, с чем, кстати, можно ознакомиться на видео ниже.

к содержанию ↑

Простейшая конструкция

Маломощный вертикальный ветрогенератор нетрудно собрать своими руками из, без преувеличения, бросовых материалов: большой пластиковой бутылки или жестяной банки, стальной оси и старого электромотора. Достаточно пополам разрезать банку или бутылку и закрепить эти половины на связанной с генератором оси вращения (рис.3). Такой вертикальный ветряк несложно сделать разборным и брать его с собой на рыбалку или в поход, где он не только осветит место ночлега, но и позволит подзарядить телефон или другое мобильное устройство.

к содержанию ↑

Собственная электростанция для дачи

А вот изготовление более мощного ветрогенератора придётся начать с покупки ведра и это не розыгрыш. Да, для начала, придётся купить обычное оцинкованное ведро. Это, конечно, в том случае, если такое прохудившееся ведро не завалялось где-либо в сарае. Размечаем его на четыре части и делаем ножницами по металлу прорези, так, как это показано на рис.4.

Ведро крепится за днище к шкиву генератора. Крепить следует четырьмя болтами, расположив их строго симметрично и на одном расстоянии от оси вращения, что позволит избежать дисбаланса.

Итак, практически всё готово, осталось выполнить следующие действия:

1. Отогнуть металл на прорезях, чтобы получить лопасти. Если чаще всего господствует сильный ветер, достаточно слегка отогнуть бока. Если ветер слабый, отогнуть можно и посильнее. В любом случае, величину изгиба можно отрегулировать позднее;
2. Соединить все необходимые приборы (кроме генератора) так, как это показано на рис.5;
3. Закрепить генератор с идущими от него проводами на мачте;
4. Укрепить мачту;
5. Подсоединить провода, идущие от генератора, к контроллеру.

Всё. Изготовленный своими руками ветрогенератор готов к работе.

к содержанию ↑

Электрическая схема

Рассмотрим подробнее электрическую схему. Понятно, что ветер может в любую минуту прекратиться. Поэтому ветрогенераторы не подключают напрямую к бытовым приборам, а вначале заряжают от них аккумуляторные батареи, для обеспечения сохранности которых, применяется контроллер заряда. Далее, учитывая то, что АКБ дают постоянный ток малого напряжения, в то время как практически все бытовые приборы потребляют переменный ток напряжением 220 вольт, устанавливается преобразователь напряжения или, как его ещё называют, инвертор и только потом подключают всех потребителей.

Для того чтобы ветрогенератор обеспечивал работу персонального компьютера, телевизора, сигнализации и нескольких энергосберегающих ламп достаточно установить аккумулятор ёмкостью 75 ампер/час, преобразователь напряжения (инвертор) мощностью 1,0 кВт, плюс генератор соответствующей мощности. А что ещё нужно, когда отдыхаешь на даче?

к содержанию ↑

Подведём итоги

Вертикальный ветрогенератор, который можно сделать по приведённым выше инструкциям, может работать при довольно слабом ветре и независимо от его направления. Его конструкция упрощается за счёт того, что в ней отсутствует флюгер, разворачивающий по ветру винт горизонтального ветрогенератора.

Основным недостатком вертикально-осевых ветряных турбин является небольшой КПД, но это искупается рядом других преимуществ:

• Скорость и простота сборки;
• Отсутствие ультразвуковой вибрации, характерной для горизонтальных ветрогенераторов;
• Нетребовательность к техническому обслуживанию;
• Достаточно тихая работа, позволяющая установить вертикальный ветряк практически в любом месте.

Конечно, сделанный своими руками ветряк может не выдержать излишне сильного ветра, который окажется способным сорвать ведро. Но это не проблема, просто придётся купить новое или приберечь где-либо в сарае отслужившее свой срок старое.

На видео ниже можно посмотреть как запитываются бытовые приборы на даче. Правда, ветрогенератор здесь сделан не из ведра, но тоже своими руками.

Самодельный ветрогенератор своими руками, как сделать ветряк на 220В

Оплата электроэнергии на сегодняшний день занимает немалую долю в затратах на содержание жилища. В многоквартирных домах, единственный способ экономии — переход на энергосберегающие технологии, и оптимизация расходов по многотарифным схемам (ночной режим оплачивается по сниженным ценам). А при наличии приусадебного участка можно не только сэкономить на потреблении, но и организовать для частного дома самостоятельное энергообеспечение.

Это нормальная практика, которая зародилась в Европе и северной Америке, а последние пару десятилетий активно внедряется и в России. Однако оборудование для автономного энергоснабжения достаточно дорогое, окупаемость «в ноль» наступает не раннее, чем спустя 10 лет. В некоторых государствах, можно возвращать энергию в общественные сети по фиксированным тарифам, это сокращает время окупаемости. В Российской Федерации для оформления «кэшбека» требуется пройти ряд бюрократических процедур, поэтому большинство пользователей «бесплатной» энергии предпочитают строить ветряной генератор своими руками, и пользоваться им только для личных нужд.

Правовая сторона вопроса

Самодельный ветрогенератор для дома не попадает под запреты, его изготовление и применение не влечет за собой административного либо уголовного наказания. Если мощность ветряного генератора не превышает 5 кВт, он относится к бытовым устройствам, и не требует никаких согласований с местной энергетической компанией. Тем более, не требуется уплачивать какие-либо налоги, если вы не получаете прибыль при продаже электроэнергии. Кроме того, самодельный генерирующий ветряк даже с такой производительностью, требует сложных инженерных решений: смастерить его на тек просто. Поэтому мощность самоделки редко превышает 2 кВт. Собственно, этой мощности обычно достаточно для энергоснабжения частного дома (конечно, если у вас нет бойлера и мощного кондиционера).

В данном случае, речь идет о федеральном законодательстве. Поэтому перед принятием решения об изготовлении ветряка своими руками, не лишним будет проверить наличие (отсутствие) субъектовых и муниципальных нормативных правовых актов, которые могут накладывать некоторые ограничения и запреты. Например, если ваш дом расположен на особо-охраняемой природной территории, использование ветровой энергии (а это природный ресурс) может потребовать дополнительных согласований.

Проблемы с законом могут возникнуть при наличии беспокойных соседей. Ветряки для дома относятся к индивидуальным постройкам, поэтому на них также распространяются некоторые ограничения:

• Высота мачты (даже если ветрогенератор без лопастей) не может превышать установленных в вашем регионе норм. Кроме того, могут действовать ограничения, связанные с расположением вашего участка. Например, над вами может проходить посадочная глиссада к ближайшему аэродрому. Или в непосредственной близости от вашего участка проходит линия электропередач. При падении, конструкция может повредить столбы или провода. Общие ограничения при нормальной ветровой нагрузке составляют 15 метров в высоту (некоторые самодельные ветряки взмывают на 30 метров). Если мачта и корпус устройства имеют большую площадь сечения, к вам могут предъявить претензии соседи, на чей участок падает тень. Понятно, что такие жалобы обычно возникают «из вредности», но правовая основа имеется.
• Шум от лопастей. Основной источник проблем с соседями. При работе классической горизонтальной конструкции, ветряк издает инфразвук. Это не просто неприятный шум, при достижении определенного уровня, волновые колебания воздуха оказывают неблагоприятное воздействие не организм человека и домашних животных. Самодельный генератор для ветряка, как правило, не является «шедевром» инженерной мысли, и сам по себе может издавать сильный шум. Крайне желательно официально протестировать ваше устройство в органах надзора (например, в СЭС), и получить письменное заключение о том, что установленные шумовые нормы не превышены.
• Электромагнитное излучение. Любой электроприбор излучает эфирные помехи. Возьмем, к примеру ветряк из автомобильного генератора. Для снижения уровня помех автомобильного приемника, в машине устанавливаются конденсаторные фильтры. При разработке проекта обязательно учитывайте этот момент.
  

  Важно! Любое генерирующее устройство должно быть заземлено. Помимо обеспечения безопасности, это поможет снизить уровень помех.

  Претензии могут быть предъявлены не только от соседей, у которых возникнут проблемы с приемом теле радио сигналов. Если неподалеку расположены промышленные или военные приемные центры, не лишним будет проверить уровень помех в подразделении контроля радиоэлектронных помех (РЭБ).

• Экология. Звучит парадоксально: казалось бы, вы используете экологически чистый агрегат, какие могут быть проблемы? Пропеллер, расположенный на высоте 15 метров и выше, может стать препятствием на пути миграции пернатых. Вращающиеся лопасти незаметны для птиц, и они легко попадают под удар.
  

  Совет: Чем больше у вас образуется документов, подтверждающих безопасность ветрогенератора для окружающих, тем проще будет впоследствии отражать «атаки» беспокойных соседей и назойливых проверяющих.

Разновидности генераторов

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

По расположению генератора устройство может быть горизонтальным или вертикальным

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

По номиналу генерируемого напряжения

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

Типовые примеры самодельных ветрогенераторов

Устройство ветрогенератора одинаковое, вне зависимости от выбранной схемы.

• Пропеллер, который может быть установлен как непосредственно на вал генератора, так и с помощью ременной (цепной, шестеренной передачи).
• Собственно генератор. Это может быть готовое устройство (например, с автомобиля), либо обычный электродвигатель, который при вращении вырабатывает электроток.
• Инвертор, регулятор напряжения, стабилизатор — в зависимости от выбранного напряжения.
• Буферный элемент — аккумуляторные батареи, обеспечивающие непрерывность генерации, вне зависимости от наличия ветра.
• Установочная конструкция: мачта, кронштейн для монтажа на крыше.

Пропеллер

Можно изготовить из любого материала: хоть из пластиковых бутылок. Правда гибкие лопасти существенно ограничивают мощность.

Достаточно вырезать в них полости, для забора ветра.

Неплохой вариант — ветряк бытового из кулера. Вы получаете готовую конструкцию с профессионально выполненными лопастями и сбалансированным электродвигателем.

Аналогичная конструкция изготавливается из охладителя компьютерных блоков питания. Правда мощность такого генератора мизерная — разве что зажечь лампу на светодиодах, или зарядить мобильный телефон.

Тем не менее, система вполне работоспособна.

Неплохие лопасти получаются из алюминиевых листов. Материал доступен, его несложно отформовать, пропеллер получается достаточно легким.

Если вы создаете роторный пропеллер для вертикального генератора, можно воспользоваться жестяными банкам, разрезанными вдоль. Для мощных систем применяются половинки стальных бочек (вплоть до объема 200 литров).

Разумеется, придется с особой тщательностью подойти к вопросу надежности. Мощный каркас, вал на подшипниках.

Генератор

Как говорилось выше, можно использовать готовый автомобильный, или электродвигатель от промышленных электроустановок (бытовой техники). В качестве примера: ветрогенератор из шуруповерта. Используется вся конструкция: двигатель, редуктор, патрон для крепления лопастей.

Компактный генератор получается из шагового двигателя принтера. Опять же, мощности хватает лишь на питание светодиодного светильника или зарядного устройства смартфона. На природе — незаменимая вещь.

Если вы с паяльником «на ты», и неплохо разбираетесь в радиотехнике — генератор можно собрать самостоятельно. Популярная схема: ветрогенератор на неодимовых магнитах. Преимущества конструкции — можно самостоятельно рассчитать мощность под ветровую нагрузку в вашей местности. Почему неодимовые магниты? Компактность при высокой мощности.

Можно переделать ротор имеющегося генератора.

Либо создать собственную конструкцию, с изготовлением обмоток.

Эффективность такого ветряка на порядок выше, чем при использовании схемы с электродвигателем. Еще одно неоспоримое преимущество — компактность. Неодимовый генератор плоский, и его можно разместить непосредственно в центральной муфте пропеллера.

Мачта

Изготовление этого элемента не требует познаний в электронике, но от его прочности зависит жизнеспособность всего ветрогенератора.

Например, мачта высотой 10–15 метров требует грамотно рассчитанных растяжек и противовесов. Иначе сильный порыв ветра может завалить конструкцию.

Если мощность генератора не превышает 1 кВт, вес конструкции не такой большой, и вопросы прочности мачты отходят на второй план.

Итог

Самодельный ветрогенератор — не такая сложная конструкция, как может показаться на первый взгляд. С учетом высокой стоимости заводских изделий, можно изрядно сэкономить, изготовив домашнюю ветряную электростанцию и вполне доступных материалов. С учетом небольших затрат на создание ветряка, окупится он достаточно быстро.

Видео по теме

Мини ветрогенератор своими руками

В местах без электричества возникает проблема с подзарядкой смартфонов и прочей техники. Использование павербанка только временная мера. Гораздо надежней обзавестись бесплатным альтернативным источником энергии. В его качестве подойдет самодельный миниатюрный ветрогенератор. Его производительности вполне достаточно, чтобы подзаряжать смартфон.

Материалы:

Изготовление ветряка

Первым делом поясню о сердце нашего ветряка, которым является купленный на АлиЭкспресс мотор-мини генератор на 220В.

Это трехфазный безщеточный электродвигатель (мощностью 50 Вт), который при номинальных оборотах (10000 об./мин.) способен вырабатывать порядка 220 Вольт трехфазного напряжения. Но так как при помощи ветра такие обороты создать невозможно, нам доступно лишь слабое вращение, то такая турбина будет нам выдавать порядка 12-20 В. Этого будет достаточно для наших целей.
Берем ПВХ трубу.

На край канализационной ПВХ трубки 32 мм термоклеем приклеивается моторчик. Для надежности его нужно закрепить парой червячных хомутов.

Отступив 50 мм от двигателя, в трубе делается сквозное отверстие сверлом d10 мм, как на фото. Саму трубку нужно обрезать. Достаточно оставить 35-40 см.

На противоположном от моторчика краю трубы делается продольный рез длиной 25-30 мм. Нужно, чтобы он соответствовал направлению ранее проделанного отверстия.

Из куска пластика или оргстека вырезается хвост ветряка. С помощью термописталета он вклеивается в прорезь на трубке.

В отверстие трубки с моторчиком и хвостом вставляется болт М10. На него навинчивается гайка.

Далее насаживается подшипник, который поджимается второй гайкой.


ПВХ переходник из 32 мм на 50 мм насаживается на подшипник. Если тот немного меньше, то можно использовать проставку из кусочка трубки.


К переходнику присоединяется ПВХ труба 50 мм.

На вал моторчика нужно надеть лопасти. Их можно снять из перегоревшего вентилятора.

Если посадочный диаметр на лопастях немного больше, то следует насадить на вал подходящую трубочку и дополнительно воспользоваться термоклеем.

Чтобы защитить моторчик от осадков, на него наклеивается крышка. Для этого можно применить кусочек разрезанной вдоль канализационной трубки 50 мм.

Для закрепления ветрогенератора нужно сделать тяжелую стойку. Проще всего замешать бетон и залить в квадратную форму, выложенную из кирпича.

В полученную бетонную подушку вертикально вставляется ПВХ труба 50 мм, снятая с переходника на корпусе вентилятора. На второй день бетон уже достаточно крепкий, чтобы удерживать генератор.


При воздействии ветра генератор выдает энергию со скачущим напряжением, это нормально. При подсоединении светодиодной лампочки видно, что она мерцает. Припаиваем провода от моторчика сначала к трехфазному выпрямителю.

А затем к понижающему преобразователю напряжения.


После него подается стабильное напряжение без критических скачков, пригодное для зарядки смартфона напряжением 5В.

Это недорогой вполне простой в изготовлении ветрогенератор. Его можно поставить на балкон, если вы живете не на первом этаже. И ветра вполне должно хватить для зарядки АКБ сотового телефона.

Смотрите видео

Ветрогенератор своими руками | Как сделать самому?

Сергей Васильевич, вложив в дело всего 300 долларов, качает электричество из ветра.

Мы познакомились с Сергеем Васильевичем, когда его ветроэлектростанция была только в проекте.

Ветрогенератор своими руками

«Линия электропередач рядом, – говорит Сергей Васильевич, – но «свободной мощности» нет. Предложили ставить свой трансформатор по цене легкового автомобиля».

«Незачем тратить такие деньги», – резонно решил хозяин. Задачу для себя Сергей Васильевич поставил так: получать достаточное количество энергии в доме площадью 80 квадратных метров зимой и летом.

Вначале хозяин приобрел солнечную батарею общей мощностью 120Вт. Через импульсную схему она заряжает кислотную аккумуляторную батарею на 200 Ампер-часов.  Летом этого хватает, однако зимой одной лишь солнечной энергии недостаточно.

На хозяйстве есть бензиновый генератор мощностью 2 киловатта. Но он предназначен для особых случаев: работы болгаркой, дрелью или аварийной подзарядки аккумуляторной батареи. Зимой использовать бензин невыгодно.

Решению сделать ветрогенератор самому альтернативы не было.

Участок Сергея Васильевича расположен в Киево-Святошинском районе. Здесь, по данным Укргидрометцентра среднегодовая скорость ветра меньше 4,5 метров в секунду. Достаточно ли такого слабого ветра для того, чтобы покрыть нужды хозяйства изобретателя?

Инженер по образованию и профессии, Сергей Васильевич подошел к процессу постройки ветряка с особой тщательностью. Вначале сделал уменьшенный макет, на котором тестировал силу ветра, действующую на лопасти. Остановился на вертикальной схеме ветрогенератора. Ее основное преимущество –ветрогенератор будет давать ток уже при скорости ветра от 1-2 метров в секунду. Кроме того, вертикальный ветрогенератор значительно менее малошумный, чем ветряк, построенный по горизонтальной схеме.

«Фундамент построил со значительным запасом, – говорит Сергей Васильевич, – для обустройства опор вполне достаточно 2-4 мешков цемента, 10 ведер песка и 30 ведер щебня. Каждый «куб» фундамента, в который помещается опора, получится размером почти с кухонную плиту. Этого более чем достаточно».

Крутящий момент лопастей ветряка передает на редуктор шестерня от болгарки:

Конечно, копать фундамент нужно на глубину, большую, чем глубина промерзания для вашего региона (в Украине это 80 сантиметров – округленно метр).

В цементный раствор замурованы уголки-сороковка. Изобретатель советует вначале собрать основу конструкции – прямоугольник на болтах – а затем уже заливать опоры бетоном. Так удастся избежать перекосов.

Итак, основание ветрогенератора – металлическая конструкция из уголка-сороковки, скрепленная болтами, высотой 5 метров. Лопасти ветрогенератора занимают в ней 2 метра высоты.

Через месяц на этом надежном основании изобретатель установил самодельные лопасти ветряка и подключенный к ним через планетарный редуктор от старой болгарки генератор мощностью 370 Ватт.

Редуктор с генератором в сборе:

Верхнее крепление лопастей:

Датчик ветра из донышек пивных жестянок (впоследствии Сергей Васильевич усовершенствовал его, добавив еще пару лопастей):

На данном этапе стоимость всех материалов конструкции ветрогенератора составила:

1. Цемент – 4 мешка по 50 грн – 200 грн ($25 ).
2. Песок, щебень – бесплатно.
3. Редуктор – бесплатно, запчасть от старой болгарки.
4. Генератор – около 250 грн ($30), это обычный б/у электродвигатель во всепогодном исполнении мощностью 370 ватт.
5. Металлический уголок – 50 м. х 20 грн/м – около 1000 грн ($125).
6. Болты с шайбами и гайками – 200 грн ($25).
7. Доски (50-ка), 0,5 м. куб (идут на настил и на создание козырька) – 200 грн ($25).
8. Бляха (4 листа) – 400 грн ($50).
9. Электрокабель – 50 грн ($6).
10. Краска – 30 грн ($4).

Итого: 2300 грн  (приблизительно $290).

Продолжительность работ для одного человека: 

1. выкапывание ям фундамента — 1 день;
2. создание конструкции опоры (порезка уголков, сверление отверстий под болты) – 2 дня;
3. покраска – 0,5 дня;
4. заливка четырех блоков фундамента – 0,5 дня;
5. создание лопастей ветрогенератора (каркас, порезка оцинкованной бляхи, укрепление дисков и редуктора) – 4 дня;
6. создание деревянного настила на высоте 3 метра – 0,5 дня;
7. монтаж конструкции ветряка (заносится на высоту в разобранном состоянии) – 1 день;

Однако, ветряк и генератор – далеко не полный комплект устройства для превращения в электричество энергии ветра. Как эффективно снимать с ветрогенератора мощность? Ответ на этот вопрос читайте в продолжении НАМТЕПЛО.

Про интересную конструкцию самодельного ветрогенератора, созданного британскими энтузиастами, можно узнать в следующем материале НАМТЕПЛО.

Энергия ветра

Энергия ветра – одна из самых быстрорастущих технологий возобновляемой энергетики. Во всем мире их использование растет, отчасти потому, что снижаются затраты. Согласно последним данным IRENA, глобальная установленная мощность ветроэнергетики на суше и на море увеличилась почти в 75 раз за последние два десятилетия, увеличившись с 7,5 гигаватт (ГВт) в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году. В период с 2009 по 2013 год производство ветровой электроэнергии увеличилось вдвое, а в 2016 году на ветровую энергию приходилось 16% электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников.Во многих частях света сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах. Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.

Ветряные турбины впервые появились более века назад. После изобретения электрического генератора в 1830-х годах инженеры начали попытки использовать энергию ветра для производства электроэнергии. Производство энергии ветра имело место в Соединенном Королевстве и США в 1887 и 1888 годах, но считается, что современная ветроэнергетика была впервые разработана в Дании, где в 1891 году были построены ветряные турбины с горизонтальной осью и 22.8-метровая ветряная установка введена в эксплуатацию в 1897 году.

Ветер используется для производства электроэнергии с использованием кинетической энергии, создаваемой движущимся воздухом. Она преобразуется в электрическую энергию с помощью ветряных турбин или систем преобразования энергии ветра. Ветер сначала поражает лопасти турбины, заставляя их вращаться и вращать присоединенную к ним турбину. Это изменяет кинетическую энергию на энергию вращения, перемещая вал, который подключен к генератору, и тем самым вырабатывает электрическую энергию за счет электромагнетизма.

Количество энергии, которое может быть получено от ветра, зависит от размера турбины и длины ее лопастей. Мощность пропорциональна размерам ротора и кубу скорости ветра. Теоретически, когда скорость ветра удваивается, потенциал энергии ветра увеличивается в восемь раз.

Мощность ветряных турбин со временем увеличивалась. В 1985 году типичные турбины имели номинальную мощность 0,05 мегаватт (МВт) и диаметр ротора 15 метров. Сегодняшние новые ветроэнергетические проекты имеют турбинную мощность около 2 МВт на суше и 3-5 МВт на суше.

Имеющиеся в продаже ветряные турбины достигли мощности 8 МВт с диаметром ротора до 164 метров. Средняя мощность ветряных турбин увеличилась с 1,6 МВт в 2009 году до 2 МВт в 2014 году.

По последним данным IRENA, производство ветровой электроэнергии в 2016 году составило 6% электроэнергии, произведенной с помощью возобновляемых источников энергии. Во многих частях света сильный ветер, но лучшие места для выработки энергии ветра иногда находятся в удаленных местах.Оффшорная ветроэнергетика предлагает огромный потенциал.

---

---

Нет, замерзшие ветряные турбины не виноваты в отключении электроэнергии в Техасе

Подпишитесь на наш ежедневный информационный бюллетень The Brief, который держит читателей в курсе самых важных новостей Техаса.

Замерзшие ветряные турбины в Техасе заставили некоторых консервативных политиков штата заявить во вторник, что штат слишком полагается на возобновляемые источники энергии.Но в действительности ожидалось, что энергия ветра будет составлять лишь малую часть того, что штат запланировал на зиму.

Совет по надежности электроснабжения Техаса прогнозировал, что 80% зимней мощности сети, или 67 гигаватт, можно будет вырабатывать за счет природного газа, угля и некоторой части ядерной энергии.

Февральская зимняя буря 2021 года

• Когда вернется моя вода? Как мне тем временем достать воду?

  Мы не знаем.Власти штата и города призывают к терпению и советуют техасцам, у которых есть проточная вода, кипятить ее. Примите все необходимые меры, чтобы подготовиться к нескольким дням без воды. Официальные лица в Остине, например, заявили 19 февраля, что восстановление водоснабжения, вероятно, будет многодневным процессом для всего города. Здесь у нас есть некоторые ресурсы, но лучший вариант, чтобы найти бесплатную воду, – это проверить местные СМИ.

• Получу ли я большой счет за электроэнергию?

  Не надо сразу.Власти Техаса подписали приказ, временно запрещающий поставщикам электроэнергии отправлять счета жителям. Приказ является временной мерой, чтобы дать чиновникам время для решения проблемы резкого роста счетов некоторых жителей. Чиновники также подписали приказ, запрещающий поставщикам коммунальных услуг отключать обслуживание жителей, не оплативших счет. Подробнее читайте здесь.

• Как я могу получать обновления?

  Подпишитесь на наши новости, отправив текстовое сообщение «привет» на номер 512-967-6919 или посетив эту страницу.

• Я был без электричества больше суток. Почему люди называют это откатывающимися отключениями?

  Когда 15 февраля в 1:25 утра по московскому времени оператор электросетевого хозяйства штата начал отключать электричество, это планировалось как временная мера на случай экстремальных зимних явлений. Вместо этого некоторые техасцы остаются без электричества намного дольше, сталкиваясь с днями без электричества вместо первоначально запланированных 45 минут. Электросеть была спроектирована так, чтобы пользоваться большим спросом летом, когда техасцы включают дома кондиционеры.Но некоторые источники энергии, питающие сеть летом, отключены зимой. Поэтому, когда техасцы остались дома во время шторма в воскресенье и потребовали рекордное количество электроэнергии, энергосистема штата не выдержала.

• Подождите, у нас есть своя электросеть? Почему?

  Да, в Техасе есть своя собственная энергосистема, управляемая агентством ERCOT, Совет по надежности электроснабжения Техаса.История длинная, но короткая версия такова: в Техасе есть своя собственная сеть, чтобы избежать соблюдения федеральных правил. В 1935 году президент Франклин Д. Рузвельт подписал Закон о федеральной энергетике, согласно которому Федеральная энергетическая комиссия возлагала на Федеральную комиссию по энергетике ответственность за межгосударственные продажи электроэнергии. Но коммунальные предприятия Техаса не пересекают границы штата. ERCOT была образована в 1970 году после крупного отключения электроэнергии на северо-востоке в ноябре 1965 года, и ей было поручено управлять надежностью сети в соответствии с национальными стандартами.Обратите внимание, что не весь Техас находится в одной электросети. Эль-Пасо находится на другой сетке, как и верхний Панхэндл и кусок Восточного Техаса.

• Я читал в Интернете, что ветряные турбины – причина того, что мы потеряли электроэнергию. Это правда?

  Нет. Потеря энергии ветра составляет лишь часть сокращения генерирующих мощностей, которое привело к отключениям миллионов техасцев.Представитель Совета по надежности электроснабжения Техаса заявил 16 февраля, что 16 гигаватт возобновляемой энергии, в основном ветровой, отключены. Почти вдвое больше, 30 гигаватт, было потеряно из-за источников тепла, включая газ, уголь и ядерную энергию. «Техас – это газовый штат», – сказал Майкл Уэббер, профессор энергетических ресурсов Техасского университета в Остине. «Газ сейчас терпит крах самым зрелищным образом».

• Как мне согреться? Как я могу помочь другим?

  Национальная метеорологическая служба призывает людей закрывать шторы и шторы, по возможности собираться в одной комнате и закрывать двери для других, а также засовывать полотенца в щели под дверями.Носите свободные слои теплой легкой одежды. Закуски и потребление жидкости помогут согреть тело. В некоторых городах есть центры обогрева и транспорт по мере необходимости – местные ресурсы можно найти здесь. Если у вас есть ресурсы или вы можете сделать финансовые пожертвования, найдите здесь некоммерческие организации, которые помогают людям.

• Посмотреть больше материалов

Представитель Совета по надежности электроснабжения Техаса заявил во вторник днем, что 16 гигаватт возобновляемой энергии, в основном ветровой, отключены.Почти вдвое больше, 30 гигаватт, было потеряно из-за источников тепла, включая газ, уголь и ядерную энергию.

К среде эти цифры изменились, поскольку все больше операторов изо всех сил пытались работать в холодную погоду: всего 45 гигаватт были отключены, из них 28 гигаватт от тепловых источников и 18 гигаватт от возобновляемых источников, заявили представители ERCOT.

«Техас – газовый штат», – сказал Майкл Уэббер, профессор энергетических ресурсов Техасского университета в Остине.

В то время как Уэббер сказал, что в энергетическом кризисе виноваты все источники энергии Техаса, газовая промышленность производит значительно меньше энергии, чем обычно.

«Газ сейчас терпит крах, – сказал Уэббер.

Дэн Вудфин, старший директор ERCOT, поддержал это мнение во вторник.

«Похоже, что большая часть поколения, которое сегодня отключилось от сети, в основном связано с проблемами в системе природного газа», – сказал он во вторник во время телефонного разговора с журналистами.

Тем не менее, некоторые обвиняют ветроэнергетику.

«Вот что происходит, когда вы заставляете сеть частично полагаться на ветер в качестве источника энергии», – написал в Твиттере во вторник во второй половине дня представитель США Дэн Креншоу из штата Хьюстон. «Когда погодные условия становятся плохими, как это было на этой неделе, периодические возобновляемые источники энергии, такие как ветер, перестают быть там, когда вам это нужно».

Далее он обратил внимание на остановку ядерного реактора в Бэй-Сити из-за холода и, наконец, дошел до того, что эксперты по энергетике считают самым большим виновником, написав: «Низкое снабжение природного газа: ERCOT запланировал на 67 ГВт из природного газа / угля. , но в сети можно было получить только 43 ГВт.У нас не закончился природный газ, но у нас закончилась возможность получать природный газ. На трубопроводах в Техасе не используется холодная изоляция, поэтому все замерзало ».

Комиссар по сельскому хозяйству Сид Миллер, известный своими публикациями правых в Facebook, которые в прошлом распространяли дезинформацию и усиливали теории заговора, также опубликовал в Facebook неприукрашенный обзор ветроэнергетики: «Мы никогда не должны строить еще одну ветряную турбину в Техасе. «

В другом посте Миллер был еще более откровенен, но также вводил в заблуждение.«К травме добавилось оскорбление: эти уродливые ветряные турбины – одна из основных причин, по которой мы испытываем отключение электричества», – написал он. «Разве это не иронично? … Вот вам и неприглядные и непродуктивные, лишающие энергии памятники Обаме. По крайней мере, они показывают нам, где живут идиоты ».

В то время как скептики ветроэнергетики утверждали, что неделя заморозки означает, что на ветровую энергию нельзя положиться, ветровые турбины, как и газовые электростанции, могут быть «подготовлены к зиме» или модифицированы для работы при очень низких температурах.Эксперты говорят, что многие электрогенераторы Техаса не инвестировали необходимые средства для предотвращения сбоев в работе оборудования, поскольку в штате редко случаются сильные зимние штормы.

По оценкам, из общей зимней мощности сети около 80%, или 67 гигаватт, может быть произведено за счет природного газа, угля и некоторой ядерной энергии. Ожидалось, что только 7% прогнозируемой зимней мощности ERCOT, или 6 гигаватт, будет приходиться на различные источники ветровой энергии по всему штату.

Производство природного газа в штате резко упало из-за морозных условий, что затрудняет получение электростанциями топлива, необходимого для их работы. По словам экспертов, на электростанциях, работающих на природном газе, обычно не так много топлива. Вместо этого заводы полагаются на постоянный поток природного газа из трубопроводов, которые проходят через штат от таких областей, как Пермский бассейн, добывающий нефть и природный газ, в Западном Техасе до крупных центров спроса, таких как Хьюстон и Даллас.

Губернатор

Грег Эбботт уточнил, что источники ископаемого топлива вносят свой вклад в проблемы с энергосистемой, описывая ситуацию в понедельник днем.

«Возможности некоторых компаний, производящих электроэнергию, были заморожены. Это включает в себя генераторы природного газа и угля », – написал он в твиттере.

Хизер Зичал, генеральный директор отраслевой группы Американская ассоциация чистой энергии, заявила, что противники возобновляемой энергии пытались отвлечься от сбоев в других частях системы и замедлить «переход к экологически чистой энергии будущего».”

«Позорно видеть, как давние противники чистой власти – которые нападают на нее, идет ли дождь, идет снег или светит солнце – вовлекаются в политически оппортунистический фарс, вводя американцев в заблуждение, продвигая программу, не имеющую ничего общего с восстановлением власти. сообществам Техаса », – сказала она.

Мэтью Уоткинс предоставил репортаж.

Раскрытие информации: Facebook и Техасский университет в Остине оказывали финансовую поддержку The Texas Tribune, некоммерческой, непартийной новостной организации, которая частично финансируется за счет пожертвований членов, фондов и корпоративных спонсоров.Финансовые спонсоры не играют никакой роли в журналистике Tribune. Полный их список можно найти здесь.

Основы ветроэнергетики | NREL

Ветер возникает, когда поверхность земли неравномерно нагревается солнцем. Ветряная энергия можно использовать для выработки электроэнергии.

Ветряные турбины

Ветряные турбины, как и ветряные мельницы, устанавливаются на башне, чтобы улавливать как можно больше энергии.На высоте 100 футов (30 метров) и более они могут воспользоваться более быстрым и менее бурный ветер. Турбины улавливают энергию ветра своим пропеллером. лезвия. Обычно на валу устанавливаются две или три лопасти, образующие ротор .

Лезвие действует как крыло самолета. Когда дует ветер, карман низкого давления воздух образуется на подветренной стороне лопасти.Затем воздушный карман низкого давления вытягивает лезвие к нему, заставляя ротор вращаться. Это называется лифт . Сила подъема на самом деле намного сильнее, чем сила ветра, направленная против ветра. передняя сторона клинка, которая называется drag . Комбинация подъемной силы и сопротивления заставляет ротор вращаться как пропеллер, и вращающийся вал вращает генератор, чтобы вырабатывать электричество.

Исследования ветроэнергетики

NREL в основном проводятся в кампусе Флэтайронс, отдельном месте недалеко от Боулдера, Колорадо.

Ветряные турбины коммунального назначения на ветряной электростанции Сидар-Крик в Гровере, штат Колорадо. Фото Денниса Шредера / NREL

Плавающая морская ветряная турбина VolturnUS с полупогружной плавучей ветроэнергетической установкой Платформа, Университет штата Мэн, часть консорциума DeepCWind. Фотография из Университета штата Мэн

Наземная ветроэнергетика

Ветряные турбины могут использоваться как автономные приложения или их можно подключать к электросети или даже в сочетании с фотоэлектрической системой (солнечными элементами).Для коммунальные (мегаваттные) источники энергии ветра, большое количество ветряных турбин обычно строятся близко друг к другу и образуют ветряную электростанцию ​​ , также называемую ветровой электростанцией . Некоторые поставщики электроэнергии сегодня используют ветряные электростанции для снабжения электроэнергией своих потребителей.

Автономные ветряные турбины обычно используются для перекачки воды или связи. Однако домовладельцы, фермеры и владельцы ранчо в ветреных районах также могут использовать ветряные турбины. как способ сократить свои счета за электричество.

Распределенная энергия ветра

Малые ветровые системы также обладают потенциалом в качестве распределенных энергоресурсов. Распространено энергоресурсы относятся к множеству небольших модульных технологий производства энергии. которые могут быть объединены для улучшения работы системы подачи электроэнергии. Для получения дополнительной информации о распределенном ветре посетите Отдел ветроэнергетических технологий Министерства энергетики США.

Морская ветроэнергетика

Оффшорная ветроэнергетика – относительно новая отрасль в США. Америки первая оффшорная ветряная электростанция, расположенная в Род-Айленде, у побережья острова Блок, был включен в декабре 2016 года. Отчет Министерства энергетики США о ветровом видении показывает, что к 2050 году морской ветер будет доступен во всех прибрежных регионах по всей стране.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о ветровой энергии посетите следующие ресурсы:

Основы ветроэнергетики
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Карты и данные по ветроэнергетике
WINDExchange DOE

Как работают ветряные турбины
U.S. Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики.

Малые ветроэнергетические системы
Программа энергосбережения Министерства энергетики США

Американская ассоциация ветроэнергетики

Energy Kids Wind Basics
Управление энергетической информации США Energy Kids

Энергия ветра | Национальное географическое общество

Все, что движется, обладает кинетической энергией, а ученые и инженеры используют кинетическую энергию ветра для выработки электроэнергии.Энергия ветра, или энергия ветра, создается с помощью ветряной турбины, устройства, которое направляет энергию ветра для выработки электроэнергии.

Ветер обдувает лопатки турбины, прикрепленные к ротору. Затем ротор вращает генератор для выработки электричества. Есть два типа ветряных турбин: ветряные турбины с горизонтальной осью (HAWT) и ветровые турбины с вертикальной осью (VAWT). HAWT – наиболее распространенный тип ветряных турбин. У них обычно есть две или три длинных тонких лопасти, которые похожи на пропеллер самолета.Лопасти расположены так, что они обращены прямо против ветра. VAWT имеют более короткие и широкие изогнутые лопасти, которые напоминают лопасти, используемые в электрическом миксере.

Небольшие индивидуальные ветряные турбины могут производить 100 киловатт энергии, достаточной для питания дома. Небольшие ветряные турбины также используются в таких местах, как водонасосные станции. Чуть более крупные ветряные турбины расположены на башнях высотой до 80 метров (260 футов) с лопастями ротора, длина которых составляет примерно 40 метров (130 футов).Эти турбины могут генерировать 1,8 мегаватт энергии. Еще более крупные ветряные турбины можно найти на башнях высотой 240 метров (787 футов) с лопастями ротора длиной более 162 метров (531 фут). Эти большие турбины могут генерировать от 4,8 до 9,5 мегаватт энергии.

После выработки электроэнергии ее можно использовать, подключать к электросети или хранить для будущего использования. Министерство энергетики США работает с национальными лабораториями над разработкой и улучшением технологий, таких как батареи и гидроаккумулирующие установки, чтобы их можно было использовать для хранения избыточной энергии ветра.Такие компании, как General Electric, устанавливают батареи вместе со своими ветряными турбинами, чтобы электричество, вырабатываемое за счет энергии ветра, можно было сразу же хранить.

По данным Геологической службы США, в США имеется 57 000 ветряных турбин как на суше, так и на море. Ветровые турбины могут быть автономными структурами или они могут быть объединены в так называемую ветряную электростанцию. В то время как одна турбина может генерировать достаточно электроэнергии для удовлетворения потребностей в энергии одного дома, ветряная электростанция может вырабатывать гораздо больше электроэнергии, достаточной для снабжения энергией тысяч домов.Ветряные электростанции обычно располагаются на вершине горы или в другом месте, где ветрено, чтобы использовать преимущества естественного ветра.

Самая большая оффшорная ветряная электростанция в мире называется Walney Extension. Эта ветряная электростанция расположена в Ирландском море примерно в 19 километрах (11 милях) к западу от северо-западного побережья Англии. Расширение Уолни занимает огромную территорию в 149 квадратных километров (56 квадратных миль), что делает ветряную электростанцию ​​больше, чем город Сан-Франциско, Калифорния, или остров Манхэттен в Нью-Йорке.Сеть из 87 ветряных турбин имеет высоту 195 метров (640 футов), что делает эти морские ветряные турбины одними из самых больших ветряных турбин в мире. Walney Extension имеет потенциал для выработки 659 мегаватт электроэнергии, чего достаточно для снабжения электричеством 600 000 домов в Соединенном Королевстве.

История ветроэнергетики – Управление энергетической информации США (EIA)

Люди использовали энергию ветра тысячи лет

Люди использовали энергию ветра для передвижения лодок по реке Нил еще в 5000 году до нашей эры.К 200 г. до н.э. в Китае использовались простые ветряные водяные насосы, а в Персии и на Ближнем Востоке ветряные мельницы с лопастями из плетеного тростника перемалывали зерно.

Новые способы использования энергии ветра со временем распространились по всему миру. К 11 веку люди на Ближнем Востоке широко использовали ветряные насосы и ветряные мельницы для производства продуктов питания. Купцы и крестоносцы принесли в Европу ветровую технику. Голландцы разработали большие ветряные насосы для осушения озер и болот в дельте реки Рейн.В конечном итоге иммигранты из Европы перенесли ветроэнергетику в Западное полушарие.

Американские колонисты использовали ветряные мельницы для измельчения зерна, перекачивания воды и пиления древесины на лесопилках. Поселенцы и владельцы ранчо установили тысячи ветряных насосов, когда они заселили запад Соединенных Штатов. В конце 1800-х – начале 1900-х годов также широко использовались небольшие ветроэлектрические генераторы (ветряные турбины).

Количество ветряных насосов и ветряных турбин сократилось, поскольку в рамках программ электрификации сельских районов в 1930-х годах линии электропередач были продлены до большинства ферм и ранчо по всей стране.Однако на некоторых ранчо до сих пор используются ветряные насосы для подачи воды для скота. Небольшие ветряные турбины снова становятся все более распространенными, в основном для снабжения электроэнергией отдаленных и сельских районов.

Традиционная голландская ветряная мельница

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Современные ветряки

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Использование энергии ветра расширилось из-за нехватки нефти и экологических проблем

Дефицит нефти 1970-х изменил энергетическую среду Соединенных Штатов и всего мира.Дефицит нефти вызвал интерес к разработке способов использования альтернативных источников энергии, таких как энергия ветра, для выработки электроэнергии. Федеральное правительство США поддерживало исследования и разработки больших ветряных турбин. В начале 1980-х годов в Калифорнии были установлены тысячи ветряных турбин, в основном из-за политики государства и штата, поощрявшей использование возобновляемых источников энергии.

В 1990-х и 2000-х годах федеральное правительство США создало стимулы для использования возобновляемых источников энергии в ответ на новую заботу об окружающей среде.Федеральное правительство также предоставило финансирование исследований и разработок, чтобы помочь снизить стоимость ветряных турбин, и предложило налоговые и инвестиционные льготы для проектов ветроэнергетики. Кроме того, правительства штатов приняли новые требования к производству электроэнергии из возобновляемых источников, а продавцы электроэнергии и коммунальные предприятия начали предлагать своим клиентам электроэнергию, произведенную с помощью ветра и других возобновляемых источников энергии (иногда называемую зеленой энергией ). Эти политика и программы привели к увеличению количества ветряных турбин и количества электроэнергии, вырабатываемой за счет энергии ветра.

Доля ветроэнергетики в США выросла с менее чем 1% в 1990 году до примерно 8,4% в 2020 году. Стимулы в Европе привели к значительному расширению использования энергии ветра там. Китай вложил значительные средства в ветроэнергетику и в настоящее время является крупнейшим в мире производителем ветровой электроэнергии. В 1990 году в 16 странах было выработано в общей сложности около 3,6 млрд кВтч ветровой электроэнергии. В 2019 году 127 стран произвели в общей сложности около 1,42 трлн кВтч ветровой электроэнергии.

Последнее обновление: 17 марта 2021 г.

Ветряная турбина – Музей науки и промышленности

Постройте ветряную турбину для выработки электроэнергии и исследуйте процесс преобразования энергии.

Материалы

• Три трубы из ПВХ, одна длиной около 30 см, а другие длиной не менее 15 см
• Три тройника из ПВХ
• Одно колено из ПВХ
• Двигатель
• Проволока (длиной около двух футов)
• Проволока фрезы
• Ступица (можно приобрести у Kid Wind Project)
• Деревянные дюбеля
• Мультиметр
• Зажимы типа «крокодил»
• Ножницы
• Лента
• Фен или вентилятор
• Материалы для лезвий, такие как проба, алюминиевая фольга, строительная бумага , палочки для мороженого и т. д.

Направления

1. Вставьте 15-сантиметровую трубу из ПВХ в среднее отверстие тройника из ПВХ. Повторите то же самое с другой 15-сантиметровой трубой из ПВХ и тройником.
2. Соедините две детали вместе, вставив свободные концы труб по сторонам третьего тройника так, чтобы среднее отверстие было направлено вверх.
3. Вставьте оставшуюся трубу из ПВХ в тройниковое отверстие, направленное вверх, так, чтобы труба стояла вертикально.
4. Поместите последний тройник на свободный конец башни.
5. Подсоедините к двигателю два провода.Надежно установите двигатель в шарнир наверху башни. Пропустите провода по трубе башни и выведите из одного из тройников на основании. При необходимости используйте изоленту, чтобы надежно удерживать двигатель на месте.
6. Прикрепите пластиковую круглую деталь, называемую ступицей, к прямой металлической детали на внешней стороне двигателя.
7. Подсоедините провода к мультиметру с помощью зажимов типа «крокодил». Установите мультиметр на 20 вольт.
8. Вставьте несколько небольших деревянных дюбелей в отверстия ступицы.Создайте ветер с помощью фена или вентилятора. Проверьте мультиметр, чтобы узнать, сколько энергии вырабатывается.
9. Используя различные материалы, спроектируйте различные лопасти ветряной турбины. Учитывайте вес, гладкость поверхности и количество необходимых лезвий. Прикрепите лезвия к дюбелям с помощью скотча.
10. Снова включите фен или вентилятор и протестируйте турбину с каждым типом лопастей, которые вы разработали. Чем отличается электрическая мощность? Протестируйте турбину с разными скоростями ветра, такими как низкие, средние и высокие настройки вентилятора.Влияет ли скорость ветра на выработку электроэнергии?

Что происходит?

Поскольку кинетическая механическая энергия движущегося ветра вращает лопасти ветряной турбины, генератор внутри турбины также вращается. Это заставляет спиральный провод вращаться вокруг магнита и создает электрический ток, который мы измеряем с помощью мультиметра.

Так как энергия не создается и не разрушается, чем больше энергия вводится, тем больше будет выход энергии.Следовательно, чем больше механической энергии вы начинаете – чем быстрее вращаются лопасти – тем больше электроэнергии будет вырабатывать турбина.

Справочная информация

Ветер возникает из-за разницы в давлении, создаваемой неравномерным нагревом поверхности Земли солнцем. Излучение солнца заставляет землю накапливать тепловую энергию. Воздух над землей также получает тепловую энергию и расширяется, становясь менее плотным и поднимаясь вверх.

Это движение вызывает область низкого давления на поверхности, создавая вакуум, который втягивает воздух.Более холодный и плотный воздух течет в область низкого давления на поверхности, заполняя пространство, оставшееся поднимающимся нагретым воздухом. Это создает конвекционный ток, а тепловая энергия преобразуется в кинетическую механическую энергию в виде движущегося воздуха или ветра.

Ветряная турбина преобразует механическую энергию ветра в электрическую. Турбина берет кинетическую энергию движущейся жидкости, в данном случае воздуха, и преобразует ее во вращательное движение. Когда ветер проходит мимо лопастей ветряной турбины, он перемещает или вращает лопасти.Эти лезвия вращают генератор. Генератор работает как инверсия электродвигателя; вместо того, чтобы применять электрическую энергию для поворота и создания механической энергии, он использует механическую энергию для поворота и создания электрической энергии. Генераторы вращают спиральную проволоку вокруг магнитов для создания электрического тока.

Хорошая вибрация: безлопастные турбины могут принести энергию ветра в ваш дом | Возобновляемая энергия

Гигантские ветряные электростанции, расположенные вдоль холмов и берегов, – не единственный способ использовать силу ветра, говорят пионеры зеленой энергетики, которые планируют заново изобрести энергию ветра, отказавшись от необходимости в турбинных башнях, лопастях и даже ветре.

«Мы не против традиционных ветряных электростанций», – говорит Давид Яньес, изобретатель Vortex Bladeless. Его стартап из шести человек, расположенный недалеко от Мадрида, впервые разработал конструкцию турбины, которая может использовать энергию ветра без широких белых лопастей, которые считаются синонимом энергии ветра.

Дизайн недавно получил одобрение государственной энергетической компании Норвегии Equinor, которая включила Vortex в список 10 самых интересных стартапов в энергетическом секторе. Equinor также предложит поддержку в развитии стартапов в рамках своей программы технического акселератора.

Безлопастные турбины стоят на высоте 3 метра и представляют собой цилиндр с закругленной вершиной, закрепленный вертикально с помощью упругого стержня. Неподготовленному глазу кажется, что он качается взад и вперед, как игрушку на приборной панели автомобиля. На самом деле он разработан, чтобы колебаться в пределах диапазона ветра и генерировать электричество от вибрации.

Это уже вызвало недоумение на форуме Reddit, где турбину сравнивали с гигантской вибрирующей секс-игрушкой, или «скайбратором». Безошибочно фаллический дизайн собрал на сайте более 94 000 оценок и 3500 комментариев.Самый популярный комментарий предполагает, что подобное устройство может быть найдено в ящике комода вашей матери. Он получил 20 000 положительных оценок пользователей Reddit.

«Наша технология обладает различными характеристиками, которые могут помочь заполнить пробелы, в которых традиционные ветряные электростанции могут не подходить», – говорит Яньес.

Эти пробелы могут включать городские и жилые районы, где влияние ветряной электростанции было бы слишком большим, а пространство для ее строительства было бы слишком маленьким. Он отражает ту же тенденцию к установке небольших локальных генераторов энергии, что помогло домам и компаниям по всей стране сэкономить на счетах за электроэнергию.

«Это могло быть ответом ветровой энергии на домашние солнечные панели», – говорит Яньес.

«Они хорошо дополняют друг друга, потому что солнечные панели производят электроэнергию в течение дня, а скорость ветра, как правило, выше ночью», – говорит он. «Но главное преимущество технологии заключается в снижении ее воздействия на окружающую среду, визуального воздействия, а также затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание турбины».

Турбина не представляет опасности для миграций птиц или дикой природы, особенно при использовании в городских условиях.Для людей, живущих или работающих поблизости, турбина будет создавать шум с частотой, практически не обнаруживаемой людьми.

«Сегодня турбина небольшая и вырабатывает небольшое количество электроэнергии. Но мы ищем промышленного партнера, который расширил бы наши планы до 140-метровой турбины с мощностью 1 мегаватт », – говорит Яньес.

Vortex – не единственный стартап, который надеется заново изобрести энергию ветра. Alpha 311, начавшаяся в садовом сарае в Уитстабле, Кент, начала производство небольшой вертикальной ветряной турбины, которая, по ее утверждению, может вырабатывать электричество без ветра.

Двухметровая турбина, сделанная из переработанного пластика, предназначена для установки на существующие уличные фонари и вырабатывает электричество, поскольку проезжающие машины вытесняют воздух. Независимое исследование, проведенное по заказу компании, показало, что каждая турбина, установленная вдоль автомагистрали, может вырабатывать столько же электроэнергии, сколько 20 квадратных метров солнечных панелей, что более чем достаточно, чтобы держать уличный фонарь включенным, а также обеспечивать питание местной энергосистемы.

Уменьшенная версия турбины высотой менее 1 метра будет установлена ​​на O2 Arena в Лондоне, где она поможет вырабатывать чистую электроэнергию для 9 миллионов человек, которые посещают развлекательные заведения в течение обычного года.

«Хотя наши турбины можно разместить где угодно, оптимальное расположение – рядом с шоссе, где они могут быть встроены в существующую инфраструктуру. Нет необходимости что-либо копать, так как они могут быть прикреплены к уже имеющимся осветительным колоннам и использовать существующие кабели для непосредственного ввода в сеть », – говорит Майк Шоу, представитель компании. «Площадь небольшая, а автомагистрали – не самое красивое место».

Пожалуй, наиболее амбициозным отклонением от стандартной ветряной турбины стал немецкий стартап SkySails, который надеется использовать бортовую конструкцию для использования энергии ветра прямо с неба.

SkySails производит большие полностью автоматизированные воздушные змеи, предназначенные для полета на высоте 400 метров, чтобы уловить силу высокогорного ветра. Во время подъема кайт тянет за трос, привязанный к лебедке и генератору на земле. Воздушный змей вырабатывает электричество, когда он поднимается в небо, и, будучи полностью разобранным, использует только часть произведенного электричества, чтобы вернуться к земле.

Стефан Рэйдж, исполнительный директор SkySails, говорит, что воздушные ветроэнергетические системы означают «минимальное воздействие на людей и окружающую среду… Системы работают очень тихо, практически не оказывают видимого воздействия на ландшафт и почти не отбрасывают тень», он добавляет.

Сегодня проект может генерировать максимальную мощность от 100 до 200 киловатт, но новое партнерство с немецкой энергетической фирмой RWE может увеличить потенциальную мощность с киловатт до мегаватт.