Ветрогенератор своими руками для частного дома
«Нам электричество сделать всё сумеет …» — так пели студенты электротехнических ВУЗов середины прошлого века. В этой юмористической «оде» электричеству отведено много фантастики, но сегодня мы можем с уверенностью сказать, что современный человек без электричества просто пропал бы. Если свечи и могли бы нам заменить «лампочку Ильича», то как быть со всем остальным?
К настоящему времени человеком открыты разные способы получения электрического тока:
- гальванические элементы, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую;
- термогенераторы, в которых в электричество преобразуется тепловая энергия;
- солнечные батареи, где в электроэнергию преобразуется солнечная энергия.
Каждый из таких источников имеет свои достоинства и недостатки. Однако преимущественное распространение получили генераторы, в которых механическая энергия преобразуется в энергию переменного электрического тока.
Немного истории и теории
Вспомним немного школьный курс физики, из которого нам известно, что явление электромагнитной индукции было открыто в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем. А заключается оно в следующем: при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электрический ток.
То есть в простейшем виде такой генератор выглядит как рамка, помещенная в поле постоянного магнита, вращающаяся под действием механической силы. Однако такой тип генератора переменного тока с неподвижной магнитной системой (индуктором) и вращающимися витками проводника (якорем) применяется очень редко. Связано это с тем, что для отведения тока от движущейся катушки требуются подвижные контакты, а при токе высокого напряжения в таких контактах будет иметь место сильное искрение. Поэтому в подавляющем большинстве индукционных генераторов переменного тока обмотку (якорь), в которой наводится ток, делают неподвижной и называют статором, а вращают магнитную систему (индуктор), который называют ротором.
В мощных генераторах магнитное поле создают обычно с помощью электромагнита, питаемого от источника постоянного тока — возбудителя.
Однако с появлением магнитов из сплава неодим-железо-бор, которые по своим характеристикам значительно превосходят другие виды постоянных магнитов, появилась возможность изготавливать ротор генератора на основе постоянных магнитов. Неодимовые магниты, разработанные в 70–80-е годы прошлого века, отличаются высокими и стабильными магнитными свойствами при малых размерах.
Теперь несколько слов о механической энергии, которую генератор преобразует в электричество. Для вращения ротора генератора используются энергия воды (гидрогенераторы), энергия пара (парогенераторы). Существуют генераторы, работающие от дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Забота же об окружающей среде и об экономии собственных средств заставила человека вспомнить о таком «неутомимом работнике» как ветер. С незапамятных времен люди использовали энергию ветра для движения кораблей и для превращения зерна в муку.
Современные ветряные двигатели для электрогенераторов ведут свою родословную именно от ветряных мельниц. Соединив ветряной двигатель (ветряк) с электрогенератором, изготовленным с применением современных магнитов, получим ветрогенератор на неодимовых магнитах — экологически безопасный и экономичный источник электрической энергии.
Чем хорош ветрогенератор
Сегодня даже заядлый скептик не будет оспаривать пользу этого вида источников переменного тока.
Конечно, величины напряжения, мощности и тока, полученных от генератора для ветряка, сделанного своими руками не позволят запитать все электроприборы в достаточно большом загородном доме. Но вот снабдить электричеством небольшой дачный домик, особенно если он расположен далеко от электрической сети, вполне рациональное решение. И даже если только часть потребляемой электроэнергии для дома вы получите от ветряка, то в перспективе экономия будет ощутимой.
Кроме того, сделать генератор для ветряка — это интересная творческая работа, выполнив которую вы по праву сможете гордиться собой.
Из чего состоят ветрогенераторы и какие они бывают?
Обязательными элементами такого ветрогенератора на магнитах являются:
1) Мачта, на которой установлены ветровое колесо и генератор. Ее высота выбирается исходя их конкретных природных условий и потребностей человека.
2) Двигатель для ветряка — ветровое колесо с лопастями, которое преобразует движение ветра во вращательное движение вала ротора генератора.
3) Генератор, вырабатывающий переменный электрически ток, величина которого зависит и от параметров статора и ротора генератора, и от скорости вращения ветрового колеса, дающего движение ротору.
Кроме того в состав системы могут входить ряд вспомогательных устройств, обеспечивающих управление работой системы и улучшающие качество получаемого тока: контроллер, аккумуляторные батареи, преобразователи, стабилизаторы.
В зависимости от направления оси вращения различают два типа ветрогенераторов — вертикальные и горизонтальные.
Горизонтальные (пропеллерные) имеют больший КПД, но они более сложны по конструкции, так как включают систему, ориентирующую пропеллер по ветру.
Изготовление таких ветрогенераторов сложнее, а работают они только при достаточно больших скоростях ветра. Кроме того, ветряки с горизонтальной осью вращения требуют достаточно большого пространства, а модели с вертикальной осью вращения значительно компактнее.
Вертикальные ветряки проще по конструкции, дешевле, но их КПД ниже.
Но обратимся к сердцу любого ветряка — электрогенератору переменного тока, ротор которого выполнен на неодимовых магнитах.
Как собрать генератор на магнитах
Собираем ротор
Ротор такого магнитного ветрогенератора конструктивно представляет собой сборку из двух стальных дисков, расположенных параллельно друг другу. Диски жестко скреплены между собой через распорную втулку и установлены на валу, вращение которого обеспечивает турбина ветряка. Можно рекомендовать сделать ротор из автомобильной ступицы в сборе с тормозными дисками. Это надежная и хорошо сбалансированная основа для ротора. Дешевле будет взять б/у ступицу. В этом случае ее необходимо разобрать, тщательно почистить, проверить и смазать подшипники.
Можно диски для ротора изготовить самостоятельно из низкоуглеродистой стали. Конечно, можно взять и другой материал, но следует учесть, что при использовании немагнитного материала эффективность генератора значительно снижается.
По периметру каждого диска располагаются магниты. Какие магниты нужны для ветрогенератора? Можно взять дисковые, прямоугольные, но наилучший эффект дают неодимовые магниты-сектора. Их размер и количество могут быть разными в зависимости от вашей цели и возможностей. Однако число пар полюсов магнитов должно быть четным, причем для однофазного генератора их должно быть столько же, сколько и катушек в статоре, а для трехфазного — четыре или две пары на три катушки. Магниты по периметру диска устанавливаются с чередованием полюсов: N–S–N–S…. Для этого предварительно следует изготовить шаблон, где точно обозначить место каждого магнита.
Размеры дисков ротора рассчитываются, исходя из размеров магнитов и их количества. Толщина диска для ротора должна быть порядка толщины магнита.
Магниты приклеиваются к диску суперклеем, а затем диск заливается эпоксидной смолой. Чтобы избежать ее стекания по внутренней и наружной окружности диска делаются бортики из скотча, пластилина или другого подручного материала. Перед тем, как залить диск эпоксидкой рекомендуем пометить на каждом диске по магниту, полюса которых направлены встречно, чтобы затем не перепутать при сборке. При сборке генератора следует следить за тем, чтобы магниты на дисках ротора располагались точно напротив и были направлены противоположными полюсами друг к другу. Схематический чертеж ротора ветряка с распределением магнитных силовых линий представлен на рис. 1.
Рис. 1
Изготовление статора ветрогенератора
Теперь сформированное магнитное поле нужно преобразовать в электричество. Для этого служит статор — неподвижная обмотка из медного провода, расположенная так, чтобы силовые магнитные линии, образуемые магнитами ротора, при его вращении пересекали провода обмотки.
Статор генератора располагается в зазоре между дисками ротора.
Состоит он из неподвижных плоских катушек без сердечников. В каждой катушке при пересечении силовыми линиями магнитного поля возникает ЭДС индукции, переменная по величине и направлению. Величина напряжения, значит, и эффективность ветрогенератора, зависят от скорости вращения ротора, от количества витков в каждой катушке, от числа самих катушек и диаметра медного провода, используемого для их изготовления.
Генератор может быть однофазным или трехфазным. Первый проще, но второй предпочтительнее по двум причинам. Во-первых, в ветряке с трехфазной схемой генератора отсутствуют вибрации, которыми в нагруженном состоянии грешит однофазный. Кроме того, трехфазный генератор эффективнее однофазного более чем в 1,5 раза.
Расчет числа и параметров катушек для ротора ведется исходя из числа магнитов, их ширины, выбранного соотношения 4/3, или 2/3 и диаметра провода.
Если для обмотки взять тонкий провод, то катушки статора можно намотать с большим количеством витков, напряжение на выходе генератора будет более высоким, но его нагрузочная способность ниже.
При использовании более толстого провода с меньшим сопротивлением в зазоре для статора поместятся обмотки с меньшим числом витков, в результате выходное напряжение будет ниже, но выше нагрузочная способность. Форма катушек определяется формой магнитов, а оптимальной толщиной статора считается величина, равная толщине магнитов. Число витков каждой катушки получается делением общего числа витков обмотки на число катушек, а общее число витков обмотки статора определяется, исходя из ЭДС, величины магнитной индукции, средней скорости вращения ротора.
Намотав катушки, их раскладывают на предварительно подготовленном шаблоне с размеченными секторами, соединяют между собой в зависимости от выбранной схемы. В однофазном варианте все катушки соединяются между собой последовательно. При этом нужно учесть, что токи в соседних катушках будут иметь противоположные направления, поэтому соединяются начало с началом соседней, а конец с концом следующей. Провода от начала первой и конца последней катушек выводятся наружу.
При трехфазном варианте между собой соединяются каждая третья катушка. Провода каждой фазы выводятся наружу и впоследствии соединяются звездой или треугольником. Схемы соединения обмоток генератора представлены на рис. 2.
Рис. 2
Для прочности под катушки и на них кладется стеклоткань, и вся конструкция заливается эпоксидной смолой. После ее застывания сверлятся отверстия для крепежных болтов.
Оба диска ротора устанавливаются на валу с двух сторон от статора на расчетном расстоянии, на передний диск ротора крепится ветроприемное устройство.
Заглянем в будущее
Человеческая мысль не стоит на месте и самые распространенные сегодня горизонтальные ветрогенераторы постепенно уступают свое место вертикальным. Связано это с появлением технологии магнитной левитации, или так называемых ветрогенераторов на магнитной подушке. В такой конструкции лопасти крыльев при малых габаритах максимально используют энергию ветра, то есть КПД тут будет значительно выше.
Первенство в применении этой технологии принадлежит китайцам, но сейчас во многих странах мира инженеры работают над созданием мощных ветрогенераторов с магнитной левитацией, позволяющих осуществить переход к источникам возобновляемой энергии в промышленном масштабе.
Бестопливный ветрогенератор своими руками из пластиковых бутылок
Этот проект – очень простая ветровая турбина с вертикальной осью вращения из подручных деталей. Ветрогенератор своими руками очень легко собрать, при этом почти не используются инструменты. Просверлить несколько дырок – куда уж проще.
А, главное, — так вы дадите вторую жизнь нескольким пустым пластиковым бутылкам, которых полно валяется вокруг.
Шаг 1: Основная идея
Из Википедии: бестопливный генератор с вертикальной осью вращения – тип ветровых турбин с валом привода несущего винта установленным в поперечном ветру направлении (не обязательно вертикально), с основными компонентами, установленными в основании турбины.
В такой турбине лопасти вращаются вокруг центрального вертикального вала. Лопасти часто чашеобразной формы, углубления лопастей по очереди попадают под удар ветра, из-за чего лопасти начинают вращаться и вращать центральный вал.
В нашей ветровой турбине лопасти сделаны из трех пустых пластиковых бутылок из-под лимонада, разрезанных пополам и установленных на дешевом пластиковом подносе.
Поднос фиксируется на длинном болте (ось), на котором гайками закреплены подшипники от скейтборда, для легкого вращения. Болт закреплен на основании.
На видео показано, как работает наш ветряк из пластиковых бутылок.
На фото показана базовая конструкция оси турбины. Справа налево (верх): пластиковые прокладки (они понадобились из-за того, что стержень болта под головкой ровный, примерно 5 мм без резьбы). Затем пластиковый поднос (на фото его заменила кусок деревянной дощечки), зафиксированный гайкой между двух средних шайб. Ниже два подшипника фиксируются с наружных сторон гайками, еще одна гайка разделяет их, это увеличивает монтажную высоту и повышает устойчивость.
Шаг 2: Нужные детали
На фото показаны все составные части турбины:
- Пластиковый поднос, диаметр 30-35 см
- 8мм болт, длиной 125 мм
- 4 8мм гайки (или больше, если вы хотите законтровать их)
- 2 средних шайбы с отверстием 8 мм
- 2 подшипника от скейтборда с внутренним отверстием 8 мм (я использовал подшипники с внешним диаметром 22 мм и высотой около 7 мм)
Конечно, турбину нужно будет крепить на каком-то основании, дальше я покажу, какое основание я сделал.
Шаг 3: Делаем лопасти
Подойдут любые три двухлитровые пластиковые бутылки из-под лимонада. Разрежьте их пополам как показано на первом рисунке. Я резал ленточной пилой, это было громко, грязно и, местами, опасно, зато быстро. Это можно сделать ножницами, острым канцелярским ножом или ручной пилой.
Крышки от бутылок пригодятся, чтобы крепить бутылки к подносу. В них нужно сделать отверстия для стока дождевой воды (второй рисунок).
Шаг 4: Сверлим отверстия в подносе
Поднос лучше взять из гибкого пластика, который не потрескается во время сверления или сгибания.
Нужно просверлить три отверстия на равном расстоянии друг от друга, рядом с краем подноса, такого размера, чтобы резьба на горлышке бутылки могла пройти. Это значит, что отверстия расположены под углом 120° относительно друг друга. На первом фото показано измерение углов 120°, на втором – нанесение меток под отверстия шилом.
Диаметр отверстий должен быть между 26 и 29 мм. Оптимальный размер – 26 мм, но если будет больше, то тоже пойдет.
Я сверлил отверстия 29мм кольцевой насадкой. На последнем фото показано высверливание отверстий. Оставшиеся пластиковые диски я использовал как прокладки на ось турбины.
В центре подноса нужно сделать 8мм отверстие для оси (болта).
Шаг 5: Сборка
Теперь нам нужно просто собрать вместе все детали.
Сначала надеваем на болт шайбу и поднос нижней стороной к головке (первое фото), поднос будет расположен дном кверху, чтобы в нем не скапливалась дождевая вода. С другой стороны фиксируем поднос еще одной шайбой и гайкой.
Потом на ось надеваем подшипники и гайки, в том же порядке, что и на втором фото. Расстояние между подносом и подшипниками зависит от высоты бортика подноса. Когда турбина будет крутиться, она не должна задевать основание, на которое установлена.
Теперь закрепляем бутылки на подносе. Их нужно просто прикрутить, как показано на третьем и четвертом фото. Открытое «лицо» бутылок должно быть повёрнуто перпендикулярно краю подноса. все три бутылки должны быть развернуты одинаково относительно центра и краев подноса (пятое фото).
То, в какую сторону будут развернуты бутылки, определит будут они крутиться по часовой стрелке, или же против. Турбина на пятом фото будет крутиться по часовой стрелке.
Если диаметр отверстий в подносе больше 26 мм, вы можете снять белое фиксирующее кольцо на горлышке и посадить его на место снова, но вверх ногами. Диаметр основания кольца шире, чем диаметр вершины, это даст более плотную посадку в отверстии.
Шаг 6: База
Основная часть турбины собрана, осталось сделать основание для ее крепления.
Тип основания определяется местом, где вы хотите установить турбину. Может быть, вы хотите закрепить ее на заборе или на шесте, или просто на открытом пространстве.
Я решил установить свою турбину на опоре ограды, поэтому покажу вам какое основание нужно сделать для крепления на эту опору. Вы легко приспособите его под свой вариант.
Как можно увидеть на первом фото, Т-образное основание сделано из 18мм доски. Нога основания закреплена на опоре кабельными стяжками, протянутыми через четыре отверстия, просверленных в доске.
Подшипники на оси турбины плотно посажены в 22мм отверстие, просверленное в перекладине основания (второе фото).
На последнем фото продемонстрирован «зажим» для подшипников. Перьевым сверлом я просверлил 22мм отверстие. Затем я сделал прорезь шириной 2 мм от края перекладины, проходящую ровно через центр 22мм отверстия и уходящую на 80 мм вглубь доски. Эта прорезь помогает вставить подшипники в отверстие без усилий и затем стянуть края отверстия винтом, как показано на последнем фото, чтобы подшипники зажало. Болт и гайка кажутся мне более надежным креплением, чем винт, и позже я заменю его.
Теперь турбина полностью собрана, но у меня еще есть вариант ее усовершенствования, возможно вам будет интересно.
Шаг 7: Повышаем устойчивость
Хотя бутылки из-под лимонада сами по себя довольно устойчивы к давлению ветра, есть один вариант повысить их устойчивость. Это можно сделать путем закрепления центров донышек на общем каркасе.
Я собрал этот каркас из того, что было: кусок черенка щетки, несколько бамбуковых шпажек и маленьких хомутов.
Я просверлил три 4мм отверстия в кусочке черенка на равном расстоянии друг от друга (по 120° между ними), в них вставил бамбуковые шпажки и залил их клеем (второе фото). Потом я просверлил 3мм отверстия в донышках бутылок, под хомутики, и закрепил шпажки на донышках с помощью хомутиков и клея (фото три и четыре). Естественно, бамбуковые шпажки были обрезаны до нужной длины.
Вот теперь ветряная турбина готова к использованию! Если вы хотите использовать силу ветра, можно присоединить прибор к резьбе на оси (заметка: пока турбина испытала лишь умеренный ветер, и я не знаю, какие порывы она способна выдержать).
17 блестящих идей дизайна ветряной турбины своими руками для жизни вне сети
Ветряная турбина своими руками кажется сложным проектом, но для чистого, бесплатного и возобновляемого источника энергии вам не нужно думать дважды. Пытаясь жить за счет земли, я осознал необходимость использования возобновляемых источников энергии.
Самодельная ветроэнергетика и ее преимущества.
..
Включите JavaScript
Ознакомьтесь с этими конструкциями, идеями и советами для ветряных турбин своими руками, чтобы быстро приступить к работе!
СВЯЗАННЫЕ С: 15 невероятных автономных домов для вашей страсти к приусадебному хозяйству
Идеи дизайна ветряных турбин своими руками
Если вы похожи на меня и не выносите шум генератора и запах газа, подумайте о ветрогенератор. У нас дома установлены солнечные батареи, но в качестве альтернативного источника энергии может пригодиться ветряк, сделанный своими руками.
1. Ветряная турбина «сделай сам» за 30 долларов
Поселенец, который никогда не выбрасывает многоразовые вещи, обязательно сможет построить эту экономичную ветряную турбину своими руками. Если вы хитрый человек, вы можете сделать это за 30 долларов и даже меньше. Попробуйте этот ветряк своими руками с минимальными затратами.
2. Турбина Тесла своими руками
Эта старая добрая машина (я имею в виду старую, я имею в виду добрую сотню лет) была надежной промышленной машиной. Это определенно может быть так и для вашей скромной усадьбы.
Следуя этому невероятному руководству и используя правильные инструменты и типы оборудования, вы можете получить турбину Теслы, работающую в вашем доме. Ваше основное ноу-хау этого ротора может быть полезно вашей ферме.
3. Миниатюрная ветряная турбина своими руками
Масштабная ветряная турбина своими руками может показаться внушительной, но попробуйте этот простой проект, чтобы убедиться в обратном. Я почти уверен, что вы найдете этот проект интересным; это стоящий проект, который хорошо работает.
4. Многоцелевые велосипедные детали Водяной насос с ветровой электроэнергией своими руками
Простая работа по дому, такая как слив воды из пруда, может потребовать значительного количества энергии. Этот простой ветряной насос может стать решением.
Сокращайте, повторно используйте и перерабатывайте стильно, а также вырабатывайте энергию для создания водяного насоса с приводом от ветра.
5. Сопло-диффузор своими руками Ветряная турбина
Удивительно, как простые бытовые материалы меняют ситуацию. Посмотрите, как этот мусорный бак или ведро может изменить вашу самодельную ветряную турбину. Рассмотрим этот диффузор сопла с его первоклассной механикой.
Он поможет направить энергию на самодельный ветряк с максимальной эффективностью.
6. Самодельная ветряная турбина из бумажного картона
Вдохновитесь этой «осой» ветряной турбиной с нуля. Я почти уверен, что такой самодостаточный поселенец, как вы, тоже может это сделать. Эта самодельная модель ветряной турбины для дома станет отличным проектом для всей семьи.
7. Турбина Тесла картонная
Вот почему мы не выбрасываем пустые втулки от туалетной бумаги, особенно большие. Можете ли вы представить себе конструкцию турбины Теслы, сделанную из картона и рулонов туалетной бумаги?
Вы также можете сделать эту мини-машину Тесла для своего самодельного ветряка с минимальными затратами, а то и бесплатно.
СВЯЗАННЫЕ С: Как экономить энергию зимой | 11 Советы по энергосбережению
8.
Элегантный деревянный дизайн ветряной турбины Нам нравится дизайн этой ветряной турбины. Он имеет футуристический и утонченный вид с гладкими лопастями ветряной турбины. Удивительно, что в этом дизайне использовано дерево — зеленее не бывает.
Вы можете взять его за основу для создания собственного ветряка.
9. Ветрогенератор с автомобильным генератором
Кто бы мог подумать, что автомобильный генератор может быть таким универсальным и полезным, как этот проект! Итак, если у вас в гараже есть запасной автомобильный генератор, этот ветряк, сделанный своими руками, подойдет вам лучше всего!
Обладая средними инженерными навыками, вы можете создать этот надежный проект ветряной турбины менее чем за день.
10. Вертикальная ветряная турбина из ПВХ-трубы своими руками
Экономия на счетах за электроэнергию может иметь большое значение, даже если это всего несколько долларов. Соберите ветряк из больших труб ПВХ. Эта ветряная турбина с горизонтальной осью соответствует конструкции ветряной турбины Савониуса.
Вы можете включить наружное освещение и сэкономить несколько долларов.
11. Самодельная ветряная турбина для производства электроэнергии
Вдохновитесь самодельным ветряным двигателем мощностью 3000 Вт! В обычных ветряных турбинах используются лопасти, подобные тому, как работает электрический вентилятор. Проверьте свое место и посмотрите, как там работает ветер.
Если у вас сильный ветер, вы можете воспользоваться энергией ветра.
Постройте ветряк и получите электричество.
12. Самодельный ветряк с вертикальной осью
Если у вас мало места для огромного горизонтального ветряка, тогда вертикальный ветряк для вас. При многих планах ветряных турбин ветряная турбина с вертикальной осью эффективна с точки зрения пространства.
Теперь у вас нет оправдания тому, чтобы использовать источник энергии, даже если у вас мало места.
13. Новая безлопастная ветряная турбина Saphonian
Представьте, как широкий кусок ткани может привести в движение большую парусную лодку. Отсюда и возникла идея этой безлопастной сафонианской конструкции ветряной турбины.
Генерирует энергию ветра в два раза эффективнее, чем обычные конструкции.
Если у вас в районе хороший ветер, представьте себе электроэнергию, вырабатываемую этим ветрогенератором.
14. Вертикальный ветряк своими руками из двигателя стиральной машины
Вы можете переделать сломанную стиральную машину в этот небольшой ветряк. Используйте двигатель стиральной машины для питания этого генератора.
Это ветряная турбина с вертикальной осью, которая создает скорость ветра, превышающую размеры. Начните с этого мини-проекта и постепенно переходите к питанию не только лампочки.
15. Сделай сам Savonius VAWT
Самодельный ветряной двигатель Savonius (ветряной двигатель с вертикальной осью) сэкономит вам время, место и деньги. Все, что вам нужно, это подшипники, 2 больших ведра и немного трубы.
16. Самодельная ветряная турбина из бутылки из-под кока-колы
Это очень простая и дешевая конструкция с вертикальной осью, состоящая из легкодоступных деталей. Он также очень прост в сборке, требуя минимальной механической обработки.
Просверлить несколько больших отверстий очень сложно. И, конечно же, это позволяет вам повторно использовать некоторые из тех пустых бутылок из-под газировки, которые у вас есть.
17. Ветряная турбина Dandelion
Вот ветряная турбина, предназначенная для выработки как можно большего количества энергии (с двигателем мощностью 24 Вт).
Ну вот, поселенцы! Планы и идеи проектирования ветряных турбин своими руками в соответствии с вашими потребностями, будь то бюджет, уровень навыков или даже пространство.
Изучение возобновляемых источников энергии и их применение — это навык выживания, который вам нужно освоить. Кто знает, когда это пригодится?
Какие из этих идей дизайна ветряных турбин своими руками вы планируете воссоздать? Дайте нам знать в комментариях ниже!
Вверх Далее:
- 12 лучших руководств по изготовлению солнечных батарей своими руками для скромного поселенца
- Какой аварийный генератор вам подходит? [Инфографика]
- Руководство для начинающих по приготовлению мазей и масел на травах
Товарищи поселенцы, хотите ли вы помочь другим извлечь уроки из вашего путешествия, став одним из наших первых участников? Напишите нам!
Следите за нами в Instagram, Twitter, Pinterest и Facebook!
Примечание редактора. Этот пост был первоначально опубликован в апреле 2019 года и был обновлен для обеспечения качества и актуальности.
Журнал Home Energy – Блог :: Самодельный ветряк за 5 простых шагов
Узнайте, как построить ветряк на заднем дворе за 5 простых шагов.
Итак, вы хотите построить ветряк на заднем дворе и ежегодно экономить сотни долларов? Что ж, вы пришли в нужное место. В этом посте вы узнаете, как построить ветряк на заднем дворе с нуля. Коммерческие ветряные турбины аналогичного размера обойдутся вам в пару сотен долларов, но, приложив немного усилий, вы сможете сэкономить так много денег, и, поскольку вы сконструировали ее самостоятельно, вы поймете внутреннюю работу ветряной турбины в процессе. Посетите нашу страницу Renewable Energy Methods для загружаемой версии электронной книги этого поста. Плюс загружает больше бесплатных ресурсов на сайт!
Этот пост сократит проект до пяти систем. Если атаковать по одному, проект не покажется слишком сложным. В этом руководстве описано, как собрать и собрать блейды, генератор, концентратор и башню, контроллер заряда и аккумуляторные батареи.
Объясняется техническая основа каждой системы, а затем объясняется, как вы можете создать свою собственную.
1. Лопасти
Что вы замечаете в первую очередь, когда смотрите на ветряную турбину? Лопасти, что ли? Что ж, именно с этого мы и начнем. Мы должны рассмотреть несколько различных ориентаций ветряных турбин, поэтому давайте обсудим их, прежде чем сузить круг до того, какой именно дизайн лучше всего подходит для ваших нужд.
Сначала поговорим об оси. Существует два типа конструкции ветряных турбин: ветряная турбина с горизонтальной осью (HAWT) и ветряная турбина с вертикальной осью (VAWT). Ветряная турбина с горизонтальной осью означает, что главная ось турбины удерживается в воздухе параллельно земле, а лопасти вращаются перпендикулярно земле, как показано на рисунке ниже. Этот 3-лопастной веерообразный дизайн, который мы все знаем и любим, доминирует в индустрии ветряных турбин, и его можно увидеть на ветряных электростанциях по всему миру. Многие эксперты считают, что это лучший выбор дизайна, поскольку он может производить больше электроэнергии из заданного количества ветра.
Это очень важно для крупномасштабных операций, где решающее значение имеет постоянное производство энергии, поэтому легко понять, почему они доминируют в отрасли ветроэнергетики. Однако в небольших приложениях, таких как ветряные турбины на заднем дворе, ветряная турбина с вертикальной осью может оказаться более эффективной.
Конструкция VAWT может быть хорошим вариантом для небольшого проекта. У него есть несколько преимуществ по сравнению с более распространенной конструкцией: это более прочный вариант в условиях турбулентного ветра, он может генерировать энергию от ветра в радиусе поворота на 360 градусов, в отличие от того, в каком направлении обращена турбина, что приводит многих экспертов к считают, что VAWT в целом является более эффективной конструкцией, поскольку он может генерировать больше электроэнергии в условиях переменного ветра, когда ветер дует непостоянно.
Этот аэродинамический профиль можно легко создать из листа твердой древесины легкой стали, если у вас есть доступ в мастерскую и соответствующие режущие инструменты.
Тем не менее, для тех из нас, у кого нет простого трюка, это использовать трубу из ПВХ. Это труба, которую вы можете видеть, обычно используется для подземных водопроводов и канализационных труб. Вы можете легко пойти в местный хозяйственный магазин и купить несколько метровых отрезков этого типа трубы, и если вам повезет, это не будет стоить их времени, поэтому они будут бесплатными! Теперь все, что вам нужно сделать, это разрезать трубу пополам, а затем на четыре части с помощью ручной пилы, и вы получите идеально легкие, прочные и долговечные лезвия с аэродинамическим профилем.
2. Генератор
Генератор является одной из важнейших частей ветряной турбины. Это компонент, который преобразует ветер в полезную электроэнергию. Итак, как это работает? Разобьем его на несколько простых компонентов. Итак, для начала генератор состоит из нескольких катушек медной проволоки, вращающихся вокруг сильного магнита. Магнитное поле, создаваемое магнитами, заставляет электроны в медной проволоке двигаться, а затем течь.
Следовательно, у нас есть электрический ток в проводах, и это в основном то, что электричество, поток электронов через проводник (здесь это медный провод). Как мы вращаем катушки меди? Ну, вот где ветер.
Теперь вы можете создать свой собственный простой генератор или купить его на одном из многочисленных онлайн-сайтов, продающих их по дешевке (eBay, Amazon, Alibaba). Чтобы построить свой собственный, вам понадобится пара отрезков медной проволоки, которую вы можете купить в местном хозяйственном магазине, и несколько сильных магнитов. Установите магниты на цилиндрическую трубку. Это может быть как простая пластиковая бутылка, но ради прочности и долговечности лучше рассмотреть стальной или деревянный сосуд. Медная проволока должна быть намотана на стержень или диск с валом на конце, где может быть установлена ступица лопатки турбины. Убедитесь, что ваша конструкция предусматривает способ крепления ступицы лопастей турбины к валу витков проволоки, чтобы он мог вращаться под действием ветра.
И это в значительной степени, если вы только что создали генератор электроэнергии. Как только катушки проволоки и магниты будут установлены в выбранной вами ориентации, простое скручивание смонтированных проводов будет генерировать для вас чистую возобновляемую электроэнергию. Выходное напряжение вашей конструкции можно измерить с помощью мультиметра, чтобы убедиться, что она работает правильно.
Если вы решите купить его через Интернет, вам следует знать несколько вещей. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами работают как генераторы, однако они не были предназначены для работы в качестве генераторов, поэтому они не очень хороши в качестве генераторов. При использовании двигателя в качестве генератора двигатель должен вращаться намного быстрее, чем его номинальная скорость, чтобы производить что-либо близкое к их номинальному напряжению. Это максимальное напряжение, которое может выдать генератор. Вы хотите, чтобы ваша турбина работала в районе этого значения, чтобы она работала эффективно.
Вам нужен двигатель, рассчитанный на высокое напряжение постоянного тока, низкую скорость вращения в минуту (об/мин) и высокий ток. Старайтесь держаться подальше от двигателей с низким напряжением и высокими оборотами. Вам нужен двигатель, который будет выдавать более 12 вольт на низких оборотах, и полезный уровень тока, чтобы он мог легко питать 24-вольтовую батарею. Можно ожидать, что двигатель, рассчитанный на 300 об/мин при напряжении 30 В, при использовании в качестве генератора будет вырабатывать 12 В или выше при достаточно низких оборотах. С другой стороны, двигатель, рассчитанный на пару тысяч оборотов в минуту и выдающий 24 вольта, не будет производить 12 вольт в качестве генератора, пока он не будет вращаться со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту, что слишком быстро для ветряной турбины и может привести к повреждению его, его окружение или даже вас. Итак, попробуйте купить двигатели, используя информацию выше.
3. Ступица и башня
Ступица требуется только для ветряной турбины с вертикальной осью.
Если вы выберете ветряк с горизонтальной осью, то достаточно просто установить лопасти на ступицу генератора. Ступица (или основная стойка) вашей ветряной турбины будет самой простой частью сборки. Хотя это не значит, что он не является ключевым компонентом. Вы захотите сделать это правильно ради структурной целостности вашей ветряной турбины. Это может быть такая же простая древесина, как деревянная доска, но вы должны убедиться, что это твердая древесина, которая соответствующим образом обработана, чтобы она могла выжить на открытом воздухе под ветром и дождем в течение нескольких лет. Ваш концентратор должен содержать 3 основных компонента; генератор (к которому в этот момент должны быть прикреплены лопасти), хвостовой плавник и противовес. Удержание генератора очевидно, но что делают хвостовой плавник и противовес? Когда ребро установлено на противоположном конце ступицы от генератора, это гарантирует, что турбина всегда направляет лопасти к ветру. Противовес не даст вашим лопастям опрокинуть турбину и гарантирует, что ступица вашей турбины останется в вертикальном положении.
Подсчитываемый груз должен быть идеально установлен под плавником, но также может быть установлен с любой стороны плавника, что может быть проще.
Корпус втулки представляет собой простой деревянный блок с тонким листом фанеры, прикрепленным к втулке скобами в качестве ребра. Противовес представляет собой пластиковую бутылку, наполненную песком и привязанную кабельными стяжками к основному ступичному блоку. Это не идеальная конструкция, но она проста, экономична и легко крепится, поэтому ее стоит рассмотреть. Вы можете легко улучшить эту конструкцию, найдя несколько свинцовых противовесов и прикрепив их болтами к бабке. Или создайте свою втулку из стали, и если у вас есть доступ к одной из них, приварите к задней части тяжелую сталь. Опять же, окончательный дизайн вашей ветряной турбины зависит от вас, и то, что показано здесь, является лишь наброском.
Теперь вашу турбину нужно поднять в воздух над любыми деревьями или зданиями, потенциально блокирующими ее от прямого ветра.
Для этого вам понадобится башня, чтобы поднять турбину в воздух и эффективно использовать энергию ветра. Ваш горожанин должен находиться на высоте около 9 футов или около 3 метров в воздухе, чтобы очистить большинство небольших зданий и окружающих деревьев. Еще один совет — поставить турбину на открытом воздухе вдали от деревьев и зданий, чтобы вообще избежать этой проблемы. Башня должна быть сделана из стали, потому что, если этот компонент выйдет из строя, это может привести к повреждению турбины или окружающего пространства, поэтому этого следует избегать. Вы можете построить гору из стального стержня или трубы, которые можно легко найти в местном хозяйственном магазине, и вам следует снова попробовать бесплатный наконечник для обрезки, чтобы снизить стоимость вашей турбины. Если нет, вы можете дешево купить пару длин в магазине и с несколькими сварными соединениями, чтобы вы могли сделать стержни достаточно длинными для башни. Опять же, если у вас нет доступа к сварочному аппарату, нескольких просверленных отверстий и нескольких болтов будет достаточно, чтобы соединить стержни до нужной длины.
Еще один совет, как поднять башню до нужной высоты без сварки или крепления болтами, — это взять несколько отрезков стального стержня с кнопочными вставками. Вы знаете такие, где стержень узкий с одного конца и более широкий с другого, поэтому они могут легко входить друг в друга и реализовываться с помощью кнопки. Их можно легко собрать и получить отличную башню для башни ветряной турбины.
Наконец, ваш хаб должен быть прикреплен к башне, и башня должна быть возведена. Ступица должна поворачиваться, чтобы плавник мог направлять лопасти в направлении ветра, как обсуждалось выше. Для достижения этой конструкции вы можете просто прикрепить болт, диаметр которого меньше диаметра стержня, чтобы он мог входить прямо, как показано на рис. 7. Убедитесь, что болт имеет длину около фута или 0,3 метра для прочной конструкции. Теперь ступица должна свободно вращаться на вершине башни. Чтобы ступица могла свободно вращаться, когда ветер меняет направление, добавьте немного смазки в виде масла на болт, чтобы энергия ветра не терялась на трение.
Для удержания башни в вертикальном положении к нижнему стержню прикрепили широкое основание. Можно снова использовать болтовой метод или приварить его к металлической пластине. Затем просто закрепите башню на земле с помощью проволоки или веревки и привяжите их к земле, и ваша ступица и башня должны быть в рабочем состоянии и достаточно прочными, чтобы выдержать самые сильные штормы.
4. Контроллер заряда
Независимо от того, строите ли вы его сами или покупаете, вам понадобится какой-то контроллер для ветряной турбины. Общий принцип контроллера заключается в том, что он контролирует напряжение вашей аккумуляторной системы и либо посылает энергию от турбины к батареям для их перезарядки, либо сбрасывает мощность от турбины на вторичную нагрузку, если батареи полностью заряжены. Это предотвращает перезарядку и разрушение аккумуляторов.
Теперь, когда у вас собрана большая часть механических частей, вы можете взглянуть на электрические компоненты ветряной турбины.
Система производства энергии ветра обычно состоит из следующих подсистем; ветряная турбина, батареи для хранения энергии, вырабатываемой турбиной, блокировочный диод для предотвращения потери энергии от батарей или непреднамеренного вращения генератора, фиктивная нагрузка для сброса мощности от турбины, когда батареи полностью заряжены, и контроллер заряда запустить все.
На Amazon и eBay доступно множество контроллеров заряда для солнечных и ветроэнергетических систем, которые вы можете купить, если хотите избежать хлопот, связанных с созданием довольно сложной электрической системы. Но если вам нравится вызов, вы считаете себя бережливым и хотите сэкономить несколько долларов, ниже мы кратко рассмотрим, что нужно для создания собственного. Опять же, это общая схема, и быстрый поиск в Google выдаст сотни схем, которым вы можете следовать, чтобы ваш проект всегда мог работать по-разному. Есть также ряд веб-сайтов, на которых подробно рассказывается о разработке собственного контроллера заряда.
Контроллер заряда состоит из нескольких компонентов, которые можно установить на кусок фанеры. Вы можете использовать схему на рис. 8 в качестве справочного материала. Вам понадобится радиатор с блокирующими диодами. Это позволяет току течь только в одном направлении, поэтому энергия от батарей не начинает питать генератор. Диоды подключены к фиктивным нагрузкам, которые рассеивают любое избыточное электричество, чтобы избежать повреждения аккумуляторов из-за перезарядки, когда они полностью заряжены. Имитационная нагрузка может состоять из высоковольтных резисторов. Вы также можете направить избыточную мощность турбины на что-то более полезное, например, на водонагреватель или второй аккумулятор. Главный предохранитель для ветряной турбины, состоящий из автомобильного реле примерно на 40 ампер, соединяет все вместе, а также направляет энергию, вырабатываемую вашей турбиной, либо на батареи, либо на фиктивную нагрузку.
Ваш ветряк подключен к контроллеру линиями, идущими от генератора, а затем от контроллера к аккумуляторной системе, которую мы обсудим позже.
Эти линии должны быть изолированными медными проводами, и вы можете использовать старый удлинительный кабель для прокладки провода от положительных и отрицательных клемм генератора к клеммам контроллера заряда.
Из соображений безопасности сначала подключите аккумулятор, затем подключите ветряную турбину. Если вы сначала подключите ветряную турбину, дикие колебания напряжения, исходящие от турбины, не будут сглажены нагрузкой аккумулятора и могут повредить систему. Поэтому всегда сначала подключайте аккумулятор, а затем подключайте ветряную турбину. Кроме того, перед разборкой системы убедитесь, что вы сначала отсоединили ветряную турбину. Отсоединяйте батареи в последнюю очередь.
5. Аккумулятор
Последняя система, которую мы рассмотрим, это аккумуляторная система. Это система, которая будет хранить всю вашу чистую энергию, произведенную ветряной турбиной, и преобразовывать ее в полезную электроэнергию, которую вы сможете использовать. Создание системы довольно просто, все, что вам нужно сделать, это найти нужные вам батареи и соединить их друг с другом, подключить один конец к контроллеру заряда, а другой конец – инвертор мощности для преобразования вашей накопленной энергии в полезную электроэнергию, и вот у тебя есть это.
Этот раздел поможет вам с более сложной частью, например, какой тип батареи использовать, какое напряжение и емкость использовать и в какой ориентации их расположить.
Давайте начнем с того, какой тип батареи вам следует использовать. Вы можете рассмотреть различные типы хранения химической энергии: свинцово-кислотные, литий-ионные, водородные и проточные батареи. Ниже приводится краткий обзор каждой из различных технологий. Они имеют высокий КПД туда-обратно около 99%, плотность энергии в диапазоне 250 Втч/кг и способность выдерживать чуть менее 2000 циклов до выцветания. Однако популярность литий-ионных аккумуляторов привела к развитию технологий, благодаря которым теперь они превосходят другие типы аккумуляторов в отношении плотности энергии, удельной мощности и эффективности приема-передачи.
Литий-ионные батареи, однако, являются одним из самых дорогих типов батарей, поскольку они почти в шесть раз дороже свинцовых, поэтому, если вы выберете этот вариант, ваши инвестиционные затраты будут большими.
Более высокие затраты связаны с используемыми материалами, производственным процессом и вспомогательными системами, необходимыми для их работы. Есть также опасения по поводу утилизации отработанных литиевых батарей, что может привести к выбросу токсичных материалов, поэтому, если вы пытаетесь быть экологически сознательными в своем проекте, это следует учитывать.
Свинцово-кислотные
Свинцово-кислотные аккумуляторы — старейшая, самая дешевая и наиболее совершенная форма хранения химической энергии. Свинцово-кислотные аккумуляторы глубокого цикла идеально подходят для приложений интеграции возобновляемых источников энергии малого цикла; эти батареи могут многократно разряжаться до 80% своей емкости и, следовательно, подходят для систем, подключенных к сети, где пользователи продают энергию обратно в сеть посредством чистого измерения. В сочетании с низкими инвестиционными затратами и относительно низкими затратами на техническое обслуживание батареи они могут быть одними из наиболее подходящих батарей для небольших проектов ветроэнергетики.
Ограниченный срок службы и низкая производительность при низких и высоких температурах окружающей среды являются подводными камнями этой технологии. Но это самая дешевая и широко доступная батарея, и ее можно купить в местном магазине Motor Factor. Как и в случае с литий-ионными батареями, опасения по поводу свинцовых кислот, экологически неблагоприятных и токсичных материалов делают их опасными для утилизации, когда они израсходованы.
Аккумулятор водородной энергии
Водородный топливный элемент использует процесс электролиза воды для производства водорода и кислорода. Избыток электроэнергии от источника выработки электроэнергии поставляет электролизер (обратный топливный элемент), расщепляющий воду на h3 и O2. Затем h3 можно хранить в сжатом газообразном или жидком виде. Когда требуется электричество, h3 подается в топливный элемент, который преобразует водород и кислород обратно в электричество и воду, или непосредственно в генератор или газовую турбину в качестве горючего топлива.
В настоящее время все большее внимание уделяется системам хранения энергии на основе водорода, особенно в связи с их интеграцией с возобновляемыми источниками энергии. Водородные топливные элементы имеют ряд преимуществ, в том числе высокую плотность энергии, большую емкость для хранения, тот факт, что избыточный водородный отходящий газ можно использовать для удовлетворения потребностей транспорта в энергии, а также безопасность для окружающей среды. Это по-прежнему дорогостоящий метод хранения энергии, имеет один из самых низких диапазонов эффективности в оба конца 20–50%, и его будет трудно найти для маломасштабной системы хранения энергии, но вы можете рассмотреть и использовать его. если вы можете найти их.
Проточные батареи
Проточные батареи можно описать как нечто среднее между батареей и топливным элементом. Эта технология накопления энергии может иметь КПД 80% туда и обратно и срок службы до 25 лет. Их способность выполнять полный цикл и оставаться в состоянии 0% заряда (SOC) делает их подходящими для приложений по хранению энергии ветра, где батарея должна запускаться каждый день разряженной и заполняться в зависимости от нагрузки и погоды.
Аккумуляторы этого типа состоят из двух резервуаров для электролита, из которых электролиты циркулируют (с помощью насосов) через гальванический элемент, состоящий из катода, анода и мембранного сепаратора. Химическая энергия преобразуется в электричество в электрохимической ячейке при протекании двух электролитов. Оба электролита хранятся отдельно в больших резервуарах для хранения вне электрохимической ячейки.
Проточные батареи отличаются высокой мощностью, длительным сроком службы, номинальной мощностью и номинальной энергией, легко заменяемыми электролитами, быстрым откликом и переходом от режима заряда к разряду менее чем за 1 секунду. Тем не менее, низкая эффективность и высокая стоимость делают эту технологию более подходящей для крупномасштабных проектов, поскольку технологические достижения направлены на то, чтобы заменить традиционные свинцово-кислотные батареи. Если вы можете найти дешевую батарею, это, безусловно, батарея, на которую стоит обратить внимание.
После того, как вы определились с аккумуляторной технологией, вам нужно обратить внимание на то, какое напряжение и силу тока нужно получить.
Наиболее легко найти аккумуляторы на 12 В и 24 В, которые идеально подходят для вашего проекта ветряной турбины на заднем дворе. Теперь посчитаем ампераж. Аккумуляторы могут поставляться с диапазоном емкости, которая измеряется в ампер-часах. Скажем, если у вас есть батарея на 12 вольт и емкостью 10 ампер-часов, вы, вероятно, захотите соединить 10 вместе параллельно, чтобы увеличить емкость до 100 ампер-часов, что было бы идеально для вашего небольшого масштаба. проект. Очевидно, что чем выше емкость вашей системы, тем больше энергии вы будете иметь под рукой, поэтому на самом деле не должно быть ограничений на емкость памяти вашей системы.
Батареи следует соединить плюсом с плюсом и минусом с минусом с помощью соединительных кабелей, которые можно приобрести в Интернете или в хозяйственных магазинах. Последний положительный и отрицательный выход в серии должен быть подключен к инвертору, чтобы преобразовать напряжение постоянного тока в полезную мощность переменного тока. Убедитесь, что вы используете инвертор с выходом штепсельного адаптера, чтобы вы могли проложить удлинительный кабель с многоштекерным адаптером подальше от системы туда, где вы хотите его использовать.
Инверторы могут быть довольно дорогими и, скорее всего, будут самым дорогим элементом для этого проекта. Но вам нужен инвертор хорошего качества для безопасности себя и продуктов, для питания которых вы используете чистую энергию.
Затраты
Итак, давайте примерно разложим стоимость этого самодельного ветряка. Очевидно, что это оценки, и быстрый поиск в Google может предложить более дешевые товары, чем те, что перечислены здесь. Вы можете легко найти некоторые из этих предметов в своем доме, что поможет вам сэкономить несколько долларов здесь и там, например, использование старого автомобильного аккумулятора может сэкономить вам немного денег, если он не полностью разряжен. Металлолом и древесина также могут быть использованы для создания более экономичной самодельной ветряной турбины. В приведенной ниже таблице примерно указаны связанные с этим затраты и источники их получения.
Таблица 1: Таблица стоимости самодельного ветряка
Часть | Источник | Стоимость |
Генератор | Амазонка | 20,00 $ |
Фитинги втулки отвала | Домашний магазин | 15,00 $ |
Трубка для лопаток | Домашний магазин | 10,00 $ |
Разное Оборудование | Домашний магазин | 5,00 $ |
Дерево и алюминий | Домашний магазин | 50,00 $ |
Кабель-удлинитель и соединительный кабель | 30,00 $ | |
Веревка и колышки | Домашний магазин | 20,00 $ |
Контроллер заряда | Амазонка | 20,00 $ |
Свинцово-кислотный аккумулятор | Мотор Факторы | 40,00 $ |
Инвертор | Амазонка | 70,00 $ |
Итого | 280,00 $ |
Затраты немного увеличиваются для небольшого проекта, но это неплохо, если сравнивать его с коммерческим небольшим ветряным двигателем на заднем дворе с аналогичной выходной мощностью.
