Ветряной генератор: разновидности устройств, критерии выбора

Автономное и сетевое использование ВЭУ

Несмотря на достаточно развитую систему государственного электроснабжения, всегда существует потребность в автономном энергообеспечении, независимом от централизованной поставки энергии. Вызвано это тенденцией развития мелких, но весьма эффективных фермерских хозяйств усадебного типа. Не исчезли проблемы в энергоснабжении и крупных сельскохозяйственных предприятий, объединяющих в силу своей производственной специфики, обширную сеть локально расположенных производственных объектов на довольно большом расстоянии от электросетей. Эта проблема может быть решена с применением автономных ветроэнергетических установок (рис. 33).

Рис. 33. Автономное использование ВЭУ

Любая автономная система, в том числе и ветроэлектрическая, работает независимо от сети централизованного энергоснабжения. В этих условиях ВЭУ может функционировать самостоятельно, использоваться как дублер любого другого генератора или применяться в сочетании с другими энергетическими установками в качестве компонента комбинированной системы энергоснабжения. Такие системы используются также для подъема воды или для электроснабжения домов, ферм или производственных помещений малых предприятий.

Как видно из рис. 34 необходима система управления со специальным конвертором, который осуществляет преобразование постоянного тока в переменный, повышение до сетевого и стабилизацию напряжения. Кроме этого, для накопления электрической энергии и ее использование при отсутствии ветра в систему должны входить аккумуляторы требуемой емкости.

Рис. 34. Схема подключения автономной ВЭУ к потребителю

В состав автономной системы электрообеспечения могут входить и другие возобновляемые источники энергии (солнечные батареи) (рис. 35) и дизель-генератор, что обеспечит бесперебойное энергообеспечение автономного потребителя даже при длительном отсутствии ветра.

При подключении к сети электроэнергия, вырабатываемая ветроэнергетической установкой, расположенной на территории потребителя, может также использоваться в качестве дополнительного источника к общественному энергоснабжению. В условиях параллельного автономного электроснабжения вырабатываемая электроэнергия используется приоритетно для покрытия в энергии собственных нужд, а «излишки сдаются» в электросети по белее высоким («зеленым») тарифам.

Рис. 35. Схема комплексного использования ВИЭ для автономного энергообеспечения потребителей

В этом случае у потребителя должен быть установлен дополнительный счетчик электроэнергии (счетчик обратной последовательности), передаваемой в общественную сеть и ВЭУ зарегистрирована в Министерстве природных ресурсов и защиты окружающей среды, как возобновляемый источник.

Мощность подключаемой ветроэнергетической установки в этой ситуации должна быть не ниже 10 кВт. Максимальная мощность подключаемых ВЭУ не должна превышать 20 % мощности энергосистемы, так как могут возникать колебания частоты и напряжения.

Значительные проблемы для устойчивой работы энергосети, равномерности выработки и передачи в сеть электроэнергии представляют ветропарки с мощностями более 100 МВт (погода – зависимая поставка энергии).

Что такое ветряной генератор?

Ветряк или ветряной генератор представляет собой устройство, установленное на высокой опоре с помощью которой вырабатывается электрический ток. Под действием потока ветра лопасти устройства соединенные с валом генератора, вращаются, приводя в движение ротор. В результате вращения ротора в обмотке статора генератора возникает электрический ток, который по проводам передается в аккумулятор, установленный в специальном помещении.

Лопасти ветряка выполнены с аэродинамическим эффектом, и позволяют вращать вал даже при легком дуновении ветерка, правда скорость вращения не постоянна и выработка тока происходит прерывисто. В аккумуляторе энергия накапливается, стабилизируется и подается потребителям непрерывно, независимо от прерывистости вращения лопастей.

Вертикальный ветрогенератор своими руками

Используемые материалы и оборудование

Габариты турбины могут быть выбраны произвольно – чем больше, тем мощнее. В примере диаметр изделия – 60 см.

Для изготовления вертикальной турбины понадобится:

1. Труба Ø 60 см (желательно из нержавеющей стали – оцинковка, дюраль и т.д.).
2. Прочный пластик (два диска диаметром 60 см).
3. Уголочки для крепления лопастей (по 6 шт. на каждую) – 36 шт.
4. Для основы – ступица автомобильная.
5. Гайки, шайбы винты для крепления.

Оборудование и инструмент:

1. Лобзик.
2. Болгарка.
3. Дрель.
4. Отвёртка.
5. Ключи.
6. Перчатки, маска.

Для балансировки лопастей можно использовать небольшую металлическую пластину, магниты, а при небольшом дисбалансе можно просто просверлить отверстия.

Чертеж устройства ветрогенератора

Изготовление вертикального ветряка

1. Металлическая труба разрезается вдоль так, чтобы получилось 6 одинаковых лопастей.
2. Из пластика вырезается две одинаковых окружности (диаметр 60 см). Это будет верхняя и нижняя опора турбины.
3. Чтобы немного облегчить конструкцию, можно вырезать в верхней опоре по центру круг Ø 30 см.
4. В зависимости от того, сколько на автомобильной ступице отверстий, размечаются по ним точно такие же отверстия для крепления в нижней пластиковой опоре. Просверливаются дрелью.
5. По шаблону нужно разметить расположение лопастей (два треугольника, образующих звезду). Отмечаются места крепления уголков. На двух опорах должно получиться идентично.
6. Лопасти обрезать лучше не по одной, а все сразу (используется болгарка).
7. Места креплений уголков нужно отметить и на лопастях. Затем просверлить отверстия.
8. При помощи уголков лопасти крепятся к кругам-основаниям болтами и гайками через шайбы.

Чем длиннее лопасти, тем мощнее будет агрегат, но тем труднее его будет отбалансировать, в сильный ветер конструкцию «разболтает».

Генератор своими руками

Для ветряка нужно подбирать самовозбуждающийся генератор на постоянных магнитах (такие использовались в тракторах Т-4, МТЗ, т-16, т-25).

Если поставить обычный автомобильный генератор, у них обмотка напряжения работает от аккумулятора, то есть: нет напряжения – нет возбуждения.

Значит, если установить автогенератор + аккумулятор, и долгое время будет слабый ветер, аккумулятор просто разрядится и когда ветер появится вновь, система не запустится.

Либо изготовить ветрогенератор на неодимовых магнитах своими руками. Выдавать такой агрегат будет при слабом ветре 1,5 кВт, максимально, при сильном ветре 3,5 кВт. Инструкция по шагам:

Делаются два металлических блина, диаметром по 50 см.

На них по периметру на супер-клей крепятся по 12 неодимовых магнитов на каждой (размером примерно 50 х 25 х 1,2 мм). Магниты чередуются: «север» — «юг».

Блины размещаются друг напротив друга, полюса тоже ориентируются «север» — «юг».

Между ними размещается самодельный статор. Это 9 катушек медной проволоки сечением 3 мм. По 70 витков в каждой. Между собой они соединяются по схеме «звезда» и заливаются полимерной смолой. Катушки наматываются в одну сторону. Для удобства начало и конец обмотки нужно пометить (например, изолентой разных цветов).

Самодельный генератор для ветряка из неодимовых магнитов

Толщина статора около 15 — 20 мм. При его изготовлении нужно предусмотреть выходы обмоток с катушек через болты с гайками. С них будет идти питание генератора.

Расстояние между статором и ротором – 2 мм.

Суть работы в том, что север и юг магнитов меняются местами, что заставляет электрический ток «бегать» через катушку.

Магниты роторов будут очень сильно притягиваться. Чтобы соединить детали плавно, нужно просверлить в них отверстия и нарезать резьбу для шпилек. Роторы сразу выравниваются относительно друг друга и, постепенно, при помощи ключей, опускается верхний на нижний. После всего временные шпильки убираются.

Этот генератор можно использовать как на вертикальную, так и на горизонтальную модель.

Процесс сборки

• На мачте устанавливается кронштейн для крепления статора (он может быть трёх или шести лопастной).
• Над ним закрепляется гайками ступица.
• В ступице 4 шпильки. На них закручивается генератор.
• Статор генератора соединяется с кронштейном, неподвижно закреплённым на мачте.
• На вторую пластину ротора закрепляется лопастная турбина.
• От статора провода клеммами подключаются на регулятор напряжения.

Подготовка автомобильного генератора

Для того чтобы сделать ветрогенератор своими руками из автомобильного генератора? потребуется установка силой от 95A с напряжением 12 В. При 125 оборотах в минуту он вырабатывает 15,5 Вт, а при 630 оборотах этот показатель составит 85,7 Вт. Если говорить о нагрузке в 630 об/мин, то вольтметр покажет 31,2 вольт, а амперметр – 13,5 ампер. Таким образом, мощность генератора составит 421,2 Вт. Для достижения этого показателя необходимо использовать неодимовые магниты, которые в 7 раз эффективнее, чем ферритовые.

В начале подготовки автомобильного генератора нужно удалить роторную обмотку магнитного возбуждения и электронные щётки с коллектором. На место кольцевых ферромагнетиков нужно установить неодимовые магниты в количестве 3 штук, размер каждого из них должен составлять 85 х 35 х 15 миллиметров. Недостатком использования мощных магнитов может стать «залипание», затрудняющее движение вала. Для его уменьшения магниты должны размещаться под небольшим углом относительно друг друга.

В процессе эксплуатации ветрогенератора рекомендуется периодически проверять надёжность креплений у основания мачты, смазывать подшипники поворотного устройства, проводить балансировку наклона установки. Раз в полгода рекомендуется проверять и менять электроизоляцию, которая нередко повреждается из-за использования в неблагоприятных условиях.

Самодельный ветрогенератор, собранный из автомобильного генератора и простых деталей, способен обеспечить электроэнергией небольшой дом и стать автономным резервным источником питания. Экологически безопасный и нетребовательный в обслуживании, он окупится в течение 2–4 лет в зависимости и прослужит десятки лет.

Как правильно расположить лопасти для максимального эффекта

По типу расположения мотора и вращения лопастей различают следующие виды:

Вращение «по ветру». Наиболее распространенная модель, так как способна улавливать любые потоки воздуха. Флюгерный противовес корректирует положение конструкции и ставит лопасти перпендикулярно.

Недочетом такой конструкции является возможность кругового вращения оси, а при подведенном кабеле высока вероятность наматывания на стержень и в результате блокировки движения в одном направлении.

Оптимальным вариантом для домашней сборки является вертикальный ветрогенератор, изготовленный своими руками. Данная конструкция имеет вытянутые в длину лопасти, расположенные вкруговую по периметру и обеспечивают постоянную работу генератора вне зависимости от направления ветра.

Принцип действия и разновидности ветряков

Автономные электростанции, работающие от ветра, отличаются простотой конструкции. Все ветровые генераторы оснащены лопастными хвостовиками, размещенными на мачте. Процесс вращения этих деталей обеспечивает запуск ротора, тем самым вырабатывая электричество.

В свою очередь, ток проходит через преобразователь и попадает в батареи, которые передают энергию на жилой объект при отсутствии ветра. А благодаря инвертору обеспечивается напряжение в 220 вольт.

Помимо функциональной составляющей генераторов, владельцам домов необходимо знать об их разновидностях. Ветряки могут отличаться по нескольким критериям:

• Направление оси вращения лопастей (горизонтальное и вертикальное).
• Количество лопастей.
• Использованный материал (жесткие и парусные лопасти).
• Вариант управления лопастями (фиксированный и изменяемый).

У горизонтальной оси вращения присутствует высокий процент добычи электроэнергии. Если присутствуют жесткие лопасти с фиксированным шагом, ветряк сможет дольше эксплуатироваться.

Классификация ветровых электростанций для частного дома

Агрегат, преобразующий кинетическую энергию направленного потока воздуха (ветра) сначала в механическую энергию вращающегося ротора, а затем в электрическую энергию, имеет несколько названий – «ветрогенератор», «ветроэлектрическая установка» (ВЭУ), бытовое название – «ветряк». Их классификация предлагает три категории – промышленные для работы на производственных предприятиях; коммерческие, вырабатывающие электричество на продажу; бытовые для индивидуального использования.

В зависимости от расположения оси основного ротора в классификации имеются два типа устройств – вертикальный и горизонтальный. В устройствах вертикального типа ось турбины расположена вертикально по отношению к плоскости земли. Она может работать при небольшом ветре.

ФОТО: tcip.ruВетрогенераторы вертикального типа с ротором Савониуса

ФОТО: tcip.ruВетряк с многолопастным ротором

У машин горизонтального типа ось ротора вращается параллельно поверхности земли. Такие ветрогенераторы имеют большую мощность преобразования энергии ветра в электрический ток. Их предшественники электричество не вырабатывали, но мололи муку, качали воду и делали много других полезных дел.

ФОТО: YouTube.comПредшественник ветрогенераторов

ФОТО: sovet-ingenera.comВариант реализации ветряного двигателя горизонтального типаФОТО: YouTube.comСовременная модель ветрогенератора горизонтального типа

Ветрогенератор является отличным решением задачи обеспечения загородного дома электроэнергией. В некоторых ситуациях другого решения и не существует.

Обслуживание ветрогенератора

Ветрогенератор, как и любое другое устройство, нуждается в техническом контроле и обслуживании. Для бесперебойной работы ветряка периодически проводят следующие работы.

Схема работы ветрогенератора

1. Наибольшего внимания требует токосъёмник. Щётки генератора нуждаются в чистке, смазке и профилактической регулировке раз в два месяца.
2. При первых признаках неисправности лопастника (дрожание и разбалансировка колеса) ветрогенератор опускают на землю и ремонтируют.
3. Раз в три года металлические детали покрывают антикоррозийной краской.
4. Регулярно проверяют крепления и натяжение тросов.

Теперь, когда установка окончена, можно подключать приборы и пользоваться электроэнергией. По крайней мере, пока ветрено.

Критерии выбора

Сегодня многие потребители стараются получить независимый источник электрической энергии и использовать экологически безопасные технологии в повседневной деятельности. Одним из вариантов для этого считается применение ветрового генератора, разнообразие которых предоставляет возможность выбора именно той установки, которая полностью ответит критериям. Единственное условие, которое может повлиять на возможность применения ветрового генератора – отсутствие ветров в месте его предполагаемой установки.

При выборе ветряного генератора нужно учитывать мощность электрической энергии, стоимость оборудования

При выборе ветряного электрогенератора пользуются следующими критериями:

• мощностью электрической энергии;
• ежемесячной потребностью в электричестве;
• минимальной скоростью движения ветровых потоков;
• эксплуатационными условиями – температурным режимом, влажностью, расположением над уровнем моря и т. д.;
• защитной системой от перегрузок;
• продолжительностью эксплуатационного периода;
• стоимостью оборудования.

Как выбрать ветрогенератор

При выборе ориентируйтесь на необходимый вам показатель мощности устройства. Учтите, что заявленную производителем мощность агрегат будет выдавать только при определенной скорости ветра. Не ждите от ветряка чудес – если он рассчитан на 10 м/с, а в вашей местности не более 5 м/с, то нужная мощность достигнута не будет, как итог — пустая трата денег.

Обратите внимание и на емкость аккумуляторных батарей, от которых работает установка в безветренную погоду. Рано или поздно они разряжаются, поэтому желательно присутствие дополнительного источника электричества, например солнечной батареи

Как вариант, можно подсоединить устройство к сети, чтобы восполнять недостаток энергии в случае надобности.

Выбор типа ветрогенератора

Выбирать плоский ветрогенератор следует с учетом средней скорости ветра в вашем регионе:

1. В областях, где среднегодовая скорость ветра составляет меньше 3 м/с, лучше вообще отказаться от ветрогенератора, и вот почему. Если вы хотите получить постоянный источник электроэнергии, то понадобится бустер (устройство, состоящее из выпрямителя и стабилизатора), мощный аккумулятор, инвертор. Весь этот комплект будет стоит минимум 20 тыс. долларов, а показатель долговременной мощности составит не более 4 кВт. Но если все же вы непременно хотите купить ветрогенератор, отдайте предпочтение парусному типу.
2. При скоростях ветра от 3 до 5 м/с наилучшим выбором будет тихоходный ветряк с вертикальной осью или ВСУ с парусным ротором.
3. Для ветреных регионов (более 5 м/с) выбор зависит от требуемого показателя мощности. Самодельные ветрогенераторы с вертикальной осью применяются для 0.5 – 1.5 кВТ, 1.5 – 5 кВт – промышленные парусные системы, более 5 кВт – покупные «парусники» или горизонтальные лопастные ВСУ.

Делаем генератор для ветряка

Для того чтобы собрать ветряную электростанцию, нам потребуется генератор, причем с самостоятельным возбуждением. Иными словами, в его конструкции должны присутствовать магниты, наводящие электроэнергию в обмотках. Именно так устроены некоторые электродвигатели, например, в шуруповертах. Но сделать приличный ветрогенератор из шуруповерта не получится – мощность будет просто смешной, хватит максимум на работу небольшой светодиодной лампы.

Сделать ветряную электростанцию из автогенератора тоже не получится – здесь используется обмотка возбуждения, питающаяся от аккумулятора, поэтому он нам не подходит. Из вентилятора бытового у нас получится сделать разве что пугач для птиц, атакующих огород. Поэтому нужно поискать нормальный самовозбуждающийся генератор подходящей мощности. А еще лучше потратиться и приобрести покупную модель.

Генератор действительно выгоднее купить, чем сделать – КПД заводского образца будет более высоким, нежели у самоделки.

Давайте посмотрим, как сделать генератор для нашего ветряка своими руками.

Его максимальная мощность составляет 3-3,5 кВт. Для этого нам понадобятся:

• Статор – он изготавливается из двух кусков листового металла, раскроенных в форме окружностей диаметром 500 мм. На каждую окружность по краю (немного отступив от края) наклеиваются 12 неодимовых магнитов диаметром 50 мм. Их полюса должны чередоваться. Аналогичным образом готовим вторую окружность, но только полюса здесь должны располагаться со сдвигом;
• Ротор – он представляет собой конструкцию из 9 катушек, намотанных медным проводом диаметром 3 мм в лаковой изоляции. В каждой катушке делаем по 70 витков, хотя в некоторых источниках рекомендуется делать по 90 витков. Для размещения катушек необходимо сделать основу из немагнитного материала;
• Ось – ее необходимо сделать точно по центру ротора. Причем биений быть не должно, конструкцию нужно тщательно отцентровать, иначе ее быстро разобьет ветром.

Размещаем статоры и ротор – сам ротор вращается между статорами. Между этими элементами выдерживается расстояние 2 мм. Все обмотки мы соединяем по нижеприведенной схеме, чтобы у нас получился однофазный источник переменного тока.

Применение ветрогенераторов

Ветрогенераторы применяются в промышленности и в быту.

Ветроустановки промышленные используются для нужд производства или обеспечения электроэнергией небольших поселков в условиях отсутствия или дефицита электрического снабжения. Устанавливаются на открытой пустынной местности в большом количестве.

Морская ветрогенераторная электростанция

Ветряки, преимущественно простые, предназначены для домашнего использования на дачных участках. В зимнее холодное время для экономии электричества сооружаются на территории жилых домов. Простой ветрогенератор дает энергию в соответствии с количеством ветреных дней.

Как сделать ветряную электростанцию?

Дороговизна промышленных моделей вынуждает людей, способных пользоваться инструментами и обладающих определенными познаниями, создавать самодельные ветряки. Расходы на такое устройство несравнимы с тратами на заводские модели, а эффект, полученный от самоделок, зачастую превосходит показатели прославленных зарубежных изделий.

Для изготовления станции понадобится:

• комплект оборудования — контроллер заряда, инвертор, аккумулятор;
• генератор, способный работать на низких скоростях. Чаще всего используется автомобильный или тракторный генераторы, прошедшие некоторую модернизацию;
• ветряк — вращающийся ротор, установленный на мачте или основании нужных размеров.

Оборудование для станции может быть собрано самостоятельно или приобретено в готовом виде. Изготовление генератора из готового устройства занимает один день (если иметь представление о том, что надо делать). Ветряк делается из подручных материалов — металлических бочек, листового металла и т.п. Все элементы конструкции собираются воедино, система запускается, производится оценка ее характеристик и, если надо, вносятся необходимые изменения. Ветряк, собранный своими руками, ремонтируется совершенно без проблем, так как вся его конструкция известна мастеру, что называется, до последнего винтика.

Как работает ветрогенератор: принцип преобразования энергии ветра

Потоки ветра вращают лопасти ветрогенератора: проходят через турбину, приводит её в действие и она начинает вращаться. На валу турбины возникает энергия, которая будет пропорциональна ветровому потоку. Чем сильне ветер, тем большее количество энергии возникает. Далее энергия передается по валу ротору на мультипликатор (если он есть), который её генерирует. Учтите, что более продуктивными являются устройства без мультипликатора, который ускоряет вращение оси, потому что не создается, а, естественно, и не растрачивается лишняя энергия, а скорости ветра вполне достаточно для оптимальной работы ветрогенератора. Генератор превращает механическую энергию в электрическую.

Мощность ветряка измеряется «ометаемой» площадью турбины. Чем больший размер лопастей, тем большую мощность он создает. Мощность ветрогенератора рассчитывается исходя из кубической зависимости скорости ветра.

Пример

Если ветровой поток со скоростью n создает мощность 100 Вт, то поток со значеним n+1 будет создавать мощность 300 Вт, а вот n+2 – уже 900 Вт.

Поэтому, если размер турбины не большой, то нужен очень сильный поток ветра, чтобы мощность была высокой, и наоборот – большая турбина может выдавать ту же мощность при более слабом ветре.

Но для того, чтобы работа ветрогенератора была сбалансированной и выдавала нужное количество энергии, нужно на этапе проектирования правильно рассчитать все необходимые параметры ветряной электростанции.

Какая конструкция лучше

Существует несколько принципиально разных конструкций вертикальных ветрогенераторов, каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.

1. Ротор Савониуса. Модель такого вертикального ветряка включает в себя две или более лопасти, выполненные в форме полукруга. При этом давление, оказываемое на «открытую» часть круга значительно превышает то, которое воздействует на противоположную сторону. Конструкция достаточно проста в изготовлении, поэтому пользуется наибольшей популярностью среди самодельных вертикальных ветрогенераторов. Недостатки:

   • Большая «парусность». Воздействие ветра кренит всю конструкцию, создавая напряжение в оси и выводя из строя подшипник, на котором вращается весь ротор.
   • Конструкция не способна начать вращаться самостоятельно при наличии двух или трех лопастей, поэтому два таких ротора необходимо закреплять на одной оси одну под другой под углом в 90°

2. Ротор Дарье или ортогональный. Существует множество модификаций такого вертикального ветрогенератора, но принцип работы остается неизменным. Вращение происходит за счет крылообразной формы лопасти генератора. При воздействии потока воздуха создается подъемная сила, за счет которой и вращается ось. Недостатки:

   • Низкая, даже по меркам ветрогенераторов, эффективность.
   • Скорость ветра для полной раскрутки такого генератора должна быть не менее 4 м/с. При этом до набора полной скорости вращения такого ротора, нагрузку к ветряку подключать нельзя – остановится.
   • Шумность. Если в остальных моделях шум издают только подвижные части (подшипники), то вертикальный ветрогенератор такого типа шумит лопастями. Очень сильно.
   • Из-за вибрации быстро выводит из строя подшипники и все несущие элементы конструкции.

3. Сложность в изготовлении, отсюда высокая стоимость вертикального ветряка.

   Геликоидный ротор. Этот вертикальный ветрогенератор имеет замысловатую форму, но по – сути это ортогональный ветрогенератор с вертикальной осью, только лопасти у него закручены вдоль несущей оси, что значительно повышает срок службы всей конструкции, т.к. обеспечивает равномерную нагрузку на подшипник и мачту со всех сторон. Недостатки:

4. Высокая стоимость устройства из-за большого количества деталей.

   Многолопастной вертикальный ветрогенератор. Если рассматривать только коммерческие образцы – этот тип ротора является наиболее производительным и дает наименьшую нагрузку на несущие детали. Внутри такого вертикального ветряка содержится дополнительный ряд статичных лопастей, которые направляют поток воздуха таким образом, чтобы максимально увеличить эффективность ротора. Недостатки:

В каких случаях стоит покупать ВСУ

Исходя из внушительной стоимости ветрогенератора, его установка окупается довольно долго, поэтому покупать его только ради будущей экономии вряд ли целесообразно. Но иногда ветряк является наилучшим выходом из положения:

1. Ветер в вашей местности бывает часто, а его скорость составляет как минимум 4 м/с.
2. В населенном пункте отсутствует электроэнергия или в ее подаче бывают перебои.
3. Вы располагаете свободным пространством для размещения ВСУ.
4. Соседи не имеют ничего против установки ветрогенератора.

Итак, установка ВСУ не всегда необходима, но в тех случаях, когда она целесообразна, ветряк становится эффективным экологически чистым источником электроэнергии.

Обзор цен на популярные модели

Стоимость ветрогенераторов высока. Этот момент является самым труднопреодолимым для распространения ветроэнергетических технологий. Многие владельцы домов с удовольствием установили бы у себя на участке ветряки, но не имеют средств на их приобретение. Установка, способная обеспечить освещение участка, стоит около 100 тыс руб.

ВЭС, способная обеспечить небольшое фермерское хозяйство, стоит около 500 тыс. руб. И это еще не предел. При таких ценах ожидать быстрого распространения ветрогенераторов не приходится, поэтому вся надежда на появление отечественных моделей, способных решить вопрос дороговизны оборудования. Как вариант, можно купить относительно недорогую китайскую модель. Такие устройства не поддаются ремонту, являясь, по сути, одноразовыми, но их цена намного ниже, чем стоимость аналогичных по мощности западных образцов.

Разновидности вертикальных генераторов (карусельный тип)

Вертикальные преобразователи силы ветра в энергию часто используются для бытовых нужд. Эти виды ветрогенераторов просты в обслуживании. Основные узлы, которые требуют внимания, находятся в нижней части установок и свободны для доступа.

1. Генераторы с ротором Савоуниса

Состоят из двух цилиндров. Постоянное осевое вращение и поток ветра не находятся в зависимости друг от друга. Даже при резких порывах он крутится с заданной изначально скоростью.

Отсутствие влияния ветра на скорость вращения, бесспорно, − его хорошее преимущество. Плохо то, что он использует силу стихии не на всю ее мощь, а только на треть. Устройство лопастей в виде полуцилиндров позволяют работать лишь в четверть оборота.

2. Генераторы с ротором Дарье

Имеют две или три лопасти. Легко монтируются. Конструкция простая и понятная. Начинают работать от запуска вручную.

Минус – турбины не отличаются мощной работой. Сильная вибрация становится причиной сильного шума. Этому способствует большое количество лопастей.

3. Геликоидный ротор

Вращение ветрогенератора происходит равномерно благодаря закрученным лопастям. Подшипники не подвержены быстрому износу, что значительно продляет срок эксплуатации.

Монтаж установки требует времени и сопряжен с трудностями сборки. Сложная технология изготовления отразилась на высокой цене.

4. Многолопастный ротор

Вертикально – осевая конструкция с большим количеством лопастей делает его чувствительным даже к очень слабому ветру. Эффективность таких ветрогенераторов очень высокая.

Это мощный преобразователь. Энергия ветра используется максимально. Стоит он дорого. Недостаток – высокий звуковой фон. Может давать большой объем электротока.

5. Ортогональный ротор

Начинает вырабатывать энергию при скорости ветра в 0,7 м/сек. Состоит из вертикальной оси и лопастей. Не производит много шума, отличается красивым необычным дизайном. Срок службы несколько лет.

Лопасти с большим весом делает его громоздким, что усложняет монтажные работы.

Положительные стороны вертикальных ветрогенераторов:

1. Использование генераторов возможно даже при слабом ветре.
2. Не настраиваются на ветровые потоки, так как не зависят от его направления.
3. Устанавливаются на короткой мачте, что позволяет производить обслуживание систем на земле.
4. Шум в пределах 30 дБ.
5. Разнообразный, приятный внешний вид.

Основной изъян – используют силу и энергию ветра не полностью из-за невысокой вращательной скорости ротора.

Принцип работы

Ветряной генератор представляет собой устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с ее последующей конвертацией в электрическую. Происходит это благодаря вращению ротора генератора. Агрегат состоит из следующих элементов:

• Лопасти.
• Ротор турбины.
• Генератор с подвижной осью.
• Инвертор для преобразования переменного тока в постоянный.
• Аккумуляторные батареи.

На лопасти воздействуют три силы, две из которых, подъемная и импульсная, преодолевают третью (тормозящую) и приводят в движение маховик. Вращательное движение передается на ротор генератора, и при его вращении в статоре создается магнитное поле. В результате этого появляется переменный ток, который затем с помощью специального контроллера преобразуется в постоянный и заряжает батарею.

Ветроэлектрическая установка роторного типа

Разберёмся, как смастерить своими руками простой ветряк с вертикальной осью вращения роторного типа.

Такая модель вполне может обеспечить потребности в электроэнергии садового домика, разнообразных хозяйственных построек, а также подсветить в темное время суток придомовую территорию и садовые дорожки.

Лопасти этой установки роторного типа с вертикальной осью вращения явно выполнены из элементов, вырезанных из металлической бочки

Наша цель – изготовление ветряка, предельная мощность которого составит 1,5 кВт. Для этого нам понадобятся следующие элементы и материалы:

• автомобильный генератор на 12 V;
• гелиевый или кислотный аккумулятор на 12 V;
• полугерметичный выключатель разновидности «кнопка» на 12 V;
• преобразователь 700 W – 1500 W и 12V – 220V;
• ведро, кастрюля большого объёма или другая вместительная ёмкость из нержавеющей стали или из алюминия;
• автомобильное реле контрольной лампы заряда или зарядки аккумулятора;
• автомобильный вольтметр (можно любой);
• болты с гайками и шайбами;
• провода сечением 4 квадратных мм и 2,5 квадратных мм;
• два хомута для закрепления генератора на мачте.

В процессе выполнения работ нам будут нужны болгарка или ножницы по металлу, строительный карандаш или маркер, рулетка, кусачки, сверло, дрель, ключи и отвертка.

Стартовый этап изготовления установки

Изготовление самодельного ветряка начинаем с того, что возьмем большую металлическую ёмкость цилиндрической формы. Обычно для этой цели используют старую выварку, ведро или кастрюлю. Именно она будет основой для нашего будущего ВЭУ.

С помощью рулетки и строительного карандаша (маркера) нанесем разметку: поделим нашу ёмкость на четыре одинаковые части.

Выполняя разрезы в соответствии с теми указаниями, которые содержатся в тексте, ни в коем случае не прорезайте металл до конца

Металл придется резать. Для этого можно использовать болгарку. Её не применяют для разрезания ёмкости из оцинкованной стали или окрашенной жести, потому что металл такого вида обязательно перегреется.

Для таких случаев лучше использовать ножницы. Вырезаем лопасти, но не прорезаем их до самого конца.

Теперь, одновременно с продолжением работ над ёмкостью, мы будем переделывать шкив генератора.

В днище бывшей кастрюли и в шкиве нужно наметить и просверлить отверстия для болтов. К работам на этой стадии нужно отнестись максимально внимательно: все отверстия должны располагаться симметрично, чтобы в ходе вращения установки не возникло дисбаланса.

Так выглядят лопасти ещё одной конструкции с вертикальной осью вращения. Каждая лопасть изготавливается отдельно, а потом монтируется в общее устройство

Отгибаем лопасти так, чтобы они не слишком торчали. Когда мы выполняем эту часть работы, обязательно учитываем, в какую сторону будет вращаться генератор.

Обычно направление его вращения ориентировано по ходу часовой стрелке. Угол изгиба лопастей влияет на площадь воздействия воздушных потоков и на скорость вращения пропеллера.

Теперь нужно закрепить на шкиве ведро с подготовленными к работе лопастями. Устанавливаем генератор на мачту, зафиксировав его при этом хомутами. Осталось присоединить провода и собрать цепь.

Подготовьтесь записать схему соединения, цвета проводов и маркировку контактов. Позже она вам непременно пригодится. Фиксируем провода на мачте устройства.

Этот рисунок содержит подробные рекомендации по сборке общей конструкции и общий вид устройства уже в собранном и готовом к эксплуатации виде

Для подсоединения аккумулятора нужно применить провода сечением 4 мм². Достаточно взять отрезок протяженностью 1 метр. Этого хватит.

А для того чтобы подключить к сети нагрузку, в состав которой входят, например, осветительные и электрические приборы, достаточно проводов с сечением 2,5 мм². Устанавливаем инвертер (преобразователь). Для этого тоже будет нужен провод 4 мм².

Преимущества и недостатки роторной модели ветряка

Если вы сделали всё аккуратно и последовательно, то этот ветрогенератор будет успешно работать. При этом никаких проблем в ходе его эксплуатации не возникнет.

Если использовать преобразователь 1000 W и аккумулятор 75А, это установка обеспечит электричеством и приборы видеонаблюдения, и охранную сигнализацию и даже уличное освещение.

Достоинства этой модели таковы:

• экономична;
• элементы легко можно поменять на новые или отремонтировать;
• особые условия для функционирования не нужны;
• надежная в эксплуатации;
• обеспечивает полный акустический комфорт.

Недостатки тоже имеются, но их не так уж много: производительность у этого устройства не слишком высока, и у него имеется значительная зависимость от внезапных порывов ветра. Воздушные потоки могут попросту сорвать импровизированный пропеллер.