Ветер является самым доступным, чистым бесплатным источником энергии. Существует специальное устройство, способное преобразовывать энергию ветра. Называется оно ветрогенератор. В этой статье мы расскажем, как сделать ветрогенератор своими руками из самых обычных, подручных материалов.

Ветрогенератор – это ветроколесо с большими лопастями, редуктором (специальным механизмом, который преобразует и передает крутящий момент), мачтой для установки устройства, аккумуляторной батареей и инвертором (он необходим для преобразования полученного постоянного тока в эффективный переменный ток).

Основной принцип работы устройства

Энергия ветра потоком вращает колесо ветряка с лопастями, через редуктор крутящий момент начинает передаваться на генераторный вал. Так происходит превращение механической энергии в электрическую.

Рабочая мощность ветрогенераторов прямо пропорциональна параметрам ветроколеса, скорости ветра (по среднему показателю) и высоте мачты. Обычно диаметр лопастей ветрогенераторов может варьировать от 0,5 до 50 метров.

Экономическая выгода

Применение ветрогенераторов экономически выгодно в той местности, где показатель среднегодовой скорости ветра составляет не менее 4 м/с. Этот параметр можно уточнить, воспользовавшись «Картой ветровых ресурсов России». Ветрогенераторы начинают работу при скорости ветра от 2 м/с. Даже при такой скорости ветра могут заряжаться батареи.

Большинство существующих ветрогенераторов относят к сетевым турбинам. Это означает, что они работают лишь при наличии электрической сети (локальной или централизованной, например, при помощи дизельных генераторов). Это объясняется нестабильностью потоков ветра. Сеть выполняет в данном случае стабилизирующий эффект.

Основное условие использования сетевого ветрогенератора - мощность сети обязательно должна быть выше мощности ветродвигательной установки минимум в 1,8 раза.

Принцип работы устройства

При мощных потоках ветра лопасти ветрогенератора начинают вращаться. Получаемая энергия вращения начинает передаваться на мультипликатор (электрический генератор) через ротор. Существуют конструкции ветрогенератора, где не устанавливают мультипликатор для увеличения производительности. Ветродвигатели могут функционировать по одному, как единичный комплекс или большими группами, образуя своеобразный ветропарк.

Типы

Перед тем как сделать ветрогенератор, нужно определиться, какой тип устройства будет изготавливаться – горизонтальный или вертикальный (роторный). Более простой и доступный вариант – монтаж вертикального ветрогенератора, так как у этой системы выше коэффициент эффективного воздействия ветра, а балансировка устройства значительно легче.

Мощность устройства

Чем мощнее будет выбранный генератор, тем больше будет диаметр и вес ветроколеса. Это значит, что существенно балансировка и закрепление конструкции усложнятся.

Комплектующие детали и элементы:

• генератор 12V;
• аккумулятор 12V (можно взять автомобильный, но лучше приобрести альтернативный, стоимость его около 40 у.е., но он более долговечный и безопасный);
• ротор 1,5-2 м;
• большое металлическое ведро или металлическая бочка (из нержавейки или алюминия);
• реле для зарядки аккумулятора;
• реле заряда лампы (например, автомобильное);
• полугерметичный выключатель;
• вольтметр (можно взять автомобильный или от любого бывшего в употреблении измерительного устройства);
• большая доза наружная (распределительная коробка);
• мачта с высотой от 2 до 10 метров (можно сделать самостоятельно из труб ПВХ и металлических комплектующих для основания);
• провода;
• четыре болта марки М6;
• 2 хомута или нержавеющая проволока (для крепления к мачте).

Основные инструменты:

• Ключи;
• Отвертка;
• Дрель со сверлами;
• Кусачки.

Перед установкой конструкции мачты заливают фундамент по объему сечения трубы и основания, с учетом нюансов климата и грунта на участке. Мачту с ветродвигателем устанавливают после достижения бетонной смеси максимальной прочности (должно пройти не меньше недели). Менее надежным вариантом является простое зарывание мачты в грунт на полметра с использованием растяжек.

Далее делают ротор и переделывают шкив (фрикционное колесо с канавкой или ободом по окружности, передающее движение канату или приводному ремню) генератора. Выбирают диаметр ротора, исходя из среднестатистической скорости ветра. Диаметр ротора подбирают по среднегодовому показателю скорости ветра. По факту, до скорости 6-7 м/с производительная мощность у ротора 3 м будет выше.

Бочку нужно разделить на 4 абсолютно равные части при помощи маркера и рулетки. Далее вырезают будущие лопасти болгаркой или ножницами по металлу. Их крепят болтами к днищу и шкиву.

Места для болтов измеряют очень точно, чтобы в дальнейшем не приходилось постоянно регулировать вращение.

На бочке отгибают лопасти, это нужно делать аккуратно, чтобы избежать слишком резких порывов при потоке ветра.

Соединение элементов

На следующем этапе присоединяют провода к генератору и собирают цепь в дозе. Крепят генератор к мачте, фиксируют провода к генератору и мачте. Затем соединяют в цепь генератор и подсоединяют в цепь аккумулятор. Подключают нагрузку при помощи проводов (сечением до 2.5 кВ). Скорость вращения устройства задается степенью изгиба лопастей. Такого ветрогенератора должно хватить для полного энергообеспечения дачи или загородного дома.

Увеличение выработки электроэнергии

Учтите, что увеличение мачты до 20-25 м может повысить среднюю скорость ветра до 30%. При этом выработка энергии возрастает в 1,5 раза. Также к приёму прибегают при пониженной скорости ветра (менее 4 м/с). При высокой мачте деревья и дома не будут препятствовать работе ветрогенератора.

Видео

В этом ролике хозяин самодельного ветрогенератора рассказывает о том, как собирал конструкцию.

Наиболее распространенным вариантом применения ветряков является выработка электроэнергии. Кажется, что может быть проще, чем сделать , насадить на него ось электрогенератора и готово! Можно пользоваться электричеством!

Но не все так просто. Рассмотрим, почему.

Все ветряные установки или ветряки приводятся в действие, т.е. начинают вращаться . От мощности потока ветра зависит то, какое количество энергии мы сможем получить от генератора.

Следующей важнейшей характеристикой ветряной установки является КИЭВ – коэффициент использования энергии ветра. У наилучших образцов ветряков данный показатель составляет 40-50% (хотя встречаются утверждения о 60-80% КИЭВ, что является преувеличением продавцов данных моделей). Поэтому в действительности можно рассчитывать на то, что ветряк будет применять только 25-30%, притом, что расчетную мощность ветряка нужно делить на 3-4. Это то, что можно действительно получить от ветроустановки при условии применения идеального электрогенератора.

О мощности ветряка. Многие могут не поверить, и это на самом деле выглядит парадоксально, но мощность ветряка (помимо скорости ветра) . Ее также называют «площадь ометания». Существует много практических подтверждений и математических доказательств, но мощность ветряка, имеющего одну лопасть (которая описывает круг диаметром D), и ветряной установки с 6 лопастями этого же диаметра одинакова! В это можно верить или не верить, но это так!

Дело в том, что лопасти для ветра являются не отдельными «дощечками», и он давит не на каждую по очереди, а как диск, круг. Поэтому важно не количество лопастей, а их площадь. При раскручивании лопасти ветряка, ветер придает ей скорость. Наряду с угловой скоростью вращения, у лопасти есть еще линейная скорость. А значит, так как она крутится не в вакууме, то она встречает сопротивление воздуха, которое увеличивается пропорционально скорости в кубе. Тем более что лопасть является не плоской дощечкой, а своего рода аэродинамическим профилем, который имеет определенную толщину и угол поворота. И при вращении данный профиль «натыкается» на воздух пространства между лопастями.

Получается, что чем большую мощность потока мы желаем получить, увеличивая количество лопастей, тем большее воздушное сопротивление им приходится испытывать при вращении. В итоге – что указано выше – мощность ветряной установки зависит не от количества лопастей, а от площади ометания.

Мы подошли к следующей важной характеристики ветряка – быстроходности – это величина, которая показывает, насколько линейная скорость лопасти больше скорости ветра.

Например, если нам известно, что быстроходность ветряка равна 7, то это означает, что на кончике его лопасти линейная скорость в 7 раз выше скорости ветра. И в случае, когда скорость ветра равна 10 м/с, кончик его лопасти передвигается по воздуху со скоростью 70 м/с, т.е. 250 км/час! Поэтому настоятельно рекомендуем не пытаться остановить лопасть руками. Их срежет как бритвой.

Такие ветряки , т.к. постоянно нарезают воздух своими лопастями, создавая звуковые волны.

Проблему шума адресуют в , т.к. обычно быстроходность вертикальных ветряков ниже горизонтальных.

Мы еще вернемся к быстроходности ветряка и ее расчету, а сейчас посмотрим, чем она важна для выработки электрической энергии.

Генератор

На Руси исстари повелось добывать электроэнергию при помощи специальных устройств – генераторов. Существует много конструкций генераторов, но в плане использования их с ветряками нас интересуют электрогенераторы, которые вырабатывают электроэнергию в процессе вращения. На самом деле, кто добра от добра ищет. Ветряк предоставляет вращение, его и нужно использовать.

В ходе строительства ветряка мастер обязательно сталкивается с тем, что генераторов, предназначенных для ветряка, вообще-то НЕТ. В природе они, конечно, есть, их даже выпускают серийно. Но приобрести их достаточно сложно и по возможности, и по цене. Это слишком специфическая вещь, именно поэтому их так мало и они такие дорогие. Поэтому приходится или изготавливать генератор для ветряка самостоятельно или приспосабливать то, что есть.

А что мы можем использовать? Выбор не богатый. Это двигатели с постоянными магнитами, автомобильные генераторы, шаговые двигатели, генераторы от изношенных бензогенераторов, асинхронные двигатели. Другими словами, почти любые электродвигатели. Согласно теории, любая электрическая машина обратима. Т.е. любой электрический двигатель в определенных условиях может работать в качестве генератора с определенной эффективностью, серьезностью и ценой переделки.

Почему нельзя применять просто то, что есть? Потому что оно все – быстроходное! Восклицательный знак не означает ничего хорошего. Кроме, разве что, шаговых двигателей. Они тихоходны по определению. Все остальные двигатели-генераторы работают на 1000 оборотах в минуту и более (15-20 об/секунду).

Чтобы получить обратный эффект – генерацию электротока, им необходимо придать соответствующие обороты. Например, самый дешевый и доступный вариант, как кажется, приличного генератора в 0,5 КВт – автомобильного, сталкивается с цифрой в 2-3 тыс. об/мин.

Даже на холостых оборотах двигатель машины держит вращение на скорости 800 об/мин. Также добавляется мультипликация шкивов генератора и мотора как минимум 1:2. Генератор крутится изначально на 1500 об/мин. А если поддать газу и «открутить» мотор до 3-4 тыс. (рядовая ситуация) – то генератор выдаст свои полкиловатта. На 5-8 тыс. об/мин.

Аналогично и с остальными моторами. Что ни возьми – не найти ничего меньше 1000 об/минуту.

Вернемся к быстроходности ветряка и пересчитаем данный параметр, учитывая скорость ветра, размеры ветряной установки, и обнаружим, что обороты вала ветряка недостаточно велики. У наиболее быстроходных ветряков и при оптимальном ветре – 200-400 об/минуту!

Поставим мультипликатор, скажут многие, и обороты повысятся в 5-10 раз! (То, что повышает обороты – это мультипликатор, а то, что понижает – это редуктор). Справедливости ради скажем – так и делается обычно. Но только на мощных больших ветряках. На ветряках, мощность которых менее 500 Ватт, мультипликаторы являются роскошью. Качественный и надежный необслуживаемый мультипликатор с небольшими потерями – дорогое удовольствие. И цена его переносится на стоимость вырабатываемого электричества. Поэтому использование мультипликатора в «домашнем» ветряке никак необоснованно. Если, конечно, он не достался каким-то образом бесплатно.

Из низкооборотных генераторов в нашем распоряжении есть лишь шаговые двигатели. Шаговый двигатель – это двигатель, вращающий свой вал на определенный угол (шаг) при подаче импульса напряжения на его обмотки. У таких моторов обычно несколько обмоток, а их ротор просто напичкан магнитами. Этот выгодный факт и дает возможность применять шаговые двигатели в качестве генератора ветряка. В результате придания валу шагового двигателя вращения извне, он приступает к выработке электричества, причем достаточно эффективно.

«Вычислить» шаговый двигатель легко. При вращении вала его вращения не плавные, а как бы толчками. Данный эффект имеет название «залипание». Если закоротить все выводы такого двигателя, то вращение вала заметно затруднится. Это означает, что шаговый мотор уже вырабатывает электричество. Это общеизвестный метод проверки двигателей постоянного тока «на вшивость». Если в момент закорачивания выводов стало труднее вращать вал мотора, то электромотор в свете применения его как электрогенератора небезнадежен и можно смело снимать его характеристики.

Достать шаговый электромотор небольшой мощности легко. Любой принтер, который продается на интернет-аукционах за 100-300 рублей, имеет минимум 2 таких двигателя. Один двигал головку, второй – бумагу. Сканер и старые дисководы на 5,25 дюйма - по 1. Это вполне хорошая новость. Плохая новость состоит в том, что легко достать только шаговые двигатели совсем малой мощности! 1-2-3 Ватта. Достать шаговый двигатель минимум на 30-50 Ватт – редкая удача, если это получилось, то можно считать, что у вас в кармане отличный генератор для ветряка.

Как можно использовать шаговый двигатель на 2 Ватта? Например, можно с его помощью заряжать аккумулятор плеера, мобильника и т.п. Этой мощности будет достаточно. Нужно 10-20 Ватт? Установите 10 таких двигателей. Они стоят совсем недорого.

А если вам нужно получить с ветряка 200-300 Ватт, при этом желательно дешевле (помним о соотношении затраты/отдача), то придется сделать генератор самому. Это сложно, но вполне возможно.

Идея построить собственный ветряк у меня возникла ещё в 2005 году, когда я только-только получил землю в Миродолье. Идея была довольно абстрактна, но уже тогда хотелось иметь не быстрый ветряк-пропеллер, который перемелет в муку пролетающих сквозь него птиц и насекомых, а медленный ветряк. На слуху был «парусный ветряк».

Как я уже писал ранее, в 2008 году я обзавелся своей первой солнечной батареей. Она исправно снабжает меня электричеством и по сей день. Однако зимой, как и следовало ожидать - её эффективность падает в 20-22 раза. Т. е. летняя мощность в 120 Вт превращается зимой в 6 Вт (в пасмурную погоду). А у меня одна светодиодная лампа потребляет 6Вт, а ещё ноутбук 90Вт... Вот тут-то я вспомнил об идее ветряка, которую обдумывал раньше. Явно было пора идею превращать в жизнь.

Итак, в 2009 году я серьезно погрузился в интернет. Сначала поиски были направлены на парусный ветряк. У меня накопилось довольно много материала по ним - фотографии, видео, чертежи деталей. Кроме того, я довольно здорово поднял свой уровень знаний по аэродинамике, теории потоков, теории парусов и вообще всей этой воздушной физике. Сухой остаток этой поисковой работы был следующий: парусный ветряк - довольно затратное по деньгам, времени и сложности изготовления дело. Маленький парусным ветряк не бывает, нормальный диаметр лопастей начинается от 5м. Да, эти ветряки эффективны, но использовать их для зарядки аккумулятора - всё равно что забивать микроскопом гвозди. Нормальное применение парусных ветряков - обогрев дома или теплицы. Честно, я был не готов к такому масштабному проекту. Во всяком случае - пока. Я понял что хочу что-то более простое, пусть и менее мощное. Но что?

Тема строительства ветряка оказалась близка многим нашим соседям. Многие тоже включились в поиск оптимальной технологии. Ближе к осени 2009г. Никита дал мне подсказку посмотреть на Youtube-видео про вертикальный ветряк, сделанный по технологии «Савониус» - из двух половинок пластиковой бочки. Да, я быстро нашёл нужное видео. И по мне это оказалось - то что нужно! Вот он - тихоходный, недорогой, вертикально-осевой ветряк, подобие которых в Америке строят самодельщики чуть ли не на каждой ферме. И так, с видом ветряка я определился, и стал дальше накапливать информацию по «Савониусам».

В целом, вертикально-осевой (да и в общем-то любой) ветряк состоит из: собственно ротора ветряка (как бы лопасти) - то что вращается под действием ветра, генератора - то, что преобразует механическую энергию кручения ротора в электрическую, и электронной частью, которая включает в себя всякие выпрямители, преобразователи и контроллеры заряда. Да, и конечно нельзя забывать про вышку , или то, что её заменяет - в общем конструкцию, на которой ветряк вращается.

В конце-концов у меня наконец стал вырисовываться проект. И почти под конец осени я был готов к первым практическим шагам. Вот какие требования я предъявлял ветряку: ветряк должен начать вырабатывать электроэнергию уже при ветре 4 м/c. Поскольку я собирался заряжать аккумуляторы, то генератор ветряка должен был вырабатывать постоянный ток, номиналом 12В. Ветряк должен быть тихоходным. А так же дешев и прост в изготовлении.

Кстати, сразу хочу прояснить вопрос - а почему именно самодельный ветряк, а не покупной. Первым делом я конечно просканировал все имеющиеся предложения по ветрякам. В основном - это горизонтально-осевые ветряки, поднятые на мачте, с лопастями - «вертушками». Их мощность впечатляла, но на номинал они выходили лишь с 12 м/c. Стоимость 500Вт ветряка составляла 1000$. Тихоходные ветряки - будь-то парусные, «савониусы» или «дарье» - в основном самоделки.

Для тех, кто не хочет читать всю статью сразу напишу о результатах . На сегодняшний день (осень 2011г) я таки построил ветряк, и есть опыт круглогодичного его использования. Мощность при ветре 7-8 м/c ~ 50Вт. Дальше мощность только растет, но - к сожалению у нас такие ветра в редкость. Стоимость всей конструкции (включая электронную) - около 15000 руб. Ветряк действительно работает бесшумно. «Ловит» малейший ветер, но электроэнергию начинает выдавать при скорости - 60 оборотов в минуту (RPM). Честно, не имея в наличии точный анемометр (прибор для измерения скорости ветра), сложно провести точную параллель между получаемой электроэнергией и скоростью ветра, но это - примерно 5-6 м/c. Стоило ли заниматься всем этим? Я получил работающий ветряк, здорово поднял физику в этой теме, работа была интересной и творческой. В целом - я не жалею ни потраченного времени ни потраченных денег.

Подытожу моё заключение мотивацией выбора конструкции ротора и генератора ветряка.

Основные типы роторов ветряков такие: с лопастями как у самолета (вертушки, «Классика»), горизонтально-осевые; с лопастями из листового материала, согнутые особым образом («Савониус»), ветрикально-осевые; с лопастями как у самолета но вертикально-осевые («Дарье»), с лопастями - парусами, натянутыми на спицы, горизонтально-осевые.

Конструкция горизонтально-осевых предполагает размещение генератора в непосредственной близости от ротора (т. е. наверху вышки). Встаёт вопрос о необходимости поворота ветряка по ветру, и, как следствие, необходимость механизма передачи электроэнергии через кольца-токосъемники (напрямую провода вниз опускать нельзя - перекрутятся). Обычно на таких, грамотно сделанных ветряках делают штормовую защиту - приспособу, которая уводит ветряк от слишком сильного ветра, или как-то складывает его, во избежание поломки всей конструкции.

В вертикально-осевых этих проблем нет - т. к. ловит ветер он с любой стороны. Генератор при желании можно делать внизу вышки, передавая энергию кручения с помощью вала. Роторы «Дарье» - интересная штука, но требует довольно точного исполнения лопастей. Поэтому я выбрал самый простой тип ротора - «Савониус».

Генератор - сердце ветряка. По началу я хотел купить готовый генератор. Но после тщательного выяснения вопроса, стало ясно, что тихоходных генераторов в свободной продаже нет. Автомобильный не подходит, поскольку начинает вырабатывать ток при 1000 об/мин, что ещё решается установкой дополнительного компонента - мультипликатора (который тоже стоит денег, шумит и отбирает свою часть КПД), а вот что не решается - это то, что в нем стоит катушка возбуждения, которая собственно и превращает одну из его частей в электромагнит. Этой проблемы нет в генераторах на постоянных магнитах , причём чем мощнее эти магниты (самые современные - неодимовые), тем мощнее генератор (но тем он и дороже). Проблема была в наличии в продажи подобных генераторов, но об этом ниже.

Я буду писать об этапах изготовления довольно кратко. Во-первых - всё есть в интернете. Не вижу смысла писать об одном и том же. Если вспомню ссылки на источники - дам. Стоимость того или иного узла дана приблизительна - просто уже не помню, а смету не вёл, точнее вёл, но в самом начале. Моя задача - рассказать о том, что это вообще возможно сделать, рассказать об этой технологии, плюсы и минусы.

Изготовление ротора

Итак - я понял, что хочу сделать вертикально-осевой ротор типа «Савониус». Однако, копнув поглубже я понял - что ветряки подобного плана имеют самый низких КПД (до 15-25%). Это обычно два полуцилиндра, разнесенные друг относительно друга на некоторое расстояние, которое образует «канал». Проблема «Савониуса» (кстати, его тоже изобрел русский, но патент оформил швед Савониус) в том, что ветер, проворачивая ротор за один полуцилиндр, тут же начинает давить на обратную сторону второго, конечно с меньшей силой, т. к. он этот полуцилиндр обтекает, но всё же... Хотелось узнать, можно ли «выжать» из подобной конструкции максимум. Поиски профиля лопастей привели меня к ротору, изобретенному нашим советским инженером К.А.Угринским в середине прошлого столетия (где-то я видел 1946г). Его отличительная особенность в том, что в нём используется энергия отраженного от лопастей потока. Приведу цитаты из книги Б.Б.Кажинский «Свободнопоточные гидроэлектростанции малой мощности», Госэнергоиздат 1950г (стр.30-32):

«Другое устройство лопастей, предложенное К. А. Угринским, представлено на фиг. 11. Здесь канал образуется двумя лопастями, форма поперечного профиля которых напоминает собой ковш с ручкой. Рассмотрим, в чем заключаются отличительные особенности работы этого нового ротора в свободном течении. Проходящая через канал вода дважды отдает свою энергию, как это было и у прежде описанных роторов.

Однако в то время, когда у этих роторов при вращений на место круто изогнутой стенки первой лопасти быстро становится своим внутренним изгибом такая же круто изогнутая часть второй лопасти, в новом роторе происходит нечто иное. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Допустим, что входящая в канал струя сначала ударяется о слабо изогнутую стенку первой части лопасти. На ее место быстро становится круто изогнутая стенка (чашеобразно изогнутая часть профиля) второй лопасти. Она быстро сменяется слабо изогнутой частью той же второй лопасти, вслед за которой набегает круто изогнутая часть первой лопасти, и т. д.

При первом же взгляде на профили лопастей нового ротора видно, что какое положение ни заняли бы лопасти этого ротора относительно горизонтального направления течения, никакого «мертвого» положения нет. Всегда какая-то часть лопасти направлена навстречу к потоку и способствует продолжению вращения ротора, а никак не его остановке. Благодаря этому многоярусное устройство для такого ротора необязательно.

В качестве основного размера для этой схемы ротора автором этих строк принят радиус диска R(фиг. 12). Нокак и в предыдущих случаях, сохранено важнейшее условие, чтобы средняя часть канала между лопастями равнялась 2/3 ширины устья канала.»

Ориентировочное КПД - 41-46%. Уже можно работать. На самом деле изобретателей подобных роторов у нас много - Воронин Я.А., Кажинский Б.Е., Иванов В.А., Блинов Б.С., Угринский К.А., Бирюков Б.С., Новиков Ю.М. Информацию о последнем я узнал совсем недавно - надо бы в будущем испытать и его.

Прежде чем окончательно утвердиться в своём выборе я решил сделать небольшие модельки роторов и пивных банок, чтобы хотя бы на глаз посмотреть - какой крутится быстрее при одинаковом ветре. Как крутится Савониус (справа) и ротор Угринского (слева) - можно увидеть на этом видео внизу. После таких испытаний у меня не оставались сомнения - Угринский лучший.

Как я сделал сам ротор? В качестве материала для лопастей я выбрал самый тонкий (0,5 мм) лист дюраля. Мне было очевидно, что чем легче будет конструкция ротора - тем легче он будет вращаться малым ветром. Тем более что это тоже подтвердилось на маленьких модельках. Лист оцинковки - слишком тяжел для таких вещей. По торцам ротора должны быть сплошные круги. Я выбрал фанеру 10мм. Это самый тяжелый элемент - один круг весит 3,5 кг. На кругах были нарисован профиль крыла, который я потом углубил маленькой фрезой на 3мм. Это была муторная работа, однако смысл её был в том, чтобы вставить в получившуюся канавку лист лопасти. Конструкция ротора состояла из двух его частей, где лопасти были повернуты на 90 градусов относительно друг-друга. Листы дюраля крепились к фанере с помощью стальных уголков (алюминиевых не нашлось) на болтики. Каждая половина ротора стягивалась двумя шпильками с гайками d6 мм.. По оси насквозь ротор пронизывает осевая шпилька d16. Она крепится к каждому фанерному кругу двумя гайками с двух сторон. Собственно момент кручения и передается этой центральной осью.

Фанерные круги два раза пропитаны олифой. Все гайки с гровер-шайбами. Диаметр ротора - 75 см, высота - 160 см. Общий вес - около 16 кг. Стоимость - около 3500 руб.

Время изготовления не засекал, вообще вся работа по ветряку шла в свободное от другой работы время. Ротор я доделал уже зимой. Мы его вытащили на улицу и убедились что ветер легко его проворачивает.

Изготовление генератора

Итак, генератор на постоянных магнитах... А нету их в продаже нифига! Во всяком случае в открытых источниках. Есть иностранные, в частности Китайские - но... то что мне хотелось стоило с доставкой от 400$. В общем я уже начал всерьез подумывать о применении высокооборотного генератора (они в продаже есть) и мультипликатора (дело в том, что рабочая скорость оборотов ветряка - 150-200 RPM, а таких генераторов - 800-1000 RPM). Но как-то душа к этому не лежала. Дополнительный механизм - мультипликатор - будет шуметь, да и стоить будет не мало.

Но однажды я всё-таки нашел сайты, где люди делились своим опытом изготовления таких генераторов в домашних условиях. Начали, конечно, американцы, но и наши за ними не отставали.

Немного о том, как это работает. Генератор состоит из двух частей - неподвижной (статора) и подвижной (ротора), которая совершает относительно статора вращательные движения. На статоре располагаются катушки из медной проволоки, эти катушки определенным образом соединяются. На роторе располагаются постоянные магниты. Ротор генератора вращается относительно статора - получается вращающееся магнитное поле, которое и наводит в катушках электрических ток. Ротор генератора собственно вращает ветряк.

В приложении к этой статье есть Excell-евский файл с расчетами моего генератора.

Для начала я определился с толщиной проволоки и с размерами магнитов, а так же с диаметром железного диска ротора (я выбрал для этой целей тормозной диск от ВАЗа). Материал магнитов - Магниты NdFeB (неодимовые) - половина стоимость генератора, я заказывал в Питерской фирме “Компонетн Спб” (www.pmspb.ru). Форму цилиндров я выбрал попроще - цилиндры, толщина 10мм, диаметр 30мм, магнитная мощность N33 (считаются довольно слабые, взял, потому что были такие остатки на складе), 32 штуки (по 16 на ротор). Стоимость одного магнита - 110 руб + 250 руб почтовая пересылка, итого 3770 руб.

Изготовление «электроники»

На выходе генератора я получаю постоянный трехфазный ток. Его нужно преобразовать в постоянный однофазный. Мы собрали т.н. мост Ларионова на двух готовых диодных сборках и сглаживающем конденсаторе. Номиналы – честно, не помню, но рассчитывали на большой ток. Конденсатор, по-моему, на 2200 мкФ. Схема подключения такая:

Итог

О результатах я писал во вступлении, поэтому всё, что мне остается это пожелания на будущее.

Что хотелось бы сделать в идеале? Упаковать генератор в красивый кожух, где верхняя ось генератора тоже бы имела крепление (сейчас она болтается в воздухе). Кожух я соорудил из пластикового ведра после того, как ледяной дождь забил напрочь генератор так, что он замерз. Пришлось откручивать всё и тащить его в дом (а весит он немало).

Еще хочется сделать более высокую вышку, или даже мачту. Собственно для ветряка нужно всего два крепления – верхнее и нижнее. Пока думаю над 10м-трубой с приваренной к ней швеллерами. И площадкой для генератора.

И всё-таки хочется попробовать буржуйские генераторы за 400-500$... Хотя это ж целых две самодельных батареи по 180 Вт!

К основным компонентам ветроустановок независимо от вида относятся: (ротор), генератор, мультипликатор, башня, основание (фундамент).

Ветроколесо (ротор)

преобразует энергию набегающего ветрового потока в механиче­скую энергию вращения оси турбины. Диаметр ветроколеса колеб­лется от нескольких метров до десятков метров. Частота вращения составляет от 15 до 100 об/мин. Для соединения с электросетью частота вращения ветроколеса должна быть постоянной. В против­ном случае, при переменной частоте (для автономных электросис­тем) используется выпрямитель и инвертор. Переменная частота допустима и в том случае, когда ветроустановки используются для систем теплоснабжения, а также для водоснабжения и другой меха­нической работы.

Мультипликатор ветряков

Промежуточное звено между ветроколесом и электрогенерато­ром, которое повышает частоту вращения вала ветроколеса и обес­печивает согласование с оборотами генератора. Исключение со­ставляют малой мощности со специальными генераторами на постоянных магнитах; в таких ветроустановках мультипликаторы обычно не применяются.

Башня

Конструкция, на которой устанавливается , иногда ее укрепляют стальными стяжками. У большой мощности высота башни достигает 75 м. Обычно это цилиндрические мачты, хотя применяются и решетчатые башни.

Основание (фундамент)

предназначено для предотвращения падения установки при сильном ветре.

Кроме того, для защиты от поломок при сильных порывах ветра и ураганах почти все ВЭУ большой мощности автоматически оста­навливаются, если скорость ветра превышает предельную величину. Для целей обслуживания они должны оснащаться тормозным уст­ройством. Горизонтально-осевые ВЭУ имеют в своем составе уст­ройство, обеспечивающее ориентацию ветроколеса по направлению ветра.

После окончательной пакраски мачты я установил лопасти на мотор-генератор и поднял всю ветроустанову в «боевое» положение. Ветрогенератор сразу ожил и начинал вращаться от небольшого верерка.

Для удобства я разместил всю электронику вместе с аккумуляторами в таком вот пластмассовом ящичке. Внутри находится аккумуляторная батарея, которую параллельно питают генератор и солнечная батарея. Я просто взял два используемых на катерах 12 В аккумулятора, которые можно найти в любом магазине, торгующем автомобильными аккумуляторами. По бокам ящика я сделал два отверстия под 12-ти вольтовые вентиляторы, вынутые из старых компьютеров Mac G4s (на фото не показаны).

Для того чтобы генератор не переходил в режим мотора я поставил диод, который запирает возможность потребления така мотор-генератором, ток в этом случае течёт только от генератора на аккумулятры, а обратную связь блокирует диод встроеный в силовой кабель питания идущий от мачты.

Далее я начил экспериментировать с лапастями, пробывал различные вареанты. Ставил даже два комплекта лопастей, но ветряк работал на очень маленьких оборотах и ничего не вырабатывал. Так-как всё-таки этот мотор не рассчитан на работу в качестве генератора, он не хотел генерировать ток на небольших оборотах, и я продлжил далее.

Поискав инфу по этим вопросам я узнал, что узкие лопасти более оборотистые, и попробывал сдлать уже комплект белых лопастей, которые были по длиньше и это дало свои результаты, теперь ветрогенератор набирает значительно больше оборотов и начинает давать достаточно хорошее напряжение для зарядки аккумуляторов.

Единственный минус в том, что он не работает на малом ветру. Вероятно чтобы его одаптировать надо ставить мультипликатор.

Ниже список всех использованых материалов при построени ветрогенератора

Стальной лист размером 254 ? 356 мм
Стальная трубка диаметром 6.3 мм, длиной 254 мм
Фланец 1-1/4″ Стальная труба прямоугольного сечения 25 мм, длиной 910 мм
Диск от циркулярной пилы с внутренним отверстием 12.7 мм
Оправка 15.9 мм? 12.7 мм для соединения диска с валом мотора
Два металлических автомобильных хомута
Отрезок ПВХ трубы диаметром 100 мм, длиной 200 мм
Отрезок ПВХ трубы диаметром 200 мм, длиной 760 мм (подойдет и труба диаметром 160 мм)
Мотор постоянного тока с постоянными магнитами (предпочтительно мотор от бегущей дорожки 30 В или 260 В, 5 А)
Восемь 6 мм болтов с гаками и шайбами
Два самореза по металлу диаметром 6.3 мм
Выпрямительный диод на 10…40 А (чем мощнее, тем лучше)

Большинство перечисленных выше деталей (за исключением мотора) можно за один раз приобрести в магазине «Все для дома». Что касается моторов, самыми популярными типами считаются старые моторы, выпускавшиеся фирмой Ametek. Впрочем, подойдет практически любой коллекторный двигатель постоянного тока. Единственное что нужно требовать это чтобы он довал не менее 1 вольт на каждые 25об/м.

Таким образом мотор при 300об/м сможет давать более 12-ти вольт и заряжать аккумулятор. Так-же можно повысить скорость вращения генератора поставив мультипликатор 1:3 или 1:4, но это усложнит процесс изготовления и приведёт к существенному увеличению диаметра лопастей. Обычно для таких мультипликаторов используют готовые редукторы от отрезных машинок.