Ветряные электрогенераторы для дома своими руками. Ветрогенератор для дома: устройство, принцип работы, виды

Сделать ветряк самостоятельно кажется непосильной задачей, которая отнимает много времени и сил. Но следуя пошаговой инструкции можно легко и быстро достичь желаемого результата за небольшие деньги.

Задавшись целью обзавестись ветрогенератором, многие хотят его сделать самостоятельно. Как показали исследования в интернете — большинство так и делает, но такое решение отняло у них очень много времени и усилий (по крайней мере, самая первая сборка). Чаще всего применяется схема сборки на магнитах постоянного тока. Этот путь является значительно проще, чем самостоятельное создание самого генератора. По этой причине рекомендуется запастись терпением и начинать поиски двигателя, который бы отлично подходил по параметрам, чтобы сделать ветрогенератор своими руками.

Подбор генератора

Как оказалось, большинство использует в виде генератора старый мотор из компьютеров. Такой мотор является раритетом и применялся еще во времена, когда у вычислительных машин использовались большие ленточные катушечные накопители. Среди всех возможных вариантов самым лучшим можно считать двигатель постоянного тока от производителя Ametekна 30 вольт. Это самый подходящий вариант, чтобы сделать ветрогенератор, так как даже легкое вращение его вала может свободно генерировать 12 В. Данный двигатель довольно тяжело найти, но на торговых площадках ebay и Amazon полно его аналогов. Дополнительно в описании знающие люди указывают возможность их использования в качестве генератора для ветряка.

Подбор двигателя нужно делать с учетом следующих параметров:

• постоянный ток;
• низкие обороты;
• высокое напряжение;
• высокая сила тока.

Все дело в том, что двигатель, рассчитанный на 7200 оборотов и напряжением в 24 В, при низких оборотах вряд ли сможет дать требуемые значения. Но если взять 30-вольтовый мотор с номинальным значением в 325 об/мин, то вполне реально ожидать от него напряжение в 12 вольт даже при характерных ветряку низких оборотах.

Примерная стоимость того же Ametek примерно 26 $. Можно найти и немного дешевле двигатель, но это не столь важно. При обычном легком толчке он зажигает без проблем лампу на 12 вольт, что нам и требовалось. Итак, двигатель-генератор мы нашли. Приступаем к следующему шагу — расчету лопастей.

Лопасти

В качестве , можно без проблем использовать обычную сантехническую трубу из ПВХ длиной 60 см и диаметром 15 см. Разрежьте ее на 4 части. Это будут заготовки лопастей. Затем вырежьте квадрат 5х5 у основания для создания крепежа в дальнейшем. Чтобы сохранить точную форму и не срезать лишнего рекомендуется просверлить изначально небольшое отверстие в нужном месте. Далее просто обрезаете лишний пластик вдоль заготовки по диагонали. Все, первая лопасть готова.

Используйте вырезанный элемент как шаблон для создания остальных трех лопастей. Также он будет играть роль запасной детали, если что-то пойдет не так. Двигатель на наш ветрогенератор мы выбрали и изготовили лопасти. Теперь нужно их сделать одним единым.

Сборка генератора с лопастями

Для объединения лопастей с генератором можно применять обычный шкив как основу и алюминиевый диск диаметром 13 см. Скрепив их вместе с использованием болтового соединения, вы получите отличную легкую и практичную основу, которая будет являться промежуточным звеном, передающим силу ветра с лопастей, вращая ветрогенератор. Сами лопасти крепятся также при помощи болтов. В магазине сантехники можно приобрести колпак, чтобы скрыть все металлические детали и придать ветряку большей обтекаемости. Практика показала, что все эти параметры позволяют даже легкому ветерку создавать вращения и при этом ветрогенератор вырабатывает положенные ему 12 В.

Установка турбины

Для установки турбины своими руками можно использовать обычную деревянную подставку из бруска длиной 84 см. Также желательно использовать кусок пластиковой трубы диаметром 10 см для защиты двигателя от разного рода осадков. В качестве хвоста для ветряка на 12 вольт рекомендуется применять алюминиевую пластину размером 21х35 см и толщиной 20-30 мм. Она идеально подойдет как противовес и как элемент для поворота установки по ветру. Все размеры не критичны и могут быть немного изменены под особенности конструкции.

Также рекомендуется провести шлифовку всех элементов и закругление углов для более привлекательного вида и лучших аэродинамических показателей. Затем покройте все деревянные части несколькими слоями краски. Цвет можете выбрать любой, так как от этого ничего не зависит.

Для большего удобства на краю, где будет располагаться сам генератор, можно прикрутить несколько планочек, чтобы он плотно сидел на своем месте. Крепиться мотор при помощи хомутов. Ветрогенератор готов. Теперь нужно установить его на мачте.

Элементы мачты

Конечный результат при создании ветряка своими руками полностью зависит от возможности поворачиваться в зависимости от направления ветра и основной высоты.

Обычная железная труба диаметром 2,5 сантиметра легко скользит внутри электрического трубопровода сечением 3 сантиметра. На бруске установите железный фланец с посадочным местом под трубу 2,5 см. Центр ее должен находиться примерно в 19 см от края. Далее просто вверните кусок трубы в фланец. Также нужно просверлить отверстие в бруске под провода, которые будут проходить через него.

Основание можно сделать в следующей последовательности:

1. Из фанеры вырезается круг диаметром 60 см;
2. К нему крепятся два металлических сантехнических колена диаметром 2,5 см при помощи фланцев;
3. Посредине устанавливается тройник диаметром 3,5 см, на который накручивается основная труба;
4. В деревянном диске нужно просверлить несколько отверстий для закрепления его на земле.

Труба, которая будет служить мачтой, может использоваться как разборная, так и цельная. Длина ее должна быть не менее 3 метра, а диаметр 3,5 см. Для закрепления трубы можно использовать обычные веревки с хомутами.

Мы создали мачту и теперь можем смело устанавливать наш 12-вольтовый ветрогенератор в рабочее положение. При этом не нужно забывать о подсоединении к нему проводов и протягивании их через трубу. У основания требуется проделать отверстие, чтобы их вывести и подсоединить к контроллеру, который мы сейчас и рассмотрим.

Схема контроллера

Контроллер позволяет регулировать заряд в батареях и при этом не дает им излишка энергии. Если АКБ полные, то это устройство перенаправляет ток напрямую к потребителю. Контроллер на 12 вольт можно легко найти в любом магазине электроники. Но его можно сделать и своими руками, что в положительно отразится на цене.

На рисунке приведена схема сборки контроллера. Она немного изменена в силу того, что большое количество стандартных деталей очень тяжело найти. Любой радиолюбитель сможет ее собрать в кучу.

Установив ветряк и присоединив контроллер мы видим, что наша конструкция работает и даже мультиметр демонстрирует практически точное значение в 12 вольт при слабом ветре. Сборка ветрогенератора своими руками выполнена.

Затраты

Наверное, самой важной частью являются затраты. Проведя небольшое исследование рынка можно прийти к выводу, что на закупку всех элементов с учетом инвертора и батарей, наш ветряк, собранный своими руками, обойдется не более 250 $. Заводские ветрогенераторы имеют практически такие же характеристики, как и тот, что вы соберете своими руками. Вот только придется за них выложить больше 1000 $.

Деятельность как отдельных людей, так и всего нынешнего человечества практически невозможна без электроэнергии. К сожалению, быстро увеличивающийся объем потребления нефти и газа, угля и торфа ведет к уменьшению запасов этих ресурсов на планете. Что же возможно сделать, пока все это еще есть у землян? Согласно выводам специалистов, именно развитием энергетических комплексов можно решить проблемы мировых экономических и финансовых кризисов. Поэтому наиболее актуальными становятся поиск и использование бестопливных источников энергии.

Возобновляемая, экологическая, «зеленая»

Возможно, не стоит напоминать, что все новое - это хорошо забытое старое. Силу течения реки и скорость ветра люди научились применять для получения механической энергии очень давно. Солнце нагревает нам воду и двигает автомобили, питает космические корабли. Колеса, установленные в руслах ручьев и небольших рек, подавали воду на поля еще в Средние века. Одна могла обеспечить мукой несколько окрестных деревень.

В настоящий момент нас интересует простой вопрос: как обеспечить свое жилище дешевым светом и теплом, как сделать ветряк своими руками? 5 кВт-ной мощности или чуть менее, главное, чтобы можно было снабдить свое жилище током для работы электроприборов.

Интересно, что в мире существует классификация зданий по уровню ресурсоэффективности:

• обычные, построенные до 1980-1995 гг.;
• с низким и ультранизким уровнем энергопотребления - до 45-90 кВч на 1 кВ/м;
• пассивные и энергонезависимые, получающие ток из возобновляющихся источников (например, установив ветрогенератор роторный (5 кВт) своими руками или систему солнечных панелей, можно решить эту задачу);
• энергоактивные здания, вырабатывающие электричества больше, чем им требуется, получают деньги, отдавая ее через сеть другим потребителям.

Получается, что собственные, домашние мини-станции, установленные на крышах и во дворах, могут со временем составить своеобразную конкуренцию крупным поставщикам тока. Да и правительства разных стран всячески поощряют создание и активное использование

Как определить рентабельность собственной электростанции

Исследователи доказали, что резервные возможности ветров намного больше всех накопившихся многовековых топливных запасов. Среди способов получения энергии из возобновляемых источников ветрякам отведено особое место, так как их изготовление проще, чем создание солнцеулавливающих панелей. По сути, ветрогенератор на 5 кВт своими руками можно собрать, имея нужные составляющие, среди которых магниты, медная проволока, фанера и металл для лопастей.

Знатоки утверждают, что производительной и, соответственно, выгодной может стать конструкция не только правильной формы, но и построенная в правильном месте. Это значит, что необходимо учитывать наличие, постоянство и даже скорость воздушных потоков в каждом отдельном случае и даже в конкретном регионе. Если в местности периодически наступают штили, спокойные и безветренные дни, устройство мачты с генератором не принесет никакой пользы.

Прежде чем начинать делать ветряк своими руками (5 кВт), необходимо продумать его модель и вид. Не стоит ожидать от слабой конструкции большого выхода энергии. И наоборот, когда нужно запитать только пару лампочек на даче, нет смысла строить огромный ветряк своими руками. 5 кВт - мощность, достаточная для обеспечения электроэнергией практически всей системы освещения и домашних приборов. Будет постоянный ветер - будет и свет.

Как сделать ветрогенератор своими руками: последовательность действий

На выбранном для высокой мачты месте укрепляют сам ветряк с присоединенным к нему генератором. Вырабатываемая энергия по проводам поступает к нужному помещению. Считается, что чем выше конструкция мачты, больше диаметр ветряного колеса и сильнее воздушный поток, тем выше КПД всего устройства. На деле все не совсем так:

• например, сильный ураган может запросто поломать лопасти;
• некоторые модели можно установить на крыше обычного дома;
• правильно выбранная турбина легко запускается и отлично работает даже при ветре с очень слабой скоростью.

Основные виды ветряков

Классическими считаются конструкции с горизонтальным размещением оси вращения ротора. Обычно они имеют 2-3 лопасти и устанавливаются на большой высоте от земли. Наибольшая эффективность такой установки проявляется при постоянного направления и его скорости в 10 м/с. Существенным недостатком этой лопастной конструкции является сбой вращения лопастей при часто меняющемся, порывистом Это приводит либо к непродуктивной работе, либо к разрушению всей установки. Чтобы запустить такой генератор после остановки, необходима принудительная начальная раскрутка лопастей. Кроме того, при активном вращении лопасти издают специфические, неприятные человеческому уху звуки.

Вертикальный ветрогенератор («Волчок» 5 кВт или другой) имеет иное размещение ротора. Н-образными или бочкообразными турбинами захватывается ветер любого направления. Эти конструкции имеют меньшие размеры, запускаются даже при самых слабых воздушных потоках (при 1,5-3 м/с), не требуют высоких мачт, их можно использовать даже в городских условиях. Кроме того, номинальной мощности ветряки, своими руками (5 кВт - это реально) собранные, достигают при ветре в 3-4 м/с.

Паруса не на кораблях, а на суше

Одним из популярных направлений в ветроэнергетике сейчас стало создание горизонтального генератора с мягкими лопастями. Основным отличием является как материал изготовления, так и сама форма: созданные ветряки своими руками (5 кВт, парусный тип) имеют 4-6 треугольных тканевых лопастей. Притом, в отличие от традиционных конструкций, их сечение увеличивается в направлении от центра к периферии. Эта особенность позволяет не только «поймать» слабый ветер, но и избежать потерь при ураганном воздушном потоке.

Плюсами парусников можно назвать следующие показатели:

• большая мощность при медленном вращении;
• самостоятельная ориентировка и подстройка под любой ветер;
• высокая флюгерность и малая инерция;
• отсутствие необходимости принудительного раскручивания колеса;
• совершенно беззвучное вращение даже при больших оборотах;
• отсутствие вибраций и звуковых возмущений;
• относительная дешевизна конструкции.

Ветряки своими руками

5 кВт необходимой электроэнергии можно получить несколькими способами:

• построить простейшую роторную конструкцию;
• собрать комплекс из нескольких последовательно расположенных на одной оси парусных колес;
• использовать аксильную конструкцию с неодимовыми магнитами.

Важно помнить, что мощность ветряного колеса пропорциональна произведению кубического значения скорости ветра на ометаемую площадь турбины. Итак, как сделать ветрогенератор на 5 кВт? Инструкция далее.

За основу можно взять автомобильную ступицу и тормозные диски. 32 магнита (25 на 8 мм) располагают параллельно по кругу на будущих дисках ротора (подвижной части генератора) на каждый диск по 16 штук, притом плюсы обязательно чередуют с минусами. У противолежащих магнитов должны быть разные значения полюсов. После разметки и размещения все находящееся на круге заливают эпоксидкой.

Катушки медной проволоки располагают на статоре. Их количество должно быть меньше, чем число магнитов, то есть 12. Предварительно все провода выводят и соединяют между собой звездой или треугольником, затем тоже заливают эпоксидным клеем. Рекомендуется перед заливкой вставить внутрь катушек кусочки пластилина. После затвердения смолы и их извлечения останутся отверстия, которые нужны для вентиляции и остывания статора.

Как все это работает

Диски ротора, вращаясь относительно статора, образуют магнитное поле, и в катушках возникает электроток. А ветряк, присоединенный посредством системы шкивов, и нужен для того, чтобы двигать эти части рабочей конструкции. Как сделать ветрогенератор своими руками? Некоторые начинают изготовление собственной электростанции со сборки генератора. Другие - с создания лопастной вращающейся части.

Вал от ветряка сцепляют скользящим соединением с одним из дисков ротора. На сильный подшипник ставится нижний, второй диск с магнитами. Статор располагают посередине. Все части крепятся к фанерному кругу с помощью длинных болтов и фиксируются гайками. Между всеми «блинами» обязательно оставляют минимальные зазоры для свободного вращения дисков ротора. В итоге получается 3-фазный генератор.

«Бочка»

Осталось изготовить ветряки. Своими руками 5 кВт-ную вращающуюся конструкцию можно сделать из 3 кругов фанеры и листа самого тонкого и легкого дюраля. Металлические прямоугольные крылья крепятся к фанере болтиками и уголками. Предварительно в каждой плоскости круга выдалбливаются направляющие канавки в форме волны, в которые вставляются листы. Получившийся двухэтажный ротор имеет 4 волнистых лопасти, прикрепленные друг к другу под прямым углом. То есть между каждыми двумя скрепленными ступицами фанерными блинами расположены по 2 изогнутых в форме волны дюралевых лопасти.

Данная конструкция насажена по центру на стальную шпильку, которая и будет передавать крутящий момент генератору. Ветряки, своими руками (5 кВт) созданные, такой конструкции весят примерно 16-18 кг при высоте 160-170 см и диаметре основы 80-90 см.

Что нужно учесть

Ветряк-«бочку» можно установить даже на крыше здания, хотя вполне достаточно вышки высотой 3-4 метра. Однако обязательно нужно защитить от природных осадков корпус генератора. Рекомендуется также установить аккумуляторный накопитель энергии.

Для получения из постоянного 3-фазного тока переменного обязательно в схему нужно включить и преобразователь.

При достаточном количестве ветреных дней в регионе ветряк, своими руками (5 кВт) собранный, может обеспечить током не только телевизор и лампочки, но и систему видеонаблюдения, кондиционер, холодильник и другую электротехнику.

Ветрогенератор (ветряк) - это устройство, преобразующее кинетическую энергию ветра в механическую с последующим переводом в электричество. Производство ветрогенераторов в России за последние годы значительно выросло вместе интересом потребителей. Сегодня на рынке представлены импортные и российские ветрогенераторы мощностью от 0,1 до 70 кВт. Купить ветрогенераторы для дома можно в перечисленных ниже компаниях, продукция которых наиболее популярна у потребителей:

• ООО «Ветро Свет» (Санкт-Петербург), мощность ветряков 0,25–1,5 кВт;
• ООО «СКБ Искра» (Москва), мощность 0,5 кВт;
• OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., Миасс), мощность 1,5–30 кВт;
• ООО «Сапсан-Энергия» (Московская обл.), мощность 0,5–5 кВт;
• ЗАО «Ветроэнергетическая компания» (Санкт-Петербург), мощность 5 и 30 кВт;
• ЛМВ «Ветроэнергетика» (Хабаровск), мощность 0,1–10 кВт.

Различают бытовые и промышленные ветрогенераторы:

• Бытовые ветрогенераторы ‑ ветряки небольшой мощности, достаточной для обеспечения энергией частного дома. Для их работы нужна постоянная скорость ветра от 4 м/сек, а последние разработки оборудования позволяют вырабатывать электроэнергию и на слабых ветрах.
• Промышленные ветрогенераторы имеют мощность в несколько мВт. Такие установки работают на крайнем севере в районах с постоянными сильными ветрами.

Необходимые условия для эксплуатации вертогенератора:

1. среднегодовая скорость ветра не менее 4 м/сек;
2. свободное место для установки ветряка (лучше на возвышенности);
3. официально согласовывать установку с местной администрацией не потребуется - следует просто поставить ее в известность;
4. согласие соседей на установку - шум, создаваемый ветряком, может вызвать недовольство живущих рядом людей;
5. кроме самой установки, понадобится масса дополнительного оборудованная: аккумуляторы, инвенторная установка, система управления, мачта.

Сколько стоит ветрогенератор

Цены ветрогенераторов российского производства ниже, чем немецких, датских или индийских. Самые дешевые китайские ветряки, хотя качество их гораздо ниже. Самые простые ветрогенераторы для частных домов стоят до 500 долларов. Их можно использовать для локальной выработки электроэнергии, но решить проблему полного энергоснабжения дома они не смогут. Более мощные ветряные генераторы от 3 кВт для полноценного обеспечения жилища электричеством обойдутся дороже.

Примерная стоимость комплекта ветряных генераторов для дома:

• для небольшого частного (дачного) дома, мощность 3 кВт/72V, экв. $1700- 1800;
• для обеспечения электричеством коттеджа, мощность 5 кВт/120V, экв. $4000;
• для обеспечения электроэнергией нескольких домов или фермерского хозяйства, мощность 10 кВт/240V, экв. $8500.

Особым спросом пользуются ветрогенераторы с вертикальной осью вращения российского производства. Среди преимуществ этого оборудования:

1. малые необходимые скорости ветра для движения ротора;
2. независимость от направления ветра;
3. низкий звуковой фон, отсутствие вибрации;
4. конструкция безопасная для птиц;
5. не требуется принудительный запуск;
6. работает в любых погодных условиях, при любой силе ветра.

Цены ветряных генераторов для дома немалые, но стоимость электроэнергии постоянно растет, а ветрогенераторы быстро окупаются. Из недостатков отметим большую материалоемкость, низкий коэффициент преобразования энергии ветра в электроэнергию, крупные габариты установок больших мощностей.

Как сделать ветряной генератор своими руками

Покупка заводского ветрогенератора не всегда лучшее решение. Главное препятствие - высокая стоимость промышленных ветряков. Такое оборудование можно ставить не на всякий участок ‑ для установки мачты требуется специальное разрешение, да и опасно оставлять оборудование на необжитом месте. Альтернативный вариант ‑ сделать ветрогенератор для частного дома своими руками. Во многих случаях это приемлемо, учитывая минимальные затраты и возможность творчески проявить себя.

Роторный ветрогенератор - относительно простое преобразовательное устройство. Его будет недостаточно для полного обеспечения электроэнергией особняка, но на небольшой дачный домик самодельного ветряка вполне хватит. Он сможет осветить домик, хозяйственные постройки, дорожки на участке и т. д.

Самый простой вариант - использовать в качестве генератора ветряка автомобильный генератор. Автогенераторы недорого стоят, отлично ремонтируются, на рынке большой выбор. По стоимости они составляют примерно $20 за 1 кВт. Они выдают стабильное напряжение с определенных оборотов и стыкуются с аккумуляторами 12 вольт.

Недостатки:

• требуют высоких оборотов ‑ от 1,5-2,0 тыс. и выше в минуту;
• уступают в надежности заводским генераторам для ветряков;
• имеют относительно небольшой ресурс (до 4000 часов работы), что компенсируется низкой стоимостью.

Для сборки ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора мощностью 1,5 кВт понадобится:

1. автомобильный генератор на 12 в;
2. соответствующая по напряжению аккумуляторная батарея;
3. преобразователь с 12 на 220в, мощность 1,3 кВт;
4. небольшая бочка (ведро) из алюминия или стали;
5. зарядное реле и автомобильная контрольная лампа;
6. защищенный от влаги выключатель, 12в;
7. прибор контроля напряжения (старый вольтметр);
8. медный провод от 2 мм сечением;
9. крепеж (болты, шайбы, гайки, хомуты).

Из ручного инструмента понадобятся: ножницы по металлу, болгарка, рулетка измерительная, карандаш, отвертки, гаечные ключи в наборе, пассатижи, электродрель со сверлами.

Несколько принципиальных моментов в изготовлении ветрогенератора:

1. Максимальной эффективности можно добиться, переделав автомобильный генератор под постоянные магниты. Для этого обмотку возбуждения нужно заменить на несколько ферритовых магнитов.
2. Выточив немагнитный ротор из титана или другого немагнитного материала, можно избежать намагничивания ротора.
3. Чтобы повысить генерацию тока на малых оборотах, нужно перемотать статор, увеличив количество витков в 5 раз и уменьшив диаметр провода.
4. Установка на ротор неодимовых магнитов увеличит мощность генератора на малых оборотах. Четное количество магнитов крепится на стальной бандаж, который нужно прикрепить к основанию внутренней части генератора. При установке магнитов для повышения мощности нужно чередовать полярность.
5. Для изготовления лопастей подойдет дюралевая труба, крепеж делается из стали. Лопасти обязательно нужно балансировать, а также максимально облегчить конструкцию, удалив лишнее болгаркой и наждаком.

В сети достаточно материалов с подробным описанием работ, поэтому нет необходимости повторяться

Самая простая модель заводского ветрогенератора для освещения дачи обойдется, как минимум, в 60-70 тыс. руб. Альтернативный ветряк можно изготовить, используя в качестве главного элемента конструкции двигатель старой стиральной машины. И в этом случае без расходов не обойтись, но можно уложиться всего в несколько тысяч рублей.

Для ветрогенератора из стиральной машины своими руками придется купить ротор. Его можно сделать и самостоятельно, если купить неодимовые магниты, но их цена примерно такая же, как у готовых китайских роторов 2,5 кВт. Кроме того, производство ротора сложно технически. Кроме ротора, понадобится:

1. вал длинный;
2. редуктор;
3. шестерни;
4. крыльчатка;
5. мачта длиной 10-12 метров (можно сделать из труб 32 мм).

Для корпуса редуктора подойдет электродвигатель промышленного насоса. Крыльчатка устанавливается в горизонтальной плоскости.

Крыльчатку с длиной лопасти от 1,5 м лучше изготовить из прочного дюралюминиевого уголка или стеклопластика. Нередко предлагается делать лопасти из фанеры, но по опыту, при ветре 10-15 м/сек на высоте фанерные лопасти ломаются. Вал должен быть прочно закреплен, и при этом свободно вращаться. Крутящийся вал соединяется с генератором фланцем.

Более подробно о том, как сделать ветрогенератор из стиральной машины, смотрите на видео ниже

Как установить ветрогенератор

1. Устанавливайте ветрогенератор на открытом пространстве, лучше на возвышенности. Высота опоры не менее 10 м;
2. мачту крепите к опоре (столбу);
3. редуктор с крыльчаткой монтируйте на мачту;
4. вал подключите к шестерне в основании редуктора;
5. вал соединяйте с генератором через фланец;
6. Сверху над ветряком можно установить небольшой навес от осадков ‑ это продлит ресурс эксплуатации ветрогенератора.

Энергия ветра приручена людьми достаточно давно. Примером тому могут служить парусники, благодаря которым, в прошлом, мореплаватели открывали новые земли и создавали картину нашего настоящего мира. Также всем наверняка знакомы ветряные мельницы, которые являлись для наших предков единственными машинизированными средствами труда. Они и по сей день помогают людям.

Пример ветрогенератора для установки на крыше

В настоящее время энергия ветра представляет огромный интерес в качестве альтернативного источника электроэнергии. Попробуем разобраться, оправдан ли этот ажиотаж вокруг таких способов , как ветряные электростанции.

Эти новомодные приспособления для получения электроэнергии представляют собой определенное количество генераторов, использующих для работы силу ветра, объединенных в систему вместе с другим вспомогательным оборудованием. Наиболее продвинутыми в направлении электроэнергетики странами являются Германия и Дания. Исследования показывают, что потребление энергии в этих странах существенно ниже по сравнению с их соседями. Также, благодаря тому, что они внедряют возобновляемую энергетику в другие страны, в их бюджете замечается существенный прирост.

Ветряные электростанции бывают двух типов: с горизонтальным и вертикальным расположением оси вращения.

Первый тип еще называют пропеллерным, и применяют его чаще всего, так как такие ветряки имеют наибольший коэффициент полезного действия. Их отличает более сложная конструкция, включающая в себя устройство для ориентации по ветру. Самодельное изготовление пропеллерного типа ветряков затруднено. Работают такие установки только при больших скоростях ветра, поэтому их применение в условиях слабых ветров нецелесообразно.

Второй тип – вертикальные ветровые генераторы, имеют более простую конструкцию, и неприхотливы относительно скорости ветра. Минусом таких устройств является их малый коэффициент полезного действия. Любой из типов ветряков имеет существенный минус – это невысокое качество получаемой электроэнергии, что обязывает принять меры для устранения этого недостатка. В качестве компенсаторов используются стабилизирующие устройства, преобразователи и аккумуляторы.

Конструкция стандартной ветряной электростанции имеет следующие компоненты:

• ветряной двигатель;
• элемент, направляющий двигатель по ветру;
• редуктор;
• генератор;
• зарядное устройство;
• аккумуляторная батарея;
• инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный).

Если не углубляться в технические вопросы, процесс получения электроэнергии ветряными электростанциями можно описать следующим образом:

Читайте также

Система кондиционирования дома

Перед установкой ветрогенератора в конкретном месте проводится ряд подготовительных мероприятий.
В данной местности изучается направление и сила ветра, и если место оказывается перспективным, решается вопрос о рентабельности возведения станции.

Выбор ветряной электростанции

Сейчас в каждом регионе нашей страны можно найти организации предлагающие ветряки для дома. Выбор в сторону того или иного устройства делается на основании потребностей потребителя электроэнергии. К примеру, для со множеством разнообразных потребителей электроэнергии потребуется мощная установка.

Для того чтобы сделать возможной работу сельскохозяйственной техники, достаточно будет запроектировать генератор малой мощности. В любом случае расчет и монтаж систем, использующих возобновляемые энергетические ресурсы лучше всего доверить специалистам. Покупке конкретного типа ветряка предшествует тщательный анализ скорости ветра на участке.

Также необходимо учесть такие моменты, как среднегодовое потребление электроэнергии и пиковые нагрузки, а также ландшафт местности. Если в радиусе ста метров от ветряка находится постройка или, к примеру, дерево, то мачта должна иметь высоту, превышающую это препятствие на 10 метров. Можно, конечно, задрать ветряк еще выше, однако это будет экономически нецелесообразно.

Положительные стороны использования ветрогенераторов

1. Неисчерпаемость энергии ветра.
2. Более простое устройство и быстрая окупаемость, по сравнению с другими альтернативными источниками энергии.
3. Стабильное производство электроэнергии.
4. Экологическая безопасность.

Отрицательные стороны ветряков

Сколько стоят ветровые генераторы

Ветряки различаются в зависимости от используемой силы и скорости ветра. На рынке представлены различные агрегаты в широком ассортименте. Установка мощностью до 6 кВт может обеспечить электроэнергией магазин, кафе или даже маленькое сельскохозяйственное угодье.

Если есть потребность в обеспечении электроэнергией некрупного поселка, то мощность электростанции должна быть порядка 18 – 25 кВт.

В среднем, за простые ветряки для дома, поставщики попросят не меньше семисот тысяч рублей. Установки для решения более серьезных задач обойдутся гораздо дороже, три миллиона – это вполне реальная цена.

Малая ветроэнергетика

Как было сказано выше, ветряные электростанции очень шумные сооружения. Однако, существуют и такие варианты, которые подходят для тех мест, где высокий уровень шума недопустим. Небольшие объекты, такие как магазины, вполне могут быть обеспечены электроэнергией с помощью таких бесшумных установок.

Наиболее популярные варианты в настоящее время — это вертикальные модели, которые обладают следующими достоинствами:

• бесшумная работа, исключающая вибрации;
• защита от сильных порывов ветра;
• защита от молнии;
• способность подстраиваться под направление ветра.

Ветряки для дома можно легко установить своими руками, а также они просты в эксплуатации. Существует такой вариант домашних ветрогенераторов, как ветряк парусного типа. Возможно, он может отпугнуть кого-то своей внешней непривлекательностью, но зато его использование может быть оправдано даже при слабом ветре. Так же как и стандартные ветряки, такие агрегаты нейтральны в отношении загрязнения окружающей среды, стоят недорого и почти бесшумны.

Перспективы развития электрических станций, в которых используется энергия ветра

Говорят, что на наш век природных ресурсов хватит, однако, недалеко то время, когда альтернативная энергетика займет лидирующие позиции среди всех вариантов выработки электроэнергии. Уже сегодня во многих странах можно встретить ветряные электростанции для дома. В нашей стране альтернативная энергетика развивается медленными темпами, что можно объяснить плохим финансированием со стороны государства.

Читайте также

Системы охранной сигнализации для дачи и дома

Также, медленное развитие в нашей стране обуславливается большими запасами более дешевых энергоресурсов. Как бы то ни было, потребители в нашей стране сталкиваются с высокими тарифами на энергию, особенно в отдаленных районах. Для таких мест альтернативные источники энергии очень уместны, так как зачастую централизованное энергоснабжение там вовсе отсутствует.
В защиту развития ветроэнергетики в России можно отметить тот факт, что наши территории располагают огромным ветроэнергетическим потенциалом. Крайний Север и Дальний Восток нашей страны можно отнести к самым ветреным зонам.

В некоторых регионах России очень активно используют энергию ветра, к примеру:

1. Чукотский АО.
2. Астраханская область.
3. Республика Башкортостан.
4. Республика Коми.
5. Калининградская область.
6. Ростовская область.
7. Мурманская область.

Как показывает практика, ветряные электростанции и другие альтернативные источники энергии как минимум в два раза менее эффективны, чем электростанции, использующие традиционные виды энергии. Следовательно, для того чтобы получить столько же электрической энергии необходимо возвести в два раза больше станций. Рассуждая в таком ключе, можно прийти к выводу, что имеет место огромный перерасход материалов и занимаемой площади, что негативно влияет на экологию.

Капиталовложения на возведение ветряков сравнимы с затратами на строительство атомной электростанции, с расчетом вырабатываемой мощности. Если говорить о себестоимости вырабатываемого киловатта электроэнергии, то вопреки убеждениям она ненулевая. Все из-за того, что существуют эксплуатационные издержки.

Можно сделать вывод, что возобновляемость энергии несколько условна, так как для строительства ВЭС используются невозобновляемые материалы, производство которых, кстати, далеко не экологично.

Развитие альтернативной энергетики, в которой используется энергия ветра, идет медленными темпами из-за огромной трудоемкости процесса изготовления оборудования, необходимости в больших площадях и нестабильности работы.

Получение электрической энергии с помощью ветра становится одним из модных трендов последнего времени. Бытовой ветряной генератор, который относится к техническим средствам альтернативной электроэнергетики, приобрел свою популярность вполне заслуженно, так как обращение к нему обеспечивает владельцу ряд преимуществ:

• ветроэнергетика относится к экологически чистым средствам выработки электроэнергии, отсутствие генерация отходов;
• удобен в использовании из-за своей высокой надежности и низких эксплуатационных расходов;
• может быть смонтирован самостоятельно при наличии минимальных навыков в области строительства и электрики;
• его привлекательность с течением времени будет только увеличиваться из-за неизбежного увеличения тарифов электросбытовых компаний.

Устройство и принцип работы

Любой ветряной генератор состоит из нескольких типовых укрупненных блоков. Агрегат обязательно содержит турбину, которая вращается под действием воздушного потока, непосредственно или чаще всего через повышающий редуктор передает создаваемый момент на вал электрического генератора. Ротор вращается внутри статора на основе неодимовых магнитов, в результате чего вырабатывается электрическая энергия.

Конструкция ветряного генератора небольшой мощности показана на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция самодельного ветрового генератора

Вырабатываемая ветряным генератором электрическая энергия поступает в промежуточный накопитель, функции которого обычно берет на себя аккумуляторная батарея. Ток, отдаваемый аккумулятором, питает инвертор, с выхода которого снимают нормальное 220-вольтовое переменное напряжение бытовой частоты.

Наличие аккумулятора обязательно, т.к. он позволяет сгладить колебания мощности, снимаемой с турбины. Свою роль в этом играет факт того, что бытовой ветряной генератор устойчиво функционирует при скорости ветра от 6 м/с и выше, тогда как среднегодовое значение этого параметра на большинстве территории России оказывается примерно в полтора раза ниже.

Необходимые переключения, регулировки и прочие функции реализует блок автоматики.

Соответствующий уровень эксплуатационной надежности достигается наличие у конструкции запасов по отдаваемой мощности (обычно 10 – 20%).

Виды ветряков

Основное отличие ветряных генераторов между собой – исполнение воздушной турбины, которая может иметь различную конструкцию. Обычно полная совокупность агрегатов по ориентации вала вращения турбины делят на две основные разновидности: вертикальные и горизонтальные.

Вертикальные

Отличительная особенность и главное преимущество вертикального агрегата ветряного генератора – отсутствие жестких требований к высоте его установки, что заметно упрощает выбор места установки, процесс монтажа, последующее обслуживание механически подвижных частей. Воздушная турбина относится к тихоходной разновидности этой техники, может быть исполнена как

• простейший классический ротор с минимумом тремя вертикально ориентированными лопастями (пример такого устройства представлен на рисунке 2);
• двухрядный ротор, наличие внутреннего ряа регулируемых лопастей обеспечивает ему повышенный КПД)
• ротор Дарье;
• ротор Савониуса;
• геликоидный ротор.

Более сложная форма трех последних типов турбин обеспечивает им меньшую материалоемкость.

Отличается минимумом подвижных частей, КПД установки мало зависит от направления ветра.

Горизонтальные

Ветрогенераторы с горизонтальной ориентацией вала турбины приводятся во вращение пропеллером. Пропеллер может быть двух-, трех и многолопастным. Лопастям некоторых пропеллеров иногда придают довольно сложную форму для некоторого увеличения эффективности функционирования установки. Пример такого агрегата показан на рисунке 3.

За счет большого диаметра винта обычно монтируются на стальной трубчатой или решетчатой мачте на высоте вплоть до нескольких десятков метров. Примеры таких мачт показаны на рисунке 4 и рисунке 5. Оборотной стороной увеличения высоты установки становится снижение турбулентности воздушного потока из-за ослабевания влияния земли, т.е. увеличение КПД и генерируемой мощности. С учетом этой особенности не рекомендуется использовать ветряки этой конструкции для коттеджных поселков из-за сильного экранирующего действия соседних строений.

Для создания баланса по крутящему моменту генератор закрывают обтекателем вала таким образом, чтобы он выполнял функции противовеса винта. Дополнительно удлиненная конструкция корпуса облегчает его ориентацию “по потоку”.

По сравнению с вертикальным устройством позволяет снять большую мощность. Платой за это становится трудности с выбором места установки, сложность монтажа, текущего обслуживания, а также неприятные акустические шумы при работе. Кроме того, из-за большой высоты конструкции горизонтальные ветряные генераторы обязательно требуют молниезащиты.

Малые ветрогенераторы

К малым или бытовым ветрогенераторам обычно относят агрегаты с мощностью не свыше 5 кВт. В розничной продаже доступны агрегаты различной мощности и исполнения отечественного и импортного производства, что позволяет подобрать нужное устройство без переплаты.

Обычно агрегаты поставляются в минимальном комплекте, который:

• включает контроллер;
• не содержит буферной аккумуляторной батареи;
• обеспечивает сборку агрегата на месте установки при условии отсутствия местных ограничений.

Проект установки устройств горизонтального типа из-за их технической сложности требует тщательной проработки, может потребоваться консультация специалиста.

Стоимость маломощных моделей начинается с нескольких десятков тысяч рублей, сильно зависит от отдаваемой мощности.

Автоматика ветроэлектростанций

Современные электрические ветровые установки оборудуются развитой системой автоматики, которая:

• значительно улучшает характеристики;
• обеспечивает выравнивание отдаваемой мощности;
• делает эксплуатацию безопасной.

Типовой набор автоматики включает в себя:

• ограничитель частоты вращения ветряного колеса при высоких скоростях ветра;
• выравнивание колеса “по потоку” (важно для горизонтальных ветряков);
• защиту от короткого замыкания;
• отключение при отказах техники, ураганных ветрах, превышении порогового уровня вибрации.

Модели среднего и старшего классов обязательно поддерживают дистанционное управление и диагностику. Часть агрегатов дополнительно контролирует направление и силу воздушного потока для максимизации снимаемой мощности за счет выбора соответствующего угла установки всего устройства и лопастей турбины.

Система торможения

Система торможения предотвращает механическое разрушение агрегата при слишком высокой скорости ветра. Суть этой системы заключается в том, что автоматика производит замыкание электрических цепей магнитной системы генератора, что приводит к появлению мощного тормозящего усилия.

Дополнительно алгоритм функционирования системы управления предусматривает полный останов воздушной турбины при ветрах ураганной силы. Порог останова может регулироваться пользователем, типовые заводские настройки этого параметра предполагают включение режима останова при скорости 80 км/час.

Производители

Отечественной промышленностью налажен серийный выпуск широкой гаммы бытовых ветрогенераторов. Их параметры приведены в таблице:

Примечание: Г – горизонтальный, В – вертикальный

Плюсы и минусы

Основное преимущество ветряных электростанций – это их автономность.

Главные технические минусы оборудования этой разновидности – зависимость от погоды (кроме силы ветра влияет также снег и дождь) и сравнительно небольшая мощность, значение которой в среднем не превышает нескольких сотен Ватт. Требуют обязательного применения промежуточной буферной аккумуляторной батареи, которая требует замены через несколько лет службы.

При сравнении с дизель-генераторами уступают им по продолжительности работы, но зато не требуют подвоза топлива и выполнения сложных и дорогостоящих мероприятий по пожарной безопасности его хранения.

Которые в средних широтах реально работают максимум пять месяцев, заметно превосходит тем, что функционируют круглый год.

При существующих тарифах на электроэнергию не дают существенного выигрыша по приведенным затратам, однако не оказываются убыточными.

Изготовители ветровых электростанций большое значение уделяют их внешнему оформлению. Так что наличие этого агрегата на загородном участке не только свидетельствует о “технической продвинутости” его обладателя, но и может стать важным элементом дизайна и наглядной демонстрации заботы об окружающей среде.

О эстетических параметрах можно судить по рисунку 6.

Заключение.

Ветровые электростанции могут считаться полноценным альтернативным источником электрической энергии. С учетом типовых климатических условий большинства местностей нашей страны малые ветрогенераторы имеет смысл комбинировать в единую систему с солнечной батареей и дизельным генератором. В этом случае они вполне могут стать эффективным автономным вспомогательным средством выработки электроэнергии на даче или в загородном доме.