Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк с вертикальной осью вращения

Скорость ветра

К сожалению, в нашей стране не так много регионов, где скорость ветра находится хотя бы на уровне 5-7 метров в секунду. Берутся данные в среднем за год. В подавляющем большинстве широт, пригодных для проживания, эта самая скорость равняется максимум 2-4 м/с.

Это говорит о том, что ваша ветроустановка большую часть времени, элементарно не будет работать. Для стабильной выработки электричества, ей нужен ветер около 10 м/с.

Если в вашем районе ветер 7м/с, то генератор будет работать максимум на 50% от своего номинала. А если всего 2м/с, то и вовсе на 5%.

Фактически за час, 2квт генератор подарит вам не более 100Вт.

Еще вы столкнетесь с другой проблемой ветра, о которой умалчивают производители. Около земли, его скорость гораздо меньше чем наверху, там где ставятся промышленные установки высотой 25-30м.

Вы же свой агрегат будете монтировать максимум на десяти метрах. Поэтому даже не ориентируйтесь на таблицы ветров с разных сайтов. Эти данные вам не подходят.

Производители скромно умалчивают, что для их карт ветроресурсов, замеры производятся на высоте от 50 до 70 метров! К тому же там не учтены данные по турбулентности, завихрениям.

Попробуете задрать повыше чем 10м, обязательно задумаетесь о молниезащите. Наэлектризованные трением воздуха лопасти, очень вкусная приманка для разрядов!

К тому же, почему-то все беспокоятся только о таком параметре, как скорость ветра, и при этом забывают про его плотность или давление. А разница для энергетики весьма существенная. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорциональная.

Так, при увеличении давления ветра в два раза, генерируемая мощность возрастает в восемь раз!

Кроме того, есть определенное лукавство в указанных технических характеристиках генераторов.

Верить им конечно можно, но только для идеальных условий. Потому что:

показания эти снимаются в аэротрубе 

и в ламинарном потоке при неизменном направлении и повышенной плотности 

У вас же на дачном участке скорость ветра может быть такой, что не получится и вал прокрутить, не то что вырабатывать энергию.

И это весной или осенью. Именно в этот период происходят наиболее активные перемещения воздушных масс.

Не забывайте, что ветряк работает не в режиме холостого хода вертушки, а должен раскрутить ротор генератора в окружении неодимовых магнитов.

И это только до тех пор, пока электрический потенциал ветряка ниже напряжения АКБ. При достижении напряжения достаточного для начала заряда, аккумулятор превращается в нагрузку.

Если применить тихоходные конструкции с вертикальной осью вращения, то здесь уже присутствует повышающий редуктор. Вы пытались раскрутить повышающий редуктор? Такая конструкция усложняется, увеличивается вес, парусность, стоимость.

Даже на маяках Северного флота, учитывая там постоянные ветра и полярную ночь, специалисты предпочитают использовать солнечные батареи. На вопрос почему так, отвечают по-простому – проблем меньше!

Ветрогенераторы своими руками на 220 в

Для того, чтобы собрать ветроуловитель нам понадобятся: генератор на 12 вольт, аккумуляторные батареи, преобразователь с 12 v на 220 в, вольтметр, медные провода, крепежи (хомуты, болты, гайки).

Чтобы ветрогенератор получился практичным и качественным, перед его изготовлением лучше дополнительно ознакомиться с подробной инструкцией

Изготовление любого ветряка предполагает наличие таких этапов как:

1. Изготовление лопастей. Лопасти вертикального ветрогенератора можно сделать из бочки. Нарезать детали можно при помощи болгарки. Винт для небольшого ветряка можно изготовить из трубы ПВХ с сечением в 160 мм.
2. Изготовление мачты. Мачта должна быть высотой не менее 6 метров. При этом, для того, чтобы крутящее усилие не сорвало мачту, ее необходимо закрепить ее на 4 растяжки. Каждую растяжку, при этом, нужно намотать на бревно, которое следует закопать глубоко в землю.
3. Установка неодимовых магнитов. Магниты наклеиваются на диск ротора. Лучше выбирать прямоугольные магниты, магнитные поля в которых сосредотачиваются по всей поверхности.
4. Намотка катушек генератора. Намотка выполняется медной нитью с диаметром не менее двух мм. При этом, мотков должно быть не более 1200.
5. Фиксация лопастей к трубе при помощи гаек.

При наличии мощных аккумуляторных батарей и инвертора, полученное устройство сможет выработать такое количество электричества, которого будет достаточно для использования бытовой техники (например, холодильника и телевизора). Отлично подойдет такой генератор для поддержания работы систем освещения, отопления и вентиляции небольшого дачного домика, теплицы.

Законность установки ветрогенератора

Альтернативные источники энергии – мечта любого дачника или домовладельца, участок которого находится вдали от центральных сетей. Впрочем, получая счета за электроэнергию, израсходованную в городской квартире, и глядя на возросшие тарифы, мы осознаём, что ветрогенератор, созданный для бытовых нужд, нам бы не помешал.

Прочитав эту статью, возможно, вы воплотите свою мечту в реальность.

Ветрогенератор – отличное решение для обеспечения загородного объекта электроэнергией. Причем в ряде случаев его установка является единственным возможным выходом

Чтобы не потратить зря деньги, силы и время, давайте определимся: есть ли какие-либо внешние обстоятельства, которые создадут нам препятствия в процессе эксплуатации ветрогенератора?

Для обеспечения электроэнергией дачи или небольшого коттеджа достаточно малой ветроэнергетической установки, мощность которой не превысит 1 кВт. Такие устройства в России приравнены к бытовым изделиям. Их установка не требует сертификатов, разрешений или каких-либо дополнительных согласований.

Для того чтобы определиться с целесообразностью устройства ветрогенератора, необходимо выяснить ветроэнергетический потенциал конкретной местности (кликните для увеличения)

Впрочем, на всякий случай следует поинтересоваться, нет ли каких-либо местных нормативных актов, касающиеся индивидуального энергоснабжения, которые могли бы создать препятствия в установке и эксплуатации этого устройства.

Претензии могут возникнуть у ваших соседей, если они будут испытывать неудобства, связанные с эксплуатацией ветряка. Не забывайте, что наши права заканчиваются там, где начинаются права других людей.

Поэтому при покупке или самостоятельном изготовлении ветрогенератора для дома нужно обратить серьёзное внимание на следующие параметры:

Высота мачты. При сборке ветрогенератора нужно учитывать ограничения на высоту индивидуальных построек, которые существуют в ряде стран мира, а также местонахождение собственного участка. Знайте, что поблизости от мостов, аэропортов и тоннелей строения, высота которых превышает 15 метров, запрещены.
Шум от редуктора и лопастей. Параметры создаваемого шума можно установить при помощи специального прибора, после чего зафиксировать результаты замеров документально

Важно, чтобы они не превышали установленные шумовые нормы.
Эфирные помехи. В идеале при создании ветряка должна быть предусмотрена защита от создания телепомех там, где ваше устройство может такие неприятности обеспечить.
Претензии экологических служб. Эта организация может препятствовать вам в эксплуатации установки только в том случае, если она мешает миграции перелетных птиц. Но это маловероятно.

При самостоятельном создании и монтаже устройства учите эти моменты, а при покупке готового изделия обратите внимание на параметры, которые стоят в его паспорте. Лучше заранее обезопасит себя, чем впоследствии расстраиваться

• Целесообразность устройства ветряка обосновывается в первую очередь достаточно высоким и стабильным ветряным напором в местности;
• Необходимо располагать достаточно большим участком, полезная площадь которого не будет существенно сокращена из за установки системы;
• Из-за сопровождающего работу ветряка шума желательно, чтобы между жильем соседей и установкой было не менее 200 м;
• Убедительно аргументирует в пользу устройства ветрогенератора неуклонно повышающаяся стоимость электроэнергии;
• Устройство ветрогенератора возможно только в местностях, власти которых не препятствуют, а лучше еще и поощряют использование зеленых видов энергии;
• Если в регионе сооружения мини электростанции, перерабатывающей энергию ветра, случаются частые перебои, установка минимизирует неудобства;
• Владелец системы должен быть готов к тому, что вложенные в готовое изделие средства не окупятся сразу. Экономический эффект может стать ощутимым через 10 — 15 лет;
• Если окупаемость системы — не последний момент, стоит задуматься об сооружении мини электростанции собственными руками.

15 тонн как часы

Не менее высокотехнологично и содержимое гондолы ветрогенератора. В большинстве действующих сегодня ВЭУ мегаваттного класса используется мультипликатор — 3−4-ступенчатая система зубчатых передач, которая позволяет повысить обороты с 15 об/мин на валу ветроколеса до 1500 об/мин на валу электрогенератора. И хоть зубчатыми передачами мир давно не удивишь, мультипликатор ВЭУ — случай особый. Современный мультипликатор — это махина весом в 12−15 т, которая имеет КПД не ниже 97%. Это, с одной стороны, весьма габаритная, а с другой — в высшей степени прецизионная механика. Для изготовления мультипликатора требуются высококачественные сплавы, сверхточная обработка поверхности. Особенно это касается высокооборотной ступени — той, что ближе к генератору. Требуются специальные масла, которые облегчают ход механизма и отводят в систему воздушного охлаждения те самые 3% потерь, которые преобразуются в тепло. Только так можно обеспечить низкий вес мультипликатора, высокий КПД и высокую износоустойчивость конструкции для длительного ресурса механизма.

Конструирование ветроустановки требует тщательных расчетов и математического моделирования. При огромных габаритах ВЭУ мегаваттного класса «продуть» ее в аэродинамической трубе практически невозможно, так что вся надежда на опыт и практичную теорию.

Вертикальные ветряки

Общее устройство вертикальной конструкции состоит из нескольких узлов:

1. Колесо с лопастями, — основной ротор, воспринимающий силу воздушного потока. Назначение – преобразование кинематической энергии ветра в механическую, путём создания крутящего момента на валу.
2. Редуктор, — синхронизирует вращательное движение и создаёт определённую скорость вращения вала генератора.
3. Генератор, — устройство, вырабатывающее электрический ток посредством преобразования крутящего момента в магнитное поле и создания в проводке разности напряжений.
4. Аккумуляторная батарея, — накапливает и выдаёт постоянный ток величиной около 12 Вольт.
5. Инвертор, — устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный со значением 220 Вольт.

На самом деле, электрическая часть более сложная, и включает блок управления, стабилизации, соединения с несколькими потребителями.

Принцип работы

Движущийся с определённой скоростью воздушный поток встречает на своём пути препятствие в виде лопасти ветрогенератора. Ударяясь о поверхность, ветер создаёт на ней давление, под воздействием которого, ротор начинает вращаться и передаёт через редуктор на генератор крутящий момент. Последний начинает вырабатывать электрический ток.

Далее, электроэнергия поступает на контроллер, преобразовывается в постоянный ток и отправляется на подзарядку аккумуляторных батарей. Они, в свою очередь, транслируют поток электричества к потребителю через инвертор. Это устройство, потребляя ток постоянных величин, выдаёт переменное напряжение в 220 Вольт.

Преимущества и недостатки

Достоинства:

1. Малые начальные значения скорости ветра для начала движения ротора ветрогенератора. Для отдельных моделей эти показатели начинаются с 0,3м/сек. Но следует учитывать, что реальная отдача от ветряка начнётся при движении воздушного потока со скоростью не менее 3–5м/сек. Номинальная мощность генератора будет при скоростных показателях, находящихся в диапазоне 10–18 м/сек.
2. Не зависит от направления движения воздушного потока, — конструкция вертикального ветряка способна улавливать ветер под любыми углами атаки ветра.
3. Вертикальный ветрогенератор обладает низким звуковым фоном, — значения, в отличие от горизонтальных конструкций, редко превышают порог в 18–20Дб. Кроме этого, отсутствуют частоты близкие к нижнему порогу, — так называемый инфразвук, который негативно сказывается на здоровье человека. Отсюда следует, что монтаж установок возможен непосредственно рядом с жильём людей.
4. Выработка электромагнитного излучения минимальна и не ощущается окружающими. Конструкция не создаёт опасных и разрушительных вибраций.
5. Вертикальный ветрогенератор не опасен для птиц, в силу того, что он воспринимается ими как единое препятствие, которое надо обогнуть. Для горизонтального устройства, — опасность для пернатых представляют движущиеся лопасти, которые птицы не ассоциируют с препятствием и поэтому сталкиваются с ними.
6. Ветряк на вертикальной оси, благодаря своей конструкции, не требует принудительных механизмов для запуска, — движение ротора начинается при достижении воздушным потоком минимальных значений давления.
7. Работает при любых климатических условиях, может противостоять сильным порывам ветра, вплоть до ураганных значений.
8. Устройство просто в эксплуатации, — несложная система управления и малые текущие расходы, необходимые для поддержания рабочего состояния, делают этот тип ветряка привлекательным для частного использования.

Недостатки:

1. Коэффициент эффективного преобразования ветрового потока у вертикальной конструкции в 2–2,5 раза ниже по сравнению с горизонтальным устройством.
2. Вертикальный ветрогенератор обладает большей материалоёмкостью, нежели конструкции, выполненные по другим схемам.
3. С определённого значения мощности, некоторые конструкции сильно увеличиваются в размерах, что негативно сказывается на планировке полезной площади участка.

Разнообразие выбора

В настоящее время все большее количество людей хотят быть независимы от организаций, осуществляющих поставку всех видов энергии, служб их сбыта и контроля, а также применять эколого-безопасные технологии в повседневной жизни. Одним из таких путей является использование ветровых генераторов, разнообразие которых позволяет выбрать именно тот агрегат, который соответствует критериям выбора. Единственное ограничение, которое может заставить отклонить идею использования данного вида аппаратов, это отсутствие ветров в предполагаемом месте установки.

Критериями для выбора ветрового генератора служат:

1. Электрическая мощность;
2. Обеспечение электрической энергией в месяц;
3. Минимальная скорость воздушного потока;
4. Условия эксплуатации (температура, влажность, высота над уровнем моря и т. д.);
5. Система защиты от перегрузок;
6. Срок службы;
7. Стоимость комплекта оборудования.

В настоящее время ветровые генераторы выпускаются всеми технически развитыми странами, поэтому можно подобрать агрегат как по перечисленным выше критериям, так и по фирме и стране изготовителе.

В России подобные агрегаты выпускают:

Ветровые генераторы российского производства

• ООО «СКБ Искра», г. Москва;
• ООО «ГРЦ-Вертикаль», г. Миасс Челябинской области;
• ЗАО «Ветроэнергетическая компания» г. Санкт-Петербург;
• ЛМВ «Ветроэнергетика», г. Хабаровск;
• ЗАО «Агрегат-Привод», г. Москва;

и еще ряд компаний, зарегистрированных в нашей стране.

Наиболее известными зарубежными производителями ветровых генераторов являются:

• Немецкие компании: «Enercom», «Nordex», «Siemens» и «Repower»;
• Датская «Vestas»;
• Бельгийская «Blue Planet Wind»;
• Испанская «Gemesa»;
• Компании из Китая: «Guangzhou Sunning Windpower Generator Co., Ltd.», «Hefei Wind Wing Energy Technology Co., Ltd.», «Foshan Tanfon Energy Technology Co., Ltd.», «Hangzhou Lectstyle Trade Co., Ltd.», и другие;
• Компания «GE Energy» из США.

Что следует учесть при выборе?

До того момента,как возникает решение приобрести данного вида механизм, следует всё же учесть ряд определённых условий. Например, если сильные ветровые потоки не наблюдаются на территории вашего домашнего региона, то использования подобной роторной конструкции не будет себя, в общем, окупать.

Для данной местности лучше подойдёт генератор с относительно небольшой мощностью.Как верно и обратное – в природе нередко встречаются участки местности, где воздушные массы меняют своё направление несколько раз в 24 часа. В этом конкретном варианте, наоборот, допустимым и возможным является привлечение ротора с вертикальной осью.

Слой разделителя в литий-ионном аккумуляторе

Если внутренняя температура элемента по какой-то причине начнет расти, жидкий электролит высохнет, и произойдет короткое замыкание между анодом и катодом. В результате элемент может загореться или даже взорваться.

Чтобы этого не произошло, между электродами помещается дополнительный изолирующий слой, называемый разделителем. Разделитель проницаем для ионов лития благодаря наличию микропор. Электроны он не пропускает.

разделитель в литий-ионном аккумуляторе

Какой выбрать генератор для домашней ветроэлектростанции?

От автомобиля

1. Достоинства: не дорогой, очень легко отыскать, уже полностью собран.
2. Недостатки: для работы нужна большая скорость вращения, по этому требуется установка дополнительных шкив. Непродуктивен.

Цена: Зависит от модели и марки автомобиля.

Самодельный генератор

1. Достоинства: не высока стоимость всей комплектации, довольно хорошая продуктивность, относительно автомобильного генератора, при правильной сборке, возможно получение большой мощности, очень крепкая и неразрушимая сборка.
2. Недостатки: очень сложная затея для не обученного человека, требует обработки на токарном станке.

Цена: Зависит от купленных вами запчастей и номинальной, желаемой мощности.

Переменного тока, асинхронный

1. Достоинства: не высокая стоимость, очень легко найти и приобрести, не сложно переоборудовать под ветряк, при низких оборотах очень хорошая продуктивность.
2. Недостатки: максимальная мощность ограниченная, так как агрегат имеет внутреннее сопротивление, при высоких оборотах лопасти, генератор не производит достаточное количество электроэнергии для того, чтобы установить на ветряк, нужно обработать на токарном станке.

Цена: можно найти от одной тысячи рублей.

Постоянного тока

1. Достоинства: простая и понятная конструкция, уже собранный и готов к использованию, достаточно хорошо работает на низких оборотах.
2. Недостатки: очень сложно найти генераторы нужной мощности, ведь маленькие агрегаты не выдают нужную мощность, очень похотливый.

Цена: начинается от 7 тысяч рублей.

С постоянными магнитами

1. Достоинства: Очень высокая эффективность, есть возможность получить много мощности, конструкция крепкая и устойчивая.
2. Недостатки: Если делать своими руками, то очень сложный проект, требуется обработка на токарском станке.

Цена:  на 500 Вт конструкцию колеблется в районе 14 – 15 тысяч рублей.

Низкооборотный

1. Достоинства: Простой в использовании, не требует больших затрат, хорошо работает на низких оборотах.
2. Недостатки: Не будет работать на высоких оборотах, слабая мощность.

Цена:  Около 10 тысяч рублей.

Асинхронный

1. Достоинства: Не дорогой, легко найти, не сложно переоборудовать под ветряк, отлично работает на низких оборотах.
2. Недостатки: Внутреннее сопротивление ограничивает мощность, малая эффективность на высоких скоростях.

Цена: Имеется очень огромный сортимент данного товара, цена колеблется в районе 5 тысяч рублей, до пятиста тысяч, ценовой диапазон ориентируется по мощности.

Ископаемые, которые дают человечеству энергию скоро закончатся, нам нужно искать выход. Одним из таких выходов и является ветрогенератор. Его конструкция и установка дорогая, однако, установив его сейчас, вы обеспечиваете светлое будущее своим детям.