Изготовление ветрогенератора своими руками

На территории России существуют такие области, в которых отсутствует электроснабжение, а провести его туда технически сложно или дорого. Постоянное повышение стоимости ЖКУ заставляет население искать альтернативные способы получения электроэнергии. Одно из возможных решений проблемы – сделать ветрогенератор своими руками. Технически реализовать конструкцию под силу каждому человеку, у которого в хозяйстве есть стандартный набор инструментов.

Как работает ветрогенератор

Ветрогенератором (ветроэлектрической установкой – сокращённо ВЭУ) называют устройство, которое используя потоки ветра, преобразует механическую энергию в электрическую.

Есть три типа ВЭУ:

  1. Промышленные – отличаются большой мощностью (до 8 МВт). Используются госкомпаниями или крупными промышленными организациями. Часто объединяются в единую сеть.
  2. Коммерческие – средние по габаритам и выдаваемой энергии. Применяются небольшими компаниями.
  3. Бытовые – устанавливаются на территории дачных участков, возле частных домов.

Общая схема работы:

  • Ветер раскручивает винт установки, воздействуя на его лопасти;
  • Через вал (и/или редуктор) крутящий момент сообщается генератору, который вырабатывает переменный ток;
  • При помощи инвертора характеристики тока стабилизируются;
  • Происходит зарядка аккумулятора, а от него запитываются потребители электроэнергии.

Самодельный ветрогенератор
Ветрогенератор можно изготовить самостоятельно

Ветрогенераторы отличаются тем, что для их работы не требуется топливо, при функционировании нет отходов, не выделяются выхлопные газы. Кроме периодического технического обслуживания, ВЭУ не требуют никаких вложений финансов.

Но есть и минусы: в маловетреных регионах работа таких установок не будет эффективной.

Виды ветряков

Классификации ВЭУ различны:

  • По типу исполнения (вертикальные/горизонтальные);
  • По количеству лопастей и шагу рабочего винта;
  • По используемым материалам.

Каждая схема имеет свои особенности и недостатки.

Вертикальные

Основная ось таких устройств расположена перпендикулярно плоскости земли.

Вертикальный ветрогенератор
Модель вертикального ветрогенератора

Такие ветротурбины делятся на два типа:

  • «Карусельные» — роторные (пример: ротор Савониуса);
  • «Лопастные» ортогональные (ротор Дарье).

Преимущества:

  • Мало подвижных деталей;
  • Низкая конструкция;
  • Эффективность устройства не зависит от скорости направления ветра и угла потока.

Но есть и недостатки – небольшой КПД (по сравнению с другими системами) и большой объём используемых лопастей.

Горизонтальные

ВЭЛ с горизонтальным расположением главной оси распространены более всего. Их отличают более сложная конструкция, но и более высокий КПД.

Горизонтальный ветрогенератор
Горизонтальный ветрогенератор — наиболее распространённый тип устройства

Также пользователи отмечают высокую шумность ветрогенераторов с вертикальной системой – это ограничивает их применяемость – приходится устанавливать турбины подальше от жилых построек. Кроме того, даже небольшие установки подвержены сильной вибрации во время работы, поэтому ставить на крышу такие ВЭЛ не разрешается: конструкция способна разрушить элементы дома.

Законность установки

Установки с выходной мощностью до 75 кВт устанавливать на собственной территории не запрещается, и никаких согласований проводить не потребуется (факт, закреплённый в Постановлении кабинета министров России).

А если нужно поставить мощный генератор промышленного или коммерческого типа, то понадобится специальная подготовка, связанная с созданием фундамента и ограждения участка – а это уже считается капитальным строительством.

Рекомендуется перед установкой ВЭЛ прочитать местные законодательные акты, касающиеся энергетики и предоставления коммунальных услуг. В разных регионах могут быть свои правила.

Это важно! Изделия мощностью до киловатта рассматриваются как бытовые электроизделия и не требуют ни сертификации, ни каких-либо ограничений на использование.

Как сделать ветрогенератор своими руками

Для создания и монтажа конструкции могут понадобиться инструменты:

  • Дрель (также удобно использовать сверлильный станок);
  • Болгарка – пригодится для нарезания заготовок;
  • Набор гаечных ключей – потребуется при сборке ВЭУ;
  • Паяльник – для надёжного монтажа электропроводки.

Это важно! При работе с металлическими элементами может пригодиться сварочный аппарат, а для манипуляций с древесиной – электролобзик и рубанок.

Большую часть материалов для ветрогенератора можно отыскать на строительном рынке, в хозяйственных отделах гипермаркетов и автомагазинах.

Общее устройство:

  • Пропеллер (чаще всего берут двух или трёхлопастные);
  • Ротор турбины;
  • Редуктор;
  • Контроллер;
  • Генератор;
  • Инвертор;
  • Аккумулятор.

Аппаратура монтируется на каркасе, устройство которого необходимо разработать заранее. Маломощные ВЭУ устанавливают на одиночной стойке с растяжками.

Роторное устройство

Основной принцип работы схемы заключается в том, что лопасти винта автоматически становятся в такое положение, которое требуется для его вращения – это происходит из-за некоторого смещения оси в краю лопасти и благодаря ограничителю вращения.

Что потребуется:

  • Металлические (либо алюминиевые) профили или трубы – для мачты и винта;
  • Болты диаметром 6–12 мм;
  • Плотная ткань для лопастей (не потребуется, если винт решено делать из пластика или цельного металла);
  • Стальной трос для растяжек (усиления конструкции) – 4 одинаковых отрезка;
  • Электрогенератор – можно взять мотор от стиральной машины или любой другой.

Каркас винта собирается из металлических профилей, каждая лопасть покрывается тканью. Неплохим решением станет использование прочного пластика – он лёгок и не подвержен деформациям (трубы ПВХ, пластмассовые ёмкости).

Роторное устройство
Схема сборки роторного устройства

Некоторые мастера делают лопасти из металлических бочек или комбинируют элементы из дерева и металла. Важно создать такую конструкцию, которая могла бы выдержать сильные порывы ветра.

Пропеллер следует закрепить на главном вале с использованием шарикоподшипников. На нижней его части ставится шкив, который будет соединяться с валом генератора при помощи ременной передачи. Это требуется для увеличения скорости вала генератора – недостаточное возбуждение обмоток не позволит получить ток. Рекомендуемое соотношение передач (диаметров шкивов) – 1 к 10. То есть шкив генератора должен быть в 10 раз меньше шкива рабочего вала.

Генератор следует использовать низкооборотный. Например – Г.964.3701 с магнитным возбуждением. В конструкции отсутствуют щётки и имеется встроенный выпрямитель. При необходимости собрать генератор можно самостоятельно.

Генератор Г.964.3701
Генератор Г.964.3701 с магнитным возбуждением

Для изготовления мачты лучше взять прочную металлическую трубу (около 4–5 метров). Её следует зафиксировать на поверхности любым удобным способом. На ней устанавливается рабочий вал с пропеллером.

На уровне нижнего конца рабочего вала следует закрепить генератор так, чтобы их шкивы располагались на одном уровне.

Крепление генератора
Крепление генератора к рабочему валу

К клеммам генератора присоединяются провода и протягиваются к дому, подключаются к аккумулятору.

От аккумулятора два провода присоединяются к инвертору (к клеммам входа).

От «выхода» инвертора пара проводов протягивается к потребителям энергии или к общей электросети дома.

Ветрогенератор с редуктором
Схема сборки ветрогенератора с редуктором

Аксиальная конструкция

Лопасти пропеллера можно сделать, разрезав металлическую бочку 100–200 литров при помощи болгарки. Края лопастей рекомендуется усилить прутками арматуры, также подойдут толстые стальные полосы. Далее следует закрепить пропеллер на двух крестовинах из швеллера, нижняя из которых должна быть особенно прочной – основная часть нагрузки будет приходиться именно не неё. Как вариант – пропеллер из пластиковых труб, которые режут пополам и скрепляют болтами на металлическом основании. Конструкция монтируется на главном валу.

Теперь делаем генератор на неодимовых магнитах.

Для изготовления ротора годится лист железа толщиной около 10–20 мм. Должны получиться 2 диска с диаметрами 150 мм и 1 – 170 мм. Для этого придётся использовать токарный станок или заказать изделия у профессионалов.

Неодимовые магниты
Неодимовые магниты отличаются мощностью притяжения и высокой стойкостью к размагничиванию

Неодимовые магниты можно заказать в интернет-магазинах. Лучше приобрести дисковые 25 х 8 мм.

Магниты следует разместить на выточенных дисках и залить эпоксидным клеем.

Полярность на магнитах
Рекомендуется указать на каждом магните полярность – это облегчит дальнейший монтаж

Для обмотки статора берём медную проволоку 0,95 мм. Следует изготовить 12 одинаковых катушек 12 катушек (по 60 витков на каждую – это позволит получить на выходе около 100 Вт). Для намотки придётся сделать шаблон, чтобы катушки получились одинаковыми. Можно наматывать их вручную или (при наличии возможности) изготовить особый станочек.

Медная проволока
Катушки из медной проволоки

Полученные элементы нужно разместить на картонном шаблоне, скрепить их изоляционной лентой. Выводы катушек следует последовательно спаять: начало с началом, конец – с концом.

Форму для катушек делают из листа фанеры (около 10 мм). В заготовке вырезается отверстие 200 мм, а в центре полученного диска – 60 мм. Форму нужно залить эпоксидным клеем на 50%, выложить стеклоткань, затем – катушки, сверху – ещё кусок стеклоткани и залить клеем до конца.

Заготовка из фанеры
Форма для катушек из куска фанеры

Через сутки нужно обработать полученное изделие, по центру вырезать отверстие.

Для изготовления ступицы генератора следует взять трубу с внутренним диаметром 63 мм (например – кусок буровой трубы НКТ). К заготовке необходимо приварить гнёзда для будущих подшипников – 204 (их параметры: наружный диаметр – 47 мм; внутренний – 20 мм; толщина обоймы – 15,5 мм).

На тыльной части узла должна располагаться крышка (с креплением тремя болтами). Обязательно установить прокладку из толстого паронита, чтобы не вытекало масло, которое будет залито внутрь.

С наружной части должна быть установлена крышка с сальником. После сборки узла в него следует залить масло (подойдёт жидкое автомобильное) – для этого рекомендуется заранее просверлить отверстие и подобрать пробку.

На вал нужно надеть заготовку из диска с магнитами, но до этого следует сделать шпоночный паз на валу – отверстие 3,5 мм. А на дисках – соответственно отверстия сверлом 7 мм. В качестве шпонки потребуется взять шарик от подшипника 202.

Статор нужно закрепить шпильками из латуни, вставить промежуточное кольцо так, чтобы статор не затирало. Затем необходимо установить второй диск с приклеенными магнитами.

Это важно! Магниты должны иметь противоположную полярность.

Основа конструкции ВЭУ – толстая стальная труба, все провода нужно проложить внутри.

Ветрогенератор своими руками
Самодельный ветрогенератор

Электрическую часть (аккумулятор, контролёр) лучше собрать на отдельной рамке, дополнительно можно установить амперметр.

Выбор генератора

Создание генератора собственного изготовления потребует навыков, которые есть не у всех. Например, выполнение токарных работ. Поэтому нужно рассмотреть проблему приобретения заводского устройства, которое можно было бы использовать на ВЭУ.

Виды и особенности:

  1. Генераторы переменного тока (асинхронные) очень легко найти и приспособить для ветрогенератора. Минусы – недостаточная мощность, агрегат потребует доработок при монтаже.
  2. Генераторы постоянного тока отлично работают при небольших оборотах, почти не требуют доработок. Недостатки – трудно отыскать генераторы большой мощности.
  3. Асинхронные – не проблема купить генератор за небольшие деньги, но такие агрегаты малоэффективны при высокой скорости вращения вала, а внутреннее сопротивление ограничивает их мощность.

Генераторы делят на два типа по количеству фаз на выходе. Однофазные генераторы простые по конструкции, но под высокими нагрузками сильно вибрируют и могут гудеть. Трёхфазные устройства лишены этих недостатков, а при некоторых режимах более эффективно работают.

Особенности установки мачты

Чаще всего мачту делают из металлических заготовок – либо в виде сложного каркаса (для крупных и мощных установок), либо используют одну трубу (круглого/квадратного сечения), которую вкапывают в землю. В обоих случаях рекомендуется усилить мачту 3–4 растяжками из металлического каната.

Основные проблемы и распространённые ошибки

Главной проблемой, с которой сталкиваются создатели самодельных ВЭУ, является недостаточная мощность тока на выходе. Такое возможно, если при сборке использовался слабый генератор. До начала монтажа следует тщательно просчитать электрическую схему ветрогенератора. Если же узел собирается самостоятельно – с намоткой катушек – важно правильно вычислить диаметр проволоки и количество витков.

Частые ошибки, которые допускают при сборке:

  1. Неправильный выбор материалов приводит либо к полному, либо к частичному разрушению. Чаще всего это происходит с пропеллером. Рекомендуется опираться на существующий опыт, полученный при создании работающих конструкций.
  2. Слабое укрепление мачты грозит обрушением ветрогенератора. Большинство мастеров применяет дополнительные растяжки, которые занимают дополнительную площадь, но зато гарантируют устойчивость ВЭУ.
  3. Отсутствие в генераторах механизма торможения приводит к преждевременному износу подшипников и посадочных мест, а также к перегреву всего узла при сильном ветре. В некоторых случаях возможно заклинивание вала.
  4. Проблемы с электрической частью возникают при нарушении правил сборки или использовании негодных комплектующих.

Флюгерный ветрогенератор
Если прибор собран правильно, проблем в его работе возникнуть не должно

На ВЭУ флюгерного типа, которые вращаются вокруг своей оси, обязательно устанавливать ограничитель, который предотвратит раскручивание во время сильного ветра.

Сделать ветряк самостоятельно – посильная задача для человека, умеющего пользоваться бытовым электроинструментом. В сети есть множество схем и конструкций, среди которых можно выбрать подходящий вариант для конкретной ситуации. Возможны комбинации ВЭУ с системами солнечных батарей, это сделает домашнюю энергосистему более эффективной.

Главный плюс самодельных устройств заключаются в том, что владелец прекрасно осведомлён об устройстве установки и способен в короткие сроки модернизировать её или произвести ремонт.