Поки інженери і технологи великих корпорацій розробляють проекти використання альтернативних джерел енергії в промисловості, домашні умільці знаходять способи її застосування в побутовому господарстві. Причому перехід на нестандартні генератори енергії обумовлюється не тільки бажанням заощадити на електриці. У дачних і котеджних селищах перебої з доставкою електричної енергії – не рідкість, а в деяких регіонах центральні мережі постачання і зовсім відсутні. Для власників віддалених приватних володінь і просто бажаючих забезпечити господарство незалежним джерелом енергії пропонується ідея виготовлення саморобного вітрогенератора в різних варіаціях.
Принципова конструкція вітряка
В домашніх умовах виготовити генератор на вітряну тязі нескладно. Достатньо взяти робочу частину пропелера або лопатеву групу, підключити її до двигуна з електричним перетворювачем і продумати систему акумуляції енергії. Далі залишається лише організувати технічні умови для роботи створеної інфраструктури. Проблема полягає в тому, що для більш або менш значущих обсягів вироблення конструкція повинна складатися з повноформатних робочих елементів. В першу чергу прораховується вісь колеса, її напрямок і складальні матеріали. Наприклад, вертикальні саморобні вітрогенератор своїми руками виготовляють з металевих пластин, оброблених спеціальним чином на верстатах або ручним інструментом. Неправильна геометрія лопатей може призвести до втрати моменту тяги з-за зміни напрями потоків. Така конструкція буде працювати проти потоків вітру.
У свою чергу, горизонтальні установки не так вимогливі до пристрою функціональних органів. Для них також будуть потрібні лопаті певної конфігурації, але за спрощеною формою.
Крім робочої механічної частини, в конструкцію вітряка входить вже згаданий двигун. Він повинен буде забезпечувати перетворення і акумуляцію енергії. Як правило, саморобний вітрогенератор для будинку виготовляється з моторів від побутової техніки, але можуть бути й інші варіанти. Окрема увага приділяється несучої конструкції. Її сформує масивна станина на основі металу, захисний корпус, рамна база для кріплення допоміжних вузлів, стійка і інші компоненти.
Технічні характеристики
Без попереднього розрахунку потужностей приступати до подальшого опрацювання вітрогенератора не має сенсу. Від обсягу перетворюваної енергії в кінцевому рахунку залежить спосіб застосування установки. І знову ж таки, продуктивність конструкції визначається розмірами робочого органу і конфігурацією його технічного виконання. Середні параметри саморобного вітрогенератора можна представити так:
- Діаметр лопатевого колеса – 200 див.
- Кількість лопатевих сегментів – 6.
- Напруга для генератора – 24 Вт.
- Сила струму – близько 250 А.
- Потужність генератора – діапазон від 0,2 до 3 кВт.
- Швидкість вітру до 12 м/с.
- Ємність акумулятора – 500 А/год
Збірка лопатей колеса
Як вже зазначалося, в будівництві складної конструкції вертикального вітряка не обійтися без металевого листа. Можна використовувати анодований алюміній, але за характеристиками міцності краще підходять сталеві сегменти, хоча для них потрібно верстатна обробка. У будь-якому випадку тільки жорсткий метал дозволить зібрати надійні лопаті конструкції для вертикального саморобного вітрогенератора. Своїми руками виготовити вітряне колесо для горизонтальної конструкції можна і з застосуванням заготовок з полівінілхлориду (ПВХ). Пластик більш податливий в обробці, нечутливий до впливів навколишнього середовища і легкий. Недоліки його впираються в механічну гнучкість, тому спочатку слід орієнтуватися на тверді сплави ПВХ.
Відповідні по структурі заготівлі можна знайти в напірних трубах або сегментах водостічних конструкцій. У випадку з пластиком варто орієнтуватися на товщину стін в 5 мм, довжину близько 100 см і діаметр до 15 см. Для формування сегмента бажано використовувати готовий шаблон, провести від нього контури і по них же зробити вирізку з допомогою електролобзика або пили по металу. Балансування саморобних лопатей для вітрогенератора виконується шляхом сточування і дрібнозернистою шліфування поверхонь. Всі кути і кромки ретельно округлюються під єдину форму.
Далі 6 лопатевих елементів слід встановити на базу вітряного колеса, в яку потім буде інтегрований і генератор. Кріплення здійснюється через металеву муфту діаметром 20 см і товщиною 1 див Допомогою інверторної делікатною зварювання до муфти слід приварити сталеві посадочні смуги довжиною 30 см і шириною 1,2 див. В них повинні бути передбачені отвори для фіксації лопатей.
Генератор з велосипедного мотора
Питання вибору генеруючої установки, можливо, найбільш відповідальний, тому буде розглянуто кілька варіантів. Найбільш практичний і зручний з точки зору монтажу агрегат – електричний веломотор, який можна придбати в середньому за 7-10 тис. руб. Це буде модель з характеристиками напруги до 250 В і частотою обертання близько 200 об/с. Далі виконується з’єднання муфти вітряного колеса і саморобного генератора. Вітрогенератор можна фіксувати до корпусу болтами, вибираючи отвори під кріплення спиць. У результаті повинна вийти компактна, відносно легка, але і не найпродуктивніша установка для вироблення електроенергії. Тому варто розглянути і альтернативні варіанти потужніший.
Конструкція з автомобільним генератором
За сукупністю саме робочих якостей така установка буде оптимальним силовим агрегатом, причому якщо є можливість, то рекомендується застосовувати тракторні та вантажні стартери. Головна складність буде полягати в обмотці пристрою неодимовими магнітами. Їх слід наклеювати на роторні диски. Оптимально підійдуть магнітні елементи формату 25х8 мм в кількості 20 шт. При цьому полюса слід суворо чергувати, інакше стартер буде марний в конструкції.
Також варто відмовитися від круглих магнітів на користь прямокутних. Справа в тому, що саморобний вітрогенератор з автомобільного генератора повинен буде рівномірно розподіляти електромагнітні хвилі, а цю функцію в певній мірі не зможуть підтримати елементи круглої форми. За зовнішнім і внутрішнім контурами розміщення магнітів також організовуються лінії бортів. Їх можна виконати з пластиліну, зафіксованого епоксидним клеєм. Втім, для більшої надійності варто і весь стартер залити в’язкому смолою.
Застосування асинхронного двигуна
Для зручності при виконанні монтажних робіт можна взяти асинхронну силову установку і після нескладної переробки поєднати її з механічною робочою частиною вітряка. Основна частина доопрацювання буде пов’язана з проточкою ротора на токарному верстаті. Доведення робиться під товщину магнітних елементів. Проблема обробки пов’язана з тим, що в конструкції асинхронних двигунів не передбачаються спеціальні гільзи для вставки магнітів, тому пази розточуються самостійно.
Як і у випадку з вибором прямокутних електромагнітних елементів, формування вставок в корпусі робиться для правильного напрямку поля на стартер. Після технічного доопрацювання та впровадження робочої оснастки, можна заливати конструкцію епоксидною смолою. На виході повинен вийти саморобний вітрогенератор на 2 кВт і вище – продуктивність буде залежати від номінальної потужності і формату застосованих магнітів. До речі, не варто боятися того, що поле обробки клейовим складом трохи впаде напруга. Воно не має принципового значення для працездатності вітряка, але силу струму цілком може підняти.
Використання саморобного магнітного генератора
Для обслуговування невеликих акумуляторів можна обмежитися установкою стартера власного виготовлення. У нього буде безліч недоліків порівняно із заводськими пристроями, але для малопотужних споживачів і такої системи буде достатньо. Найважливіший етап у виготовленні – зробити правильний розрахунок витків обмотки. Їх кількість в саморобному вітрогенераторі на магнітах буде залежати саме від числа котушок. У середньому сукупну потужність забезпечують 1000-1200 обертів.
Якщо для намотування використовувати провід більшого перерізу, то знизиться опір, а сила струму – навпаки, збільшиться. Але в будь-якому разі потрібно верстат для створення котушок з обмоткою. Рутинний процес і довгий, тому без механізації не обійтися. Агрегат для намотування може бути ручним на базі верстата. Достатньо організувати обертову оснастку на металевому стержні і підвести до неї котушки з мідним дротом. Сама котушка буде круглою. Більш значущим є питання про її довжині, так як витягнута конструкція забезпечить більш прямі витки з великою витратою міді на секторі. Окремі сектори для коректного розподілу намотування по площі можна спочатку розмітити на папері, після чого використовувати на заготівлі котушки ті ж пластилінові бар’єри.
В цілях підвищення міцності саморобного вітрогенератор своїми руками рекомендується на дно форми наносити і склотканина. Щоб вона не прилипла до поверхні, тильну сторону бажано обробити воском або вазеліном. В системі стартера група котушок збирається без прямих контактів. Кожен елемент повинен мати надійну фіксацію, а кінці фаз виводяться назовні з багатошаровою ізоляцією. Кілька проводів можна об’єднати в одну фігуру – зіркою або трикутником.
Установка генератора на раму
Зібраний силовий агрегат повинен бути розрахований на певні електротехнічні навантаження, але не варто забувати і про стороннє механічному впливі. Щоб конструкція переносила динамічне і статистичне тиск, вал генератора повинен бути надійно зафіксований в станині. Для цього використовують металеву раму, підходящу для саморобного вітрогенератора за формою і розмірами. В крайньому випадку можна застосувати матеріали, що демпфірують, які затиснуть установку в корпусі. Занадто важкі каркаси теж використовувати небажано. Оптимальний варіант – станина алюмінієва завтовшки 1-2 див.
Захист від сильного вітру
У нормальному режимі вітряк функціонує і стабільно виробляє струм при швидкості вітру 10 м/с. Перевищення цього показника буде шкідливо як для несучої конструкції, так і для електротехнічної начинки обладнання. Тому установка захищається системою бічній лопатки. Наприклад, саморобні вертикальні вітрогенератори оберігають від ураганів за допомогою панелей, що дають пружинне зусилля. У такій конструкції генератор буде працювати у напрямку потоку з хвостовим оперенням, тобто функція системи обмежується механікою, але без надмірних навантажень від повітряних потоків.
Щогла для вітрогенератора
Центральний і основний несучий компонент установки, від якого залежить механічна надійність всього комплексу. В якості цього стрижня можуть використовуватися профільні куточки, труби і стовпи. Практичніше і зручніше в монтажі обходиться металева труба з діаметром 10 см Що стосується довжини, то треба мати на увазі, що оптимальне положення генератора над землею складає 4-5 м. Промислові установки монтуються на більшій висоті, але для надійної установки з такими параметрами потрібна додаткова техніка. У даному ж випадку можна за принципом гвинтових паль встановити саморобний вітрогенератор на трубі із заглибленням у землю на 1-1,5 м. В виборі точки положення треба врахувати, що в радіусі 30 м на тому ж рівні не повинні перебувати перешкоди. У крайньому разі доведеться підняти робочу конструкцію на 1 м вище бар’єру.
Заздалегідь можна розрахувати і пристосування для спуску і підйому. Без обслуговуючих заходів все одно не обійтися, а підставка звичайної сходи – рішення не саме надійне. На додаток конструктори рекомендують встановлювати страхують розтяжки з відступами в 5 м по висоті щогли. Вони кріпляться до землі за допомогою анкерних з’єднань в радіусі, який становить половину від висоти стовпа.
Висновок
Генераторні установки, що працюють від природних джерел енергії, як і раніше, не мають масового поширення з причини високої вартості базового устаткування і чималих витрат на обслуговування. У даному ж випадку найдорожчим може бути саморобний вітрогенератор з асинхронного двигуна, який потребує потужної силової бази і регулярної підтримки. З іншого боку, у нього ж і найвища продуктивність (ККД близько 80%), яка дозволить окупити витрати на монтаж і супутні матеріали. Наскільки вистачить енергії від акумулятора, підключеного до такого генератора? Як показує практика, мінімальний енергетичний поріг системи з віддачею в 2-3 кВт дозволяє покрити потреби кліматичних систем, побутових груп освітлювальних приладів, холодильної техніки і т. п.
