Дачи, коттеджи и другие объекты, расположенные за городом, довольно часто оказываются удаленными от централизованных источников электроснабжения. Наилучшим выходом из таких ситуаций считается автономная система питания (АЭС), однако не все могут их приобрести из-за высокой стоимости. Поэтому некоторые хозяева загородных домов предпочитают изготавливать ветрогенераторы и электростанции своими руками из подручных материалов.
Выбор конструкции ветряного генератора
Энергия ветра все чаще используется в современных условиях, как возобновляемый источник энергии, который можно получить совершенно бесплатно. На основе этого природного явления вполне возможно сделать ветряную электростанцию (ВЭС), подходящую для использования в автономном режиме.
Ветрогенераторы особенно актуальны для владельцев загородных домов и дач, где нередко случаются перебои с электроснабжением, или централизованные электросети и вовсе отсутствуют. Однако, промышленные образцы стоят очень дорого, и требуется длительный срок для их полной окупаемости. В связи с этим, многие домашние мастера изготавливают ветрогенераторы и другие электростанции самостоятельно. В этом случае финансовая нагрузка ощущается не так сильно, поскольку она равномерно распределяется в течение определенного времени.
Прежде чем электростанция для дома будет создана, следует определиться с погодными условиями и установить, может ли ветер быть постоянным источником энергии в данной местности. Все предварительные расчеты выполняются с учетом общих климатических характеристик, в том числе скорости ветра и его распределения по времени. Сведения о погодных условиях можно получить у работников местной метеостанции.
Большое значение имеет правильный выбор конструкции генератора ветроэлектростанций. Основным конструктивным признаком является расположение осей вращения, которое может быть горизонтальным или вертикальным. Первый вариант ветрогенераторов относится к пропеллерному типу и более популярен, благодаря преимуществам высокого коэффициента полезного действия. Их работоспособность и эффективность полностью зависят от скорости ветра. При малой скорости самодельная электростанция просто не будет работать.
Вертикальные конструкции считаются более простыми и неприхотливыми в эксплуатации. На их работу почти не влияет скорость и направление ветра. Эти ветрогенераторы имеют низкий КПД, составляющий всего 15%.
Общий недостаток обеих самодельных конструкций заключается в низком качестве производимой электроэнергии. Для приведения ее в соответствие с нормами дополнительно требуются дорогостоящие устройства стабилизации, электрические преобразователи, аккумуляторные батареи, нивелирующие все достоинства и недостатки. Без этих приборов электроэнергия пригодна лишь для активных бытовых нагрузок – нагревателей, ламп накаливания и т.д. Бытовая техника на некачественной электроэнергии работать не будет.
Выбор деталей и компонентов
Перед началом работ необходимо заранее приготовить все необходимое с учетом выбранной конструкции. Принципиальная схема любого ветряного двигателя включает в себя следующие элементы:
- Наиболее подходящий вариант ветряного двигателя.
- Ориентирующее устройство, располагающее двигатель относительно направления ветра.
- Передаточная система в виде мультипликатора или редуктора, передающая вращательный момент от двигателя к генератору.
- Генератор постоянного тока с выбранной мощностью.
- Аккумулятор, накапливающий полученную электроэнергию.
- Инверторная установка, преобразующая постоянный ток в переменный.
- Зарядное устройство и другие компоненты, которые могут понадобиться в конкретных условиях.
Наиболее ответственным моментом считается выбор источника тока – генератора. Данный прибор относится к наиболее сложным элементам всей ветряной установки. Для этих целей лучше всего воспользоваться электродвигателем постоянного тока, рабочее напряжение которого составляет от 60 до 100 В. Он полностью совместим с зарядной аппаратурой для АКБ и не требует каких-либо переделок.
Если же в качестве источника напряжения воспользоваться автомобильным генератором, то могут возникнуть сложности технического плана. Они связаны с номинальной частотой вращения, составляющей в среднем 2000-2500 оборотов в минуту. В случае прямого соединения, ветряной двигатель не сможет обеспечить таких оборотов, поэтому нужно будет подбирать наиболее подходящую конструкцию редуктора или мультипликатора, с помощью которых создается нужная частота вращения.
Существуют и другие варианты, например, двигатель с неодимовыми магнитами или конденсаторы, подключаемые к обмоткам. Они требуют сложных технических расчетов и не всегда подходят для самостоятельного конструирования.
Инструменты и материалы
Определившись с основными конструктивными элементами, следует переходить к подготовке необходимого инструмента и материалов, чтобы изготовить и смонтировать ветрогенератор.
В обязательном порядке потребуются следующие инструменты:
- Дрель электрическая с набором сверл по металлу.
- Электродуговой сварочный аппарат.
- Гаечные ключи в ассортименте (набор).
- Углошлифовальная машина (болгарка) и отрезной диск. Вместо нее можно воспользоваться ножовкой по металлу.
Из материалов необходимы:
- Отрезок пластиковой трубы, длиной 60 см, диаметром 150 мм.
- Квадратный алюминиевый лист 300х300 мм, толщиной 2-2,5 мм.
- Кусок прямоугольной металлической трубы длиной 1 метр, размером 80х40 мм.
- Трубы металлические круглые: L – 300 мм, D25 – 1 шт., L – 6000 мм, D32 1 – шт.
- Электрический провод медный. Длины должно хватить для подключения электродвигателя, размещенного на мачте, а сечение – выдерживать подключенные нагрузки.
- Электродвигатель постоянного тока на 500 оборотов в минуту со шкивом, диаметром 120-150 мм.
- Аккумулятор на 12 В.
- Инверторный преобразователь 12/220 В.
- Реле автомобильное для зарядки аккумуляторной батареи.
- Болты с гайками для крепления деталей.
Изготовление ветрогенератора и сборка конструкции
В конструкции ветрогенератора будет использована горизонтальная ось вращения, существенно повышающая технико-экономические показатели. Для накопления полученной энергии используется аккумулятор, обеспечивающий бесперебойное питание потребителей.
Типовая ветряная электростанция своими руками собирается в определенной последовательности:
- Лопасти пропеллера изготавливаются из отрезка пластиковой трубы, диаметром 150 мм. Ее нужно разрезать вдоль на 4 равных части. Каждая часть разрезается по диагонали таким образом, чтобы с одной стороны ширина осталась без изменений, а с другой – уменьшилась до 20-25 мм. Поскольку вентилятор будет с тремя лопастями, потребуются лишь три части от разрезанной трубы.
- Готовые лопасти закрепляются на шкив с помощью болтов под углом 120 градусов относительно друг друга. После этого вся конструкция устанавливается на вал электродвигателя.
- К широкой стороне прямоугольной трубы строго перпендикулярно приваривается круглая труба D25 мм. Расстояние от края составляет 1/3 часть от общей длины. Получается конструкция с разной длиной плеч.
- На коротком плече (1/3) устанавливается электродвигатель, а на длинном (2/3) – закрепляется лист алюминия, выполняющие поворотную функцию для всей конструкции относительно направления ветра.
- Труба D25 мм вместе со всей конструкцией нужно вставить в трубу D32 мм. Это и будет механизмом поворота для всей ветряной установки по направлению ветра, чтобы домашняя электростанция работала с максимальной отдачей.
- Труба D32 мм после ее надежного закрепления будет играть роль мачты. Вначале деталь устанавливается в грунт, после чего она дополнительно закрепляется растяжками. До начала подъема мачты медный кабель нужно подключить к электродвигателю.
- На заключительном этапе выполняется сборка электрической части. Все детали объединяются в отдельный блок. Схема подключения должна обеспечивать зарядку аккумулятора, преобразование напряжения и подключение потребителей.
После пробного пуска в случае необходимости опытным путем изменяется конфигурация и размеры лопастей, соотношение передаточного звена от ветряного двигателя к генератору. Таким путем можно добиться наиболее оптимальной работы всей установки.
Ветровая установка с вертикальной осью вращения
Многие домашние мастера используют в конструкции ветрогенератора вертикальную ось вращения двигателя. Подобные ветровые электростанции для дома более технологичны, не нуждаются в дефицитных материалах и не требуют больших объемов работ, связанных с механической обработкой деталей.
Это позволяет создать электростанцию своими руками значительно быстрее и дешевле. Для того чтобы схема с вертикальной осью стала более эффективной, в ней используется автоматическая регулировка лопаток ротора под влиянием изменяющегося воздушного потока. Ветряной двигатель можно соединить с генератором и получить электрический ток или подключить напрямую к водяному насосу. Это очень важное качество электростанции для частного дома.
Для изготовления лопастей ротора используется фанера толщиной 2 мм или жесть толщиной до 0,8 мм. Основой служит металлический или деревянный каркас. Лопатки закрепляются на крестовинах, расположенных сверху и снизу. Конструкция, сделанная таким образом, имеет втулки со стопорными винтами, которыми она закрепляется на валу двигателя. Материалом крестовин служит стальная полоса толщиной 5 мм, между собой они соединяются сваркой.
В зависимости от скорости ветра, лопатки автоматически устанавливаются в нужную позицию. За счет этого ротор вращается с постоянной скоростью при любой силе ветрового потока. Автоматика включает в себя крестовину, тягу и пружину. Ротор раскручивается под действием набегающего ветра. При небольшой скорости пружина находится в сжатом состоянии и удерживает лопатку в самом оптимальном положении. Когда ротор начинает вращаться с более высокой скоростью, возникает центробежная сила и тяги под ее влиянием начинают разворот лопаток с изменением угла установки. Вращение становится стабильным, независимо от внешних факторов.
Изготавливая систему автоматической установки лопаток, необходимо балансировать всю конструкцию. Свойства пружины выбираются опытным путем. Балансировка осуществляется за счет дополнительных грузиков, устанавливаемых на лопатки со стороны, обращенной к оси, от которой работает ветровая электростанция.
Для рамной конструкции привода используются стальные уголки 50х50х5. Подшипники устанавливаются на площадки, вырезанные из стали толщиной 5 мм, и привариваются к ним. Нижнюю площадку рекомендуется делать подвижную, с возможностью центрировать роторный вал.
Тепловая электростанция на дровах
Такие источники электроэнергии относятся к недорогому оборудованию и могут широко использоваться в домашних условиях. Они работают на дровах или на других материалах, способных гореть и поддерживать необходимую температуру. Подобная частная электростанция может быть приобретена в готовом виде или сделана своими руками.
Работа установки происходит следующим образом. Печь, работающая на дровах, нагревает котел с водой или газом. Вода превращается в пар и уходит к турбине по трубопроводу. Под действием пара лопасти турбины начинают вращаться вместе с валом, соединенным с генератором. В результате, начинает вырабатываться электрический ток.
В процессе работы вода не испаряется сразу, а циркулирует по контуру, в том числе и в виде пара, который охлаждается и вновь превращается в воду. В связи с этим, данные установки относятся к взрывоопасным, однако проблема легко решается путем установки автоматических клапанов. Не рекомендуется заливать в систему обычную воду из-под крана, поскольку в ней содержатся различные соли, которые создают накипь. Поэтому в воду добавляются специальные средства, предотвращающие оседание солей.
Подобная мини- электростанция своими руками очень популярна у туристов, поскольку может без ограничений работать в автономном режиме на любом подходящем твердом топливе.
https://www.youtube.com/watch?v=4gJvdSoae9w&feature=emb_logo
