Горизонтальные ветрогенераторы своими руками

Сложно не заметить, насколько стабильность поставок электроэнергии загородным объектам отличается от обеспечения городских зданий и предприятий электроэнергией. Признайтесь, что вы как владелец частного дома или дачи не раз сталкивались с перебоями, связанными с ними неудобствами и порчей техники.

Перечисленные негативные ситуации вместе с последствиями перестанут осложнять жизнь любителей природных просторов. Причем с минимальными трудовыми и финансовыми затратами. Для этого нужно всего лишь сделать ветряной генератор электроэнергии, о чем мы детально рассказываем в статье.

Мы подробно описали варианты изготовления полезной в хозяйстве системы, избавляющей от энергетической зависимости. Согласно нашим советам соорудить ветрогенератор своими руками сможет неопытный домашний мастер. Практичное устройство поможет существенно сократить ежедневные расходы.

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.

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.

Никакого налогообложения производства электроэнергии, которая расходуется на обеспечение собственных бытовых нужд, не предусмотрено. Поэтому маломощный ветряк можно смело устанавливать, вырабатывать с его помощью бесплатную электроэнергию, не уплачивая при этом государству никаких налогов.

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.

Вертикальный ветровой генератор – это техническое устройство служащее для преобразования энергии ветра в электрическую энергию с вертикально установленной осью вращения.

Принцип действия ветрового генератора

Работа ветрового генератора основана на преобразовании кинетической энергии ветра, во вращательную энергию передаточного механизма (лопасти-редуктор-передаточный вал) и далее, во вращательную энергию вала электрического генератора.

Во время вращения в обмотках генератора вырабатывается переменный электрический ток. Выработанный электрический ток подается на контроллер, преобразуется и накапливается в аккумуляторных батареях. С батарей аккумуляторов электрический ток поступает на инвертор, на которым преобразуется и поступает в электрическую сеть для использования.

Составляющие ветрового генератора:

Лопасти – служат для улавливания потоков ветра, который приводит их во вращательное движение;
Редуктор – служит для преобразования мало оборотистой скорости вращения лопастей в более высокую, позволяющую вырабатывать электрический ток;
Генератор – преобразует кинетическую энергию в электрическую;
Защитный кожух – элемент защиты технического устройства от источника посторонних воздействий;
Хвостовик — предназначен для обеспечения направленности лопастей в соответствии с направлением ветра;
Контроллер – служит для преобразования переменного тока в постоянный;
Аккумуляторная батарея – предназначена для накопления выработанной электрической энергии;
Инвертор – преобразует постоянный электрический ток в переменный.

Ветрогенератор с вертикальной осью вращения

В ветряных генераторах данного вида вращающаяся ось генератора расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

За годы использования устройств данного вида появились разнообразные конструкции которые объединены в группы, это:

С ротором Дарье — агрегаты оснащаются двумя или тремя лопастями, изогнутыми в форме овала.

К положительным особенностям данной конструкции можно отнести:

Самостоятельную ориентацию по отношению к воздушным потокам;
Удобное обслуживание установки.
Простота схемы агрегата.

К отрицательным относятся:

Нет возможности в самостоятельной раскрутке лопастей;
Значительная нагрузка на элементы конструкции;
Лопасти должны быть идентичны и соответствовать заданному профилю;
Повышенный уровень шума в процессе работы.
С ротором Савониуса – агрегаты оснащены лопастями в виде цилиндрических поверхностей.

Достоинствами данной группы являются:

Для запуска в работу требуются незначительные потоки ветра;
Способность быстрого набора крутящего момента;
Надёжность конструкции;
Низкая стоимость.

К недостаткам можно отнести:

Низкий КПД устройств этой группы.

Устройства с ротором Савониуса применяют при монтаже комбинированных ветровых генераторов, их используют для разгона агрегатов с ротором Дарье.

С вертикально-осевой конструкций ротора — у агрегатов этой группы лопасти напоминают форму крыла самолета и расположены вертикально, ось ротора расположена параллельна валу.

По внешнему виду агрегаты данной группы похожи на устройства с ротором Дарье.

К положительным качествам устройств относятся:

Простота в изготовлении;
Способность быстрого набора скорости вращения;
Низкий уровень шума.
Надежность в работе.
С геликоидным ротором – агрегаты этой группы являются более развитым вариантом устройств с вертикально-осевым ротором. Лопасти имеют форму геликоидной кривой.

Более низкие нагрузки на элементы конструкции;
Быстрый набор скорости вращения.

Повышенный уровень шума;
Высокая стоимость.
Многолопастный ротор – в основу агрегатов этого типа положена вертикально-осевая конструкция с устройством дополнительного внешнего кольца неподвижных лопастей.

Достоинства агрегатов данной группы:

Более высокий КПД установок;
Чувствительность к потокам ветра.

Высокая стоимость;
Повышенный уровень шума.

Российские вертикальные ветровые генераторы

Российские компании выпускают вертикальные ветровые генераторы различной мощности и типов ротора.

OOO «ГРЦ-Вертикаль» (Челябинская обл., г. Миасс) выпускает ветрогенераторы вертикального типа мощностью от 1,5 до 30 кВт, рассмотрим некоторые из них:

Ветроустановка ВЭУ-1.5 мощностью 1,5 кВт.

Портативная установка, может транспортироваться любым видом транспорта, проста в монтаже и эксплуатации.

Технические характеристики:

Номинальная мощность – 1,5 кВт;

Выходное напряжение — 48 В;

Рабочий диапазон скоростей ветра — от 2,5 до 25 м/с;

Номинальная скорость ветра 10,0 м/с;

Диаметр ротора 2,8 м;

Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;

Срок эксплуатации — 20 лет;

Межремонтный цикл — 5 лет;

Масса установки — 75,0 кг;

Стоимость установки – от 100000,00 рублей.

Ветроустановка ВЭУ-3(6), 6-и лопастная, мощностью 3,0 кВт.

Предназначена для автономного электроснабжения потребителей малой мощности (жилой дом, коттедж). Преимущества – удобство и простота монтажа, при установке дополнительного оборудования (аккумуляторов и инвертора), возможно увеличение мощности установки до 6,0 кВт.

Номинальная мощность – 3,0 кВт;
Выходное напряжение — 48 В;
Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 30 м/с;
Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
Диаметр ротора 3,4 м;
Высота ротора 4,2 м;
Число лопастей — 6 шт.;
Частота вращения ротора – от 60 до 180 об/мин;
Температура при эксплуатации — от -50 до +50ºС;
Срок эксплуатации — 20 лет;
Межремонтный цикл — 5 лет;
Масса установки — 620 кг;
Стоимость установки – от 300000,00 рублей.

Ветроустановка ВЭУ-30 мощностью 30 кВт.

Предназначена для электроснабжения большого дома, либо группы домов.

Номинальная мощность – 30,0 кВт;
Выходное напряжение – 96 — 400 В;
Рабочий диапазон скоростей ветра — от 4 до 60 м/с;
Номинальная скорость ветра 10,4 м/с;
Диаметр ротора 9,2 м;
Высота ротора 12,0 м;
Число лопастей — 6 шт.;
Частота вращения ротора – от 25 до 65 об/мин;
Температура при эксплуатации — от -50 до +40ºС;
Срок эксплуатации — 20 лет;
Межремонтный цикл — 5 лет;
Масса установки — 5100 кг;
Стоимость установки – от 1250000,00 рублей.

Как сделать своими руками

Ветряк подобной конструкции не составит труда изготовить человеку умеющему работать с ручным инструментом и немного разбирающимся в электротехнике.

Для изготовления понадобится:

Листовой металл (любой, толщиной 0,8– 0,9 мм) – для изготовления лопастей;
Сталь полосовая 40х40 мм (либо другого сечения);
Труба стальная, диаметром 25 мм;
Автомобильная полуось (марка авто не принципиальна) с подшипниками в комплекте;
Стальной уголок (профиль);
Шкивы разных диаметров – 2 шт.
Автомобильный генератор.

Из листового металла изготавливаются 4 лопасти габаритными размерами 1000х800 мм, которые скрепляются между собой полосовой сталью в форме барабана (лопасти направлены от центра круга по радиусам к наружному диаметру). Из стальной трубы делается мачта, которая с одной стороны закрепляется на автомобильной полуоси, а со второй стороны на нее крепятся собранные в виде барабана лопасти. Полуось, с соответствующими ей подшипниками, крепится на металлической опорной конструкции, которая изготавливается произвольной формы и из имеющихся материалов.

Два основных условия при изготовлении металлической конструкции, это:

Устойчивость при ветровых нагрузках;
Плотная посадка подшипников полуоси.

Для увеличения числа оборотов можно применить ременную передачу, установив на нижнюю полуось шкив большего диаметра, а на генератор меньшего. Генератор можно подобрать автомобильный.

Плюсы и минусы

К положительным свойствам ветровых генераторов с вертикальной осью вращения можно отнести:

Способность работать вне зависимости от направления ветра;
Продолжительные срок эксплуатации;
Удобство в обслуживании и эксплуатации;
Простота конструкции, позволяющая собрать из подручных материалов;
Способность выдерживать значительные внешние нагрузки.

К отрицательным свойствам относятся:

Металлоемкость конструкций и как следствие значительный вес;
Низкий КПД установок;
Высокий уровень шума.

Приведенные «плюсы» и «минусы» использования ветровых генераторов данного вида определяет выбор потенциальных потребителей «зеленой» энергетики, которых с каждым годом становится все больше и больше.

Дата публикации: 20 февраля 2019

За последние годы ветроэнергетика укрепила позиции среди других сфер отрасли. Доля этой сферы в общем объеме вырабатываемой энергии стабильно растет, есть сегодня целые страны, применяющие ветрогенераторы в качестве основных устройств для генерации электричества. Так, например, в Дании на 2015 год с помощью ветрогенераторов производилось 42% всего электричества в стране. Чуть отстают от этого государства Португалия (27%), Испания (20%), Ирландия (19%) и Германия (18,8%). Несомненным лидером по развитию ветроэнергетики в стране сегодня является Китай. По данным WindPower Intelligence, мощность установленных ветроэлектростанций в этой стране составляет 171,8 Гвт. За 2017 год страна ввела порядка 19,5 Гвт мощностей в эксплуатацию — это 37% от общего объема мировых мощностей.

Что касается России, то в отношении вопросов, связанных с энергией ветров, наша страна занимает срединное положение. С одной стороны — невероятно большая территория и равнины формируют достаточно ровные ветры. Но есть и другая сторона — ветры в России преимущественно медленные, низкопотенциальные. В некоторых районах, особенно малообжитых, наблюдаются буйные ветры, поэтому возможность построить на участке горизонтальный ветрогенератор своими руками для россиян кажется очень привлекательной.

Кроме того, можно сочетать ветровые установки с другими источниками альтернативной энергии, например, с солнечными электростанциями.

Горизонтальные ветрогенераторы: особенности конструкции

Превосходство горизонтальных ветряков над вертикальными в плане КПД особенно сильно проявляется, если речь идет о промышленных масштабах. Однако количество лопастей у горизонтальных ветряков ограничено, чтобы не увеличивать нагрузку на длинную мачту ветрогенератора. В случае, если речь идет о строительстве конструкции больших размеров, велика вероятность, что в какой-то момент давление на крыльчатку с множеством лопастей станет выше допустимых пределов, и в таком случае мачта просто не выдержит нагрузки, сломается. Именно поэтому промышленные турбины имеют обычно не более трех лопастей.

С конструкциями меньшего размера можно экспериментировать: например, в райцентре Михайловское были созданы горизонтальные ветряки, способные давать заряд при ветре три или даже два метра в секунду.

Еще одна особенность горизонтальных ветрогенераторов — возможность их наведения на ветер. Так как направление ветров над земной поверхностью нестабильно, ось вращения ветрогенератора должна быстро корректироваться при необходимости. Крупные конструкции устанавливаются чаще там, где преобладает единственное направление воздушных потоков, поэтому возможность корректирования оси вращения ограничена. В случае с небольшими ветряками используются специальные механизмы — хвостовики, которые корректируют положение ветрогенератора в автоматическом режиме.

Как построить горизонтальный ветряк своими руками

Чтобы обеспечить частный загородный дом энергией, будет достаточно устройства, мощность которого не превышает 1 кВт. При таких параметрах, согласно законодательству РФ, ветрогенератор можно приравнять к бытовому изделию, соответственно, можно смело строить горизонтальный ветряк своими руками, не заботясь о согласованиях в различных инстанциях — для монтажа подобных конструкций не требуются какие-либо сертификаты.

Пример плана строительства горизонтального ветряка

Если решили создать горизонтальный ветрогенератор своими руками, чертежи — первое, с чего следует начать. После того как на бумаге отдельные элементы сольются в одну понятную, логичную схему, можно приступать к строительству. Горизонтальные ветрогенераторы чаще имеют один и тот же состав элементов: высокая мачта (чтобы доставить ветряк на нужную высоту, где ветру не будут мешать ни строения, ни деревья), крыльчатки с парой-тройкой продолговатых пластиковых лопастей. Также конструкция предполагает использование сопутствующей аппаратуры, хвоста (стабилизатор, который в автоматическом режиме будет поворачивать крыльчатку в соответствии с воздушными потоками).

Источник тока. Это могут быть автомобильные , но наиболее простой вариант — установка электродвигателей. Для домашнего ветрогенератора подойдут моторы постоянного тока с 30-100 Вольтами напряжения. Хорошие модели, подходящие для наших целей, выпускает компания Ametek, но можно посмотреть двигатели с подходящими параметрами и у других производителей. Эксплуатируясь в режиме генератора, такие моторы позволяют получить до 50% от заявленного напряжения. Проверить КПД мотора просто — подключите автомобильную лампу на 12 вольт к электрическим выходам и крутаните вал мотора: если технические показатели подходят, лампа загорится.
Лопасти. Для изготовления лопастей можно использовать трубу из пластика. Диаметра в 15-20 см вполне хватит для наших целей. Из куска трубы длиной в 60 см можно изготовить четыре лопасти, но для самодельного ветрогенератора будет достаточно трех. Возьмите пластиковую трубу (например, сантехническую), отрежьте нужную длину плюс несколько сантиметров для обработки в дальнейшем. Получившийся обрезок нужно разделить на четыре одинаковые части — по линии оси. Каждый элемент следует вырезать по заранее подготовленному шаблону (шаблоны, чертежи в большом ассортименте представлены на просторах интернета, так что с поиском особых проблем не возникнет). Для того чтобы улучшить аэродинамические показатели лопастей, кромки необходимо аккуратно зашкурить. Лопасти готовы? Теперь их нужно прикрутить к шкиву из пары дисков, а тот, соответственно, — к валу мотора. После того, как лопасти закреплены, нужно торец ступицы закрыть обтекателем из пластика — это делается для того, чтобы улучшить аэродинамику.
Основа для флюгера. Делается из деревянного бруса длиной до 600 мм. Если есть выбор, стоит предпочесть брусок из твердых пород древесины. С одной стороны бруска монтируется электродвигатель, с другой — «хвост» из металлического листа. На нижней поверхности бруска нужно закрепить трубчатый отвод для соединения с мачтой, и чуть подальше высверлить отверстие, через которое в будущем сможете вывести кабель ветряка и подключить его к накопителю электроэнергии.
Основание. Для самодельной установки вполне нормальной будет высота в пять-семь метров. Для мачты отличным выбором станет металлическая труба диаметром 50-60 мм. Опору под нижнюю часть можно сделать из толстой фанеры, усилив конструкцию стальным листом. По краям тарелки нужно просверлить 4 отверстия диаметром 12 мм, через них будет осуществляться штыревое крепление к земле. На поверхность опорного основания прикрепляется конструкция из металлических фланцев, патрубков, тройника. Чтобы получить эффект шарнира, резьбовое сочленение между муфтой-тройником и уголками нужно выполнить не до конца — это даст возможность в любой момент спустить или поднять ветрогенератор. На трубчатый кусок надевается мачтовая труба большего диаметра до упора в ограничитель. Примерно таким же образом нужно соединить верхнюю часть мачты и флюгерную систему ветрогенератора, но в качестве ограничителя в этом случае будут выступать подшипники.
Наконец, последний этап — ветрогенераторная установка поднимается на обозначенную высоту (благодаря шарнирному устройству сделать это будет нетрудно), и мачта фиксируется растяжками. Часто в качестве дополнительного оборудования при установке горизонтальных ветряков используются устройства защиты от шквальных ветров. И это оправдано: сильные порывы ветра способны приводить к скачкам напряжения, что может вывести крыльчатку из строя. Для экстренного торможения применяются устройства, которые отводят ось крыльчатки при шквальных порывах от направления ветра.

Еще один момент: горизонтальные ветрогенераторы нуждаются в регулярном обслуживании, так что, если вы решили сделать горизонтальный ветряк своими руками, уделите внимание выбору места расположения. С одной стороны, в этом месте ветер должен быть наиболее сильным и равномерным (такие условия соблюдаются при установке на высоте), с другой стороны, вы должны иметь доступ к конструкции для обслуживания. Не забудьте про необходимость обустройства молниеотвода и заземляющего контура — ваша предусмотрительность поможет защитить конструкцию от поражения молнией.