Самодельный ветрогенератор для дома и дачи: принципы работы, схемы, какой и как делать

Можно ли изготовить ротационный дефлектор своими руками

Более простые виды дефлекторов, применяемые на практике давно, мастеровитые домохозяева нередко изготавливают самостоятельно. В принципе, технически подкованный человек с этой работой справиться сможет. Правда, для этого потребуется разработать рабочий чертеж будущей конструкции, грамотно снять замеры, разработать схему монтажа дефлектора.

Касательно турбированной вариации не все так просто – она технически более сложная конструкция. Поэтому, практически всегда, приняв решение использовать именно ротационную модель, приобретают ее в виде профессионально изготовленного изделия.

Применение ветряных электрогенераторов в домашних условиях

Исходя из вышеперечисленных факторов возникает вопрос: по какой причине в каждом доме не установить ветряк? Ответ состоит из двух основных пунктов:

• Цена. Стоимость устройств достаточной мощности очень велика. Например, стоимость агрегата мощностью 2 КВт и напряжением в 24 В составляет от 75000 руб.;
• Средняя сила ветра в большинстве регионах не достигает и 4 м/с.

Карта средней годовой скорости ветра в России

То есть использование ветряков, как основной источник энергии – нерационально. В стандартном доме, при одновременной эксплуатации всех бытовых приборов потребляется до 1 КВт в час, а при работе мощных электроинструментов, эта цифра возрастает, увеличивая требуемое напряжение в сети.

Монтаж всей системы обойдется минимум в 400000 рублей, и при непостоянной скорости ветра, этот способ электроснабжения теряет актуальность.

Наглядный пример схемы с устройством высокой мощности

Целесообразно применение собранных своими руками 220-вольтных ветряков, как альтернативный источник энергии. В совокупности с солнечными панелями, топливным генератором достаточной мощности или с центральной электросетью.

Схема совокупности ветряка и городского электроснабжения Электрическая система с применением трех источников

Изготовление корпуса и лопастей

Перейдем к изготовлению корпуса и лопастей для вертикального ветрогенератора.

Для корпуса нам понадобится металлическая труба диаметром 10 см и длиной 1 метр, которую нужно разрезать на две части.

Также нам нужно будет изготовить 3 лопасти. Для этого возьмем плоский металлический лист с размерами 30×20 см.

Процесс изготовления корпуса и лопастей выглядит следующим образом:

1.	Разрежьте трубу на две части, используя резку или пилу.
2.	Соедините две части трубы в форме буквы «Т», используя винты и гайки.
3.	На металлическом листе отметьте и вырежьте 3 одинаковые лопасти.
4.	Подогните лопасти в форме аэродинамического профиля, чтобы обеспечить эффективность работы ветрогенератора.
5.	Соедините лопасти с корпусом, используя сварку или винты.

После завершения этих шагов, корпус и лопасти должны быть готовы к дальнейшей сборке и установке на вертикальную ось ветрогенератора.

Общий принцип работы

Основным рабочим органом ветрогенератора являются лопасти, которые и вращает ветер. В зависимости от расположения оси вращения ветрогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные:

Горизонтальные ветрогенераторы наиболее широко распространены. Их лопасти имеют конструкцию, аналогичную пропеллеру самолета: в первом приближении это — наклонные относительно плоскости вращения пластины, которые преобразуют часть нагрузки от давления ветра во вращение

Важной особенностью горизонтального ветрогенератора является необходимость обеспечения поворота лопастного узла сообразно направлению ветра, так как максимальная эффективность обеспечивается при перпендикулярности направления ветра к плоскости вращения.
Лопасти вертикального ветрогенератора имеют выпукло-вогнутую форму. Так как обтекаемость выпуклой стороны больше, чем вогнутой, такой ветрогенератор вращается всегда в одном направлении независимо от направления ветра, что делает ненужным поворотный механизм в отличие от горизонтальных ветряков

Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Вместе с тем, за счет того, что в любой момент времени полезную работу выполняет только часть лопастей, а остальные только противодействуют вращению, КПД вертикального ветряка значительно ниже, чем горизонтального: если для трехлопастного горизонтального ветрогенератора этот показатель доходит до 45%, то у вертикального не превысит 25%.

Поскольку средняя скорость ветров в России невелика, даже большой ветряк большую часть времени будет вращаться достаточно медленно. Для обеспечения достаточной мощности электропитания от должен соединяться с генератором через повышающий редуктор, ременной или шестеренчатый. В горизонтальном ветряке блок лопасти-редуктор-генератор устанавливается на поворотной головке, которая дает им возможность следовать за направлением ветра

Важно учесть, что поворотная головка должна иметь ограничитель, не дающий ей сделать полный оборот, так как иначе проводка от генератора будет оборвана (вариант с использованием контактных шайб, позволяющих головке свободно вращаться, более сложен). Для обеспечения поворота ветрогенератор дополняется направленным вдоль оси вращения рабочим флюгером

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль

По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете

Наиболее распространенный материал для лопастей — это ПВХ-трубы большого диаметра, разрезаемые вдоль. По краю к ним приклепываются металлические пластины, приваренные к ступице лопастного узла. Чертежи такого рода лопастей наиболее широко распространены в Интернете.

На видео рассказывается про ветрогенератор, изготовленный своими руками

Расчет лопастей ветрогенератора

Крепление лопастей к втулке позволяет перемещением их балансировать ветровое колесо в сборе.

Примером простейшей, но вполне работоспособной ВЭУ может служить конструкция французского умельца (фото 1). Его шестилопастное ветряное колесо, лопасти которого хомутами прикреплены к металлическим пруткам (фото 2), соединённым электросваркой с общей втулкой (рис. 4), насаживается на ось электрогенератора.

Аэродинамический руль устанавливает колесо строго к ветровому потоку.

Для автоматической ориентации лопастей на ветер служит аэродинамический руль, прикреплённый к поворотной трубе силового узла установки (фото 3). Подшипники поворотного устройства обеспечивают поворот ветроколеса с генератором на опорной мачте при изменении направления ветра.

Лопасти и аэродинамический руль выпилены из фанеры толщиной 10 мм. Консоль кронштейна крепления пера руля при порывистом ветре испытывает большие нагрузки, и потому её изготовили из заготовки толщиной в 15 мм. Готовые лопасти и руль мы видим на фото 4. Выкройки этих деталей представлены на рис. 5-8. Хотя лопасти и имеют плоский профиль, но их кромки должны быть обработаны в соответствии с рисунками.

Фото 6.Доработка ротора асинхронного электромотора позволяет получить эффективный генератор переменного тока для ветроустановки.

Фото 7. Переделать ротор можно двумя способами. Первый — это наклеить магниты на механически обработанный ротор двигателя. И второй способ — из стальной ленты по деревянной оправке сделать новый ротор, на который так же наклеить магниты.

Ветровое колесо имеет 6 лопастей. Однако всего их было изготовлено 9. Три коротких лопасти необходимы для замены трёх полноразмерных лопастей на время сезона сильных ветров (фото 5). Балансировку ветрового колеса можно произвести перемещением лопастей по пруткам от втулки или ближе к ней.

Пожалуй, самой трудоёмкой будет переделка асинхронного электродвигателя в трёхфазный генератор. Двигатель мощностью 150 Вт и выше, рассчитанный на работу от сети 220 В при частоте 50-60 Гц, после переделки сможет в качестве генератора ветроустановки отдавать в нагрузку ток до десятка ампер при напряжении не ниже 12 В.

Главной переделке в будущем генераторе подвергается ротор. После разборки электромотора тело ротора протачивают и фрезеровкой пазов разделяют на несколько сегментов. В нашем случае их шесть. На каждом сегменте размещены постоянные магниты (см. рис. 9). Их прикрепляют по 6 шт. на каждый полюс ротора (всего их 36) прочным эпоксидным клеем (фото 6). Количество полюсов магнитов на роторе не должно быть кратным количеству катушек на статоре. Это исключит трудный пуск ветроколеса из-за «залипання» магнитов ротора на статорных полюсах.

Есть и второй способ переделки ротора — это сделать из стальной полосы нужного диаметра цилиндр (по деревянной оправке) и на него наклеить магниты (фото 7).

Собирать обмотки полюсов статора при работе генератора на зарядку аккумулятора лучше в треугольник, а при прямой нагрузке большим током — в звезду. Катушки статора в любом случае лучше перемотать проводом большего сечения (фото 8). Это уменьшит потери на нагрев.

Ветроэлектрические установки, работающие параллельно с другими установками, использующими возобновляемые источники энергии (солнечные батареи, гидрогенераторы, тепловые насосы и пр.), вполне могут обеспечить энергоснабжение жилого дома или небольшого хозяйства. При наличии резерва в виде электроагрегата с бензодвигателем временное снижение альтернативной энергии может быть компенсировано в любой момент. Подобные системы приносят большую экономию энергии, получаемой от традиционных источников.

Монтаж горизонтального лопастного ветрогенератора

• генератор постоянного тока;
• шкив-колесо для двигателя;
• сантехническую пластиковую трубу (диаметр 150 мм);
• 2 уголка, 1 тройник и 3 фланца из чемоданчика сантехника;
• лист алюминия;
• метровый деревянный брусок;
• зарядка для аккумулятора;
• непосредственно аккумулятор;
• трансформатор напряжения (12 вольт – 220 вольт);
• две трубы d=32 и 25 мм и l= 3000 и 35 мм.

1. Разрезаем трубу длинной 60 см вдоль на четыре одинаковые заготовки.
2. Отступив от верхнего угла заготовки на 3-4 см, срезаем часть материала по диагонали в направлении нижнего угла. Таких заготовок для лопастей потребуется 3 штуки.
3. На каждом куске обрабатываем нижнюю часть и формируем крепежный лепесток. Крепежным лепестком служит верхняя часть заготовки, в нижней части вырезаем квадратное отверстие размером 5х5 см.
4. Болтовыми соединениями крепим лопасти ветрогенератора на шкив-колесо.
5. Полученную конструкцию насаживаем на вал генератора (электродвигатель постоянного тока).
6. Используя деревянный брусок, делаем корпус ветрогенератора длинной 1 метр и сечением 4х8 см.
7. На один конец деревянного корпуса крепим конструкцию из генератора и лопастей.
8. Из листа алюминия изготавливаем крыло или хвост и фиксируем его на другом конце бруска.
9. К нижней части корпуса крепим металлическую трубу d=25. Получаем упрощенную конструкцию поворотного механизма, где труба играет роль вала.
10. В верх трехметровой металлической трубы d=32 вставляем сконструированный поворотный механизм с укрепленным ветродвигателем. Конструкция должна свободно вращаться вокруг вертикальной оси.
11. На лист толстой фанеры прикручиваем сантехнический фланец и вставляем в него мачту «ветряка». В случае необходимости мачту можно опустить или демонтировать без затруднений.
12. Укрепляем всю конструкцию ветрогенератора растяжками.

Соединение сети

После того, как все компоненты вертикального ветрогенератора собраны и установлены на место, необходимо соединить их между собой для обеспечения надежной работы всей системы. Для этого потребуются следующие материалы и инструменты:

1. Электрический провод с нужным сечением (рекомендуется использовать провод сечением не меньше 2,5 мм² для подключения генератора, батареи и регулятора напряжения).
2. Клеммные колодки или соединительные клеммы.
3. Отожмители для проводов.
4. Инструменты для работы с проводами (например, кусачки, плоскогубцы).
5. Изолента или термоусадочная трубка для изоляции соединений.

Перед началом работы рекомендуется провести проверку работоспособности каждого компонента системы. Убедитесь, что генератор вращается свободно, батарея заряжена, а регулятор напряжения правильно настроен.

Для соединения проводов с генератором и батареей используйте клеммные колодки или соединительные клеммы. Подключите положительный провод генератора к положительному выводу батареи, а отрицательный провод генератора к отрицательному выводу батареи.

Соедините провода генератора и батареи соответствующим образом. Обязательно проверьте качество соединений и убедитесь в их надежности. Для этого можно использовать отожмители для проводов и проверить затяжку клеммных колодок. При необходимости закройте изолентой или термоусадочной трубкой каждое соединение для дополнительной защиты от коррозии и переключения.

Рекомендуется выполнить соединение проводов вне помещения или в специально оборудованной проводке, чтобы обеспечить безопасность и надежность работы системы. Убедитесь в правильности подключения и отсутствии повреждений проводов перед подачей напряжения. После соединения всех компонентов можно подключить систему к электрической сети и начать использование вертикального ветрогенератора.

Как сделать ветрогенератор своими руками

Чтобы смонтировать это устройство в домашних условиях вам потребуется:

• Доскональные знания электрика;
• Источник питания. Это может быть генератор переменного тока или асинхронный двигатель.
• Надежное место для установки аппарата. Так как вес отдельных бытовых агрегатов может достигать от 200 до 800 кг.
• Ниодимовые магниты. Этот класс магнитов обладает большей производительностью;

Различные виды форм. В нашем случае более подходят прямоугольные или круглые

• Провода подходящего сечения;
• Материалы для монтажа рамы и непосредственно ветряка.

Как уже описывалось выше, существуют множество вариантов конструкций. От габаритов и способа соединения узлов зависит шумовой фон, создаваемый агрегатом. Если вы не хотите неприятностей с соседями, обсудите этот вопрос заранее, так как отдельные агрегаты работают достаточно шумно, например, как собранный своими руками ветряной генератор в следующем видео.

После проведения всех предварительных мероприятий вам потребуется подобрать подходящий вашим потребностям источник питания. При ограниченных финансовых возможностях возможны два бюджетных варианта:

• Автомобильный генератор;
• Асинхронный двигатель со стиральной машины.

У каждого варианта есть свои положительные и отрицательные стороны.

Вариант ветрогенератора из стиральной машины своими руками

Для увеличения мощности двигатель модернизируют, заменяя ферритовые магниты на ниодимовые. Следует отметить, что установка магнитов довольно трудоемкий процесс, требующий определенных навыков.

Пример расположения ниодимовых магнитов в двигателе от стиральной машины

В целях экономии времени и нервов, более простой вариант – это покупка готового ротора подходящего размера.Рационально применять такой двигатель в устройстве с небольшими габаритами.

Изготовление ветрогенератора своими руками из автомобильного генератора

Этот вариант также нуждается в доработке, так как стандартный образец работает при 5000 – 6000 оборотах в минуту. В модернизацию входят:

Прибор укомплектовывается ниодимовыми магнитами. Они устанавливаются в строгом порядке, то есть полюса чередуются. Для удобства из плотного картона вырезается шаблон;

Шаблон расположения магнитов

• Перематывается обмотка статора. Количество витков увеличивается, следовательно, сечение провода уменьшается.
• В стандартной комплектации нет магнитов, поэтому центральный вал нужно выполнить из немагнитного материала, например, из титана.

Но даже при соблюдении всех требований для оптимального напряжения, ротор должен вращаться от 500 раз в минуту.

Общие отрицательные характеристики:

• Оба варианта недолговечны, требуют ежегодного ремонта или замены;
• Вырабатываемой мощности не хватит на полноценное энергоснабжение;
• Нуждаются в существенной доработке.

Если уж вы обладаете нужными знаниями и примерно знаете, как сделать ветрогенератор на 220В своими руками более рационально будет смонтировать агрегат большей мощности.

Один из многочисленных аварийных случаев

Выполнение балансировки ветряка

Балансировка лопастей ветрогенератора поможет сделать его работу максимально эффективной. Для осуществления балансировки нужно найти помещение, где нет ветра или сквозняка. Разумеется, для ветроколеса больше 2 м в диаметре найти такое помещение будет сложно.

Лопасти собираются в готовую конструкцию и устанавливаются в рабочее положение. Ось должна располагаться строго горизонтально, по уровню. Плоскость, в которой будет вращаться винт, должна быть выставлена строго вертикально, перпендикулярно оси и уровню земли.

Винт, который не движется, нужно повернуть на 360/х градусов, где х = количество лопастей. В идеале сбалансированный ветряк не будет отклоняться ни на 1 градус, а останется неподвижным. Если лопасть повернулась под собственным весом, ее нужно немного подправить, уменьшить вес с одной стороны, устранить отклонение от оси.

Процесс повторяется до тех пор, пока винт не будет абсолютно неподвижным в любом положении

Важно, чтобы во время балансировки не было ветра. Это может исказить результаты испытаний

Также важно проконтролировать, чтобы все части вертелись строго в одной плоскости

Для проверки на расстоянии 2 мм с обеих сторон одной из лопастей устанавливают контрольные пластины

Также важно проконтролировать, чтобы все части вертелись строго в одной плоскости. Для проверки на расстоянии 2 мм с обеих сторон одной из лопастей устанавливают контрольные пластины

Во время движения ни одна часть винта не должна коснуться пластины

Во время движения ни одна часть винта не должна коснуться пластины.

Для эксплуатации ветрогенератора с изготовленными лопастями потребуется собрать систему, аккумулирующую полученную энергию, сохраняющую ее и передающую потребителю. Одним из компонентов системы является контроллер. О том, как сделать контроллер для ветряка, узнаете, ознакомившись с рекомендованной нами статьей.

Запуск и оценка эффективности

Даже если ветрогенератор был изготовлен по всем правилам, ошибочный выбор места для размещения мачты может сыграть злую шутку с мастером. Элемент должен стоять вертикально. Генератор вместе с лопастями лучше разместить как можно выше — там, где «гуляют» сильные ветры. Поблизости не должно располагаться домов, любых крупных зданий, отдельно растущих деревьев. Всё это будет загораживать потоки воздуха. Если обнаружены какие-либо помехи, следует разместить генератор на определенном расстоянии от них.

После того как установка начнёт работать, следует подсоединить мультиметр к ветви генератора и проверить, имеется ли напряжение. Систему можно считать готовой к полноценной эксплуатации. После этого остается выяснить, какое напряжение поступит в жилище и каким образом это будет происходить.

Схема самодельного ветрогенератора – основные узлы

Сделать самодельный ветрогенератор в домашних условиях сравнительно легко. Ниже вы можете увидеть простой чертеж, объясняющий расположение отдельных узлов. Согласно этому чертежу, нам необходимо сделать или подготовить следующие узлы:

Схема самодельного ветряка.

• Лопасти – они могут быть изготовлены из самых разных материалов;
• Генератор для ветрогенератора – можно приобрести готовый или сделать самостоятельно;
• Хвостовая часть – направляет лопасти по направлению ветра, позволяя добиться максимального КПД;
• Мультипликатор – повышает обороты вращения вала (ротора) генератора;
• Крепежная мачта – на ней будут удерживаться все вышеперечисленные узлы;
• Натяжные тросы – удерживают всю конструкцию и не дают упасть от порывов ветра;
• Контроллер заряда, аккумуляторы и инвертор – обеспечивают преобразование, стабилизацию и накопление полученной электроэнергии.

Мы попробуем сделать с вами простой роторный ветрогенератор.

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.

Виды ветряных электростанций

По типу потребителей различают автономные ветрогенераторы и установки сетевого назначения. Первые осуществляют энергоснабжение удалённых от центральных электрических сетей потребителей.

Вторые – могут насчитывать несколько десятков/сотен ветряков, которые образуют единую систему и отдают энергию в общую сеть. Мощность автономных агрегатов редко превышает 75 кВт, в то время как мощность сетевых установок стартует с отметки 100 кВт.

В зависимости от типа конструкции различают ветряные генераторы:

• с вертикальной осью вращения;
• с горизонтальной осью вращения.

Эти устройства используются для разных условий эксплуатации, но чаще всего встречаются модели с горизонтальной осью. Они работают как обычные флюгеры и имеют схожее строение. Ось ротора вращается параллельно земной поверхности.

Такие агрегаты отличаются высокими показателями КПД (около 40%), простой регулировкой мощности и более доступной ценой, но также характеризуются высоким уровнем создаваемого шума и вибраций. Помимо этого, их необходимо ориентировать на направление ветра.

Для монтажа ветряка с горизонтальным расположением ротора нужно примерно 120 м свободного пространства и мачта высотой не меньше 8 м

Ветряные генераторы с вертикальной осью вращения имеют более компактную конструкцию, они менее восприимчивы к воздействию факторов окружающей среды.

В устройствах этого типа турбина расположена перпендикулярно по отношению к плоскости Земли. Подобные конструкции запускаются даже от слабого ветра и не зависят от направления движения воздушных потоков.

Низкий уровень создаваемого шума (до 30 дБ) даёт возможность устанавливать вертикальные ветротурбины на крышах зданий

Однако есть и существенный минус – КПД таких генераторов составляет всего 15%. Кроме того, они стоят дороже, чем модели с горизонтальной осью вращения.

Модели ветрогенераторов различаются между собой не только расположением вращательной оси, но и:

• количеством лопастей – бывают ветряки с двумя и тремя лопастями, встречаются и многолопастные модификации;
• материалами изготовления функциональных деталей – с парусными и жёсткими лопастями;
• шагом винта – регулируемый или фиксированный.

Вращение многолопастных стационарных ветряков начинается даже при слабом ветре, а вот для работы двух- и трёхлопастных устройств нужен более сильный ветер. В то же время каждая дополнительная лопасть в конструкции создаёт большее сопротивление колеса, в результате чего становится сложнее достигнуть стандартных рабочих оборотов генератора.

В зависимости от материала изготовления лопастей для ветроустановки, могут возникнуть определённые сложности в работе. Парусные элементы проще в изготовлении, поэтому и стоят дешевле.

Но если необходимо обеспечить надёжное функционирование ветротурбины для автономного электроснабжения, стоит отдавать предпочтение конструкциям с жёсткими лопастями, изготовленными из металла или армированного стеклопластика.

Что касается шага винта, то здесь также не всё так просто. Изменяемый шаг позволяет заметно расширить диапазон эффективных скоростей для работы ветряной станции и это большой плюс. Но в то же время такой механизм снижает общую надёжность стационарной установки и значительно утяжеляет ветроколесо, усложняя эксплуатацию агрегата.