Как сделать ветрогенератор своими руками: инструкция по сборке и монтажу

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:

1. 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.

2. 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.

Технические характеристики:

• 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.

3. Ветроустановка ВЭУ-30 мощностью 30 кВт.

Предназначена для электроснабжения большого дома, либо группы домов.

Технические характеристики:

• 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.

Классификация видов генераторов энергии

Все видыветроэлектрических установок классифицируются в зависимости от:

• числа лопастей в пропеллере;
• материала изготовления лопастей;
• расположения оси вращения по отношению к земле;
• шагового признака винта.

Ветрогенератор может иметь одну лопасть, две, три или же быть многолопастным. Чем больше лопастей, тем легче они приводятся в движение. Зачастую многолопастные изделия применяются в том случае, когда на первом месте стоит сам процесс вращения, а не получение электроэнергии. К примеру, речь может идти об извлечении воды из скважин.

Также лопасти бывают парусными или жесткими. Первые отличаются своей дешевизной, но и характеризуются низкой прочностью. Жесткие более прочные, так как при их изготовлении используется металл.

Если говорить о расположении оси вращения, то ветрогенераторы бывают:

вертикальными;

горизонтальными.

Первые более чувствительные и реагируют даже на небольшой ветер. Вторые более мощные, что является главным их преимуществом.

В зависимости от шагового признака выделяют установки с изменяемым и фиксированным шагом. В первом случае установка характеризуется высокой скоростью вращения, но одновременно с этим отличается массивной и сложной конструкцией. Более простыми и надежными являются установки с фиксированным шагом.

Преимущества самодельного генератора

Гораздо меньшие затраты не электроэнергию – далеко не единственный плюс использования ветряного генератора. Существует ряд преимуществ, определяющих выбор мастера:

1. Большое количество доступных видео-уроков по работе с подробным описанием каждого этапа. В качестве моделей для работы можно использовать картинки и схемы ветрогенератора.
2. Доступные материалы для изготовления генератора (старая металлическая ёмкость, наборы инструментов, аккумулятор найдется в хозяйстве каждого рачительного хозяина). Качественный ветрогенератор можно сделать своими руками из автомобильного генератора.
3. На сегодняшний день известен целый ряд моделей, принцип работы которых разительно отличается друг от друга.
4. Небольшие строения на участке не нарушают постановлений законодательной базы, но в то же время могут обеспечить энергией большую часть бытовых приборов в доме, саду, хозяйственной зоне.

В плане самостоятельной работы ветряные генераторы строить проще, чем водные модели.

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.

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

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.

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.

Мачта

Мачта, на которой крепится ветрогенератор – это один из самых важных его узлов.

Она не только обеспечивает безопасность эксплуатации ветряка (нижняя точка круга, описываемого лопастями, должна быть не ближе 2 метров к земле), но и позволяет ему максимально эффективно использовать энергию ветра, поток которого вблизи от земли становится более турбулентным.

Большая высота приводит к низкой жесткости мачты ветрогенератора и делает ее прочностной расчет достаточно сложным не только для мастера-любителя, но и для инженера. Можно перечислить лишь основные моменты:

• Размещайте мачту возможно дальше от дома и деревьев, затеняющих воздушный поток. Кроме того, при сильном ветре возможно падение ветрогенератора на здание либо его повреждение деревьями;
• Оптимальная конструкция мачты – это ажурная сварная ферма наподобие вышек электропередач, но в изготовлении она сложна и дорога. Простейший, но достаточно эффективный вариант – это несколько параллельных труб диаметром 80-100 мм, сваренных короткими швами между собой и забетонированных на глубину не менее метра в земле. Конструкцию из одной трубы крайне желательно усилить тросовыми растяжками, которые также крепятся к залитым в бетон опорам.
• Для упрощения обслуживания ветряка его мачту можно сделать переломной: в этом случае при ослаблении растяжки, идущей в направлении перелома, мачту можно будет наклонить к земле.

Рассказ об очень простом ветрогенераторе из домашнего вентилятора

Индукционный генератор тепла в системе отопления

У применяемых в отопительных контурах индукционных водонагревателей имеются как общие для всех электронагревателей достоинства, так и присущие только им. Начнем с первой группы:

1. По удобству использования электронагреватели опережают даже газовое оборудование, так как обходятся без розжига. К тому же они являются намного более безопасными: владельцу можно не опасаться утечки топлива или продуктов его сгорания.
2. Электрооборудованию не нужны дымоход и обслуживание в виде удаления нагара и копоти.
3. КПД электронагревателя не зависит от его мощности. Его можно установить на самый минимум, и при этом КПД агрегата останется на уровне 99%, в то время как КПД газового или твердотопливного котла в таких условиях окажется значительно ниже паспортного.
4. При наличии электрического теплогенератора система отопления может работать в самом низкотемпературном режиме, что весьма актуально в периоды межсезонья. В случае применения газового или твердотопливного котла падение температуры «обратки» ниже 50 градусов не допускается, так как при этом на теплообменнике образуется конденсат (при использовании твердого топлива он содержит кислоту).
5. Ну и последнее: при использовании электрообогрева можно обойтись без жидкостного теплоносителя, правда, к индукционным нагревателям это не относится.

Простой индукционный нагреватель

Перейдем к достоинствам непосредственно «индукционников»:

1. Площадь контакта теплоносителя с горячей поверхностью в индукционных нагревателях в тысячи раз больше, чем в приборах с трубчатыми электронагревателями. Поэтому среда прогревается гораздо быстрее.
2. Все элементы «индукционника» монтируются только снаружи, без каких-либо врезок. Соответственно, и протечки полностью исключаются.
3. Поскольку нагрев осуществляется бесконтактным способом, нагреватель индукционного типа может работать с абсолютно любым теплоносителем, включая все виды антифризов (для ТЭНового электрокотла понадобился бы специальный). При этом вода может содержать сравнительно большое количество солей жесткости – переменное магнитное поле препятствует образованию накипи на стенках теплообменника.

На всякую бочку меда, как известно, найдется своя ложка дегтя. Здесь без этого тоже не обошлось: мало того, что сама по себе электроэнергия стоит достаточно дорого, так еще и индукционные нагреватели относятся к наиболее дорогому типу электроотопительного оборудования.

Детали и расходные материалы

Для изготовления маломощного (не выше 1,5 кВт) роторного ветрогенератора потребуются такие компоненты:

• 12-вольтовый автомобильный генератор;
• 12-вольтовый аккумулятор;
• преобразователь с 12 В на 220 В, рассчитанный на мощности от 700 Вт до 1500 Вт;
• металлическая цилиндрическая емкость. Можно использовать обычное ведро или достаточно объемную кастрюлю;
• реле для зарядки аккумуляторов от авто и лампочка для контроля заряда;
• кнопочный выключатель на 12 В;
• вольтметр;
• детали для резьбовых соединений;
• провода сечением 2,5 и 4 квадрата;
• хомуты для крепления ветрогенератора к мачте.

Также потребуются следующие инструменты:

• ножницы для обработки листового металла (можно заменить УШМ);
• рулетка;
• маркер;
• отвертка;
• разные гаечные ключи;
• дрель со сверлами;
• пассатижи и бокорезы.

Инструкция, как сделать ветрогенератор своими руками

1. Определиться с моделью генератора.
2. Скачать схемы и чертежи.
3. Подготовленную металлическую ёмкость делят условно на четыре части (или на другое количество, в зависимости от числа лопастей в данной модели). Часто встречается ветрогенератор, выполненный своими руками, из барабана стиральной машинки.
4. Для разметки использовать строительный карандаш или маркер, рулетку.
5. Будущие лопасти располагать через равные промежутки, чтобы обеспечить оптимальное вращение ротора.
6. Металлические лопасти вырезают при помощи болгарки или ножниц по металлу (выбор инструмента зависит от используемого материала – оцинкованной стали, жести, алюминия).
7. Лопасти не прорезают до конца, чтобы оставить крепления.
8. По контуру днища ёмкости и по шкиву делают отверстия равного диаметра, расположенные через строго равные промежутки. Четкость расположения отверстий влияет на качеств вращения ротора.
9. Лопасти отгибают, располагая их перпендикулярно окружности ёмкости. При этом обязательно нужно рассчитать угол наклона, от которого напрямую зависит площадь воздействия потоков воздуха.

Комбинированные ВЭУ

Комбинированные ВЭУ — серьезный вариант домашнего энергетического модуля. Собственно, комбинация предполагает объединение в единой системе ветряного генератора, солнечной батареи, дизельной или бензиновой электростанции. Комбинировать можно всячески, исходя из возможностей и потребностей. Естественно, когда имеет место вариант — три в одном, это наиболее эффективное и надежное решение.

Комбинированные системы — это варианты технически сложные и затратные для домашней практики.

Мнение эксперта
Стребиж Виктор Павлович, эксперт по освещению и электрике
Любые вопросы задавайте мне, я помогу!

Скорее всего, никто не будет утверждать, что отопление и горячее водоснабжение в доме по значимости уступают бытовой технике и осветительным приборам, для питания которых зачастую стремятся устанавливать домашние ветряки. Если же вам что-то непонятно, пишите мне!

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

Как определиться с мощностью ветряка

Расчёт мощности ветрогенератора — это сложный и трудоёмкий процесс, который применим к определённому генератору-исходнику. Самый простой вариант — задействовать динамо-машину от трактора или автомобиля. Такое устройство фактически не требует доработок и может применяться в системе энергообеспечения «как есть». Безусловно, можно долго разговаривать об устройствах на неодимовых магнитах, только, к примеру, в деревне Архиповка Орловской области их не было в жизни и не будет никогда, а списанных тракторов — тьма.

Самый важный показатель любого генератора — это его КПД. К сожалению, у автотракторного устройства он не слишком высок. У неодимового генератора он может достигать 80%, а у нашего — не более 55-60%, но и с этими данными, без дополнительных доработок устройство может выдавать около 300 Вт. Это немного, но вполне достаточно, чтобы обеспечить электричеством постоянного тока светодиодные светильники, системы видеонаблюдения, а при условии применения преобразователя тока, телевизор с низким классом энергопотребления, однокамерный холодильник. И это только одна генераторная установка, но ведь никто не мешает сделать их три или пять штук. Теперь о движителе, который будет вращать динамомашину.

LO LoveOpium

В Европе и США эти гиганты — привычный элемент загородного пейзажа. Ветрогенераторы, они же ветровые электростанции, особенно популярны в Европе, где очень трепетно относятся к экологии. Ведь её основное отличие от традиционных тепловых и атомных электростанций — полное отсутствие как сырья, так и отходов.

22 фото

Фотографии и текст Марины Лысцевой

1.

2

Единственное, что важно для такой установки — среднегодовой уровень ветра. Специалисты проводят наблюдения, которые порой длятся год и более, чтобы установить, в какой местности ветра дуют чаще и в зависимости от этого подбирают площадку для установки электростанций

3. Под Висмаром (север Германии) есть место, где установлены несколько десятков ветряков разной высоты и диаметра.

4. Многие приезжают просто посмотреть. Кстати, тут ещё и зайцы с косулями свободно скачут, сама видела двоих ушастых.

5.

6. Узнать диаметр лопастей очень просто — если присмотреться, на корпусе можно рассмотреть логотип и конфигурацию модели — на этой фотографии E-70 и E-66. Цифры означают размах, делим на два, получаем длину лопасти — 35 и 33 соответственно. А буква Е — производитель Enercon.

7. Человечки для масштаба (фото с сайта производителя).

8. А вот, например, слева самый большой ветрогенератор, который мы нашли — Е-82. Но по этой фотке не поймёшь масштаб конструкций….

9. Масштаб становится понятен, когда вы прокрутите эту картинку до конца